초록 ▼

본 연구에서는 항공용 및 발전용 가스터빈 핵심 부품에 적용할 수 있는 단결정 초내열합금 소재를 개발하고, 초내열합금과 본드 코팅 층의 계면 반응 분석, 그리고 고내구성 저열전도도 열차폐 코팅 기술 개발을 수행하였음.

희유 원소를 저감한 단결정 초내열합금 후보 합금을 설계하고 고온 크리프 특성, 석출 거동 등을 분석하였음. 설계한 후보 합금 군은 상용 단결정 합금과 비교하여 동등하거나 우수한 크리프 특성을 나타내어 해당 정량적 성과가 단계 목표를 달성되었음. 상용 초내열합금과 3가지 상용 본드 코팅 사이의 계면에서 반복

본 연구에서는 항공용 및 발전용 가스터빈 핵심 부품에 적용할 수 있는 단결정 초내열합금 소재를 개발하고, 초내열합금과 본드 코팅 층의 계면 반응 분석, 그리고 고내구성 저열전도도 열차폐 코팅 기술 개발을 수행하였음.

희유 원소를 저감한 단결정 초내열합금 후보 합금을 설계하고 고온 크리프 특성, 석출 거동 등을 분석하였음. 설계한 후보 합금 군은 상용 단결정 합금과 비교하여 동등하거나 우수한 크리프 특성을 나타내어 해당 정량적 성과가 단계 목표를 달성되었음. 상용 초내열합금과 3가지 상용 본드 코팅 사이의 계면에서 반복 열피로에 따른 2차 반응 층의 형성 거동, TCP상의 생성 및 성장 거동 등을 구성 원소들의 확산과 관련하여 분석하였음. 고내구성 저열전도도 열차폐 코팅 기술을 개발 하기위해, 수직 적층형 미세구조를 구현할 수 있는 서스펜션 플라즈마 스프레이 기술을 도입하였음. 기존 보유하고 있던 VPS 장비를 일부 변경하여 서스펜션 feeder를 개발하였고, 상용 서스펜션을 이용하여 코팅을 수행한 결과 수직 적층형 미세구조를 구현하는데 성공하였음.

(출처 : 보고서 초록)

Abstract ▼

The project entitled as "Developments of multi-performance single crystal superalloys and advanced thermal barrier coating technology for gas turbine applications" has been performed within a plan to investigate the entire aspects of high temperature materials for gas turbine engine components.
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The project entitled as "Developments of multi-performance single crystal superalloys and advanced thermal barrier coating technology for gas turbine applications" has been performed within a plan to investigate the entire aspects of high temperature materials for gas turbine engine components.

One of aim in the present study is to develop a new alloy with lower level of rare elements like Re and Ru than commercial single crystal superalloy, CMSX-4. The effects of alloying elements on various physical and mechanical properties of single crystal alloys were investigated by commercial thermodynamic calculation software, JMatPro. On the basis of the investigation, chemical compositions of the 1st candidate alloys were suggested. After various trials, heat treatment conditions for KMXP201 alloy to obtain optimum microstructure were decided. Creep tests of developed alloys after heat treatment were conducted and then the results were compared with that of commercial superalloy. Even though the contents of Re is only 1.5%, similar and superior creep properties could be obtained in designed alloy compared with CMSX-4. Optimization of heat treatment will enhance the properties of these alloys, which will be studied in the next year.

The interfacial reaction between base material and bond coat was also analyzed with commercial MCrAlY bond coats including NiCrAlY, NiCoCrAlY, and CoNiCrAlY. To increase bonding strength of interface, diffusion heat treatment was conducted for as-coated specimens, resulting into formation of secondary reaction zone (SRZ). This reaction zone grew inside the base material during cyclic thermal fatigue coincide with formation of recrystallized γ, γ', and TCPs. In the higher thermal cycles, SRZ was divided into two layers, called here as coarse γ+γ' and γ+γ'+TCP layers, due to diffusion of Al, Cr, and Co from bond coat layer. The coarse γ and γ' phases subsequently covered entire region of SRZ at 571cycles. In the case of CoNiCrAlY bond coat, the SRZ was composed of Co-rich γ layer rather than coarse γ+γ' layer due to stabilization of γ by large amount of Co. By comparison of each microstructure at pre-set cycles, NiCoCrAlY interface was found to be more stable which in turn to make thinner SRZ layer.

Suspension plasma spraying (SPS) was introduced to develop high durability and low thermal conductivity thermal barrier coatings. Suspension feeder was developed by partial change in existing vacuum spraying (VPS) equipment. Microstructure of suspension plasma sprayed yttria stabilized zirconia coating (YSZ), formed using commercial suspension, showed columnar-like-structure.

(출처 : SUMMARY)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2보고서 초록 ... 3요 약 문 ... 4S U M M A R Y ... 5C O N T E N T S ... 6목차 ... 7제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 8 제 1 절 연구개발의 목적 ... 8 제 2절 연구개발의 필요성 ... 8제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 10 제 1 절 기술개발 동향 ... 10 제 2 절 특허 동향 ... 12 제 3 절 산업 및 시장 동향 ... 13제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 16 제 1 절 희유원소 저감 단결정 1차 후보 합금 설계 ... 16 제 2 절 상용 단결정 합금 코팅 계면 반응 및 열화 거동 분석 ... 23 제 3 절 수직 적층형 미세구조 코팅용 열차폐 코팅 공정 개발 ... 37제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 43 제 1 절 목표 달성도 ... 43 제 2 절 관련 분야에의 기대효과 ... 45제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 47 제 1 절 연구 결과 활용 계획 ... 47 제 2 절 2차년도 계획 ... 47제 6 장 참고문헌 ... 49끝페이지 ... 50