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タービンブレードを守るコーティングの鎧|(2021/10 特集③)

タービン翼コーティング

タービンブレードはコーティングの鎧で守られている

飛行機ファンの間では「白いタービンブレード」と呼ばれているジェットエンジンのパーツ。

一昔前のブレードには金属コートが施されていたが、現代の航空エンジンの高圧タービン翼にはほとんど白いコートが施されている。一体どんな役目があるのか。

鎧を脱ぎ捨てたブレードの姿とは。

 

TBC(Thermal Barrier Coating)

セラミック・コーティングは、タービン動翼のクリープ寿命を延ばす目的の一つとして使われている。

熱を通しにくいセラミックを翼面に塗布することで、母材(ニッケル耐熱合金)へ熱が伝わりにくくする方法。このコーティングによって、母材へ伝わる温度を約120~200℃程度下げることが可能とされている。

ただし、熱膨張係数の違いから剝がれやすいという短所もある。TBCが剥がれた個所は燃焼ガスに晒されるため、酸化や腐食が起こる。

それを、防ぐ目的でアルミ(Al)を多く含む耐酸化保護膜(ボンドコート)が施され、その上にセラミックがコーティングされる。

 

TBCが剥がれると酸化や腐食が発生する。

※セラミックの塗布は、ペンキのように塗るというわけではなくEB-PVDなどによってコートする方法。次回以降の記事で紹介する予定です。

 

クリープとは

金属材料はある温度下で長時間、引張応力をかけ続けると次第に伸びてくる。そして、時間とともにゆっくり永久変形する。この現象がクリープと呼ばれるもので、そのまま放置するとタービン動翼は破断する。(詳しくはWikiで)

金属コート

・1990年頃まで、高圧タービン翼にセラミックコートが施されたエンジンはまだまだ少なく、多くは耐酸化や耐腐食に有効な金属コートを翼面に施したタービン動翼がほとんどだった。(民間用エンジンの場合)

古くは、耐酸化性に強いアルミナイドがよく使われていたが、耐腐食に弱いという欠点があった。また、MCrAlYなど、Crを多く含むコーティングは腐食には強いが、耐酸化性に弱いという真逆の弱点があった。

両方のバランスが良い金属コーティングとして開発されたのが、Pt-Al(プラチナ・アルミナイド)で、現在でも多くのタービン翼のボンドコートとしても使われているが、貴金属であるプラチナを使うことからコストが高くなるという欠点もある。

 

鎧を脱いだブレード

・セラミックの白いTBCや金属コートが剥がされたブレードが上の画像、雰囲気としては少し黒っぽく鋭い輝きを放つ。

このままの状態では、エンジン内の高温環境によって腐食や酸化が進むため使用はできない。しかし、常温ならこの状態を何十年も保てるという貴金属のような人を魅了する力がある。

この特殊な特徴を活かした商品が、航空ファン向けに販売される場合が稀にある。

廃棄されたブレードを、ネクタイピンやキーホルダ・ストラップに加工する場合や、そのまま台座に載せてオブジェとして販売される場合がある。

 

 

 

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