전자빔 물리 증착법에 의한 제트엔진의 열 차폐코팅

전문가 제언

○ 항공기 제트엔진이나 화력발전용 가스터빈 날개는 1200℃ 이상의 고온에 노출되므로 열 차폐코팅은 터빈 날개의 내구력과 신뢰성을 향상시켜 엔진 효율과 수명을 높이는 데 필요한 기술이다. 엔진효율은 한계 운전온도가 높을수록 좋고 유해가스 방출량을 감소시키는 효과도 있다. TBC에는 고온에 잘 견디고 경도가 높으며 내화학, 내마모성이 우수한 저 열전도성 각종 세라믹스 및 복합재료가 연구되고 있으며 이들 재료는 강도대비 비중이 작아 엔진의 무게도 줄이는 효과가 있다.

○ 본 논저는 TBC시스템에서 기재인 Ni초합금 위에 용사 또는 습식전착 방법으로 Co 또는 Pt계 본드-코팅을 하고 톱-코팅과 본드-코팅 사이에 TGO(Al2O3)층을 EB-PVD법으로 증착한 후 열 차폐층인 톱-코팅을 EB-PVD법을 사용하여 YSZ, ZrO2-Y2O3-La2O3 및 ZrO2-HfO2-Y2O3-La2O3등으로 코팅하여 열 차폐 효과를 비교한 연구 내용이다.

○ 본 논저의 특징은 TGO층의 두께에 따른 압축응력에 의한 코팅 막의 박리문제, 톱-코팅 시 기재의 회전방식에 따른 그림자 효과에 의한 톱-코팅 막의 주상간 갭의 크기 및 깃털모양 구조 등이 열 차폐 효과에 미치는 영향을 조사하였을 뿐만 아니라 비행 중 제트엔진에 도입되는 화산회와 모래 등의 미립자에 의한 톱-코팅 부분이 벗겨지는 현상을 방지하기 위한 Al2O3 및 M2Zr2O7계 등의 치밀한 코팅을 톱-코팅 상에 코팅해야 한다고 주장하고 있다.

○ TBC기술은 미국 Ames Laboratory와 Iowa 주립대학의 공동연구를 통해 항공기용 가스터빈 엔진 개발을 시작으로 국내에서도 2000년대 들어 (주)한국항공우주산업을 필두로 대학의 세라믹스 관련 연구실에서 연구가 진행되고 있다. 2004년부터 T-50 초음속 훈련 항공기의 생산이 시작되어 외국수출에도 성공하고 있으나 제트 엔진의 효율화, 장수명화 더 나아가서는 우주항공기술 개발, 에너지 효율의 극대화, 고온형 차세대 원자로 및 핵융합로 기술 개발에도 열 차폐 코팅기술은 필요하며 자주 국방 차원에서도 이 분야의 산-학 협동연구가 필요하다고 생각한다.

저자

Hideaki Matsubara and Norio Yamaguchi

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2011

권(호)

46(7)

잡지명

セラミックス

과학기술
표준분류

재료

페이지

549~555

분석자

김*호

분석물

• 전자빔 물리 증착법에 의한 제트엔진의 열 차폐코팅.pdf [315,509 byte]

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