熱遮断コーティングサービス：高温合金用TBC（Thermal Barrier Coating）
はじめに：金属だけでは限界を超えられない ― 高温部品を守るサーマルバリアコーティング（TBC）
タービン入口温度、燃焼負荷、効率目標が年々引き上げられるなか、基材合金だけでは安全かつ経済的な運転を保証できない領域が増えています。サーマルバリアコーティング（Thermal Barrier Coatings, TBC）は、高温部品の使用限界を押し上げるための中核技術となりました。 超合金などの耐熱基材の表面に設計されたセラミックコーティングシステムを施すことで、適切な設計と運転条件のもと、基材金属温度をおよそ100〜300℃低減させることが可能です。これにより、部品寿命の延長、信頼性の向上、さらなる熱効率向上に直接つながります。
Neway の サーマルコーティングサービス は、「精密加工 × 先進コーティング × 厳格なプロセス管理」を統合し、航空宇宙、発電、オイル＆ガス、過酷な産業用途に向けた堅牢で用途特化型のTBCソリューションを提供することをミッションとしています。
TBC の働き：基本機能とメカニズム
1. 断熱機能：セラミック層による熱流遮断
TBC は、熱伝導率が非常に低い（通常 1〜3 W/m·K）セラミックトップコートを利用し、熱ガス流と金属基材の間に「断熱シールド」を形成します。適切な設計（材料、膜厚、多孔度、微細構造）のもと、このバリア層は次のような効果を発揮します。
基材温度の大幅な低減
熱勾配および熱疲労の低減
基材合金を再設計することなく、ガス通路温度をより高く設定することを可能にする
Neway は、単に「厚くする」のではなく、断熱性能・ひずみ追従性・応力分布のバランスを見ながら、用途ごとにコーティング膜厚と構成を最適化しています。
2. 高温酸化およびホットコロージョンからの保護
TBC の役割は断熱だけではありません。優れたTBCシステムは、次のような損傷も同時に抑制します。
ニッケル基・コバルト基合金の高温酸化
硫酸塩、バナジウム塩、燃料・空気中の不純物などによる腐食攻撃
寿命を短縮する微細組織の劣化
重要な 超合金部品 では、この化学的保護機能が断熱性能と同じくらい重要になることも少なくありません。
多層システム設計：それぞれの層が担う役割
セラミックトップコート：実際のサーマルバリア層
最外層のセラミックは、通常イットリア安定化ジルコニア（YSZ）をベースとし、次のような特性を満たすよう設計されます。
低い熱伝導率
使用温度範囲での相安定性
下層との熱膨張係数の整合性
多孔構造や微細なクラックによるひずみ追従性・耐熱衝撃性の確保
ボンドコート：基材との機能的ブリッジ
セラミック層と金属基材の間には、一般に MCrAlY（M＝Ni, Co, Ni/Co）系の金属ボンドコートが配置されます。
セラミックトップコートの高い密着性を確保
安定した Al2O3 の成長酸化膜（TGO）を形成
基材合金を高温酸化・腐食から保護する化学バリアとして機能
Neway では、 Inconel 625、 Hastelloy X、 Rene 41 などの合金に対して、合金組成や運転条件に合わせたボンドコート組成をカスタマイズし、長期安定性を確保しています。
主要プロセス I：大気プラズマ溶射（APS）
プロセスの特長
大気プラズマ溶射（APS）は、TBC で最も広く用いられている成膜方法のひとつです。粉末材料をプラズマジェット中で溶融または半溶融させ、前処理済み基材表面に高速で吹き付けて皮膜を形成します。Neway ではロボット制御のAPSシステムを用いることで、次のようなメリットを実現しています。
複雑形状にわたる均一な膜厚分布
制御された多孔度とラメラ（層状）微細構造
単品から量産まで再現性の高い品質
代表的な用途と性能
ガスタービンブレードおよびベーン、燃焼器部品、トランジションピース
産業用バーナー・炉部品、熱ガスダクト
APSコーティングは、制御された多孔性と微細クラックを利用し、優れた断熱性能と高いひずみ追従性を両立させ、繰り返し熱サイクルに耐えられるよう設計されています。
主要プロセス II：電子ビームPVD（EB-PVD）
独特な柱状組織
高真空下で行われるEB-PVDでは、電子ビームによりセラミック材料を蒸発させ、その蒸気を部品表面に凝縮させることで柱状結晶構造のコーティングを形成します。このコラム構造は次のような特長を持ちます。
非常に高い熱ひずみ吸収能力
優れた耐熱衝撃性
航空エンジンの空力特性に適した滑らかなガス洗浄面
ハイエンド航空宇宙用途
EB-PVD TBC は、 航空エンジン の単結晶タービンブレードやベーンなどに広く用いられています。ここでは、耐久性、軽量性、冷却効率、空力性能のすべてがミッション成功の鍵を握ります。Neway のEB-PVD能力は、厳しい航空宇宙品質・トレーサビリティ要件に合わせて構築されています。
コーティング材料：クラシックなYSZから次世代セラミックスへ
イットリア安定化ジルコニア（YSZ）
7〜8 wt% YSZ は、現在も業界の標準材料として広く使用されています。その理由は次の通りです。
低い熱伝導率
実使用温度域での良好な相安定性
Ni基超合金との熱膨張特性の適合性
先進レアアース系セラミックス
より高いタービン入口温度と長寿命化を実現するため、Neway は研究パートナーと協力し、レアアースジルコネートなどの先進セラミックスの実用化にも取り組んでいます。これらは、さらなる低熱伝導率と高温での相安定性を備え、次世代の航空宇宙および 発電 プラットフォームをターゲットとしています。
品質保証：TBC の信頼性をどのように検証するか
膜厚・密着性・微細構造の管理
Neway の検査ツールボックスには、次のような試験・評価が含まれます。
超音波または渦流による膜厚測定、ならびに組織断面観察
密着強度試験（用途に応じて典型的に ≥ 30 MPa 以上の要求）
微細構造評価：ラメラ構造、多孔度、TGO成長状態、柱状組織（EB-PVD）など
熱サイクル試験および寿命評価
実際の運転条件を模擬した熱サイクル試験や熱衝撃試験を行い、ピーク温度、保持時間、昇温・冷却レート、冷却方法などを、実際のデューティサイクルに合わせて設定します。これらの試験により、次のような代表的な故障モードを把握します。
TGO の成長とクラック発生
トップコートのスポーリング（剥離）
界面の劣化・損傷
主要な適用分野
航空エンジン分野
TBC が適用される代表的な部品は次の通りです。
タービンブレードおよびベーン
燃焼器ライナー、トランジションダクト、シュラウド
ノズルおよび高温後処理部品
Inconel 718 などの合金で製作されるコンポーネントに対して、Neway は加工＋コーティングを一体で提供する統合ソリューションを用意しており、航空グレードの厳しい要求に対応しています。
発電および産業システム
据置型ガスタービンおよび高温プロセス機器において、TBC は次のような効果をもたらします。
タービン効率の向上
点検間隔の延長
化学・冶金・熱処理設備などの高温ガス部品の保護
TBC 適用前に考慮すべき主要設計ポイント
1. 基材とボンドコートの適合性
Neway では、TBC設計に先立ち次の点を評価します。
合金組成および既往の熱処理履歴
運転温度レンジおよびデューティサイクル
基材およびボンドコートシステムの酸化・ホットコロージョン耐性
2. 使用環境と負荷プロファイル
コーティング設計は、次の条件に合わせてチューニングされます。
ピーク温度および熱サイクル条件
ガス組成（燃料不純物や腐食性種の有無）
機械的負荷、振動、エロージョン、FODリスク
オイル＆ガス や 原子力 用途では、放射線環境での安定性や特有の腐食メカニズムなど、追加の制約条件も考慮して設計を行います。
Neway の統合TBCソリューション：加工素材から完成コーティング部品まで
Neway は、次の要素を含むフルスタックアプローチでTBCプロジェクトをサポートします。
ブラスト・マスキング・清浄度・粗さ管理を含む、工学的に設計された表面前処理
冶金試験、寸法検査、寿命評価を含む包括的な検証
航空宇宙・エネルギー・産業OEMプログラムを支える、 完全トレーサビリティ付きの堅牢な 量産体制
このワンストップモデルにより、リードタイム短縮、技術リスクの低減、そして設計段階から「コーティング性能を織り込んだ部品設計」が可能になります。単なる仕上げ工程としてではなく、部品のライフと効率を決定づける重要なエンジニアリング要素として、TBC を位置づけています。
