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고온 재료와 크리프

가스 터빈의 블레이드에 입히는 열차폐 코팅(TBC)의 구성에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?

  1. A열전도율이 낮은 YSZ 톱 코트 아래에 MCrAlY 등의 본드 코트를 두고, 그 계면의 얇은 Al₂O₃ 열성장 산화물(TGO)이 모재의 산화를 막는다
  2. B톱 코트에는 열전도율이 높은 치밀한 알루미나를 사용하여 블레이드의 열을 빠르게 밖으로 내보내 금속의 온도를 낮추고, 그 아래의 본드 코트로 모재와의 열팽창 차이를 흡수한다
  3. C톱 코트의 YSZ가 산소를 전혀 통과시키지 않으므로 본드 코트는 필요 없으며, YSZ를 모재에 직접 분사하기만 하면 모재의 산화와 열을 동시에 막을 수 있다
정답과 해설 보기

정답: A. 열전도율이 낮은 YSZ 톱 코트 아래에 MCrAlY 등의 본드 코트를 두고, 그 계면의 얇은 Al₂O₃ 열성장 산화물(TGO)이 모재의 산화를 막는다

TBC는 블레이드 내부를 냉각 공기로 식히면서 표면의 단열층으로 금속의 온도를 낮추는 피막입니다. 톱 코트의 YSZ(이트리아 부분 안정화 지르코니아)는 열전도율이 약 1~2 W/(m·K)로 낮고, 세라믹스로서는 열팽창 계수가 큰 재료입니다. 다공질의 용사 피막이나 주상의 증착막으로 만들어 모재와의 열팽창 차이에 의한 변형을 흡수합니다. YSZ는 산화물 이온을 잘 통과시키므로 산소를 막을 수 없으며, 본드 코트의 Al이 산화하여 얇은 Al₂O₃의 TGO가 생기고, 이것이 모재의 산화를 막습니다. TGO가 두꺼워지거나 열 사이클을 받으면 그 부근에서 톱 코트가 박리되는 것이 수명을 결정하는 주된 원인입니다. 열전도율이 높은 재료로는 단열의 역할을 할 수 없습니다.

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