CN105793683A - 高温部件的温度推断方法、亚稳四方相的含量测定方法及劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温部件的温度推断方法、亚稳四方相的含量测定方法及劣化判定方法。本发明的温度推断方法中，利用X射线衍射法或里特维德分析、拉曼光谱法等，测定包含于在高温部件的表面形成的涂布层中的亚稳四方相的含量，并根据所测定的所述亚稳四方相的含量来推断所述高温部件的表面温度。

Description

高温部件的温度推断方法、亚稳四方相的含量测定方法及劣化判定方法

技术领域

本发明涉及一种高温部件的温度推断方法、亚稳四方相的含量测定方法及劣化判定方法。

本申请主张基于2014年11月12日在日本申请的日本专利申请2014-229619号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

工业用燃气轮机的高效化、高温化被广泛推进，且对高温部件实施的热障涂层(TBC：Thermalbarriercoating)的重要性逐渐增加。为了确保TBC的可靠性，也期待对暴露于高温下的TBC的表面温度进行推断的技术。例如，在专利文献1中记载有温度推断方法，即利用X射线衍射测定包含于TBC中的M相(单斜相)的量，并根据所测定的单斜相的量算出TBC的表面温度。

TBC在初始阶段由被称作T′相(亚稳四方相：TetragonalPrime)的坚固的晶体构成。但是，若长时间暴露于一定的高温下，则TBC的T′相被分解为T相(四方相)和C相(立方相)。另外，之后若TBC被冷却，则T相(四方相)转换为M相(单斜相)，导致体积膨胀且断裂韧性也降低。在专利文献1中记载的方法为着眼于该单斜相(M相)的含量的温度推断方法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3519703号公报

发明内容

发明要解决的课题

在该晶体结构的变化过程中可知T′相分解为T相和C相的主要原因与温度具有密切的关系。专利文献1的方法着眼于在TBC的温度降低之后所生成的单斜相(M相)的含量，但是可以考虑若着眼于T′相的含量，调查包含于TBC中的T′相的分解程度，并根据T′相的含量能够推断温度，则能够推断更准确的TBC的表面温度。然而，到目前为止未提出过这种温度推断方法。

本发明提供一种能够解决上述课题的温度推断方法、亚稳四方相的含量测定方法及劣化判定方法。

用于解决课题的方法

根据本发明的第1方式，温度推断方法通过X射线衍射法或拉曼光谱法来测定包含于在高温部件的表面形成的涂布层中的亚稳四方相的含量，并根据所测定的所述亚稳四方相的含量，推断所述高温部件的表面温度。

根据本发明的第2方式，所述温度推断方法具有如下步骤：将通过X射线衍射法对以按照所确定的多个加热温度而确定的多个加热时间进行了加热处理的多个所述涂布层的试验用部件进行测定的各衍射结果、以及对预先已知亚稳四方相、四方相、立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述多个各试验用部件中的亚稳四方相的含量，并存储与各所述试验用部件对应的加热温度、加热时间及亚稳四方相的含量的数据，并根据所述存储的数据，算出对所述试验用部件的加热时间、加热温度及亚稳四方相的含量的关系式的步骤；在规定温度以上的加热温度下进行了加热处理的所述涂布层的测定用部件，在所述加热处理中的加热时间已知的情况下，对所述测定用部件的基于X射线衍射法的衍射结果、及预先已知亚稳四方相、四方相及立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量的步骤；及根据所述测定用部件的加热时间、包含于所述算出的所述测定用部件中的亚稳四方相的含量及所述关系式，算出所述测定用部件的加热温度的步骤。

根据本发明的第3方式，所述温度推断方法具有如下步骤：将通过X射线衍射法对以按照所确定的多个加热温度而确定的多个加热时间进行了加热处理的多个所述涂布层的试验用部件进行测定的各衍射结果、以及对预先已知亚稳四方相、四方相、立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述多个各试验用部件中的亚稳四方相的含量，并存储与各所述试验用部件对应的加热温度、加热时间及亚稳四方相的含量的数据，并根据所述存储的数据，算出对所述试验用部件的加热时间、加热温度及亚稳四方相的含量的关系式的步骤；算出通过拉曼光谱法对所述多个试验用部件进行测定的结果的频谱的特征量与包含于所述算出的各试验用部件中的亚稳四方相的含量之间的相关关系的步骤；在规定温度以上的加热温度下进行了加热处理的所述涂布层的测定用部件，在所述加热处理中的加热时间已知的情况下，根据通过拉曼光谱法对所述测定用部件进行测定而获得的频谱的特征量和所述相关关系，算出包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量的步骤；及根据所述测定用部件的加热时间、包含于所述算出的所述测定用部件中的亚稳四方相的含量及所述关系式，算出所述测定用部件的加热温度的步骤。

根据本发明的第4方式，所述关系式基于亚稳四方相的分解量与加热时间的1/4次方为线性关系。

根据本发明的第5方式，亚稳四方相的含量测定方法为对包含于在高温部件的表面形成的涂布层中的亚稳四方相的含量进行测定的方法，该方法具有如下步骤，将通过X射线衍射法对在规定温度以上的加热温度下进行了加热处理的所述涂布层的测定用部件进行测定的各衍射结果、以及对预先已知亚稳四方相、四方相、立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述多个各测定用部件中的亚稳四方相的含量的步骤。

根据本发明的第6方式，亚稳四方相的含量测定方法为对包含于在高温部件的表面形成的涂布层中的亚稳四方相的含量进行测定的方法，该方法具有如下步骤：将通过X射线衍射法对以按照所确定的多个加热温度而确定的多个加热时间进行了加热处理的多个所述涂布层的试验用部件进行测定的各衍射结果、以及对预先已知亚稳四方相、四方相、立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述多个各试验用部件中的亚稳四方相的含量的步骤；算出通过拉曼光谱法对所述多个试验用部件进行测定的结果的频谱的特征量与包含于所述算出的各试验用部件中的亚稳四方相的含量之间的相关关系的步骤；及在规定温度以上的加热温度下进行加热处理的所述涂布层的测定用部件，在所述加热处理中的加热时间已知的情况下，根据通过拉曼光谱法对所述测定用部件进行测定而获得的频谱的特征量和所述相关关系，算出包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量的步骤。

根据本发明的第7方式，劣化判定方法为如下，即通过上述亚稳四方相的含量测定方法而算出包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量，并根据包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量和所述高温部件的劣化度的预先规定的对应关系，算出所述高温部件的劣化度。

发明效果

根据上述温度推断方法，能够推断高温部件的表面温度。

附图说明

图1是本发明所涉及的第一实施方式中的高温部件的概略图。

图2是对本发明所涉及的第一实施方式中的高温部件的TBC的晶体结构的变化进行说明的图。

图3是对本发明所涉及的第一实施方式中的T′相的含量、加热时间、TBC表面温度的关系式的导出进行说明的第一图。

图4是对本发明所涉及的第一实施方式中的T′相的含量、加热时间、TBC表面温度的关系式的导出进行说明的第二图。

图5是对本发明所涉及的第一实施方式中的T′相的含量、加热时间、TBC表面温度的关系式的导出进行说明的第三图。

图6是对本发明所涉及的第一实施方式中的T′相的含量、加热时间、TBC表面温度的关系式的导出进行说明的第四图。

图7是本发明所涉及的第一实施方式中的TBC表面温度推断方法的流程图。

图8是表示本发明所涉及的第二实施方式中的拉曼峰值的位置与T′相的含量的关系的图。

图9是表示本发明所涉及的第二实施方式中的拉曼峰值的半高宽与T′相的含量的关系的图。

图10是表示本发明所涉及的第二实施方式中的拉曼峰值的强度比与T′相的含量的关系的图。

图11是本发明所涉及的第二实施方式中的TBC表面温度推断方法的流程图。

图12是表示本发明所涉及的第三实施方式中的拉曼峰值位置与LMP值的关系的图。

图13是表示本发明所涉及的第三实施方式中的拉曼峰值的半高宽与LMP值的关系的图。

图14是表示本发明所涉及的第三实施方式中的拉曼峰值的强度比与LMP值的关系的图。

具体实施方式

<第一实施方式>

以下，参考图1～图6对根据本发明的第一实施方式的控制系统进行说明。

图1是本发明所涉及的第一实施方式中的高温部件的概略图。

图2是对本发明所涉及的第一实施方式中的高温部件的面涂层的晶体结构的变化进行说明的图。

在燃气轮机的转动静止叶片、分割环、燃焼器等暴露于高温下的高温部件中，对成为母材的耐热合金层的表面，以提高隔热性及耐久性为目的，喷镀热传导率较低的喷镀材料(例如，热传导率较低的陶瓷类材料)而实施热障涂层(TBC)。在图1中，涡轮叶片1由高温部件10构成。高温部件10由耐热合金制母材11和热障涂层(TBC)12形成。另外，热障涂层12由用于提高与母材11的密接性及抗氧化性的金属制粘合涂层13和提高隔热性的陶瓷制面涂层14形成。图2表示作为面涂层的一例而使用了YSZ(钇稳定化氧化锆)时的、面涂层的YSZ的晶体结构与燃气轮机的运行时间一同变化的情况。

喷镀的YSZ几乎100％为通过骤冷而生成的被称作T′相(亚稳四方相)的坚固的晶体。因此，在燃气轮机开始运行时的YSZ几乎全部被T′相所占。虽然T′相比较稳定，但是若暴露于超过1200℃的高温下，则逐渐分解为T相(四方相)和C相(立方相)。从而，在燃气轮机运行期间，产生T′相分解为T相和C相的现象，成为在形成于高温部件10的表面的面涂层14的YSZ中混合有T′相、T相、C相的状态。并且，虽然T相在高温下稳定，但是若冷却到约600℃以下，则分解为M相(单斜相)和C相。从而，在燃气轮机的运行期间结束，且停止运行时，由于YSZ逐渐被冷却，因此T相分解，成为在运行停止时的YSZ中混合有T′相、T相、M相、C相的状态。另外，可知此时的冷却速度对T相分解为M相和C相造成影响。涡轮叶片1的面涂层14的表面温度也关系到例如涡轮叶片1的冷却方法等，因此在燃气轮机的设计上为非常有益的信息，尽可能得出准确的温度至关重要。例如在通过T相或M相的含量来推断TBC的表面温度的情况下，由于这些含量受到涡轮的冷却速度的影响，因此有可能无法推断高温时的准确的温度。另一方面，若根据T′相的含量(剩余量)能够推断燃气轮机运行时的面涂层14的表面温度，则T′相的含量不会受到例如涡轮的冷却速度等的影响，因此能够更准确地推断TBC的表面温度。在本实施方式中提供根据T′相的含量来推断加热时的面涂层14的表面温度的方法。另外，以下将面涂层14的表面温度记为TBC表面温度。

图3是对本发明所涉及的第一实施方式中的T′相的含量、加热时间、TBC表面温度的关系式的导出进行说明的第一图。

图3是对用于鉴定包含于面涂层14中的T′相的含量的基本数据的制作进行说明的图。如上所述，在本实施方式中，根据包含于面涂层14中的T′相的含量推断TBC表面温度。从而，准确地获知成为测定对象的TBC的T′相的含量至关重要。因此，在本实施方式中，在不同的温度下，将仅暴露不同时间的面涂层14的试验片作为样品而制作基本数据。首先，进行在规定时间、规定温度下对具有与实际设备相同的组成的面涂层14的试验片进行加热的加热处理。规定温度例如为1100℃、1200℃、1300℃、1400℃。规定时间例如为100小时、1000小时、10000小时等。接着，通过X射线衍射法对在这些各种条件下进行加热处理的各试验片进行测定，并存储衍射结果[测定XRD(X-raydiffraction)特性曲线]。在此，只要根据基于X射线衍射法的测定结果能够鉴定包含于试验片中的T′相、T相、M相、C相即可，但是T′相、T相、C相的晶格常数相近且测定结果的峰值重叠，不易确认T′相、T相、C相。因此，通过里特维德分析来鉴定试验片的T′相、T相、C相。

在里特维德分析中，对于各试验片的测定XRD特性曲线、预先制作的理论XRD特性曲线，例如通过基于非线性最小二乘法的全谱拟合等进行分析，获得最准确地进行拟合的理论XRD特性曲线。理论XRD特性曲线为，假定各种T′相、T相、C相含量的图形，并通过对每一个图形进行模拟等而生成的基于X射线衍射法的衍射结果的理论值。经过里特维德分析的结果，若确定拟合的理论XRD特性曲线，则将该试验片的T′相、T相、C相的含量确定为关于所确定的理论XRD特性曲线进行假定的T′相、T相、C相的含量。

接着，通过图4～图6来对利用实际的试验片进行上述实验的结果进行说明。

图4是对本发明所涉及的第一实施方式中的T′相的含量、加热时间、TBC表面温度的关系式的导出进行说明的第二图。

图5是对本发明所涉及的第一实施方式中的T′相的含量、加热时间、TBC表面温度的关系式的导出进行说明的第三图。

图6是对本发明所涉及的第一实施方式中的T′相的含量、加热时间、TBC表面温度的关系式的导出进行说明的第四图。

图4表示本发明所涉及的第一实施方式中的T′相的分解量、加热处理时间的关系。

图4的纵轴(1-α_T′-YSZ)表示包含于试验片中的T′相的分解量。横轴为将试验片进行加热处理的时间(t)的1/4次方的值。并且，菱形的点表示在1100℃下进行加热处理的试验片的数据，同样地，正方形的点表示在1200℃下、三角形的点表示在1300℃下、圆形的点表示在1400℃下分别进行加热处理的试验片的数据。如图4所示，在1100～1400℃的各温度下，伴随热处理的T′相的分解量(减少量)与加热处理时间(t)的1/4次方的值处于线性关系。在各温度下，若将直线的斜率设为k，则T′相的分解量与加热处理时间(t)的1/4次方能够用下式表示。

[数学式1]

f＝1-α_T′-YSZ＝kt^1/4…(1)

图5是将加热温度(T)和上述式(1)的斜率k的值整理在表中的图。图5的表中从左侧依次记载T、1/T、k、Ink。另外，1/T为T的绝对温度(单位：K)的倒数。Ink为log_ek。若将图5的表的1/T和Ink进行标绘(阿雷尼厄斯图)，则可获得图6所示的结果。如图6所示，Ink与1/T之间可获得线性关系。若通过阿雷尼厄斯的公式整理式(1)，则可获得下式(2)。

[数学式2]

$f=1-{\mathrm{\&alpha;}}_{T^{\&prime;}-YSZ}=k_0\&CenterDot;e^{\frac{-Q}{RT}}\&CenterDot;t^{1/4}\mathrm{...}\left(2\right)$

并且，若通过图6求出满足1/T与Ink的关系的直线的式子，则可求出下式(3)。

y＝-8692.7x+3.9126......(3)

另外，由切片的lnk₀＝3.9126、斜率Q/R＝-8692.7[R为气体常数：8.31J/(mol·K)]能够求出k₀＝50.0、Q＝7.2×10⁵J/mol。若将该值代入到式(2)中，则获得下式(4)。

[数学式3]

$f=1-{\mathrm{\&alpha;}}_{T^{\&prime;}-YSZ}=50\&CenterDot;e^{\frac{-7.2\&times;{10}^5}{RT}}\&CenterDot;t^{1/4}...\left(4\right)$

在此，若考虑推断实际设备的TBC表面温度，则由于已知加热时间(＝燃气轮机的运行时间)t及气体常数R，因此只要得出T′相的含量(α_T′-YSZ)，则通过式(4)能够算出加热温度(T)。加热温度(T)为将面涂层的试验片放入到例如加热炉时的加热炉的温度，因此能够看作是实际设备中的TBC表面温度。即，若获得包含于实际设备的面涂层14中的T′相的含量，则通过式(4)能够获得TBC表面温度。

以上为本实施方式的准备阶段中的处理。即，在该准备阶段中，获得将利用图3进行说明的在各种条件下进行加热处理的各试验片的测定XRD特性曲线和加热处理后的各试验片的T′相、T相、C相的含量(尤其T′相的含量)建立对应关联的数据、及利用图4～图6进行说明的T′相的含量、加热时间、TBC表面温度的关系式[式(4)]。

接着，利用图7对实际设备的高温部件10的TBC表面温度的推断方法进行说明。

图7是本发明所涉及的第一实施方式中的TBC表面温度推断方法的流程图。

步骤S11～S13为准备阶段的处理。由于这些处理如上所述，因此简单地进行说明。首先，准备多个面涂层14的试验片，关于各试验片，制作在规定的温度下仅进行规定时间的加热处理的试验片(步骤S11)。接着，关于各试验片，通过X射线衍射法进行测定，并由衍射结果的衍射图形鉴定T′相、T相、C相、M相，求出各相的含量。但是关于T′相、T相、C相，不易通过X射线衍射法来鉴定，因此通过使用了针对各种T′相、T相、C相的含量的图形的理论衍射结果(理论XRD特性曲线)的里特维德分析而求出各相的含量(步骤S12)。接着，按照利用图3～图6进行说明的顺序，导出T′相的含量、加热时间、加热时的TBC表面温度的关系式(步骤S13)。

接着，进行实际设备的TBC表面温度的推断。首先，从运行后的燃气轮机获得作为测定对象的TBC(面涂层)。对于所获得的测定对象TBC，与步骤S12同样地进行X射线衍射及里特维德分析。在里特维德分析中，只要与测定对象TBC的通过X射线衍射法而获得的测定结果拟合的对象为T′相、T相、C相的含量已知的对象，则可以是在步骤S12中分析的试验片的基于X射线衍射法的衍射结果，也可以是理论XRD特性曲线。由此求出测定对象TBC的T′相的含量(步骤S14)。

接着，将在步骤S14求出的T′相的含量和燃气轮机的运行时间代入到在步骤S13中算出的T′相的含量、加热时间及TBC表面温度的关系式[例如，式(4)]。燃气轮机的运行时间设为已知的。通过所代入的式子求解TBC表面温度(T)，算出TBC表面温度(步骤S15)。算出的值为根据本实施方式的燃气轮机运行时(加热时)的面涂层14的表面温度的推断值。

在本实施方式中，能够通过X射线衍射法和里特维德分析而准确地求出面涂层14的T′相的含量。并且，由T′相在高温环境中被扩散现象所支配并分解为稳定的T相、此时的分解速度对应于温度而发生变化、各温度下T′相的减少量和TBC的加热时间的1/4次处于线性关系(图4)、以及阿雷尼厄斯的公式[k＝A×exp(-Q/RT)、A：常数、Q：活化能、R：气体常数、T：绝对温度]，能够求出T′相的含量、加热时间及TBC表面温度的关系式[例如，式(4)]。由此，仅根据T′相的含量能够推断TBC层温度。从而，例如不受燃气轮机的冷却速度等的影响便能够推断更高精度的表面温度。

<第二实施方式>

以下，参考图8～图11对本发明的第二实施方式的温度推断方法进行说明。

在第二实施方式中，在计算成为测定对象的TBC的T′相的含量时，通过拉曼光谱法进行测定。在本实施方式中，首先，与第一实施方式同样地，对具有与在各种条件下进行了加热处理的实际设备相同的组成的试验片，进行X射线衍射法及里特维德分析，求出各试验片中的T′相的含量。接着，通过拉曼光谱法对已知T′相的含量的各试验片进行测定。并且，将拉曼光谱法的测定结果和T′相的含量建立对应关联之后进行记录。

接着，利用图8～图11对使用实际的试验片并通过上述拉曼光谱法进行测定的结果进行说明。

图8是表示本发明所涉及的第二实施方式中的拉曼峰值的位置与T′相的含量的关系的图。

图8的纵轴为拉曼峰值的位置，横轴为T′相的含量。若着眼于位于144cm^-1、252cm^-1、258cm^-1、463cm^-1附近的拉曼峰值，并整理这些附近的拉曼峰值位置与T′相含量的关系，则可获得如图8所示的线性关系。

图9是表示本发明所涉及的第二实施方式中的拉曼峰值的半高宽与T′相的含量的关系的图。

图9的纵轴为拉曼峰值的半高宽，横轴为T′相的含量。与图8同样地，若着眼于144cm^-1、252cm^-1、258cm^-1、463cm^-1附近的拉曼峰值，并整理这些附近的拉曼峰值的半高宽与T′相含量的关系，则可获得如图9所示的线性关系。

图10是表示本发明所涉及的第二实施方式中的拉曼峰值的强度比与T′相的含量的关系的图。

图10的纵轴为拉曼峰值的强度比，横轴为T′相的含量。若着眼于144cm^-1的峰值强度与463cm^-1的峰值强度之比(144cm^-1的峰值强度÷463cm^-1的峰值强度)、144cm^-1的峰值强度与635cm^-1的峰值强度之比(144cm^-1的峰值强度÷653cm^-1的峰值强度)、463cm^-1的峰值强度与635cm^-1的峰值强度之比(463cm^-1的峰值强度÷635cm^-1的峰值强度)，并整理这些峰值强度比与T′相含量的关系，则可获得如图10所示的线性关系。

在本实施方式中，通过与第一实施方式相同的X射线衍射法及里特维德分析，对已知T′相的含量的试验片进行基于拉曼光谱法的测定。抽取测定结果的频谱的特征量(峰值位置、半高宽、峰值强度比)，获得所抽取的特征量与T′相的含量的相关关系(例如、图8～图10)。并且，与第一实施方式同样地，获得T′相的含量、加热时间及TBC表面温度的关系式[式(4)]。

接着，利用图11来对推断本实施方式中的实际设备的高温部件的TBC表面温度的方法进行说明。

图11中表示本发明所涉及的第二实施方式中的TBC表面温度推断方法的流程图。

步骤S11～S13为准备阶段的处理。这些处理与第一实施方式相同。即，制作在各种条件下进行了加热处理的试验片(步骤S11)，关于各试验片，通过X射线衍射法及里特维德分析而求出T′层等的含量(步骤S12)。接着，导出T′相的含量、加热时间及加热时的TBC表面温度的关系式(步骤S13)。

在本实施方式中，接着对各试验片进行拉曼光谱测定。着眼于通过拉曼光谱法而获得的测定结果的规定的拉曼峰值，并整理拉曼峰值位置、拉曼峰值的半高宽、拉曼峰值强度比与在步骤S12中求出的T′相的含量的相关关系，针对每一个着眼的拉曼峰值，算出拉曼峰值位置与T′相含量的关系式(例如图8)、拉曼峰值的半高宽与T′相含量的关系式(例如图9)、拉曼峰值强度比与T′相含量的关系式(例如图10)中的至少一种关系式(步骤S16)。以上为本实施方式中的准备阶段。

接着，对实际设备的高温部件10的TBC表面温度进行推断。首先，从运行后的燃气轮机获取作为测定对象的TBC(面涂层)。对于所获取的测定对象TBC进行基于拉曼光谱法的测定。然后，由测定结果获得关于测定对象TBC的拉曼峰值位置、拉曼峰值半高宽、峰值强度比中的至少一个(步骤S17)。

接着，将在步骤S17中求出的拉曼峰值位置、拉曼峰值半高宽、峰值强度比代入到在步骤S16中算出的对应的关系式中，算出包含于测定对象TBC中的T′相的含量(步骤S18)。接着，将在步骤S18中算出的T′相的含量和已知的燃气轮机的运行时间代入到在步骤S13中求出的T′相的含量、加热时间及TBC表面温度的关系式[例如式(4)]中。通过所代入的式子求解TBC表面温度(T)，算出TBC表面温度(步骤S15)。算出的值为根据本实施方式的加热时的TBC表面温度的推断值。

在第一实施方式中，为了求出包含于实际设备的面涂层14中的T′相的含量而进行了里特维德分析。一般，在进行里特维德分析时，通常耗费工夫和耗费时间。另一方面，在本实施方式中，代替X射线衍射法及里特维德分析，通过利用任何人都能够比较容易进行的拉曼光谱测定而求出包含于实际设备的面涂层14中的T′相的含量。从而，只要完成至准备阶段，则能够比较容易地获得T′相的含量。并且，若获得T′相的含量，则与第一实施方式同样地，能够算出TBC表面温度。从而，根据本实施方式，除了获得第一实施方式的效果之外，还能够更简单地推断TBC的表面温度，而不取决于人的技能。

另外，拉曼光谱对试验体的形状没有限制，也还提供了便携式拉曼光谱分析装置，例如可以在安装于实际设备的状态下对涡轮叶片进行拉曼光谱测定。

<第三实施方式>

另外，以如下方法也能够推断TBC表面温度。利用图12～图14对第三实施方式的表面温度的推断方法进行说明。

首先，与第一实施例同样地，对面涂层14的试验片，在各种条件下进行加热处理。接着，对加热处理后的试验片进行基于拉曼光谱法的测定。接着，将通过测定而获得的拉曼频谱拟合于高斯函数、洛伦慈函数，获得拉曼峰值的位置、半高宽、峰值强度。接着，利用拉森-米勒参数(LMP＝T[5+In(t)])整理拉曼峰值的位置、半高宽、强度、加热处理时间及加热温度。

图12～图14为使用实际的试验片将基于拉曼光谱法的测定值利用LMP进行整理的结果的一个例子(T：加热温度、t：加热处理时间)。

图12是表示第三实施方式中的拉曼峰值位置与LMP值的关系的图。

图12的纵轴为拉曼峰值位置，横轴为LMP值(＝T[5+ln(t)])。若着眼于位于252cm^-1、258cm^-1、463cm^-1、635cm^-1附近的拉曼峰值，并整理这些附近的拉曼峰值与LMP值的关系，则可获得如图12所示的线性关系。

图13是表示第三实施方式中的拉曼峰值的半高宽与LMP值的关系的图。

图13的纵轴为拉曼峰值的半高宽，横轴为LMP值。若着眼于位于144cm^-1、258cm^-1、321cm^-1、463cm^-1附近的拉曼峰值，并整理这些附近的拉曼峰值的半高宽与LMP值的关系，则可获得如图13所示的线性关系。

图14是表示第三实施方式中的拉曼峰值的强度比与LMP值的关系的图。

图14的纵轴为拉曼峰值的强度比，横轴为LMP值。若着眼于144cm^-1的峰值强度与463cm^-1的峰值强度之比、144cm^-1的峰值强度与635cm^-1的峰值强度之比、463cm^-1的峰值强度与635cm^-1的峰值强度之比，并整理这些峰值强度比与LMP值的关系，则获得如图14所示的线性关系。

将使用这些试验片并基于拉曼光谱法进行测定的结果与LMP值的关系进行记录。以上为准备阶段的处理。

接着，推断实际设备的TBC表面温度。首先，与第一～二实施方式同样地，获取作为测定对象的TBC，并对该测定对象TBC进行基于拉曼光谱法的测定。接着，由测定结果获得关于测定对象TBC的拉曼峰值位置、拉曼峰值半高宽、峰值强度比中的至少一个。接着，若为获得拉曼峰值位置的情况，则由图12中例示的关系性获得测定对象TBC的LMP值。同样地，在获得拉曼峰值半高宽的情况下，由图13中例示的关系性获得测定对象TBC的LMP值。在获得峰值强度比的情况下，由图14中例示的关系性获得测定对象TBC的LMP值。接着，将燃气轮机的运行时间(t)代入到下式。

T×[5+ln(t)]＝根据图12～图14获得的LMP值......(5)

若通过式(5)求解T，则能够求出根据第三实施方式的TBC表面温度。

然而，已知T′相的含量与热循环耐久性具有较大的相关关系(R.A.Miller.etal.，AmericanCeramicSocietyBulletin，62(12)，1355，1983)。若利用该性质和第一～三实施方式的T′相的含量的测定方法，则能够进行高温部件10的劣化判定。

例如，在与实际设备相同的母材上，准备形成有与实际设备相同的TBC的耐热试验用试验片，对该试验片赋予与实际设备的涡轮部件相同的热负载，从而调查试验片的劣化度。例如在日本专利第4388466号公报中记载有如下方法，即借助于通过激光来加热试验片的TBC侧，并用冷却气体对试验片的背面侧(被实施TBC的一侧的相反侧)的母材进行冷却的激光式热循环试验装置，对试验片重复地赋予规定的热负载，将TBC剥离的时刻的重复次数作为热循环寿命而进行评价。利用该方法，例如对耐热试验用试验片重复地赋予热负载直至TBC剥离。此时，按规定次数，与第一实施方式同样地，对该试验片进行X射线衍射法及里特维德分析，从而求出包含于试验片的TBC中的T′相的含量。或者，与第二实施方式同样地，利用对该试验片的TBC的拉曼光谱法的测定结果和在步骤S16中获得的关系式，求出包含于试验片的TBC中的T′相的含量。并且，由TBC剥离时的重复次数来定义重复次数与劣化度的关系(例如，若第100次时TBC剥离，则在第50次时劣化度为50％等)，并且记录T′相的含量与劣化度的对应关系。

接着，从实际设备获取作为测定对象的TBC，并以与第一实施方式或第二实施方式相同的方法算出测定对象TBC的T′相的含量。于是，根据预先使用耐热试验用试验片制作的T′相的含量与劣化度的对应关系，能够判定实际设备的涡轮部件的劣化程度。

另外，在第一～三实施方式中，作为面涂层14的材料，以YSZ为例进行了说明，但是并不限定于此。除此之外，也可以是稳定化氧化锆(例如YbSZ等)，其包含1种或2种以上的能够将氧化锆(ZrO₂)部分稳定化的氧化物(MgO、CaO等碱性氧化物，Sc₂O₃、Y₂O₃等轻稀土类氧化物，La₂O₃、Ce₂O₃、Pr₂O₃、Nd₂O₃、Pm₂O₃、Sm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Tb₂O₃、Dy₂O₃、Ho₂O₃、Er₂O₃、Tm₂O₃、Yb₂O₃、Lu₂O₃等重稀土类氧化物)。

另外，在不脱离本发明宗旨的范围内，可以适当地将上述实施方式中的构成要素置换为众所周知的构成要素。并且，本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以追加各种变更。另外，面涂层14的试验片为试验用部件的一个例子。测定对象TBC为测定用部件的一个例子。

产业上的可利用性

根据上述温度推断方法，能够推断高温部件的表面温度。

符号说明

1-涡轮叶片，10-高温部件，11-母材，12-热障涂层，13-粘合涂层，14-面涂层。

Claims (7)

1.一种温度推断方法，其中，

通过X射线衍射法或拉曼光谱法来测定包含于在高温部件的表面形成的涂布层中的亚稳四方相的含量，并根据所测定的所述亚稳四方相的含量，推断所述高温部件的表面温度。

2.根据权利要求1所述的温度推断方法，其中，

所述温度推断方法具有如下步骤：

将通过X射线衍射法对以按照所确定的多个加热温度而确定的多个加热时间进行了加热处理的多个所述涂布层的试验用部件进行测定的各衍射结果、以及对预先已知亚稳四方相、四方相、立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述多个各试验用部件中的亚稳四方相的含量，并存储与各所述试验用部件对应的加热温度、加热时间及亚稳四方相的含量的数据，并根据所述存储的数据，算出对所述试验用部件的加热时间、加热温度及亚稳四方相的含量的关系式的步骤；

在规定温度以上的加热温度下进行了加热处理的所述涂布层的测定用部件，在所述加热处理中的加热时间已知的情况下，对所述测定用部件的基于X射线衍射法的衍射结果、及预先已知亚稳四方相、四方相及立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量的步骤；及

根据所述测定用部件的加热时间、包含于所述算出的所述测定用部件中的亚稳四方相的含量及所述关系式，算出所述测定用部件的加热温度的步骤。

3.根据权利要求1所述的温度推断方法，其中，

所述温度推断方法具有如下步骤：

将通过X射线衍射法对以按照所确定的多个加热温度而确定的多个加热时间进行了加热处理的多个所述涂布层的试验用部件进行测定的各衍射结果、以及对预先已知亚稳四方相、四方相、立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述多个各试验用部件中的亚稳四方相的含量，并存储与各所述试验用部件对应的加热温度、加热时间及亚稳四方相的含量的数据，并根据所述存储的数据，算出对所述试验用部件的加热时间、加热温度及亚稳四方相的含量的关系式的步骤；

算出通过拉曼光谱法对所述多个试验用部件进行测定的结果的频谱的特征量与包含于所述算出的各试验用部件中的亚稳四方相的含量之间的相关关系的步骤；

在规定温度以上的加热温度下进行了加热处理的所述涂布层的测定用部件，在所述加热处理中的加热时间已知的情况下，根据通过拉曼光谱法对所述测定用部件进行测定而获得的频谱的特征量和所述相关关系，算出包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量的步骤；及

根据所述测定用部件的加热时间、包含于所述算出的所述测定用部件中的亚稳四方相的含量及所述关系式，算出所述测定用部件的加热温度的步骤。

4.根据权利要求2或3所述的温度推断方法，其中，

所述关系式基于亚稳四方相的分解量与加热时间的1/4次方为线性关系。

5.一种亚稳四方相的含量测定方法，其为对包含于在高温部件的表面形成的涂布层中的亚稳四方相的含量进行测定的方法，其中，

所述亚稳四方相的含量测定方法具有如下步骤，

将通过X射线衍射法对在规定温度以上的加热温度下进行了加热处理的所述涂布层的测定用部件进行测定的各衍射结果、以及对预先已知亚稳四方相、四方相、立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述多个各测定用部件中的亚稳四方相的含量的步骤。

6.一种亚稳四方相的含量测定方法，其为对包含于在高温部件的表面形成的涂布层中的亚稳四方相的含量进行测定的方法，其中，

所述亚稳四方相的含量测定方法具有如下步骤：

将通过X射线衍射法对以按照所确定的多个加热温度而确定的多个加热时间进行了加热处理的多个所述涂布层的试验用部件进行测定的各衍射结果、以及对预先已知亚稳四方相、四方相、立方相的含量的部件的基于X射线衍射法的衍射结果，通过进行里特维德分析而算出包含于所述多个各试验用部件中的亚稳四方相的含量的步骤；

算出通过拉曼光谱法对所述多个试验用部件进行测定的结果的频谱的特征量与包含于所述算出的各试验用部件中的亚稳四方相的含量之间的相关关系的步骤；及

在规定温度以上的加热温度下进行加热处理的所述涂布层的测定用部件，在所述加热处理中的加热时间已知的情况下，根据通过拉曼光谱法对所述测定用部件进行测定而获得的频谱的特征量和所述相关关系，算出包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量的步骤。

7.一种劣化判定方法，其中，

通过权利要求5或6所述的亚稳四方相的含量测定方法算出包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量，

并根据包含于所述测定用部件中的亚稳四方相的含量和所述高温部件的劣化度的预先规定的对应关系，算出所述高温部件的劣化度。