電子ビーム蒸着熱遮蔽コーティングの微細構造と局所機械的応答に対する放射電流の影響
Effect of Emission Current on the Microstructure and Local Mechanical Response of EB-PVD Thermal Barrier Coatings
本研究では、工業スケールのSMART COATERシステムを用いて堆積された7 wt.%イットリア安定化ジルコニア(7YSZ)熱遮蔽コーティング(TBC)における、電子ビーム放射電流、堆積条件、微細構造、および機械的応答の関係を調査した。電子ビーム物理蒸着(EB-PVD)は、柱状微細構造と高温下での優れた耐久性を持つTBC製造のための先進技術である。放射電流の増加は、基板温度の上昇、蒸発強度の増加、堆積率の向上をもたらし、結果としてより厚く、柱状構造が粗くなるコーティングが得られた。ASTM C633引張試験では、接着層内での凝集破壊が生じ、測定された引張破壊応力はコーティング接着強さの下限値を示唆した。ビッカース硬さ試験では、厚さ方向の硬さのばらつきと、高放射電流条件下で製造されたコーティングの局所的な高い硬度が明らかになった。これらの結果は、堆積条件、柱状微細構造、およびEB-PVD 7YSZコーティングの局所的なビッカース硬さとの間に体系的な関係があることを示している。
- 工業スケールのSMART COATERシステムを用い、電子ビーム物理蒸着(EB-PVD)で7 wt.%イットリア安定化ジルコニア(7YSZ)熱遮蔽コーティングを堆積し、放射電流・堆積条件・微細構造・機械的応答の関係を調査した
- 電子ビーム放射電流の増加により基板温度上昇・蒸発強度増加・堆積率向上が生じ、より厚く柱状構造が粗いコーティングが得られた
- ASTM C633引張試験では接着層内の凝集破壊が確認され、測定値はコーティング接着強さの下限値を示唆した
- ビッカース硬さ試験で厚さ方向の硬さばらつきと、高放射電流条件下で製造したコーティングの局所的な高硬度が明らかになり、堆積条件と局部硬さに体系的な関係があることが示された
EB-PVDによる7YSZ熱遮蔽コーティングの成膜プロセス研究であり、放射電流という装置パラメータが柱状微細構造・厚膜化・局所硬さを系統的に制御できることを示した点が実務的に重要。TBCはガスタービンや航空エンジンの高温部材の寿命を左右する素材で、成膜条件の最適化はメンテナンスコストと燃費に直結する。ただし本研究は実験室的・学術的な相関の提示にとどまり、特定企業の製品化や量産投資の発表ではないため、直接の投資トリガーではなく、EB-PVD装置・コーティング材料サプライヤーの技術力評価材料として扱うのが妥当。