遮熱コーティング：頑丈なガスタービンブレードのコア保護

重量ガスタービンは熱仕事変換効率が比較的高いため、エネルギー生成と船舶駆動の分野で最も中心的な機器です。高度な重量ガスタービンの開発技術は非常に複雑であるため、重量ガスタービンとも呼ばれます。中国の工業および造船分野の権力の中心地。これまで中国は50MW級重ガスタービンの開発に成功し、F級50MW重ガスタービンをゼロからブレークスルーを達成した。現在、中国は大型ガスタービンの三大システムの構築を完成させており、プロトタイプ設計、装置製造、試験納入の三位一体を実現している。中国はまた、大型ガスタービンの設計と製造技術を完全に習得した世界で5番目の国となった。

遮熱コーティング

遮熱コーティングは通常、金属結合底層とセラミック表面層で構成され、結合底層は通常MCrAlY（MはNi、Co、またはNi+Co）合金でできており、主に複数の効果を担っています。セラミック表面層は通常、主に断熱の役割を果たす Y2O3 安定な ZrO2 で作られています。優れた高温酸化耐性、耐浸食性、断熱特性により、国内外の地上重量ガスタービン用の最先端の高温保護コーティングの1つとなっています。

航空産業の発展に伴い、タービンエンジンの推力重量比はますます高くなり、タービン入口の温度はますます高くなっています。国内外の材料研究の歴史によれば、材料の使用温度を短期間に高めてタービン翼の耐高温性を向上させることは非常に困難である。実現可能な方法は、タービンブレード基材に遮熱コーティングを堆積して、その使用温度を高めることです。遮熱コーティング技術の将来の開発は、次の側面に焦点を当てます。

(1)次世代超音速エンジンに適した新しい遮熱コーティング材料系の研究を行い、ZrO2に代わる、より優れた相安定性、より低い焼結速度、より低い熱伝導性を備えたセラミック材料の発見が鍵となります。

(2) Y結合層の組成、YSZセラミックスの新しい安定酸化物の選択、コーティング微細構造の改善と最適化を含む、既存のコーティングシステムの材料と調製プロセスの最適化とメカニズムの研究。また、コーティングの使用温度、耐用年数、断熱性能を向上させるために、勾配コーティング技術のさらなる研究も行っています。

(3) 遮熱コーティングの断熱効果に関する研究。コーティングの断熱条件、つまり温度勾配を実験シミュレーションによってテストし、熱伝導率に応じた熱伝達理論と組み合わせます。コーティング材料の、期待される断熱効果、およびホットエンドコンポーネントの作業環境を考慮して、コーティングの厚さを合理的に設計するための基礎を提供し、コーティングの改善の方向性を提供します。

(4) 遮熱コーティングの寿命予測モデルをさらに検討するためには、タービンエンジンの高リスク部分に遮熱コーティングを適用する場合、安全性を確保するためのエンジン寿命予測システムを確立する必要がある。したがって、遮熱コーティングの剥離破壊メカニズムや使用条件下での機械的挙動などをさらに研究することで、比較的完璧な寿命予測モデルを確立し、コーティングの耐用年数を正確に評価し、耐用年数の信頼できる保証を提供します。遮熱コーティングの実用化。

(5) 新しい塗膜性能試験技術、特に非破壊試験技術を開発し、塗膜と基材間の結合力、塗膜の亀裂の程度、相変化の程度、その他の特性を正確に評価し、コーティングの品質をより適切に管理できます。

大型ガスタービンは、その効率的な熱と仕事の変換能力により、エネルギー生成と船舶駆動の分野で中核的な位置を占めています。主要技術の 1 つである遮熱コーティング (TBC) は、タービンブレードの使用温度を向上させ、寿命を延ばす上で重要な役割を果たしています。中国はこの分野で目覚ましい進歩を遂げ、大型ガスタービンの設計と製造を習得することに成功した。遮熱コーティングは通常、金属結合した下層とセラミックの表面層で構成され、このうち下層は主に過渡的熱不整合、耐酸化性、耐食性の役割を担い、表面層は主に断熱効果を発揮します。 。今後の研究は、新しい材料システムの開発、既存のコーティングプロセスの最適化、断熱性の向上、寿命予測モデルの確立、コーティングの性能と信頼性をさらに向上させるための新しいコーティング性能試験技術の開発に焦点を当てていきます。