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플라즈마 용사 열차폐 코팅의 열화 평가
Evaluation of Degradation of Isothermally Aged Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coating 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.34 no.4=no.295, 2010년, pp.475 - 480  

구재민 (성균관대학교 기계공학부) ,  석창성 (성균관대학교 기계공학부) ,  강민성 (성균관대학교 기계공학부) ,  김대진 (성균관대학교 기계공학부) ,  이동훈 (현대제철 생산공정팀) ,  김문영 (한전 KPS(주) GT 정비기술센터)

초록
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가스터빈 블레이드는 터빈 가동 시 발생하는 고온화염으로부터 블레이드를 보호하고, 구조물의 표면 온도를 안전한 수준으로 낮추기 위하여 블레이드 표면에 열차폐 코팅(TBC; Thermal barrier coating)을 하여 사용하고 있다. 본 논문에서는 가스터빈 1단 블레이드에 적용되는 코팅 방식을 이용하여 코인형 시험편을 제작하였고 열화 온도 및 유지 시간의 변화에 따른 코팅 계면 산화물의 성장 거동을 분석하였다. 코팅 단면에 대하여 코팅 계면 산화물의 두께와 마이크로 비커스 경도를 측정하여 열화 특성을 평가 하였다. 또한 성분분석을 통하여 미세조직의 변화를 관찰함으로써 열차폐 코팅의 열적 열화특성을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The thermal barrier coating of a gas turbine blade was degraded by isothermal heating in a furnace and by varying the exposure time and temperature. Then, a micro-Vickers hardness test was conducted on the cross section of the bond coat and Ni-based superalloy substrate. Further, the thickness of TG...

주제어

#열차폐 코팅   #열화  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 LVPS/DVC 방식으로 제작된 열차폐 코팅 시험편을 대상으로 하여 이를 일정시간 및 일정온도 조건에 대하여 열화시켜 코팅층의 열화특성을 평가하였고, 다음과 같은 결론을 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가스 터빈 블레이드에서 열차폐 코팅의 목적은? 가스터빈 블레이드를 고온화염으로부터 보호하고 부품 및 구조물의 표면 온도를 낮추기 위하여 모재 표면에 열차폐 코팅(TBC; Thermal Barrier Coating)을 적용하고 있다. 열차폐 코팅은 MCrAlY 재료를 이용한 금속의 접합코팅( 본드 코팅) 과 YSZ ( 7 ~ 8 % Y2O 3-ZrO2 )재료를 이용한 최종코팅(탑 코팅)으로 구성된다(1).
열차폐 코팅은 어떻게 구성되는가? 가스터빈 블레이드를 고온화염으로부터 보호하고 부품 및 구조물의 표면 온도를 낮추기 위하여 모재 표면에 열차폐 코팅(TBC; Thermal Barrier Coating)을 적용하고 있다. 열차폐 코팅은 MCrAlY 재료를 이용한 금속의 접합코팅( 본드 코팅) 과 YSZ ( 7 ~ 8 % Y2O 3-ZrO2 )재료를 이용한 최종코팅(탑 코팅)으로 구성된다(1). 본드 코팅은 탑 코팅의 접착력을 높여주며 모재와 탑 코팅 재료인 세라믹과의 열팽창계수 차이에 따라 발생하는 열응력을 완화시켜주는 역할과 동시에 고온 환경에서 내산화성 및 내부식성을 향상시키는 역할을 한다.
LVPS/DVC 방식으로 제작된 열차폐 코팅 시험편의 조건 별 코팅층 열화특성에 대한 평가결과는 어떻게 나올 수 있는가? (1) 열화온도가 1,200 ℃까지는 열화 후 시편의 변형이 관찰되지 않았으나, 1,350 ℃에서 50시간 열화 시킨 경우에는 탑코팅 층의 박리 및 모재의 변형이 발생하였다. (2) 열화온도 1,100 ℃ 에서 유지시간을 변화시키는 경우 일정시간까지는 TGO 두께가 선형적으로 증가하다가 그 이후로는 거의 증가하지 않는 경향을 나타내었다. 열화온도가 1,100 ℃ 보다 높은조건에서 50시간 동안 열화 시키는 경우, TGO의 두께가 급격히 증가하는 경향을 나타내었다. (3) 열화온도가 1,151 ℃ 이상인 조건에서 50시간 동안 열화시키는 경우, 탑코팅과 본드코팅의 계면에서 Delamination이 발생하였으며 이러한 Delamination의 발생 원인은 지르코니아의 상변태로 인한 부피변화 때문인 것으로 판단된다.
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참고문헌 (11)

  1. Kim, U. H., Jung, J. S. and Sik, W. S., 1997, "The Effects of NiCoCrAlY Bond Coating Methods on High Temperature Properties of Thermal Barrier Coatings," Journal of KWS, Vol. 2, pp. 125-127. 

  2. Lee, H. K., Kim, D. H., Hwang, S. H., Chun, K. N. and Suhr, D.S., 1989, "Plasma Spray Coating of Zirconia Ceramic," Journal of KWS, Vol. 7, No. 2, pp. 25-34. 

  3. Mendis, B.G., Tryon, B., Pollock, T.M. and Hemker, K.J., 2006, "Microstructural Observations of as-Prepared and Thermal Cycled NiCoCrAlY Bond Coats," Surface & Coatings Technology, 201, pp. 3918-3925. 

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  4. Levi, G.G., Sommer, E., Terry, S.G. and Catanoiu, A., 2003, "Alumina Grown During Deposition of Thermal Barrier Coatings on NiCrAlY," Journal of American Ceramic Society, 86, 4, pp. 676-685. 

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  5. Quadakkers, W. J., Shemet, V., Sebold, D., Anton, R., Wessel, E. and Singheiser, L., 2005, "Oxidation Characteristics of a Patinized MCrAlY Bond Coat for TBC Systems During Cyclic Oxidation at 1000," Surface & Coatings Technology, 199, pp. 77-82. 

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  6. Hong-Sun Park, Hyung-Ic Kim, Young-Mean Lee, Chsng-Sung Seok and Mun-Young Kim, 2005, "Evaluation of High Temperature Tensile Properties in GTD-111DS," Procedeeings of Korean Society of Precision Engineering, p. 195. 

  7. Bikramjit Basu, Jozef Vleugels and Omer Van Der Biest, 2004, "Transformation Behavior of Tetragonal Zirconia: Role of Dopant Content and Distribution," Materials and Engineering A, 366, pp. 338-347. 

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  8. Jae-Yun Moon, Han-Shin Choi, Hyung-Jun Kim and Chang-Hee Lee, 2002, "The Effects of Heat Treatment on the Phase Transformation Behavior of Plasma-Sprayed Stabilized $ZrO_2$ Coatings," Surface & Coatings Technology, 155, pp. 1-10. 

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  9. Hemker, K. J., Mendis, B. G. and Eberl, C., 2007, "Characterizing the Microstructure and Mechanical Behavior of a Two-Phase NiCoCrAlY Bond Coat for Thermal Barrier Systems," Materials Science and Engieerng A, article in press. 

  10. Gil, A., Shemet, V., Vassen, R., Subanovic, M., Toscano, J., Naumenko, D., Singheiser, L. and Quadakkers, W. J., 2006, "Effect of Surface Condition on the Oxidation Behavior of MCrAlY Coatings," Surface & Coatings Technology, 201, pp. 3824-3828. 

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  11. Dae-Jin Kim, Chang-Sung Seok, Dong-Hun Lee, Jae-Mean Koo, Mun-Young Kim, Sung-Ho Yang and Sang-Yeol Park, 2007, "Evaluation of a Degradation of Thermal Barrier Coating for Gas Turbine Blade," Annual Fall Conferences of the KSME, pp. 99-104. 

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