研究開発された技術紹介

本研究開発では、耐高温酸化・熱遮蔽・機械的特性に優れた遮熱・拡散バリアコーティング(DBC/TBCシステム)を航空機用ジェットエンジンに施工するための要素技術(めっき、スラリ、アルミ拡散、溶射、熱処理、等)を開発し、実機の燃焼器・ノズルと動翼への施工技術を確立することによって、DBC/TBCシステムの高効率ジェットエンジンへの搭載を目指す。

3種類のDBC施工プロセス(めっき、スラリー、α-Cr)を用いて、燃焼器材料であるハステロイXへの施工技術を確立した。
各施工プロセスの特徴は以下の通り。
・めっき
-σ-Re-Cr-Ni 系のバリアを形成、均一な成膜形成が可能(数 μm～数10μm)
・スラリー
-W-Mo-Cr 系のバリアを形成、厚膜の形成が可能(数 10～数100μm)
・α-Cr
-Al 拡散処理により α-Cr(Mo)系のバリアを自己形成、低温処理・低コスト

クリープ試験では、DBCによりクリープ破断時間の延伸が認められた。また、疲労試験においても実機燃焼器で行われている歪み取り焼鈍後のサンプルの破断サイクル数を基準とすると、DBCにより約2.7倍の破断寿命延伸が認められた。
サイクル酸化試験により、TBC施工後の耐酸化性およびTBCの耐剥離性が従来の「基材/TBC」よりも大幅に向上する事を確認した。
燃焼（模擬）ガス雰囲気高温酸化装置の設計・製作し、水蒸気含有雰囲気での高温腐食試験を実施した結果、各DBCはハステロイXよりも優れた耐腐食性を示した。
実機燃焼器を想定し、めっき施工方法と歪みについて調査を行った。めっき施工方法については、従来異常が見られていためっき末端部の改良を試みた。その結果、めっき膜厚を徐々に薄くしていく「収斂型」と末端のRe層をNi-Crで覆う「被覆型」という2種類のめっき施工を行う事で、従来みられためっき末端での問題点(剥離、異常酸化)を解決できることが分かった。また、模擬燃焼器カットモデルを用いた歪みについて調査し、コーティング方法により変形の抑制・制御が行える事が分かった。また、DBCにより、耐酸化性の向上と、変形抑制の両方の効果が得られることが分かった。

・特許第3916484号「耐高温酸化性に優れたNi基合金耐熱材料及びその製造方法」
・特許第483499号「耐酸化性合金皮膜,合金皮膜の製造方法および高温装置部材の製造方法」
・特許第4896702号「合金皮膜,合金皮膜の製造方法および耐熱性金属部材」
・米国特許8,173,269「ALLOY COATING FILM, METHOD FOR PRODUCTION OF ALLOY　COATING FILM, AND HEAT-RESISTANT METAL MEMBERS」
・特許第6083710号「耐熱合金部材の製造方法」
・特許第5794537号「耐熱合金部材及びその製造方法ならびに合金皮膜及びその製造方法」
・特許第5737682号「耐熱性金属部材、耐熱性金属部材の製造方法、合金皮膜、合金皮膜の製造 方法、ロケットエンジン、人工衛星及び発電用ガスタービン」

本研究で開発したDBC/TBCシステムによって、耐高温酸化・熱遮蔽・機械的特性に優れた遮熱・拡散バリアコーティングが可能となる。
そして、高効率ジェットエンジンへの搭載が可能となる。またそれ以外にも、本技術は発電用ガスタ－ビン、スラスタエンジンの性能を革新的に改良できる可能性を有する。

試験データや施行試作品などを展示会（ロボット航空宇宙フェスタふくしま、なごやメッセ、日本ものづくりワールド2021 第3回航空・宇宙機器開発展)、セミナー(北海道航空ビジネス検討会主催、北海道機械工業会主催）などに出展・紹介し、事業提携先を探索している。

本研究で開発したDBC/TBCシステムによって、基材に耐高温酸化性・熱遮蔽・機械的特性向上・TBC耐剥離性を付与する事が可能となる。
これにより、燃焼温度の上昇が可能となり、燃焼効率向上による省エネ・航続距離延長が見込まれる。

小型ジェットエンジンの開発実績がある国内メーカーでは、そのエンジンを搭載する小型ビジネスジェット機を年間百機単位で製造・引渡しを行っており、数年後には2倍に増加すると見込まれている。
本研究で開発する遮熱・バリアコーティング(TBC/DBC)システムは世界的にも最先端の機能を有することから、小型次世代航空機に搭載し、実績を得ることを目指し、その後、小型から中型へ、さらには世界の他の航空機メーカーへの販売展開を期待している。

早期に生産・販売へ移行することが課題である。

弊社ではDBCコーティングシステムの実用化を目指しており、例えば、人工衛星のスラスタ-エンジンはJAXAとの共同研究開発で要素技術を確立しているが、実機への搭載を目指す場合、周辺技術と関連企業との協業が不可欠である。リスクを伴う本事業に積極的に参画・推進してくれることを期待している。
また、基礎研究から実用化で遭遇する“死の谷”を“一緒に”世界に先駆けて、克服する取り組みを希望している。