엔진 환경-싱크로트론으로 고온 세라믹 코팅의 비밀을 밝히다

전문가 제언

 

○ 항공기 엔진, 발전 및 산업용 가스터빈의 고온부품 및 우주발사체 연소기에는 내열성, 내식성, 고온 강도 등의 특성이 요구 된다. 고온 산화분위기에서 합금재료의 표면에 세라믹 소재를 코팅함으로써 열부하를 경감시키는 초고온 열차폐코팅(TBC: Thermal Barrier Coating) 기술이 주목받고 있다.

 

○ 현재 고온 부품 제작에 많이 적용되는 열차폐코팅 기술은 1970년대 중반에 미국 NASA-Lewis에서 금속재료 표면에 MCrAlY 결합코팅을 하고, 그 위에 YSZ 세라믹 코팅을 플라스마 용사한 것을 바탕으로 발전하였다. 이 기술은 초기에 Pratt & Whitney J75 가스터빈 엔진의 터빈날개에 적용함으로써 우수성이 입증된 바 있다.

 

○ 항공기용 가스터빈엔진 세계 시장은 현재 약 250억 달러 수준에 이르고 있고, GE Aviation, Pratt & Whitney, Rolls Royce(Siemens)가 주도하고 있다. 세계의 열차폐코팅 기술에 대한 개발은 미국, 독일이 선도하고 있으며, 코팅기술로는 플라스마용사 및 전자빔기상증착이 가장 널리 활용되고 있다.

 

○ TBC의 설계와 개발에서 가장 중요한 것은 열사이클 및 열충격에 대한 건전성을 장기간 유지시키는 것인데, 이를 위하여 TBC를 평가하려는 많은 시도들이 이루어지고 있으나 제한적이다. 그간 용이하지 않을 것으로 보였지만, 엔진이 실제로 운전되고 있는 극한 환경을 조성하고, 동시에 싱크로트론에서 방출되는 고에너지 X-선을 이용하여 TBC 현장측정을 직접 가능하도록 한 것은 혁신적이다.

 

○ 국내에서는 한국항공우주연구원, 한국기계연구원과 몇 개 대학에서 열차폐 코팅에 대한 연구가 되고 있으나 수준은 낮고, 몇 개 기업에서 외국 기술을 이용하여 가스터빈 고온부품에 TBC 기술을 적용하는 것이 전부이다. 선진국은 고온 운전조건을 넘어 초고온 운전조건에 필요한 TBC 기술 개발에 성공했으며, 특히 초고온 환경에서 현장측정을 통한 정밀 TBC 설계 기술의 개발로 큰 발전을 기대하게 되었다

저자

K. Knipe, A. Manero II, S.F. Siddiqui, C. Meid, J. Wischek, J. Okasinski, J. Almer, A.M. Karlsson, M. Bartsch, S. Raghavan

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

94(1)

잡지명

American Ceramic Society Bulletin

과학기술
표준분류

재료

페이지

22~27

분석자

정*생

분석물

• 엔진 환경 - 싱크로트론으로 고온 세라믹 코팅의 비밀을 밝히다.pdf [341,589 byte]

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