縦割れ遮熱コーティング材の機能性評価

摘要

ェネルギー資源の有効利用と発電コストの削減という相反した社会的要求を満足する方策のひとつとして，蒸気タービンとガスタービンを組み合わせた発電システム，すなわちコンバインドサイクル発電の積極的な導入が進められている．コンパインドサイクル発電におけるさらなる熱効率改善のためには，ガスタービン入口温度の高温化が必要である．このような入口温度の高温化は，ガスタービン高温機器，とりわけ燃焼器，静翼，動翼部材のメタル温度の上昇をもたらす．このために，これらの部品では冷却技術と遮熱コーティング（以下，TBCと呼ぶ）技術とが積極的に適用されている．TBC技術は，プラズマ溶射により部品表面にセラミックス層を付与し，メタル温度の低減を図るというものである．しかし，金属とセラミックの線膨張係数が異なるために，設備稼働中に機械的負荷が作用するとともに，起動·停止に伴って繰返し熱応力も生じることとなる．この繰返し熱応力の作用は，コーティングの割れやはく離を促すこととなる．このために，熱応力緩和性に優れた新しいTBC材料の開発が国内外で活発に進められている．これまでに，EB-PVDによるTBC，大気プラズマ溶射による傾斜組成TBCなど熱応力緩和を狙った様々なコーティング技術が開発された．しかし，これらの技術はコーティング施工のための設備に多大な投資が必要であること，大型部品表面へのコーティング施工が困難などと，いつくかの問題をかかえている．ところで，大気プラズマ溶射による積極的な熱応力緩和策として，1990年代初頭にはトップコーティングに縦割れを導入したTBCが提案されている．しかしながら，この種のTBC 材に対する系統的評価は限られている．このために，タービン翼への積極的な採用には到っていない状況である．