超合金鋳造品の熱遮断コーティング(TBC)品質評価に不可欠な試験

超合金鋳造品の熱遮断コーティング(TBC)品質評価の主要試験

熱遮断コーティング(TBC)システムの品質評価は、タービンブレードやベーンなどの高温部品の性能と寿命を確保するために極めて重要です。コーティングが使用に供される前に、その機械的完全性、熱的性能、および微細構造の健全性を評価するためには、多面的な試験アプローチが必要です。

密着強度および凝集強度試験

最も基本的な試験は、通常真空精密鋳造で製造された部品である超合金基材に対するコーティングの密着強度の評価です。標準的な方法は引張密着試験（例：ASTM C633）であり、コーティング表面に接着されたスタブを破壊が発生するまで引っ張ります。純粋な強度値よりも、破壊モード（接着剤内、セラミックトップコート内、ボンドコート内、または界面での破壊）の方が有益な情報を提供します。トップコート内の凝集破壊はしばしば許容されますが、ボンドコート界面での密着破壊は準備または処理が不十分であることを示します。

厚さおよび均一性測定

コーティングの厚さは、鋳造品の複雑な形状全体で厳密に制御され、均一でなければなりません。渦電流探傷試験などの非破壊技術は、導電性ボンドコートの厚さを測定するために使用され、超音波厚さ計はTBCシステム全体の厚さを測定できます。金属組織学的断面観察は決定的な破壊検査法であり、顕微鏡下でセラミックトップコートと熱成長酸化物(TGO)層の両方を精密に測定することができます。これは単結晶鋳造による部品にとって極めて重要であり、コーティングの均一性は部品寿命に直接影響します。

微細構造分析

走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた断面分析は不可欠です。これにより、以下のような重要な微細構造的特徴が明らかになります：* セラミック層内の気孔率とクラックネットワーク（これらはひずみ許容性と熱伝導率に影響を与える）。* ボンドコートとトップコートの間のTGO（アルミナ層）の完全性と厚さ。薄く連続したTGOが望ましい。厚いまたは不規則なTGOは剥離の前兆である。* 不要な相または汚染物質の存在。このレベルの材料試験および分析は、コーティングプロセスを検証し、性能を予測します。

熱サイクル試験およびバーナーリグ試験

実験室試験は使用条件を模擬します。熱サイクル試験は、コーティングされた試験片を炉内で高温に加熱し、その後急速に冷却することを繰り返します。バーナーリグ試験はより高度であり、コーティングを高速火炎に曝露し、実際のエンジンの温度勾配と熱流束を模擬します。両試験とも、破壊（コーティング剥離）までのサイクル数を測定し、航空宇宙および航空用途での性能と相関�る加速寿命データを提供します。

組成および相分析

エネルギー分散型X線分光法(EDS)やX線回折(XRD)などの技術は、コーティング層の化学組成を確認し、存在する結晶相を特定するために使用されます。これにより、ボンドコート（通常MCrAlY）の正しい適用が確認され、最適な性能のためにセラミックトップコートが所望の準安定正方晶プライム(t')相にあることが保証されます。

欠陥のための非破壊検査(NDI)

最後に、生産部品の100%がNDIを受けます。サーモグラフィ（赤外線画像）は、コーティングを通る熱流を分析することで、密着不良や層間剥離を検出できます。高感度超音波Cスキャンは、コーティング-基材の密着の完全性をマッピングすることもでき、発電用途向けなどの重要な部品が出荷される前に、大規模な欠陥が存在しないことを保証します。