水プラズマ溶射とHVOF溶射による新しいTBCコーティング方法の開発

摘要

安価で耐熱サイクル性にすぐれたTBCの開発を目的に，ボンドコートをCoNiCrAlY，トップコートをジルコニア（ZrO_2－8mass％Y_2O_3）の汎用材料を使用してそれぞれHVOF（JP－5000）とWPSにて施工し，HVOFとAPSで作成したTBCとともに空気雰囲気中，1000℃（20min保持）～RT（送気冷却）を1サイクルとする熱サイクル試験を実施した。 試験の結果，WPS-TBCはジルコニア層に存在する小クラックなどの効果でAPS－TBCより優れた耐熱サイクル性を有し，ジルコニア層の厚膜化も可能なことが確認された。 また，HVOFによるCoNiCrAlYボンドコートは熱サイクル試験による熱影響で溶射粒子相互および基材との間で拡散層を形成していた。ジルコニア層に小クラックを意図的に発生させ，耐熱衝撃性を緩和させたTBCはEB－PVDによるものや溶射材料を工夫したものなどがあるが，WPSではAPSに比較して溶射時の加熱温度が高く，セラミック材料に対する溶融能力が大きいなどの特徴がある。このため溶射条件を適切に選定することによりWPSは従来の汎用溶射材料にも小クラックを発生させることができ，耐熱サイクル性を向上できることを確認した。 WPSを利用したTBCは今後高温高速ガス流れなど実環境での耐久性や長時間使用時のTGOの成長などさらに詳細な調査を行う必要があるものの，APSに比較しプラズマガス温度が高く溶射能力が大きいため，安価な材料の使用と施工時間の短縮が可能である。 この結果HVOFの利用と併せて耐熱サイクル性に優れた安価で厚膜化したTBCの創生が有望であり今後の活用が期待される。