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가스터빈 블레이드 코팅층의 Thermal Mechanical Fatigue(TMF) 특성 평가 원문보기

보고서 정보
주관연구기관 성균관대학교 산학협력단
보고서유형최종보고서
발행국가대한민국
언어 한국어
발행년월2010-11
과제시작연도 2009
주관부처 지식경제부
Ministry of Knowledge Economy
등록번호 TRKO201300024407
과제고유번호 1415101268
사업명 전력산업원천기술개발
DB 구축일자 2013-09-14
키워드 블레이드.열차폐 코팅.등온산화.주기산화.주기산화.주기산화.파손 메커니즘.TMF.TGMF.

초록 ▼

핵심기술
- 가스터빈 블레이드용 열차폐 코팅의 실제 환경을 모사할 수 있는 TMF 시험장치를 개발하고 열차폐 코팅의 TMF 특성을 평가하는 것임
최종목표
- 가스터빈 블레이드 열차폐 코팅의 TMF 평가 시스템 구축
- 가스터빈 블레이드 열차폐 코팅의 TMF 특성 평가
개발내용 및 결과
○ TMF 평가 시스템 설계 및 제작
- 열적 피로 및 기계적 피로 하중의 동시 적용이 가능한 시험장치 개발
○ 가동 블레이드 코팅 열화 평가
- 기동이력을 알고 있는 블레이드 코팅층의 미세 조직 분석<

목차 Contents

  • 표지 ... 1
  • 제 출 문 ... 2
  • 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
  • 기술개발사업 주요 연구성과 ... 13
  • 목 차 ... 18
  • 제 1 장 서론 ... 22
  • 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 22
  • 1. 기술적 측면 ... 22
  • 2. 산업ㆍ경제적 측면 ... 22
  • 3. 정책적 측면 ... 23
  • 제 2 절 국내ㆍ외 관련 기술의 현황 ... 23
  • 1. 국외기술현황 ... 23
  • 2. 국내기술현황 ... 23
  • 3. 특허현황 ... 24
  • 4. 현 기술상태의 취약성 ... 24
  • 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적ㆍ경제적 파급 효과 ... 24
  • 1. 기술적측면 ... 24
  • 2. 산업ㆍ경제적측면 ... 24
  • 3. 정책적측면 ... 25
  • 4. 활용방안 ... 25
  • 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 26
  • 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 26
  • 1. 최종목표 ... 26
  • 2. 연차별 개발목표 및 범위 ... 26
  • 가. 1차년도 ... 26
  • 나. 2차년도 ... 28
  • 3. 연차별 개발기술의 평가방법 및 정량적 목표 ... 29
  • 가. 연차별 평가 착안점 및 기술 ... 29
  • 나. 정량적 목표 ... 30
  • 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 31
  • 1. 1차년도 연구 수행내용 ... 31
  • 가. 문헌 조사 및 자료 수집 ... 31
  • 1) 가스터빈 블레이드 가동조건 조사를 통한 시험조건 결정 ... 31
  • 2) 기존 TMF 시험 방식 조사 및 분석 ... 34
  • 나. 가동 블레이드 코팅 열화 평가 ... 37
  • 1) 시험편 채취 ... 37
  • 2) 사용재 블레이드 코팅 두께 측정 ... 39
  • 3) 나노 압입 시험 ... 41
  • 가) 시험 장치 및 방법 ... 41
  • 나) 시험 결과 ... 41
  • 다. 등온산화에 따른 열차폐 코팅의 열화 평가 및 파손 메커니즘 분석 ... 44
  • 1) 코팅 시험편 제작 ... 44
  • 2) 시험편 열화 ... 45
  • 3) 열화에 따른 코팅층 미세조직의 변화 ... 47
  • 가) 열화에 따른 TGO의 생성 ... 47
  • 나) 본드코팅 층에서의 알루미늄 고갈 ... 48
  • 다) TGO 두께의 증가 및 코팅층의 박리 ... 50
  • 4) 접착강도 시험 ... 52
  • 가) 시험편 제작 ... 52
  • 나) 시험 장치 및 방법 ... 53
  • 다) 열화에 따른 파손형태의 변화 ... 54
  • 라. 주기산화에 따른 열차폐 코팅의 열화 평가 및 파손 메커니즘 분석 ... 57
  • 1) 시험 장치 및 방법 ... 57
  • 2) 주기산화에 따른 코팅 박리수명 평가 ... 59
  • 3) 주기산화에 따른 코팅층 미세조직 분석 ... 60
  • 가) 주기산화에 따른 코팅층의 박리 ... 60
  • 나) TGO 생성 및 두께 증가 ... 61
  • 4) 접착강도 시험 ... 64
  • 가) 시험편 제작 ... 64
  • 나) 시험 결과 ... 64
  • 마. 비열화된 블레이드 모재의 기본 물성 평가 ... 68
  • 1) 시험편 및 시험방법 ... 68
  • 2) 인장시험을 통한 σ-ε 선도 획득 ... 71
  • 3) 저주기 피로 시험을 통한 ε-N 수명 선도 획득 ... 74
  • 바. TMF 평가 시스템 설계 및 제작 ... 76
  • 1) 하중 전달용 지그 설계 및 제작 ... 76
  • 2) 퍼니스 설계 및 제작 ... 78
  • 3) 냉각 시스템 설계 및 제작 ... 80
  • 4) TMF Controller 제작 및 시스템 구축 ... 81
  • 2. 2차년도 연구 수행내용 ... 82
  • 가. 가스터빈 블레이드 열차폐 코팅의 TMF 평가 시스템 검증 ... 82
  • 1) 온도 파형 제어 가능성 검증 ... 82
  • 2) 온도-변형률 동시 제어 가능성 검증 ... 83
  • 나. 가스터빈 블레이드 모재의 동상 및 역상 TMF 수명 평가 ... 85
  • 1) 시험편 제작 ... 85
  • 2) 시험장치 및 방법 ... 87
  • 3) 시험 결과 ... 90
  • 4) 모재의 동상 및 역상 TMF 수명 비교 ... 101
  • 다. 열차폐 코팅의 동상 및 역상 TMF 수명 평가 ... 104
  • 1) 코팅 시험편 제작 ... 104
  • 2) 시험장치 및 방법 ... 106
  • 3) 시험 결과 ... 108
  • 4) 열차폐 코팅의 동상 및 역상 TMF 수명 비교 ... 120
  • 라. 동상 및 역상 TMF에 따른 열화 평가 및 파손 메커니즘 분석 ... 124
  • 1) 블레이드 모재 시험편의 파단면 분석 ... 124
  • 2) 열차폐 코팅 시험편의 파단면 분석 ... 125
  • 3) 블레이드 모재의 동상 및 역상 TMF에 따른 길이방향 단면 분석 ... 126
  • 4) 열차폐 코팅의 동상 및 역상 TMF에 따른 길이방향 단면 분석 ... 129
  • 마. 열차폐 코팅의 TGMF 수명 평가 ... 133
  • 1) 열전달 해석을 통한 시험조건 결정 ... 133
  • 2) 시험장치 및 방법 ... 134
  • 3) 시험 결과 ... 139
  • 4) 열차폐 코팅의 TMF 및 TGMF 수명 비교 ... 143
  • 바. TGMF에 따른 열화 평가 및 파손 메커니즘 분석 ... 144
  • 1) 열차폐 코팅 시험편의 파단면 분석 ... 144
  • 2) 열차폐 코팅의 TGMF에 따른 길이방향 단면 분석 ... 145
  • 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 147
  • 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 147
  • 1. 1.2차년도 연구 수행 결론 ... 147
  • 가. 가스터빈 블레이드 열차폐 코팅의 TMF 평가 장치 및 시스템 구축 ... 147
  • 나. 가스터빈 블레이드 열차폐 코팅의 등온산화 및 주기산화 특성 평가 ... 147
  • 다. 열차폐 코팅의 TMF에 따른 열화 평가 및 파손 메커니즘 분석 ... 147
  • 라. 열차폐 코팅의 TGMF 수명 평가 및 파손 메커니즘 분석 ... 148
  • 2. 연구개발 추진 일정 ... 149
  • 3. 연구개발 추진 실적 ... 150
  • 가. 열차폐 코팅 시험편 제작 ... 150
  • 나. 열차폐 코팅의 TMF 시험조건 조사 및 시스템 구축 ... 150
  • 다. 열차폐 코팅의 TMF/TGMF 평가 및 파손 메커니즘 분석 ... 151
  • 4. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과물 ... 151
  • 가. TMF 평가 시스템 제작 ... 151
  • 나. 열차폐 코팅의 등온산화 및 주기산화에 따른 파손 수명 및 파손 메커니즘 평가 ... 152
  • 다. 블레이드 모재 및 열차폐 코팅의 TMF 파손 수명 및 파손 메커니즘 평가 ... 152
  • 라. 열차폐 코팅의 TGMF 파손 수명 및 파손 메커니즘 평가 ... 153
  • 5. 연구 개발 기대효과 ... 153
  • 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 154
  • 1. 연구개발팀 편성도 ... 154
  • 2. 연구개발 추진체계 ... 154
  • 최종보고서 요약서 ... 158

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참고문헌 (25)

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