タービンエンジンの効率性を向上させる新しいコーティング材料 (UVA Researchers Develop New Coatings to Boost Turbine Engine Efficiency)

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2024-10-21 アメリカ合衆国・バージニア大学 (UVA)

バージニア大学(UVA)の研究チームは、タービンエンジンの効率を向上させる新しい保護コーティングを開発しました。このコーティングにより、エンジンはより高温での運転が可能となり、燃料消費の削減や排出ガスの低減、運用コストの削減が期待されます。従来のニッケル基超合金は約1,200°Cまでの耐熱性しか持たず、セラミック複合材料もシリコン層の融点(約1,400°C)に制約されていました。研究チームは、複数の希土類酸化物を組み合わせた単層コーティングを開発し、これにより複雑な多層コーティングを使用せずに高性能を実現しました。この研究成果は、2024年10月21日にUVA工学部のニュースサイトで発表されました。

<関連情報>

多成分希土類酸化物を用いた新しい耐火合金熱/環境バリアコーティングの可能性 Opportunities for novel refractory alloy thermal/environmental barrier coatings using multicomponent rare earth oxides

Kristyn D. Ardrey, Mackenzie J. Ridley, Kang Wang, Kevin Reuwer, Giavanna Angelo, Kevin Childrey, William Riffe, Mahboobe Jassas, Mukil Ayyasamy, Prasanna V. Balachandran, Patrick E. Hopkins, Jonathan Laurer, Carolina Tallon, Bi-Cheng Zhou, Elizabeth J. Opila
Scripta Materialia  Available online 4 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116206

Abstract

Opportunities are described for developing coatings for refractory alloys beyond the current state-of-the-art silicide coatings, which are inadequate for long-term application in combustion environments due to silica volatility. It is proposed that multicomponent rare earth oxides provide an ideal material system to tailor all necessary properties for environmental/thermal barrier coatings in a single layer, differing from current trends to adopt multi-layer systems that are prone to thermochemical-mechanical interface failure mechanisms. The article discusses opportunities, proof-of-concept, and challenges to accomplish these single-layer rare earth oxide coatings. Properties of interest include isotropic phase stability, processability, thermal expansion, thermal conductivity, ability to perform as a radiation barrier, stability in combustion environments, CMAS resistance, and ability to act as an oxygen diffusion barrier. Both experimental and computational approaches for property optimization are described.

0102材料力学
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