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省エネルギーによるCO2削減のための高温タービン材料開発(12/1号)

平成19年 12月 1日号

今回の特集は
省エネルギーによるCO2削減のための高温タービン材料開発

石井威望のコメント

 一般に技術革新を本格的に進める場合、結局最後は新材料の開発が決め手になる。例えば、最近のCO2削減、温暖化問題などに対する環境適合型ジェットエンジン(エコエンジン)にしてもタービン入口温度を上げることが最も有効であり、そのための耐熱材料の開発が必要になる。本稿で紹介されている次世代Ni基超合金は、その有力候補である。
 とくに、実用化における重要評価項目になるのは、高温高圧などの厳しい熱的流体力学的条件下で長時間の運用が保証できる耐久性であり、その裏付けの第1が材料の性能である。今回の執筆者は、物質・材料研究機構超耐熱材料センター長原田広史氏である。

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ポイント

1.タービン入口温度の上昇に耐えうる部材の開発を
 CO2削減、省エネなどのためには、ジェットエンジンや天然ガス燃焼複合発電などに用いるタービンの入口温度の上昇による機関効率向上が必要であり、それを可能にする耐熱材料の開発が内外で活発に行われている。そのキーテクノロジーとして米英メーカー、国内の官民プロジェクトにおいて期待が高まっているのが高温タービン部材、特に次世代Ni基超合金タービン翼とタービンディスクである。

2.タービン翼材は第5世代の実用化が進み、コーティング開発も
 タービン翼材として、まずクリープ強度と熱疲労強度に優れ、耐酸化性の点でも良好な特性を有する第5世代Ni基単結晶超合金はジェットエンジンへの適用が進み、また第6世代単結晶超合金は物材機構と英国ロールス・ロイス社の共同研究が試みられている。一方、高温状態への対応としてNi基超合金部材はほとんどが耐腐食、耐酸化、遮熱などのコーティングを行って空冷して使用されるようになるが、相互拡散・劣化の問題があり、その解決策として新世紀耐熱材料プロジェクトはEQ(熱力学平衡)コーティングというコンセプトを提案している。
 
3.タービンディスク方面は設備・技術の国産化が急がれる
 タービンディスク用超合金は大きく鋳造/鍛造材と粉末プロセス材に分けられる。後者は強度を向上させやすい反面、コストがかかる。また中・大型タービンディスクの密閉鍛造プロセスに必要な設備は輸入に依存しており、ディスク開発の技術面もあわせて国産化が急がれる。


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