초록 ▼

본 연구에서는 항공용 및 발전용 가스터빈의 블레이드, 베인등 핵심 부품에 적용할 수 있는 단결정 초내열합금 소재를 개발하고, 초내열합금과 본드 코팅 층의 계면 반응 분석, 그리고 고내구성 저열전도도 수직적층형 열차폐 코팅 공정기술 개발을 수행하였음.
희유 원소를 저감한 단결정 초내열합금을 설계하고 최적의 열처리 조건을 설정하였으며, 고온 크리프 특성, 석출 거동, 고온 상안정성, 고온 저주기 피로 특성 등을 분석하였음. 개발합금은 상용 2세대 니켈기 단결정 초내열합금과 비교하여 우수한 크리프 특성을 나타내었으며, 고온에서 상의

본 연구에서는 항공용 및 발전용 가스터빈의 블레이드, 베인등 핵심 부품에 적용할 수 있는 단결정 초내열합금 소재를 개발하고, 초내열합금과 본드 코팅 층의 계면 반응 분석, 그리고 고내구성 저열전도도 수직적층형 열차폐 코팅 공정기술 개발을 수행하였음.
희유 원소를 저감한 단결정 초내열합금을 설계하고 최적의 열처리 조건을 설정하였으며, 고온 크리프 특성, 석출 거동, 고온 상안정성, 고온 저주기 피로 특성 등을 분석하였음. 개발합금은 상용 2세대 니켈기 단결정 초내열합금과 비교하여 우수한 크리프 특성을 나타내었으며, 고온에서 상의 안정성과 고온 저주기 피로 특성도 우수하였음.
상용 초내열합금 및 개발합금과 3가지 상용 본드 코팅 사이의 계면에서 반복 열피로에 따른 2차반응 층의 형성 거동, TCP상의 생성 및 성장 거동 등을 구성 원소들의 확산과 관련하여 분석하였음. 코팅소재의 조성에 따라 표면산화와 계면 2차 반응층 형성에 서로 다른 거동을 나타내었으며, TCP 형성은 코팅재뿐 아니라 기지 합금의 조성에따라서도 다른 반응을 나타내었음.
고내구성 저열전도도 열차폐 코팅 기술을 개발하기 위해, 수직 적층형 미세구조를 구현할 수 있는 서스펜션 플라즈마 스프레이 기술을 도입하였음. 기존 보유하고 있던 VPS 장비를 일부 변경하여 서스펜션 feeder를 개발하였고, 진공 분위기에서 서스펜션을 사용한 플라즈마 용사 공정으로 코팅을 형성할 수 있음을 확인하였으며, 재료연구소만이 보유하고 있는 독창적이고 혁신적인 기술을 개발하였음.

(출처 : 보고서 초록 3p)

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.
O

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 developed alloys, KMXP202 and KMXP220 were suggested. After various trials, heat treatment conditions for the developed alloys to obtain optimum microstructure were decided. Even though the contents of Re is only 1.5%, similar and superior creep properties could be obtained in developed alloys compared with CMSX-4. And, these alloys showd less TCP Phase formation at high temperature than CMSX-4. KMXP202 was shown to have superior low cycle fatigue properties than CMSX-4.
The interfacial reaction between developed alloy KMXP202 and bond coat was also analyzed with commercial MCrAlY bond coats including NiCrAlY, NiCoCrAlY, and CoNiCrAlY. 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. The developed alloy revealed similar thermal degradation behaviors with CMSX-4 during electrical thermal fatigue, flame thermal fatigue, and thermal shock testings.
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. Thermal conductivity of top coating produced by SPS process was lower than APS processed coating. And, SPS coating showd that the high temperature cyclic oxidation resistance has increased by more than twice in comparison to APS coating due to the lower growth rate of TGO at interface.

(출처 : Summary 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 6
• 목차 ... 7
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 8
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 8
• 제 2절 연구개발의 필요성 ... 8
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 제 1 절 기술개발 동향 ... 10
• 제 2 절 특허 동향 ... 11
• 제 3 절 산업 및 시장 동향 ... 13
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 16
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 37
• 제 1 절 목표 달성도 ... 37
• 제 2 절 관련 분야에의 기대효과 ... 38
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 40
• 제 6 장 참고문헌 ... 41
• 끝페이지 ... 42