용사법에 의해 제조된 3층 열장벽 코팅층의 물성에 관한 연구 = A Study on the Physical Properties of the Thermal Barrier Coating with Three Layers by Plasma Spray Method

국문 초록 (Abstract)

항공기와 자동차 엔진의 열장벽 및 고온내마모의 증대를 목적으로 사용중에 있고 , 적용이 점차 확대되고 있는 Thermal Barrier Coating(TBC)은 모재 직상에 단열층과의 결합을 돕기위한 접합층이 자리하고, 최상층에 단열을 위한 세라믹층을 형성시키는 2층구조가 보편적이었다. 그러나, 고온 열cycle 사용조건에서 금속과 세라믹 간의 열팽창계수 차이에 의한 잔류 열응력의 축적은 열장벽 피막의 파괴를 야기하는 중대한 문제점으로 지적되어온 바 있다. 따라서, 보 연구에서는 잔류 열응력 완화를 목적으로 YSZ(Yittria Stabilized Zirconia) 및 MSZ(Magnesia Stabilized Zirconia)단열층과 NiCrAlY접합층 사이에 각각의 성분을 50wt%씩 혼합한 중간층을 도입하여, 열피로 특성을 개선함과 동시에 내구성을 보유한 3층의 TBC를 제조하였다. 고온내마모시험 및 열충격시험을 통하여 이들의 고온에서의 물성을 측정하고, 중간층이 배제된 2층의 TBC와 비교하였다. 결과적으로 YSZ TBC가 MSZ TBC보다 고온에서의 내마모성능이 우수한 것으로 분석됐고, 400℃에서 600℃로 온도가 증가할수록 대부분의 피각에서 내마모성능이 저하되는 경향을 보였다. 열충격 실험에서는 YSZ 3층구조의 TBC가 가장 우수한 내열충격성을 나타냈다. 이것은 중간층의 도입이 금속 접합층과 세라믹 층간의 열팽창계수 차이 완화에 기여한 결과라고 사료된다. 또한, SEM과 광학현미경으로 조직을 관찰하였고, 접착력, 경도 그리고 마모 실험을 통해 물리적 성질을 관찰하였다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Thermal Barrier Coating(TBC) to improve the heat barrier and wear resistant property in high temperature of the aircraft engine and the automobile engine has usually the two layer structure. One is a ceramic top layer for heat insulation and the other is a metal bond layer to facilitate the bond strength between the top ceramic layer and the substrate. But, the coated layers should be peeled off because of the accumulation of the thermal stress by the difference of the thermal expansion coefficient between metal and ceramics in a heat cyclic environment. In this study, the intermediated layer by plasma spray process was introduced to reduce the thermal stress. The powders of plasma spray coating were the Yttria Stabilized Zirconia(YSZ), the Magnesia Stabilized Zirconia(MSZ) and NiCrAlY. The intermediate layer was sprayed with the powders of the partially stabilized zirconia with 50wt% NiCrAlY between the ceramics top coat and the bond coat for the purpose of the alleviation of heat expansion coefficient. The high temperature wear and thermal shock test were executed. The high temperature wear resistance of the YSZ TBC is better than that of the MSZ TBC. The wear resistance tends to decrease according to increasing the temperature between 400℃ to 600℃. The thermal shock life of the 3 layers TBC with TSZ top coating was the most outstanding thermal shock resistance. This mean that the intermediate layer should play and important roll to alleviate the difference of the thermal expansion coefficients between metallic layer and ceramics layer. SEM and OM were examined. The bond strength, hardness test, and wear test were also studied.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 실험 방법
• Ⅲ. 결과 및 고찰
• Ⅳ. 결론