遮熱コーティング（TBC）について

高温環境下における保護とタービンエンジン効率向上の分野において、遮熱コーティング（TBC）は最前線に立っています。これらのコーティングは、タービンエンジンを極度の温度による有害な影響から守る上で極めて重要な役割を果たします。この記事では、TBCの世界を深く掘り下げ、その重要性、用途、そして航空宇宙および産業分野の進化するニーズに応えるためにエリコンが行っている革新的な取り組みについてご紹介します。

遮熱コーティングとは何ですか？

遮熱コーティング（TBC）は、ガスタービンエンジンの重要部品に成膜される高度な保護層です。これらの特殊なコーティングシステムは、主に断熱材として機能し、タービンエンジン部品を極度の温度や過酷な運転条件から保護します。TBCは通常、耐酸化性金属MCrAlYボンドコートの上にコーティングされたイットリア安定化ジルコニア（YSZ）セラミックコーティング層で構成されています。TBCの主な機能は、下層の基材への熱伝導を低減し、機械特性の向上と部品寿命の大幅な延長を実現することです。この技術は、航空宇宙および産業用ガスタービンの効率向上、排出量削減、そしてエンジン性能向上の実現に大きく貢献しています。歴史的に、遮熱コーティングは、セラミックトップコート用のMetco 204イットリア安定化ジルコニア（ZrO2・8Y2O3）粉末と、ボンドコート用のAmdry 386（ NiCoCrAlSiHfY ）粉末を用いてプラズマ溶射されてきました。これらの注目すべき事例は、数十年にわたり優れた性能を示してきました。現在、エリコンはTBCとMCrAlY粉末の幅広いポートフォリオを提供し、お客様のニーズにお応えしています。

遮熱コーティングとは何ですか？

典型的なTBC コーティングの微細構造の断面 SEM写真には、さまざまな気孔や亀裂が見られます。

遮熱コーティングの必要性

より高い効率性を常に追求する中で、今日の航空および産業用ガスタービンエンジンは、より厳しい条件下で稼働しています。このようなエンジンは、公差が厳しく、圧力比が高く、そしてタービン入口温度が高いという特徴があります。これらの進歩は、NO_xおよびCO₂排出量の低減による環境への影響の軽減を目指しています。しかし、大きな課題が浮上しています。タービン入口温度は過去40年間で約500°C（932°F）も上昇したのに対し、タービン製造に使用される材料の限界温度は約220°C（396°F）しか上昇していないのです。その結果、タービン部品とコーティングは、1500°C（2732°F）を超える温度に耐える必要があります。この課題に対処するため、エンジニアは遮熱コーティング（TBC）などの革新的なコーティングソリューションに頼り続けています。高度なTBCは、トランジションダクト、燃焼器、ヒートシールド、オーグメンター、ノズルガイドベーン、ブレードなど、さまざまな重要部品に使用されています。

遮熱コーティングの必要性

遮熱コーティングは航空機のエンジンを保護します。

ガスタービン用途などにおける遮熱コーティング材料

エリコンは、遮熱コーティングの世界には万能なソリューションはないことを理解しています。そのため、標準的なYSZ組成、高純度オプション、優れた断熱特性を備えた高度なLow-k代替品など、幅広い材料を提供しています。私たちは継続的な研究開発に取り組んでいます。社内のRapid Alloy Development（RAD）材料モデリングおよびシミュレーションツールを活用し、お客様や学術機関と協力することで、高度なエンジン設計のニーズを満たす次世代の材料組成を開発することができます。その例として、カルシア-マグネシア-アルミナ-シリカ（CMAS）腐食に耐性のある製品（Metco 6041A）、使用温度範囲が広いジルコニアベースの複合酸化物（Metco 206A）、複数の特性（高温環境下での相安定性、耐エロージョン性、CMAS耐性など）を兼ね備えた革新的な高エントロピー酸化物（HEO）などがあります。以下は、当社の遮熱コーティング材料の概要と、それぞれの製品ページへのリンクです。

Nominal Chemistry	Product Name	Link
ZrO₂ 8Y₂O₃	Amdry 6643	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 204AF	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 204D	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 204F	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 204NS-G Premium	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 207	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 233A	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 233B	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 231A	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 233C	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 234A	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 6609	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 204NS-G	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 204B-NS	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 204C-NS	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Amdry 204NS-1	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃	Metco 204NS	Click here
ZrO₂ 56Y₂O₃	Metco 208	Click here
ZrO₂ 24CeO₂ 2.5Y₂O₃	Metco 205NS	Click here
ZrO₂ 24MgO	Metco 210	Click here
ZrO₂ 10Dy₂O₃	Metco 213	Click here
ZrO₂ 7.5Y₂O₃	Metco 214A	Click here
ZrO₂ 7.5Y₂O₃	Metco 6700	Click here
ZrO₂ 48Y₂O₃	Metco 215A	Click here
ZrO₂ 8Y₂O₃/Ethanol	Metco 6608	Click here
ZrO₂ 24MgO	Metco 210NS-1	Click here
ZrO₂ 5CaO 0.5Al₂O₃ 0.4SiO₂	Metco 201NS	Click here
ZrO₂ 5CaO 0.5Al₂O₃ 0.4SiO₂	Metco 201B-NS	Click here
ZrO₂ 20Y₂O₃	Metco 202NS	Click here

溶射コーティング応用技術

コーティングプロセスは、TBC の有効性と性能を左右する重要な要素です。エリコンは、溶射プロセスの効率と信頼性を高めるため、最先端技術を採用しています。当社は、大気圧プラズマ溶射 (APS) 、真空プラズマ溶射 (VPS) または低圧プラズマ溶射 (LPPS)、高速フレーム溶射(HVOF)など、さまざまな装置と方法を開発、提供、導入しています。SinplexPro ™プラズマ溶射ガンに使用されている当社の革新的なカスケードアーク技術は、効率、再現性、信頼性を大幅に向上させます。その結果、コーティング施工者の時間とコストを大幅に節約できます。多くの作業において、TBC コーティングに必要な時間が大幅に短縮され、メンテナンスや品質問題による作業停止が減少します。エリコンは、完全なコーティングソリューションの開発における最先端の専門知識を活かし、本質的に材料コストが高く、塗布の複雑さが増す可能性のある高度な TBC でも、エンドユーザーがコスト効率よくコーティングできるようにしています。

エリコンのTBCの進歩への取り組み

エリコンは、TBCシステム、溶射材料、装置、そしてアプリケーション技術の継続的な進化に尽力しています。より効率的で環境に優しいタービンエンジンの実現を目指し、航空宇宙および産業分野の刻々と変化するニーズに応えるべく、カスタマイズされたソリューションを積極的に模索しています。エリコンの研究開発へのコミットメントは、高度なコーティングソリューション開発における専門知識と相まって、この分野のリーダーとしての地位を確立しています。産業界のパートナーと共に、遮熱コーティングの卓越した技術によって実現される、持続可能なガスタービンエンジンの未来を共に築き上げていきます。

お問い合せ先

Oerlikon Japan Co., Ltd. Metco; 3-4-2 Hikawadai, Nerima-ku, Tokyo, 179-0084, Japan

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