ISO 14188:2012 金属およびその他の無機コーティング—遮熱コーティングの熱サイクル抵抗および熱衝撃抵抗を測定するための試験方法 | ページ 2

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

序文

ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。

国際規格は、ISO/IEC 指令Part 2 部に規定されている規則に従って草案されています。

技術委員会の主な任務は、国際規格を作成することです。技術委員会によって採択された国際規格草案は、投票のために加盟団体に回覧されます。国際規格として発行するには、投票を行った加盟団体の少なくとも 75% による承認が必要です。

この文書の要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、かかる特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。

ISO 14188 は、ISO/TC 107金属およびその他の無機コーティングに関する技術委員会によって作成されました。

導入

遮熱コーティングは高度な材料システムであり、通常、高温で動作するガス タービンや航空エンジンのブレード、ベーン、燃焼器など、ニッケルまたはコバルト ベースの超合金で作られた高温部分の部品の表面に塗布されます。

これらのコーティングの目的は、耐荷重合金とコーティング表面の間のかなりの温度差に耐えることができる断熱材を使用することにより、高温で金属部品を長期間断熱することです。これらのコーティングは、これらの部品を保護することで、構造部品が高温にさらされるのを制限することで高い動作温度での使用を可能にし、それによって部品の寿命を延ばします。

この国際規格は、適切な加熱および冷却手順を使用して熱サイクル耐性と熱衝撃耐性を測定するための、これらの遮熱コーティングに適用できる試験方法を指定しています。

1 スコープ

この国際規格は、定常的な加熱と冷却の繰り返し手順を使用して熱サイクル耐性を測定するため、および加熱および急冷技術を使用して熱衝撃耐性を測定するための、遮熱コーティングに適用できる試験方法を指定しています。

これらの測定は、熱歪みに対する遮熱コーティングの耐久性を評価するために使用されます。

この国際規格は、材料や加工を含む遮熱コーティング システムのスクリーニングに適用され、溶射プロセスの制御には適用されません。

2 規範的参照

この文書を適用するためには、以下の参照文書が不可欠です。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。

  • ISO 14232, 溶射 - 粉末 - 組成および技術供給条件
  • ISO 14916, 溶射 - 引張接着強さの測定

3 用語と定義

この文書の目的上、次の用語と定義が適用されます。

3.1

遮熱コーティング

未定

トップコートの外側からコーティングを通って母材への熱伝達を低減するため、金属ボンドコートと酸化物トップコートからなる二層コーティング

注記 1: TBC が高温での動作にさらされると、ボンドコートの上部に熱成長酸化物 (TGO) が生成します。基板は通常、耐熱性の高いニッケルベースの合金クラス、UNS N 06002 タイプの材料です。図 1 に示すコーティングは、物理蒸着または化学蒸着を使用するか、ISO 14232 に準拠したプラズマ スプレーや高速酸素燃料 (HVOF) スプレーなどの溶射プロセスによって塗布されます。

図1 | TBCの断面模式図と効果

図1

Key

1燃焼ガス温度
2トップコート
3TGO
4ボンドコート
5遮熱効果
6温度
7未定
8位冷却空気温度
9基板

3.2

熱成長酸化物

TGO

コーティングシステムが加熱されたときにトップコートとボンドコートの間に成長する酸化物

3.3

剥離面積の割合

TBCの有効面積に対する総剥離面積の割合

3.4

スペルする臨界サイクル数

剥離面積率30%到達直前の熱サイクル数

注記 1:剥離領域の評価では、層間剥離または亀裂の領域は除外されます。

3.5

熱衝撃温度差

熱衝撃試験における試験片の加熱水処理と冷却水処理の温度差

3.6

耐熱衝撃性

熱衝撃 熱衝撃がない場合の引張接着強度と比較して、引張接着強度が 30% 減少する直前の引張接着強度の低下を引き起こす温度差。

参考文献

1ISO 3611, 幾何製品仕様書 (GPS) — 寸法測定装置: 外部測定用のマイクロメーター — 設計および計測学的特性
2ISO 1338, 幾何製品仕様 (GPS) — 寸法測定装置
3ISO 80000-1, 数量と単位 - Part 1: 概要
4ASTM E527-07, 統一番号付けシステム (UNS) における金属および合金の番号付けの標準慣行

Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 14188 was prepared by Technical Committee ISO/TC 107, Metallic and other inorganic coatings.

Introduction

Thermal barrier coatings are highly advanced material systems, generally applied to surfaces of hot-section parts made of nickel or cobalt based superalloys, such as blades, vanes and combustors in gas turbines and aero-engines, operated at elevated temperatures.

The purpose of these coatings is to insulate metallic components for an extended period at elevated temperatures by employing thermally insulating materials which can sustain an appreciable temperature difference between load bearing alloys and coating surfaces. By shielding these parts, these coatings permit the use of high operating temperatures by restricting exposure of structural parts to these temperatures, thereby extending their lives.

This International Standard specifies test methods, applicable to these thermal barrier coatings, for measuring thermal cycle resistance and thermal shock resistance using appropriate heating and cooling procedures.

1 Scope

This International Standard specifies test methods applicable to thermal barrier coatings for measuring thermal cycle resistance by using steady cyclical heating and cooling procedures, and for measuring thermal shock resistance using a heating and quenching technique.

These measurements are used for the evaluation of durability of thermal barrier coatings to thermal strain.

This International Standard is applicable for screening thermal barrier coating systems including materials and processing, and not for controlling the thermal spraying processes.

2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

  • ISO 14232, Thermal spraying — Powders — Composition and technical supply conditions
  • ISO 14916, Thermal spraying — Determination of tensile adhesive strength

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

3.1

thermal barrier coating

TBC

two-layer coating consisting of a metallic bond coat and an oxide top coat, in order to reduce heat transfer from outside the top coat through the coating to the base material

Note 1 to entry: When a TBC is exposed to operating at a high temperature, thermally grown oxide (TGO) develops on the top of the bond coat. The substrate is a typically heat-resistant high nickel based alloy class, UNS N 06002 type of material. The coatings, illustrated in Figure 1, are applied by using physical or chemical vapour deposition or by thermal spray processes, such as plasma spray and high velocity oxy-fuel (HVOF) spray conforming to ISO 14232.

Figure 1 — Diagrammatic view of the section and effects of TBC

Figure_1

Key

1combustion gas temperature
2top coat
3TGO
4bond coat
5thermal barrier effect
6temperature
7TBC
8cooling air temperature
9substrate

3.2

thermally grown oxide

TGO

oxide grown between top and bond coat when the coating system is heated

3.3

ratio of spalling areas

proportion of the total spalling area relative to the effective area of the TBC

3.4

critical number of cycles to spalling

number of thermal cycles immediately prior to achieving 30 % in ratio of spalling area

Note 1 to entry: In the assessment of spalling area, areas of delamination or cracking are excluded.

3.5

thermal shock temperature difference

difference in temperatures between heating and cooling water treatments of the test pieces in thermal shock tests

3.6

thermal shock resistance

thermal shock temperature difference that causes a reduction of tensile adhesive strength immediately prior to a decrease of 30 % relative to the tensile adhesive strength in the absence of thermal shock

Bibliography

1ISO 3611, Geometrical product specifications (GPS) — Dimensional measuring equipment: Micrometers for external measurements — Design and metrological characteristics
2ISO 13385 (all parts), Geometrical product specifications (GPS) — Dimensional measuring equipment
3ISO 80000-1, Quantities and units — Part 1: General
4ASTM E527-07, Standard Practice for Numbering Metals and Alloys in the Unified Numbering System (UNS)