초록 ▼

공업기반기술개발사업 보고서 초록 1. 최종 개발목표 산업용 가스터빈의 LPPS 대체 HVOF 내열·내식 및 열차폐 코팅기술을 개발하고 100MW급 가스터빈 엔진의 1,2단 버킷코팅 공정의 국산화 개발 2. 당해연도 개발내용 및 결과 당해연도 연구개발 내용은 우선 LPPS 및 HVOF 용사된 MCrAlY 시편의 코팅층 및 산화층의 미세구조, 기계적 열적 특성분석 및 고온 열피로, 열충격 시험을 통해 MCrAlY 용사방법을 LPPS에서 HVOF로 대체하는 것에 대한 가능성을 확인하고, HVOF 용사변수가 내열,

공업기반기술개발사업 보고서 초록 1. 최종 개발목표 산업용 가스터빈의 LPPS 대체 HVOF 내열·내식 및 열차폐 코팅기술을 개발하고 100MW급 가스터빈 엔진의 1,2단 버킷코팅 공정의 국산화 개발 2. 당해연도 개발내용 및 결과 당해연도 연구개발 내용은 우선 LPPS 및 HVOF 용사된 MCrAlY 시편의 코팅층 및 산화층의 미세구조, 기계적 열적 특성분석 및 고온 열피로, 열충격 시험을 통해 MCrAlY 용사방법을 LPPS에서 HVOF로 대체하는 것에 대한 가능성을 확인하고, HVOF 용사변수가 내열, 내산화 특성에 미치는 영향을 고찰하여 차기년도에 수행할 연구개발을 위한 기초연구를 수행하는데 있다. 당해연도의 연구결과를 요약하면 다음과 같다. - 가스터빈 엔진의 내열·열차폐, 내식 및 내마모 코팅기술 현황을 조사하였으며 - 실험계획법을 이용하여 HVOF 공정인자가 MCrAlY 코팅층의 미세구조, 고온열물성에 미치는 영향을 체계적으로 파악하고 이를 분산분석하여 최적조건을 도출하였다. - 사용된 분말의 조성은 CoNiCrAlY(상품명 AMDRY9954)로서 제조된 코팅층의 두게는 약 350-470㎛범위 였으며 기공도와 산화물 분포는 1%미만이었다. 또한 밀착력과 코팅층의 단면경도는 각각 7,100 psi, Hv350-450 이었다. - 고온산화 시험결과, 10-20㎛두께의 산화피막과 미세균열이 관찰되었으며 산화피막 바로 아래에는 Al deplete zone이 형성되었다. 이 deplete zone의 두께는 온도와 산화시간에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. - 열충격 시험결과, 깊이방향의 미세수직 균열과 코팅층 내부의 수평균열이 관찰되었다. 고온 열피로 시험은 32회를 넘어서면서 고온산화 현상인 포면색갈 변화가 관찰되었고 900회 까지 모든 시편에서 균열이 관찰되지 않았다. - 고온 열물성 시험은 우선 HVOF 용사시편(1차년도)과 LPPS 용사한 시편에 대해 각각 시행할 예정이었으나 해외발주한 LPPS시편 제조가 상당히 지연되는 관계로 이의 비교시험은 수행하지 못했다. - 개발된 기술을 활용하고 성능을 평가하기 위하여 시제품을 제작하였으며 선정된 시제품은 가스터빈 고온부품인 shroud pad 였다. 시제품은 역엔지니어링을 통해 HVOF 및 관련 후처리 공정을 설계하였으며 이 과정에서 HVOF 용사조건의 최적화는 제3장에서 수행한 결과를 바탕으로, 이외의 알루미나이징 처리, 확산열처리, 에이징 처리등에 관련된 생산기술은 미국의 S사로부터 기술도입을 통하여 확보하였다. 3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과) 　· 고품위 터빈블레이드 보호코팅기술 확립 · 국내에 실용화되어 있지 않은 기술의 대체기술 확보로 기술종속성 탈피 · 기타 관련부품 보호코팅기술 수준 향상 및 파급에 의한 기술수요 창출 · 외국 특허코팅에 대응할 수 있는 지적재산권 확보가 가능 · 전량 외국에 의존하고 있는 1,2단 터빈블레이드의 국산화로 제작기간 단축, 경비절감등을 통한 생산성 향상 및 수입대체효과 · 21세기 항공우주산업 국가로서의 이미지 제고 . 국내 용사산업에의 기술파급에 의한 기술수준 향상 및 활성화 도모 4. 적용분야 . 현재 국내에서 가동중인 GE엔진(모델: F-7F, F-7EA, F-7B 및 F-5), Westing house엔진(모델: 501D5), ABB엔진(모델: GT11N 및 GT24) 등의 핵심 가스터빈 Hot Section 부품의 신품 코팅및 보수에 적용

목차 Contents

• 제1장서론 ... 7
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 7
• 제2절연구개발의 목표 및 내용 ... 9
• 제2장가스터빈 엔진의 내열, 내식 ... 11
• 제1절 서 론 ... 11
• 제2절 가스터빈 엔진의 종류와 특징 ... 12
• 1. 가스터빈 엔진의 종류와 특징 ... 12
• 2.산업용 가스터빈 엔진의 활용분야 ... 15
• 3. 가스터빈 엔진의 구성 ... 19
• 4. 가스터빈 엔진부품의 코팅기술 현황 ... 24
• 5. 국내·외 관련기술의 현황 ... 39
• 6. 맺음말 ... 42
• 참고문헌 ... 44
• 제3장HVOF용사 공정기술 개발 ... 45
• 제1절 서 론 ... 45
• 제2절 실험계획법에 의한 용사공정의 최적화 ... 47
• 1. 실험방법 ... 48
• 2 최적 공정인자 결정 ... 53
• 제3절 MCrAlY 코팅층의 고온물성 평가 ... 69
• 1. 미세구조 분석 ... 69
• 2. 고온산화 특성 평가 ... 72
• 3. 열충격 특성 평가 ... 80
• 4. 고온피로 특성 평가 ... 83
• 제4장시제품 제작 ... 87
• 제5장종합의견 ... 93