열 방지 코팅기술 개발

전문가 제언

○ 지구환경 온난화의 주범이 CO2 가스라는 사회적 관심이 확산되면서 CO2 발생량을 줄이기 위하여 자연에너지 이용, 전기자동차, 원자력발전 등이 연구 개발되고 있다. 그러나 BRICs 국가 등의 공업발전에 따라 CO2 발생량 문제가 따르고 있다. CO2삭감은 가스터빈이나 항공기 등의 엔진효율을 향상시키는 것도 큰 과제이다. 터빈 TIT를 높여서 엔진효율을 향상시키려면 고온에서 견디는 재료 개발이 중요하다.

○ 1,700℃급 고효율 복합발전 가스터빈 등을 개발？보급하려면 터빈입구 가스온도(TIT)가 높아야 하고 고온용 내열재료인 IN-100, MAR-M200 등의 Ni기 초합금을 사용한다. 이 재료들도 고온에서 산화하여 블레이드의 두께 감소하기 때문에 이를 방지하려고 NiCoCrAlY 등을 플라스마 용사처리하는데, 여러 가지 용사법 중에서 대기용사처리가 간편하고 경제성도 있는 특징이 있어서 많이 사용한다.    

○ Ni기 초합금에 NiCoCrAlY를 APS법으로 본드 코팅한 후에 세라믹스를 EB-PVD 장치로 3,000℃ 이상의 고온에서 증발시켜서 차열코팅(TBC)을 한다. 여기에 사용하는 세라믹 종류에 따라 고온에서 상안정성, 저열전도성, 내침식성, 본드코트와 톱코트의 열팽창 차이가 없는 코팅을 해야 하는데 아직 많은 과제가 남아 있다.    

○ 톱코팅재의 물성을 보면, ZrO2-Y2O3(YSZ)은 열전도율이 1.8∼2.7W/mK, 융점이 2,680℃이며, YSZ에 다른 산화물을 치환한 ZrO2-Sc2O3,CeO2는 열전도율과 융점이 YSZ와 같다. 그래도 변태 문제가 있고 Y2O3는 열전도율이 2W/mK, 융점이 2,435℃이고 내식성은 유망하지만 열팽창계수가 불안정하므로 여러 산화물의 합성과 물성실험이 중요하다고 생각된다.  

○ 현재 EB-PVD 장치는 미국이나 유럽은 많이 소유하고 있고 제품처리도 하고 있으나 일본은 3대뿐이고 우리나라는 아직 없는 실정이다. 화력 발전소의 가스터빈이나 제트엔진 블레이드의 보수나 생산을 위하여 EB-PVD 장치 도입과 차열코팅 연구도 중요하다고 생각된다.

 

 

 

저자

K.Matsumoto, K.Kawagishi, H. Harata

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2013

권(호)

52(10)

잡지명

まてりあ（日本金屬學會會報)

과학기술
표준분류

재료

페이지

469~474

분석자

황*길

분석물

• 열 방지 코팅기술 개발.pdf [335,747 byte]

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