JP2002277383A - Method of evaluating coating strength - Google Patents

Method of evaluating coating strength

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JP2002277383A
JP2002277383A JP2001078987A JP2001078987A JP2002277383A JP 2002277383 A JP2002277383 A JP 2002277383A JP 2001078987 A JP2001078987 A JP 2001078987A JP 2001078987 A JP2001078987 A JP 2001078987A JP 2002277383 A JP2002277383 A JP 2002277383A
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coating
evaluation method
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peeling
strength
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Hiroshige Itou
洋茂 伊藤
Kazuhiro Saito
和宏 齊藤
Takahiro Kubo
貴博 久保
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily evaluate strength of an executed coating even in an actual component of a complicated shape. SOLUTION: A degree of damage in the coating and adhesive strength of the coating are evaluated by a degree of separation between the coating and a base material or a bond coating generated when impact force is applied under a fixed condition onto a sample executed with the coating supplied for evaluation, and by critical energy generating the separation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電機器、特
にガスタービン部品のコーティングの密着強度を測定す
る方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring the adhesion strength of a coating of a thermal power generation device, particularly a gas turbine component.

【0002】[0002]

【従来の技術】回転機器、例えばガスタービンにおいて
は、高温高速で流動する燃焼ガスによって回転力を得て
いるため、燃焼ガスと接触する部品には絶えず機械的負
荷とともに熱的な負荷が作用する。
2. Description of the Related Art In a rotating device, for example, a gas turbine, a rotating force is obtained by a combustion gas flowing at a high temperature and a high speed. .

【0003】一般にガスタービンは、図20に示すよう
にガスタービンと同軸的に設けられた圧縮機41によっ
て圧縮された吐出空気をガスタービン燃焼器42に案内
し、この燃焼器42のライナーの部分で燃料を燃焼さ
せ、その燃焼ガスをライナーからトランジッションピー
ス43、静翼44を経て、動翼45に導き、ガスタービ
ンを駆動した後、排気されるようになっている。
In general, a gas turbine guides discharge air compressed by a compressor 41 provided coaxially with the gas turbine to a gas turbine combustor 42 as shown in FIG. Then, the combustion gas is guided from the liner to the moving blade 45 via the transition piece 43 and the stationary blade 44, and is driven and exhausted after driving the gas turbine.

【0004】かかるガスタービンでは、高温高圧になっ
た燃焼ガスが、タービンの各段落で温度、圧力を低下し
ながら羽根を介してロータに回転力を与えている。すな
わち、原動力は上記流体によってタービン動翼を介して
ロータ軸に伝達されるが、近年の発電プラントの高効率
化、大容量化に伴うタービンの作動流体量の増大や高温
化による作動条件の高度化から、運転中に動翼に作用す
る種々の力は益々厳しくなっている。
[0004] In such a gas turbine, the combustion gas, which has become high temperature and high pressure, applies a rotating force to the rotor via the blades while decreasing the temperature and pressure in each stage of the turbine. In other words, the motive power is transmitted to the rotor shaft via the turbine blades by the above-mentioned fluid. However, in recent years, the efficiency of the power plant has increased, the working fluid amount of the turbine has increased due to the increase in capacity, and the operating conditions due to the high temperature have increased. As a result, various forces acting on the rotor blades during operation have become increasingly severe.

【0005】これらの力は遠心応力、熱応力、曲げ応力
及びねじり応力等の応力をタービン動翼内に生じさせ、
これらの諸応力は共同して或は個別に作用して高い応力
を引き起すことがある。
[0005] These forces cause stresses such as centrifugal stress, thermal stress, bending stress and torsion stress in the turbine blade,
These stresses can work together or individually to cause high stresses.

【0006】さらに、一般的に材料は温度が高いほど強
度が低下するため、ガス温度が高温化する使用条件では
益々苛酷となっている。このため、高温ガスに曝される
動翼等には表面に生じた熱応力の繰返しによってき裂が
発生したり、酸化腐食による損傷がたびたび生じる。こ
れを防止するため、近年ではこれら高温部品の表面に酸
化防止や熱応力軽減のためにコーティングを施行するよ
うになってきた。
[0006] Further, since the strength of a material generally decreases as the temperature increases, the material becomes increasingly severe under use conditions in which the gas temperature increases. For this reason, a blade or the like exposed to a high-temperature gas is frequently cracked by repeated thermal stress generated on the surface, and is frequently damaged by oxidative corrosion. In order to prevent this, in recent years, coatings have been applied to the surfaces of these high-temperature components to prevent oxidation and reduce thermal stress.

【0007】特に高温化するガスタービンにおいては、
熱応力と使用温度の低減のために遮熱コーティングの施
行がされるようになってきている。このコーティングは
ジルコニアなどの耐熱性のあるセラミックスを主体とす
る最外層のトップコートと部品基材との接合を目的とし
たボンドコートよりなっている。
[0007] Particularly in a gas turbine which is heated to a high temperature,
Thermal barrier coatings are being applied to reduce thermal stress and operating temperature. This coating is composed of a top coat of the outermost layer mainly composed of a heat-resistant ceramic such as zirconia and a bond coat for bonding the component base material.

【0008】図18(a)に示すように、同一のガス温
度で使用した場合、コーティングがない場合には基材は
直接高温のガスに曝されるため、ガス流路側の温度と冷
却側の内壁温度との温度差が小さいが、図18(b)に
示すように表面にコーティングを施した場合には、熱伝
導度の低いコーティングでの温度低下により、基材は直
接高温ガスに曝されることがないため、ガス流路側の温
度と冷却側の内壁温度との温度差が大きくなり、さらに
高い温度での使用が可能となる。
As shown in FIG. 18A, when used at the same gas temperature, if there is no coating, the substrate is directly exposed to a high-temperature gas. Although the temperature difference from the inner wall temperature is small, when the surface is coated as shown in FIG. 18 (b), the base material is directly exposed to the high-temperature gas due to the temperature drop in the coating having low thermal conductivity. Therefore, the temperature difference between the temperature on the gas flow path side and the temperature of the inner wall on the cooling side becomes large, and it is possible to use at a higher temperature.

【0009】しかし、上記のように遮熱コーティングに
は、耐環境性および熱応力軽減において高い効果がある
が、経年的使用により様々な損傷を受けて、コーティン
グが剥離や脱落することがある。
However, as described above, the thermal barrier coating has a high effect on environmental resistance and reduction of thermal stress, but the coating may peel or fall off due to various damages due to aging.

【0010】図19は酸化や熱応力による損傷の一例を
示す。トップコートはセラミックスであり、基材は金属
材料であるため、加熱、冷却された場合には線膨張係数
の差異によって、コーテイングに縦方向にき裂が生じ、
さらにコーティング界面の凹凸により横方向にも微小な
き裂が発生する。
FIG. 19 shows an example of damage due to oxidation or thermal stress. Since the top coat is made of ceramics and the base material is made of a metal material, when heated and cooled, a difference in linear expansion coefficient causes cracks in the coating in the vertical direction,
Further, minute cracks are generated in the lateral direction due to the unevenness of the coating interface.

【0011】これらのき裂は、ボンド層に生じる酸化層
の駆動力や遠心力などの外力によって、コーテイングを
剥離、脱落させるようになる。トップコートが局部的に
脱落すると、ボンドコートや基材が直接高温ガスに曝さ
れることによって、局部的に温度が上昇し、部品全体の
破損を引き起こすことになる。
[0011] These cracks cause the coating to peel off and fall off due to an external force such as a driving force or a centrifugal force of the oxide layer generated in the bond layer. If the topcoat falls off locally, the bond coat or substrate will be directly exposed to the hot gas, causing the temperature to rise locally, causing damage to the entire part.

【0012】このため、遮熱コーティングの剥離や脱落
を事前に検知し、損傷度を評価する手法が重要な技術的
課題であった。
For this reason, there has been an important technical problem in that a method of detecting peeling or falling off of the thermal barrier coating in advance and evaluating the degree of damage is important.

【0013】また、これらの遮熱コーティングの強度を
その施行段階から評価し、その密着強度や破壊強度を把
握することはこれらのコーティングを適用する上で非常
に重要である。これはコーティングのトップコートを通
常耐熱性の高いセラミックスを溶射等の方法で施行する
ためであり、使用環境から燃焼ガスの酸化性や腐食性を
考慮するとともに、燃焼ガスとともに飛来する酸化物等
の飛来物に対する耐衝撃性も十分に考慮すべきである。
Further, it is very important to evaluate the strength of these thermal barrier coatings from the stage of their application and to grasp the adhesion strength and breaking strength in applying these coatings. This is because the top coat of the coating is usually applied by a method such as thermal spraying of ceramics with high heat resistance, considering the oxidizing and corrosive properties of the combustion gas from the usage environment, as well as oxides and the like that fly with the combustion gas. Impact resistance to flying objects should also be fully considered.

【0014】一般的にガスタービンの空気取り入れ部に
は、空気中の異物を除去するフィルターが設けられてい
る。しかし、フィルターが劣化したり、フィルターの下
流のガスタービン内で酸化スケールが発生した場合に
は、異物が燃焼ガスに混入して、静翼や動翼に衝突する
ことになる。これらの異物は、質量が小さいが、衝突速
度が大きく、特に動翼に対しては異物の速度が小さいほ
ど相対的な衝突速度は大きくなるため、多大な損傷を与
えることになる。
In general, a filter for removing foreign matter in the air is provided in an air intake section of a gas turbine. However, if the filter is deteriorated or oxidized scale is generated in the gas turbine downstream of the filter, foreign matter is mixed into the combustion gas and collides with the stationary blade or the moving blade. These foreign substances have a small mass but a high collision velocity. Particularly, as the velocity of the foreign substances decreases, the relative collision velocity increases with respect to the rotor blades, so that a large amount of damage is caused.

【0015】このため、遮熱コーティングの異物衝突に
よる損傷を把握することは、許容できる異物の大きさや
材質、コーティング材料の選定において非常に重要とな
る。
[0015] For this reason, it is very important to grasp the damage of the thermal barrier coating due to the foreign matter collision in the selection of the allowable size, material and coating material of the foreign matter.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】このように遮熱コーテ
ィングには、耐環境性および熱応力軽減において高い効
果があるが、経年的使用により様々な損傷を受けて、コ
ーティングが剥離や脱落する。
As described above, the thermal barrier coating has a high effect on environmental resistance and reduction of thermal stress, but the coating is peeled off or falls off due to various damages due to aging.

【0017】また、トップコートは前述したようにセラ
ミックスであり、基材は金属材料であるため、加熱、冷
却された場合には線膨張係数の差異によって、コーテイ
ングに熱応力が発生する。さらに、コーティング界面に
凹凸があるため、その直角方向にも熱応力が発生し、コ
ーティングに沿った縦き裂ととともにその直角方向にも
き裂が発生する。
Further, since the top coat is made of ceramics as described above and the base material is a metal material, thermal stress is generated in the coating due to the difference in the coefficient of linear expansion when heated and cooled. Furthermore, because of the unevenness at the interface of the coating, thermal stress is also generated in the direction perpendicular to the interface, and a crack is generated in the direction perpendicular to the coating along with the vertical crack along the coating.

【0018】これらのき裂は、コーティングを剥離させ
るき裂の初期き裂として作用する。同時にボンド層には
トップコートを通して侵入した酸素によって酸化層が生
じることになるが、この酸化層の生成によってその体積
力によりき裂が成長することとなる。
[0018] These cracks act as initial cracks in the cracks that cause the coating to delaminate. At the same time, an oxygen layer is formed in the bond layer by oxygen that has penetrated through the top coat, and the formation of the oxide layer causes a crack to grow due to its body force.

【0019】さらに、動翼自体に作用する遠心力などの
外力によって、コーテイングを剥離、脱落させるように
なる。トップコートが局部的に脱落すると、ボンドコー
トや基材が直接高温ガスに曝されることによって、局部
的に温度が上昇し、部品全体の破損を引き起こすことに
なる。
Further, the coating is peeled off and dropped off by an external force such as a centrifugal force acting on the rotor blade itself. If the topcoat falls off locally, the bond coat or substrate will be directly exposed to the hot gas, causing the temperature to rise locally, causing damage to the entire part.

【0020】このため、遮熱コーティングの剥離や脱落
を事前に検知し、熱疲労損傷度を評価する手法が重要な
技術的課題である。特に、繰返しの熱応力によって微細
なき裂がコーティング内に生じた段階で、損傷度を評価
可能であれば、コーテイングの剥離、脱落を事前に予知
できるため、その効果は大きい。
For this reason, an important technical problem is a method of detecting peeling or falling off of the thermal barrier coating in advance and evaluating the degree of thermal fatigue damage. In particular, if the degree of damage can be evaluated at the stage where minute cracks are formed in the coating due to repeated thermal stress, peeling and falling off of the coating can be predicted in advance, so that the effect is large.

【0021】さらに、これらの遮熱コーティングの強度
をその施行段階から評価し、その密着強度や破壊強度を
把握することはこれらのコーティングを適用する上で非
常に重要である。これはコーティングのトップコートを
通常耐熱性の高いセラミックスを溶射等の方法で施行す
るためであり、燃焼ガスとともに飛来する酸化物等の飛
来物に対する耐衝撃性も十分に考慮しなければならな
い。
Further, it is very important to evaluate the strength of these thermal barrier coatings from the stage of their application and to grasp their adhesion strength and breaking strength in applying these coatings. This is because the top coat of the coating is usually formed by spraying a ceramic having high heat resistance by a method such as thermal spraying, and the impact resistance to flying objects such as oxides flying with the combustion gas must be sufficiently considered.

【0022】一般的にガスタービン内に流入する酸化ス
ケールなどの異物は、燃焼ガスに混入して、静翼や動翼
に衝突し、多大な損傷を与えることとなる。これらの異
物は、質量が小さいが、衝突速度が大きく、特に動翼に
対しては異物の速度が小さいほど相対的な衝突速度は大
きくなるため、多大な損傷を与えることになる。
Generally, foreign matter such as oxide scale flowing into the gas turbine enters the combustion gas and collides with the stationary blades and the moving blades, causing a great deal of damage. These foreign substances have a small mass but a high collision velocity. Particularly, as the velocity of the foreign substances decreases, the relative collision velocity increases with respect to the rotor blades, so that a large amount of damage is caused.

【0023】このため、遮熱コーティングの異物衝突に
よる損傷を把握することは、許容できる異物の大きさや
材質、コーティング材料の選定において非常に重要とな
る。
For this reason, it is very important to grasp the damage of the thermal barrier coating due to the foreign matter collision in the selection of the allowable size, material and coating material of the foreign matter.

【0024】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、部材の熱疲労や経年劣化による遮熱コーティ
ングの損傷度を定量的に評価し、コーティングの剥離、
脱落を事前に予測することができるコーティング強度の
評価方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and quantitatively evaluates the degree of damage of a thermal barrier coating due to thermal fatigue and aging of members, and peels off the coating.
An object of the present invention is to provide a method for evaluating coating strength, which can predict dropout in advance.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような方法によりコーティング強度を
評価する。
In order to achieve the above object, the present invention evaluates coating strength by the following method.

【0026】本発明は、評価に供するコーティングを施
行した試料に対して一定の条件で衝撃力を与えた場合に
生ずるコーティングと基材またはボントコートとの剥離
の大きさや剥離を生ずる限界エネルギーによってコーテ
ィングの損傷度や密着強度を評価することを特徴として
いる。
According to the present invention, the magnitude of the separation between the coating and the substrate or the bond coat generated when an impact force is applied to the sample on which the coating to be evaluated has been applied under a certain condition, and the critical energy at which the coating is separated are determined. It is characterized by evaluating the degree of damage and adhesion strength.

【0027】この場合、衝撃力は衝突速度を変えて数回
実施し、衝突速度または衝撃エネルギーとコーティング
の剥離量の関係を得る。コーティングの剥離は外観的に
は計測不可能であるため、非破壊的な計測によって剥離
面積や剥離部分の最大長さとして計測する。この衝撃エ
ネルギーと剥離量の関係から、コーティングの損傷度や
密着強度を評価する。
In this case, the impact force is applied several times while changing the impact speed to obtain the relationship between the impact speed or impact energy and the amount of the coating peeled off. Since the peeling of the coating cannot be measured in appearance, it is measured as the peeling area or the maximum length of the peeled portion by nondestructive measurement. From the relationship between the impact energy and the amount of peeling, the degree of damage and adhesion strength of the coating are evaluated.

【0028】従って、本発明方法では、コーティングの
損傷度や密着強度をコーテイングに衝撃力を与え、コー
ティングや基材の最も脆弱な部分を破壊することによっ
て、評価している。すなわち、熱疲労などによってコー
ティング内に生じた損傷は、コーティングに沿って生じ
る縦き裂やその直角方向に生ずる横き裂であるが、これ
らの微小き裂が生じている部分に一定の衝撃的な外力を
加えることによって明確に検知される剥離き裂やコーテ
ィングの脱落が生じる。
Therefore, in the method of the present invention, the degree of damage and the adhesion strength of the coating are evaluated by applying an impact force to the coating and destroying the most fragile portion of the coating or the substrate. In other words, the damage that occurs in the coating due to thermal fatigue, etc., is vertical cracks that occur along the coating and horizontal cracks that occur in the direction perpendicular to the coating. The application of a strong external force results in delamination cracks and coating shedding that are clearly detected.

【0029】また、衝撃力は球体がコーティング試料に
衝突することにより与えているが、その力は衝突速度に
よって異なり、このため生ずる剥離き裂や脱落する大き
さも異なるため、本発明方法ではコーティング損傷量や
密着強度を衝撃エネルギーと剥離量の関係において捉え
評価する。その一つの指標は限界エネルギーであり、数
回の試験から得られるデータから、剥離量の無い状態を
条件に限界エネルギーを求める。または一定の衝撃エネ
ルギーにおける剥離量を指標としてコーティングの損傷
や密着強度を評価する。
The impact force is given by the impact of the sphere on the coating sample. The force varies depending on the impact speed, and the size of the peeling cracks and falling off also varies. The amount and adhesion strength are evaluated based on the relationship between the impact energy and the peel amount. One index is the limit energy, and the limit energy is determined from data obtained from several tests under the condition that there is no peeling amount. Alternatively, the damage and adhesion strength of the coating are evaluated using the amount of peeling at a constant impact energy as an index.

【0030】さらに、本発明は、コーティングの材料特
性が既知の場合にはこの実験に相当する有限要素解析に
よって評価することを特徴としている。
Further, the present invention is characterized in that when the material properties of the coating are known, the coating is evaluated by finite element analysis corresponding to this experiment.

【0031】従って、本発明ではコーテイングや基材の
基本的な材料変形特性や破壊条件を設定して球体衝突時
のコーティング各部に生ずるひずみや応力から剥離量を
評価する。また、剥離を生ずるひずみとしてせん断ひず
みを選定し、このひずみの広がりから剥離領域を定めて
いる。さらに、剥離を生ずる部分に一定のひずみに達し
た場合に消滅する要素を設けることにより、剥離き裂を
模擬した解析を行うことができる。
Therefore, in the present invention, the amount of peeling is evaluated from the strain and stress generated in each part of the coating at the time of collision with a sphere by setting the basic material deformation characteristics and breaking conditions of the coating and the base material. Further, a shear strain is selected as a strain that causes peeling, and a peeling area is determined from the spread of the strain. Further, by providing an element that disappears when a certain strain is reached in a portion where peeling occurs, an analysis simulating a peeling crack can be performed.

【0032】このように本発明によるコーティング評価
方法は、衝撃力を与えてコーティング強度を評価するた
め、破壊試験となるがコーティングと基材の最も弱い部
分を定量的に評価することができる。また、本発明を実
際に使用しているコーティングに用いれば、コーティン
グの損傷度をコーテイングの剥離量から評価できる。さ
らに、コーティング材料や施工性の評価にも一定の衝撃
力を与えることにより相対的な評価が行える。
As described above, since the coating evaluation method according to the present invention evaluates the coating strength by giving an impact force, it is a destructive test, but can quantitatively evaluate the weakest portions of the coating and the substrate. Further, if the present invention is applied to a coating actually used, the degree of damage of the coating can be evaluated from the amount of peeling of the coating. Furthermore, relative evaluation can be performed by giving a constant impact force to the evaluation of the coating material and the workability.

【0033】この結果、それぞれのコーテイングの耐衝
撃特性の絶対量が得られれるため、逆に実際に使用する
場合の許容衝撃力、すなわち異物衝突する場合には、異
物の大きさや速度を規制する基準が得られる。
As a result, the absolute value of the impact resistance of each coating can be obtained, and conversely, the allowable impact force in actual use, that is, the size and speed of the foreign matter in the case of foreign matter collision are regulated. A reference is obtained.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0035】図1は本発明によるコーティング強度の評
価方法を説明するための第1の実施の形態を示す処理手
順の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a processing procedure showing a first embodiment for explaining a coating strength evaluation method according to the present invention.

【0036】本実施の形態では、まず評価するコーティ
ング試料を準備する(S1)。コーティング試料として
は、トップコートに8%(5〜15%範囲)のイットリ
アを含む部分安定化ジルコニア、ボンドコートはNiC
oCrAlYとする。コーティング試料は、ガスタービ
ン部品に施行されている状態でのコーティングや試験用
に施行したものであり、これらの試料に一定の衝突条件
で小球を衝突させる(S2)。この試験は、衝突速度を
変えて数回実施することが望ましい。
In this embodiment, first, a coating sample to be evaluated is prepared (S1). Coating samples were partially stabilized zirconia containing 8% (5-15% range) yttria in the top coat, and NiC in the bond coat.
oCrAlY. The coating sample was used for coating or testing in a state where the sample was applied to the gas turbine component, and small balls were caused to collide with these samples under certain collision conditions (S2). This test is preferably performed several times at different collision speeds.

【0037】次に小球を衝突させた試料のコーティング
剥離量を計測し(S3)、この剥離量と衝突エネルギや
小球の衝突速度の関係から剥離が零となる限界エネルギ
を求め(S4)、この限界エネルギの変化から損傷度
(S6)や強度(S7)を評価する。
Next, the coating peeling amount of the sample with which the small ball has collided is measured (S3), and the limit energy at which the peeling becomes zero is obtained from the relationship between the peeling amount and the collision energy or the collision speed of the small ball (S4). The degree of damage (S6) and the strength (S7) are evaluated from the change in the limit energy.

【0038】または曲線そのものから一定の衝撃エネル
ギによって生ずる剥離量を比較することによっても評価
することが可能である。
Alternatively, the evaluation can be made by comparing the amount of peeling caused by a constant impact energy from the curve itself.

【0039】図2は、上記処理手順S2で用いられる小
球衝突試験装置の構成例を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a small ball collision test apparatus used in the above-described processing procedure S2.

【0040】図2において、銃身1内の後方に置かれる
サボー2と呼ばれるキャリアーの前方にコーティングに
衝突させる小球3を配置し、銃身1の後方からは空気な
どガスを一定の量だけ送り出す機構が設けてあり、この
ガス圧によって小球3とサボー2は一体となって銃身1
内を滑って加速する。銃身1の出口である銃口部分に
は、小球3の速度を光学的に検出する速度検出器4が設
けられ、この部分で小球の速度を計測する。また銃身1
の先端にサボー2のみを停止させるストッパー5が設け
られている。
In FIG. 2, a small ball 3 for colliding with the coating is disposed in front of a carrier called a sabot 2 placed behind the barrel 1, and a mechanism for sending out a certain amount of gas such as air from behind the barrel 1. By this gas pressure, the small ball 3 and the sabo 2 are united to form a barrel 1
Glide inside and accelerate. At the muzzle portion, which is the exit of the barrel 1, a speed detector 4 for optically detecting the speed of the small ball 3 is provided, and the speed of the small ball is measured at this portion. Barrel 1
A stopper 5 for stopping only the sabo 2 is provided at the tip of the.

【0041】このストッパー5は、内径が銃身部分より
若干小さめの柔軟な材質で構成されたもので、このスト
ッパー5とサボー2が強く接触することによってサボー
2は停止し、小球3だけがコーティング試料6に衝突す
るものである。
The stopper 5 is made of a flexible material whose inner diameter is slightly smaller than that of the barrel. When the stopper 5 comes into strong contact with the sabo 2, the sabo 2 stops and only the small ball 3 is coated. This impinges on the sample 6.

【0042】高温や特殊の雰囲気で試験を行うために
は、コーティング試料6のみをこれらの環境槽7中に置
き、試験する瞬間だけ環境槽7と銃口の間に設けられた
シャッター8を開放することにより環境槽7での試験が
可能となる。
In order to perform the test in a high temperature or special atmosphere, only the coating sample 6 is placed in these environmental chambers 7, and the shutter 8 provided between the environmental chamber 7 and the muzzle is opened only at the moment of the test. As a result, a test in the environmental tank 7 becomes possible.

【0043】上記シャッター8は、図3に示すように試
験開始(S11)のスイッチと連動し、環境槽7の使用
時には弁開放によるガス流入の前にシャッター8の開放
(S12)とその確認動作(S13)があり、ガス流入
後の一定時間後(S14)にシャッター8は閉止(S1
5)するようになっている。このため、環境槽内の試験
環境はほとんど乱されることなく試験が可能となる。
As shown in FIG. 3, the shutter 8 operates in conjunction with a switch for starting the test (S11). When the environmental tank 7 is used, the shutter 8 is opened (S12) before the gas is introduced by opening the valve and its confirmation operation is performed. (S13), and after a certain time after the gas inflow (S14), the shutter 8 is closed (S1).
5) to do so. For this reason, the test can be performed with little disturbance in the test environment in the environment tank.

【0044】次に衝突させた試料6のコーティングの剥
離量を処理手順S3で計測するが、これは赤外線や超音
波を用いて非破壊的に行う。
Next, the amount of peeling of the coating on the sample 6 that has collided is measured in the processing step S3, which is performed nondestructively using infrared rays or ultrasonic waves.

【0045】図4は、赤外線を用いた剥離量の計測シス
テム図である。
FIG. 4 is a diagram showing a system for measuring the amount of peeling using infrared rays.

【0046】小球の衝突によって生じたコーティングの
剥離は、コーティングと基材または中間層であるボンド
コートとの間で生じるため、通常はそのまま目視によっ
ては計測できない。
Since the peeling of the coating caused by the collision of the small balls occurs between the coating and the substrate or the bond coat as the intermediate layer, it cannot be usually measured by visual observation.

【0047】そこで、図4に示す赤外線による計測シス
テムでは、赤外線ランプ11と赤外線カメラ12とを用
いて、この内部剥離した試料6に赤外線を照射して表面
を加熱することにより剥離した部分と剥離していない部
分の温度上昇の差異から剥離量を検出するものである。
すなわち、剥離した部分は一定の熱量が与えられると剥
離した部分が空気の断熱層となって基材に伝わる熱量が
低下するため、すばやく温度上昇するのに対して、剥離
していない部分は基材へ多くの熱が伝わり温度上昇が小
さくなる。このため、加熱時や冷却時の温度分布を計測
することにより、剥離状況が目視化される。剥離量は赤
外線カメラ12により撮影された映像より剥離面積や剥
離直径(長さ)として表わされる。
Therefore, in the measuring system using infrared rays shown in FIG. 4, the sample 6 which has been internally peeled is irradiated with infrared rays by using an infrared lamp 11 and an infrared camera 12 to heat the surface, and the peeled part and the peeled part are separated. The amount of peeling is detected from the difference in the temperature rise of the part where no peeling is performed.
That is, when a certain amount of heat is applied to the peeled part, the peeled part becomes a heat insulating layer of air and the amount of heat transmitted to the base material decreases. More heat is transmitted to the material, and the temperature rise is reduced. Therefore, by measuring the temperature distribution at the time of heating and at the time of cooling, the peeling state is visualized. The peel amount is expressed as a peel area or a peel diameter (length) from an image taken by the infrared camera 12.

【0048】図5は超音波を用いて剥離量を検出する検
出システム図である。
FIG. 5 is a diagram of a detection system for detecting the amount of peeling using ultrasonic waves.

【0049】図5に示すように発信部21より発信する
超音波を送信部22で増幅し、この超音波をコーテイン
グ試料5の表面に接触させて設けられたセンサー23よ
り発信する。超音波は材質の不連続部分で反射するた
め、基材と連続している部分と剥離によって不連続とな
っている部分の反射波の違いを受信部24で捉え、この
波形を増幅部25で増幅して解析部26にて発信部21
より発信した超音波波形と比較することにより、剥離の
大きさを解析することができる。
As shown in FIG. 5, the ultrasonic wave transmitted from the transmitting section 21 is amplified by the transmitting section 22, and the ultrasonic wave is transmitted from the sensor 23 provided in contact with the surface of the coating sample 5. Since the ultrasonic wave is reflected at the discontinuous portion of the material, the difference between the reflected wave of the portion continuous with the base material and the portion of the discontinuous portion due to separation is captured by the receiving unit 24, and this waveform is captured by the amplifying unit 25. Amplify the signal and send it to the transmitting unit 21 at the analyzing unit 26.
By comparing with the transmitted ultrasonic waveform, the magnitude of the separation can be analyzed.

【0050】このようにして計測された剥離量は、処理
手順S4にて小球の有する衝突エネルギーや衝突速度そ
のものに関連付けると図6のように表わされる。
The amount of separation measured in this manner is expressed as shown in FIG. 6 when it is associated with the collision energy or the collision speed of the small ball in the processing procedure S4.

【0051】図6に示すように小球の衝突速度を変えて
数回の試験を実施し、それぞれの剥離量の計測値と衝突
エネルギーの関係を得ると、右上りの曲線が得られる。
この曲線で剥離量が0となる衝突エネルギーを処理手順
S5にて求める。そして、処理手順S6、S7にてこの
限界エネルギーの変化によってコーテイングの損傷度や
強度が評価される。
As shown in FIG. 6, when the test is performed several times while changing the collision speed of the small ball to obtain the relationship between the measured value of the amount of separation and the collision energy, a curve on the upper right is obtained.
In this curve, the collision energy at which the separation amount becomes 0 is obtained in the processing procedure S5. Then, in the processing steps S6 and S7, the degree of damage and the strength of the coating are evaluated based on the change in the limit energy.

【0052】またはコーテイングの損傷度や強度が評価
は、曲線そのものから一定の衝撃エネルギーによって生
ずる剥離量を比較することによっても可能である。
Alternatively, the degree of damage or the strength of the coating can be evaluated by comparing the amount of peeling caused by a constant impact energy from the curve itself.

【0053】さらに、限界エネルギーからコーティング
の使用環境で衝突することが許容できる飛翔体の大きさ
を規定することができる。この場合、剥離量は飛翔体の
有する衝突エネルギーだけで決定されるのではなく、飛
翔体の衝突断面積も重要な要因となる。衝突エネルギー
が小さくても、衝突断面積が小さい場合には剥離量が大
きくなる。
Further, the size of the flying object that can be allowed to collide in the environment in which the coating is used can be specified from the limit energy. In this case, the amount of separation is not determined only by the collision energy of the flying object, but the collision cross-sectional area of the flying object is also an important factor. Even if the collision energy is small, the amount of separation increases when the collision cross section is small.

【0054】このため、衝撃エネルギーを衝突断面積で
除した値をパラメータとして剥離量との関係を調べると
図7のようになる。飛翔体である小球の径に依らず両者
は一体の関係となるため、この関係を用いて限界条件す
なわち許容できる飛翔体異物の大きさを規定できる。
FIG. 7 shows the relationship between the impact energy and the peeling amount using the value obtained by dividing the impact energy by the collision cross-sectional area as a parameter. Since the two have an integral relationship irrespective of the diameter of the flying object, the limit condition, that is, the allowable size of the foreign object can be defined using this relationship.

【0055】図8は衝突角度を変えて試験した結果を示
すグラフである。衝突角度はコーティング試料の設置角
度を変えることによって可能である。衝突角度はコーテ
ィング面に対して垂直に衝突する衝突確度90°の条件
が最も剥離損傷が大きい。これは剥離を開始する限界エ
ネルギーや同一の衝突エネルギーでの剥離量を比較する
ことにより可能である。このため、実際のコーティング
部品の比較では、衝突角度が常に同一角度であることが
必要となる。
FIG. 8 is a graph showing the results of a test performed while changing the collision angle. The collision angle can be changed by changing the setting angle of the coating sample. Regarding the collision angle, the condition of a collision accuracy of 90 ° in which the collision is perpendicular to the coating surface has the largest peeling damage. This can be achieved by comparing the limit energy at which separation starts and the amount of separation at the same collision energy. Therefore, in comparison of actual coated parts, it is necessary that the collision angle is always the same.

【0056】また、図9は室温と高温の試験結果の比較
を示すグラフである。両者の剥離特性に大きな差はない
ものの、室温試験の方が限界エネルギーも小さく、また
同一の衝突エネルギーに対しても、剥離量は大きくなっ
ている。このため、コーティング部品の比較では使用温
度である高温より、むしろ材料の延性の低下する室温の
方の剥離が明確に表われる。
FIG. 9 is a graph showing a comparison of test results between room temperature and high temperature. Although there is no significant difference between the two, the limit energy is smaller in the room temperature test, and the amount of separation is larger for the same collision energy. For this reason, in the comparison of coated parts, delamination at room temperature, where the ductility of the material decreases, rather than at the high temperature, which is the operating temperature, is clearly apparent.

【0057】以上より室温での衝突角度90°の条件
を、剥離特性が明確となる標準的な試験条件とすること
ができる。
As described above, the condition at a collision angle of 90 ° at room temperature can be set as a standard test condition for clearing the peeling characteristics.

【0058】さらに、図10は熱疲労等による損傷を受
けた材料と未使用材の比較を示すグラフである。損傷を
受けたコーティング部材は内部に微小き裂を生ずるた
め、限界エネルギーや同一の衝突エネルギーに対する剥
離量は増大することとなる。
FIG. 10 is a graph showing a comparison between a material damaged by thermal fatigue and the like and an unused material. Since the damaged coating member has a small crack inside, the amount of peeling for the limit energy and the same impact energy increases.

【0059】従って、損傷量と限界エネルギーまたは剥
離量の関係をマスターカーブとして得ることにより、逆
に限界エネルギーや剥離量から損傷量を評価することが
できる。
Accordingly, by obtaining the relationship between the damage amount and the limit energy or the peel amount as a master curve, the damage amount can be evaluated from the limit energy or the peel amount.

【0060】図11はその一例を示す。未使用時の限界
エネルギーや基準衝突エネルギーに対する剥離量を初期
値として、経年的に使用し損傷を受けたコーティング部
材を評価すると、これらの限界エネルギーや剥離量は初
期値より変化するため、この値を用いてコーティング部
材の損傷度を評価することができる。また、この結果と
使用時間から、今後の検査時間を設定し、余寿命を推定
することができる。
FIG. 11 shows an example. When the coating material that has been used over time and has been damaged is evaluated using the critical energy when not used and the peeling amount against the reference collision energy as the initial value, the critical energy and the peeling amount change from the initial values. Can be used to evaluate the degree of damage to the coating member. Further, a future inspection time can be set from the result and the use time, and the remaining life can be estimated.

【0061】さらに、限界エネルギーからコーティング
の使用環境で衝突することが許容できる飛翔体の大きさ
を規定することができる。この場合、衝突エネルギーが
小さい場合でも衝突断面積が小さい場合には剥離量が大
きいため、衝突エネルギーを衝突断面積で除した値をパ
ラメータとして剥離量との関係から図7のように許容限
界衝突エネルギーを評価する。コーティング部品の飛翔
体異物の衝突速度は流体解析により定められるため、こ
の関係を用いて図12のように限界条件、すなわち許容
できる飛翔体異物の大きさを規定できる。
Further, the size of the projectile that can be allowed to collide in the environment in which the coating is used can be specified from the limit energy. In this case, even when the collision energy is small, the separation amount is large when the collision cross section is small. Therefore, as shown in FIG. Evaluate energy. Since the collision velocity of the flying object foreign matter on the coated part is determined by fluid analysis, the limit condition, that is, the allowable size of the flying object foreign matter can be defined using this relationship as shown in FIG.

【0062】このように本発明の第1の実施の形態で
は、コーテイングの損傷度や強度を評価する方法とし
て、小球衝突による局部的破壊試験を用いている。この
試験はコーティングをした動翼などの実部品に対しても
容易に実施できる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, as a method for evaluating the degree of damage or the strength of the coating, a local destruction test by small ball collision is used. This test can be easily performed on real parts such as coated rotor blades.

【0063】通常の引張試験や密着強度試験では試験片
を治具を介して試験機に装着する必要があるために、試
験を実施できる形状についてはかなり限定されたものと
なり、実部品に対する密着強度の測定はほとんど不可能
であった。
In a normal tensile test or an adhesion strength test, a test piece needs to be mounted on a testing machine via a jig, so that the shape in which the test can be performed is considerably limited. Was almost impossible to measure.

【0064】しかし、本実施の形態では評価する部品を
小球の出る銃口部に設置するだけで、セッティングが完
了する。高温環境や特殊雰囲気での評価も環境槽にシャ
ッターを取付けて試験機と連動させることにより容易に
実施することができる。
However, in this embodiment, the setting is completed only by placing the component to be evaluated at the muzzle portion where the small ball comes out. Evaluation in a high-temperature environment or a special atmosphere can be easily performed by attaching a shutter to an environmental tank and linking it with a tester.

【0065】また、試験も基準となる衝撃エネルギーを
規定すれば、最低1回の評価試験による剥離量評価によ
って密着強度やコーテイングの損傷度を評価できる。ま
た、数回の試験を実施すれば、限界エネルギーによる評
価が可能となるので強度や損傷度の評価精度を向上させ
ることができる。
If the impact energy is used as a reference in the test, the adhesion strength and the damage degree of the coating can be evaluated by evaluating the amount of peeling by at least one evaluation test. Further, if the test is performed several times, the evaluation based on the limit energy becomes possible, so that the evaluation accuracy of the strength and the degree of damage can be improved.

【0066】これらの評価試験では、実部品のコーテイ
ングを結果的に剥離させることになるが、この剥離部分
に再コーテイングを施行することにより未使用時の状態
に容易に復元することができるため、試験に供する部品
は全体の部品を代表させる抜取り検査試験片として何回
もの試験に用いることができる。このため、経時的な損
傷度の変化をその場で確認することができるため、今後
のコーティング損傷の時間的変化をすばやく捉えて、今
後の検査間隔や運用形態にそのまま反映させることがで
きる。
In these evaluation tests, the coating of the actual part is peeled off as a result. However, by performing re-coating on this peeled part, it is possible to easily restore the unused state. The parts to be tested can be used in many tests as sampling inspection test pieces representing the whole parts. For this reason, a change in the degree of damage over time can be confirmed on the spot, so that a temporal change in future coating damage can be quickly captured and directly reflected in a future inspection interval or operation form.

【0067】さらに、遮熱コーティングの材料や施工法
の開発において不可欠な、コーティングの密着強度や耐
衝撃性評価をするために必要な評価方法やガスタービン
を運用する際に必要な回転機器内に流入可能な異物の許
容寸法も設定することができる。
Further, an evaluation method necessary for evaluating the adhesion strength and impact resistance of the coating, which is indispensable in the development of the material of the thermal barrier coating and the application method, and a rotating device necessary for operating the gas turbine. The allowable size of the inflowable foreign matter can also be set.

【0068】このようにコーティングの強度や損傷度を
容易な評価できるため、実部品でのコーティング劣化や
コーティングの材料開発において、羽根構造その効果は
甚大である。
As described above, since the strength and the degree of damage of the coating can be easily evaluated, the blade structure has a great effect in the deterioration of the coating in the actual part and the development of the material of the coating.

【0069】上記第1の実施の形態では、剥離量を評価
するために、破壊試験である衝突試験を行うようにした
が、本発明では解析によっても評価できる。
In the first embodiment, a collision test, which is a destructive test, is performed to evaluate the amount of peeling. However, the present invention can be evaluated by analysis.

【0070】図13は本発明によるコーティング強度の
評価方法を説明するための第2の実施の形態を示す模式
図である。
FIG. 13 is a schematic view showing a second embodiment for explaining the method of evaluating the coating strength according to the present invention.

【0071】第2の実施の形態では、図13に示すよう
にコーテイング試料を構成する基材31、ボントコート
32およびトップコート33の要素でモデルを作成し、
このモデルに衝突試験で実際に行う速度で小球34を衝
突させる。衝突時からコーティングに生ずるひずみを逐
次時間を追って求めると、図17に示すようにトップコ
ート33とボントコート32の境界層35部に大きなひ
ずみが生ずる。
In the second embodiment, as shown in FIG. 13, a model is created by using elements of a base material 31, a bond coat 32, and a top coat 33 which constitute a coating sample.
The small ball 34 is caused to collide with the model at the speed actually performed in the collision test. When the strain generated in the coating is sequentially determined after the collision, a large strain is generated in the boundary layer 35 between the top coat 33 and the bond coat 32 as shown in FIG.

【0072】このひずみは、せん断ひずみが大きな割合
を持っており、せん断ひずみと剥離量の関係は小球34
の径を変化した場合にも図14のように一定の関係とな
る。
As for this strain, the shear strain has a large ratio, and the relationship between the shear strain and the amount of peeling is small ball 34.
Are constant as shown in FIG.

【0073】このため、本発明ではこの解析を適用して
小球衝突試験の代替とすることができる。さらに、トッ
プコート33とボンドコート32の境界に境界層35要
素を設け、この要素に一定の限界ひずみに達しすると消
滅する機能を与えると、図15に示すように実際の剥離
き裂を再現したき裂を生じさせることができる。この
際、限界ひずみは衝突試験に対応した解析を行い実際の
剥離量を生じさせる条件で与えることができる。
Therefore, in the present invention, this analysis can be applied as a substitute for the small ball collision test. Furthermore, when a boundary layer 35 element was provided at the boundary between the top coat 33 and the bond coat 32 and this element was given a function of disappearing when a certain critical strain was reached, an actual peel crack was reproduced as shown in FIG. Cracks can occur. At this time, the critical strain can be given under the condition that an analysis corresponding to a collision test is performed and an actual peel amount is generated.

【0074】さらに、衝撃力を与える代わりに静的荷重
の負荷によりコーテイングを生じさせ、負荷荷重と剥離
量の関係からコーティングの損傷度や密着強度を評価す
ることができる。すなわち、図16に示すようにコーテ
イング試料に小球34を介して、静的荷重を与えること
により衝突試験を模擬した評価が可能となる。
Further, instead of applying an impact force, a coating is generated by applying a static load, and the degree of damage and adhesion strength of the coating can be evaluated from the relationship between the applied load and the amount of peeling. That is, as shown in FIG. 16, an evaluation simulating a collision test can be performed by applying a static load to the coated sample via the small ball 34.

【0075】この場合、衝撃エネルギーと静的負荷荷重
の大きさの対応には予めマスターカーブとなる校正曲線
を作成し、これを用いて衝撃エネルギーを評価する。ま
た、上記の静的負荷に対応した有限要素解析を実施する
ことにより、衝撃解析と同じようにせん断ひずみの大き
さや剥離き裂の再現を行うことができるため、静的負荷
解析による評価も行える。
In this case, for the correspondence between the impact energy and the magnitude of the static load, a calibration curve serving as a master curve is created in advance, and the impact energy is evaluated using this. In addition, by performing the finite element analysis corresponding to the static load described above, the magnitude of the shear strain and the separation crack can be reproduced in the same manner as in the impact analysis, so that the evaluation by the static load analysis can be performed. .

【0076】このように本発明の第2の実施の形態によ
る小球衝突の解析による評価では、全く実部品や試験片
を用いることなく、強度や損傷度を評価することができ
るため、コーティングの基本的な強度が既知の場合に
は、実部品を損なうことなく非常に有効な評価方法とな
る。
As described above, in the evaluation by the analysis of the small ball collision according to the second embodiment of the present invention, the strength and the degree of damage can be evaluated without using any actual parts or test pieces. If the basic strength is known, it is a very effective evaluation method without damaging the actual parts.

【0077】また、第2の実施の形態では、衝撃的な負
荷による強度試験により評価しているため、その結果は
そのまま、運用時の飛翔体衝突に対する許容基準に反映
させることができる。この許容基準に対しては小球衝突
試験の結果を衝撃エネルギーと飛翔異物径の大きさを考
慮して、実際の衝突条件に反映して規定することができ
る。
Further, in the second embodiment, since the evaluation is made by the strength test under the impact load, the result can be directly reflected in the allowable standard for the collision of the flying object during operation. With respect to this allowable criterion, it is possible to define the result of the small ball collision test by reflecting the impact energy and the size of the flying foreign matter in the actual collision conditions.

【0078】以上のように本発明によるコーテイングの
強度評価方法は、動翼などの形状が複雑な実部品に対し
ても、施工されているコーティングの強度評価を容易に
行うことができる。また複数回の試験を実施することに
より推定精度を向上させ、さらに実部品の損傷評価では
今後予想される定検間隔を考慮して、部品交換や再コー
ティングの策定などの対策を立てることができる。
As described above, the method for evaluating the strength of a coating according to the present invention can easily evaluate the strength of a coating applied to an actual part having a complicated shape such as a moving blade. In addition, it is possible to improve the estimation accuracy by conducting multiple tests, and to take measures such as replacing parts and re-coating in consideration of the expected regular inspection interval in the damage evaluation of actual parts. .

【0079】さらに、本発明の第2の実施の形態では、
衝撃的負荷に変わって静的な負荷によるコーテイングの
評価も挙げているため、試験片や静的荷重負荷試験に容
易に設置できる場合には、この方法によって評価するこ
とができる。静的荷重は従来の汎用負荷試験装置による
評価が可能となるため、さらに試験は容易となる。この
方法では、衝撃エネルギーと静的負荷荷重の対応を明確
にすることにより、静的負荷試験の結果を許容飛翔異物
径の基準まで反映できる。
Further, in the second embodiment of the present invention,
Since the evaluation of the coating by the static load is given instead of the impact load, if the test piece or the static load test can be easily installed, the evaluation can be made by this method. Since the static load can be evaluated by a conventional general-purpose load test apparatus, the test is further facilitated. In this method, the result of the static load test can be reflected to the standard of the allowable flying foreign matter diameter by clarifying the correspondence between the impact energy and the static load.

【0080】本発明は上記した実施の形態に限定される
ものではなく、コーティングの強度評価法を剥離を生ず
るトップコートだけでなく、基材との接合に用いられて
いるボンドコートや基材そのものの評価にも適用するこ
とができる。これはそれぞれ評価を必要とする材料を選
定して、この部分を除いた他の部分を同一の材料で製作
することにより、評価を必要とする材料の影響度を調べ
ることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. The method for evaluating the strength of a coating is not limited to a top coat which causes peeling, but also a bond coat or a substrate itself used for bonding with a substrate. It can also be applied to the evaluation of In this method, by selecting a material that needs to be evaluated and manufacturing other parts except for this part with the same material, the degree of influence of the material that needs to be evaluated can be checked.

【0081】このようにして、剥離強度に与えるボント
コートや基材の影響を調べることによりコーティング全
体の強度向上や材料開発を促進できる。
As described above, by examining the influence of the bond coat and the base material on the peel strength, it is possible to improve the strength of the entire coating and promote the material development.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上述べたように本発明にコーティング
強度の評価方法によれば、形状が複雑な実部品に対して
も、施工されているコーティングの強度評価を容易に行
うことができ、また複数回の試験を実施することにより
推定精度を向上させ、さらに実部品の損傷評価では今後
予想される定検間隔を考慮して、部品交換や再コーティ
ングの策定などの対策を立てることができる。
As described above, according to the coating strength evaluation method of the present invention, the strength of the applied coating can be easily evaluated even for an actual part having a complicated shape. By performing multiple tests, the estimation accuracy can be improved, and in the damage evaluation of actual components, measures such as component replacement and re-coating can be formulated in consideration of the expected regular inspection intervals.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるコーティング強度の評価方法を説
明するための第1の実施の形態を示す処理手順の概略
図。
FIG. 1 is a schematic diagram of a processing procedure showing a first embodiment for explaining a method of evaluating coating strength according to the present invention.

【図2】同実施の形態で用いられる小球衝突試験装置の
構成例を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration example of a small ball collision test apparatus used in the embodiment.

【図3】同じく小球衝突試験装置において、試験開始か
ら終了までのシャッタの動作を説明するためのフロー
図。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the shutter from the start to the end of the test in the small ball collision test apparatus.

【図4】同実施の形態において、コーティングの剥離量
を赤外線により計測する場合のシステム図。
FIG. 4 is a system diagram in the case where the amount of peeling of the coating is measured by infrared rays in the embodiment.

【図5】同実施の形態において、コーティングの剥離量
を超音波により計測する場合のシステム図。
FIG. 5 is a system diagram in the case of measuring the amount of peeling of the coating by ultrasonic waves in the embodiment.

【図6】同実施の形態において、剥離量の計測値と衝突
エネルギーの関係を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a measured value of a peeling amount and collision energy in the embodiment.

【図7】同じく衝撃エネルギーを衝突断面積で除した値
をパラメータとして剥離量との関係を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amount of separation and the value obtained by dividing the impact energy by the collision cross-sectional area.

【図8】同じく衝突角度を変えて試験した結果を示すグ
ラフ。
FIG. 8 is a graph showing the results of a test performed by changing the collision angle.

【図9】同じく室温と高温の試験結果の比較を示すグラ
フ。
FIG. 9 is a graph showing a comparison of test results between room temperature and high temperature.

【図10】同じく熱疲労等による損傷を受けた材料と未
使用材の比較を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing a comparison between a material damaged by thermal fatigue and the like and an unused material.

【図11】同実施の形態において、限界エネルギーや剥
離量から損傷量を評価する一例を示すグラフ。
FIG. 11 is a graph showing an example of evaluating a damage amount from a limit energy and a peel amount in the embodiment.

【図12】同実施の形態において、飛翔体異物径と衝突
策度との関係を示すグラフ。
FIG. 12 is a graph showing a relationship between a flying object foreign matter diameter and a collision measure in the embodiment.

【図13】本発明によるコーティング強度の評価方法を
説明するための第2の実施の形態を示す模式図。
FIG. 13 is a schematic view showing a second embodiment for describing a method for evaluating coating strength according to the present invention.

【図14】同実施の形態において、剪断ひずみと剥離量
との関係を示すグラフ。
FIG. 14 is a graph showing a relationship between a shear strain and an amount of peeling in the embodiment.

【図15】同実施の形態において、実際の剥離き裂を再
現した状態を示す模式図。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a state in which an actual peeling crack is reproduced in the embodiment.

【図16】同実施の形態において、コーテイング試料に
小球を介して、静的荷重を与えて衝突試験を模擬した状
態を示す模式図。
FIG. 16 is a schematic diagram showing a state in which a collision test is simulated by applying a static load to the coated sample via small balls in the same embodiment.

【図17】同実施の形態において、トップコートとボン
トコートの境界層部に大きなひずみが生じた状態を示す
模式図。
FIG. 17 is a schematic diagram showing a state in which a large strain is generated in a boundary layer between the top coat and the bond coat in the embodiment.

【図18】コーティングの有無による温度の変化を説明
するための図。
FIG. 18 is a diagram for explaining a change in temperature depending on the presence or absence of a coating.

【図19】一般的なコーティングの損傷形態を説明する
ための図。
FIG. 19 is a diagram for explaining a general coating damage mode.

【図20】ガスタービンの主要部の構成を示す断面図。FIG. 20 is a sectional view showing a configuration of a main part of the gas turbine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:銃身 2:サボー 3:小球 4:速度検出器 5:ストッパー 6:コーティング試料 7:環境槽 8:シャッター 11:赤外線ランプ 12:赤外線カメラ 21:発信部 22:送信部 23:センサ 24:受信部 25:増幅部 26:解析部 31:基材 32:ボンドコート 33:トップコート 34:小球 35:境界層 1: Barrel 2: Sabo 3: Small ball 4: Speed detector 5: Stopper 6: Coating sample 7: Environmental tank 8: Shutter 11: Infrared lamp 12: Infrared camera 21: Transmitting unit 22: Transmitting unit 23: Sensor 24: Receiving unit 25: Amplifying unit 26: Analyzing unit 31: Base material 32: Bond coat 33: Top coat 34: Small ball 35: Boundary layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 貴博 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 2G040 AA07 AB08 BA14 BA26 CA02 CA12 CA23 DA06 DA12 EA06 EB02 HA02 HA14 2G047 AA09 AC06 BA03 BC03 BC09 CA01 EA10 EA11 GG27  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Takahiro Kubo 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term in Toshiba Keihin Works (reference) 2G040 AA07 AB08 BA14 BA26 CA02 CA12 CA23 DA06 DA12 EA06 EB02 HA02 HA14 2G047 AA09 AC06 BA03 BC03 BC09 CA01 EA10 EA11 GG27

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 部材の表面に施されたコーティングの密
着強度の評価方法において、前記コーティングに球体を
衝突させ、前記コーティングの剥離損傷量を計測してコ
ーティングの強度を評価することを特徴とするコーティ
ング強度評価方法。
1. A method for evaluating the adhesion strength of a coating applied to a surface of a member, wherein a sphere is made to collide with the coating, and the amount of peeling damage of the coating is measured to evaluate the strength of the coating. Coating strength evaluation method.
【請求項2】 請求項1記載のコーティング強度評価方
法において、前記コーティングの剥離損傷量を非破壊的
に計測するに際して、部材の表面に赤外線を照射して、
剥離した部分と剥離していない部分の温度上昇の差異か
ら評価することを特徴とするコーティング強度評価方
法。
2. The coating strength evaluation method according to claim 1, wherein the surface of the member is irradiated with infrared rays when the amount of peeling damage of the coating is non-destructively measured.
A coating strength evaluation method characterized by evaluating a difference in temperature rise between a peeled portion and a non-peeled portion.
【請求項3】 請求項1記載のコーティング強度評価方
法において、前記コーティングの剥離損傷量を非破壊的
に計測するに際して、部材の表面に超音波を照射し、剥
離部分と非剥離部分での反射波の違いにより剥離量を評
価することを特徴とするコーティング強度評価方法。
3. The coating strength evaluation method according to claim 1, wherein, when non-destructively measuring the amount of peeling damage of the coating, the surface of the member is irradiated with ultrasonic waves, and reflection at the peeled portion and the non-peeled portion is performed. A coating strength evaluation method characterized by evaluating an amount of peeling based on a difference in waves.
【請求項4】 請求項1記載のコーティング強度評価方
法において、コーティングの強度は、剥離損傷量を球体
の有する衝撃エネルギーを衝突断面積で除した量により
評価されることを特徴とするコーティング強度評価方
法。
4. The coating strength evaluation method according to claim 1, wherein the strength of the coating is evaluated by an amount obtained by dividing the amount of delamination damage by the impact energy of the sphere by the collision sectional area. Method.
【請求項5】 請求項1記載のコーティング強度評価方
法において、前記コーティングの剥離損傷量を計測する
に際して、特殊雰囲気中に前記部材が収納された環境槽
と、前記球体を発射する銃身と、この銃身の銃口部と前
記環境槽の間に設けられ前記球体通過時のみ開放するシ
ャッターとを備え、前記環境槽の雰囲気を乱すことなく
試験を実施することを特徴とするコーティング強度評価
方法。
5. The coating strength evaluation method according to claim 1, wherein, when measuring the amount of peeling damage of the coating, an environmental tank containing the member in a special atmosphere, a barrel firing the sphere, and A coating strength evaluation method, comprising: a shutter provided between a muzzle part of a barrel and the environmental tank and opened only when the sphere passes, and performing a test without disturbing the atmosphere of the environmental tank.
【請求項6】 請求項1記載のコーティング強度評価方
法において、コーティングの強度は、前記コーティング
に同一径の球体で衝突速度を変化させて複数回衝突させ
た場合、剥離損傷量と衝突速度または衝撃エネルギーの
関係から損傷を生ずる限界衝突速度を求めて評価される
ことを特徴とするコーティング強度評価方法。
6. The coating strength evaluation method according to claim 1, wherein the coating strength is determined based on the amount of peeling damage and the collision speed or impact when the coating is impacted a plurality of times with a sphere having the same diameter while changing the impact speed. A coating strength evaluation method characterized in that the evaluation is made by obtaining a limit collision speed that causes damage from the relation of energy.
【請求項7】 請求項1記載のコーティング強度評価方
法において、コーティングの強度は、前記コーティング
の界面に生じた熱疲労による機械的損傷や微小き裂を限
界衝撃エネルギーから評価されることを特徴とするコー
ティング強度評価方法。
7. The coating strength evaluation method according to claim 1, wherein the strength of the coating is evaluated based on a limit impact energy for a mechanical damage or a small crack due to thermal fatigue generated at an interface of the coating. Coating strength evaluation method.
【請求項8】 請求項1記載のコーティング強度評価方
法において、コーティングの強度は、コーティングの界
面に生じた熱疲労による機械的損傷や微小き裂を基準と
なる衝撃エネルギーに対する剥離量によって評価される
ことを特徴とする請求項1記載のコーティング強度評価
方法。
8. The coating strength evaluation method according to claim 1, wherein the strength of the coating is evaluated by a mechanical damage due to thermal fatigue generated at an interface of the coating or a peeling amount with respect to an impact energy based on a minute crack. The method for evaluating coating strength according to claim 1, wherein:
【請求項9】 部材の表面に施されたコーティングの密
着強度の評価方法において、前記コーティング各部の材
料特性を既知として、有限要素解析により球体の衝突に
よる損傷を評価することを特徴とするコーティング強度
評価方法。
9. A method for evaluating the adhesion strength of a coating applied to a surface of a member, wherein the material characteristics of each part of the coating are known, and damage due to collision of a sphere is evaluated by finite element analysis. Evaluation method.
【請求項10】 請求項9記載のコーティング強度評価
方法において、有限要素解析により球体の衝突による損
傷を評価するに際して、コーティング界面に生ずる一定
量のせん断ひずみの広がりから剥離領域を求めることを
特徴とするコーティング強度評価方法。
10. The coating strength evaluation method according to claim 9, wherein, when evaluating damage due to collision of a sphere by finite element analysis, a peeling region is obtained from a spread of a fixed amount of shear strain generated at a coating interface. Coating strength evaluation method.
【請求項11】 請求項9記載のコーティング強度評価
方法において、有限要素解析により球体の衝突による損
傷を評価するに際して、前記コーティングの剥離き裂を
生ずる部分に一定量のひずみに達すると消滅する要素を
設けて、コーティング界面に生ずる剥離き裂を再現する
ことを特徴とするコーティング強度評価方法。
11. The coating strength evaluation method according to claim 9, wherein when the damage due to collision of the sphere is evaluated by finite element analysis, the element disappears when a predetermined amount of strain is reached in a portion of the coating where a peeling crack occurs. And a method of evaluating a coating strength, wherein a peeling crack generated at a coating interface is reproduced.
【請求項12】 部材の表面に施されたコーティングの
密着強度の評価方法において、前記コーティング各部の
材料特性を既知として、静的荷重負荷試験または有限要
素解析により剥離損傷量を求めてコーティングの強度を
評価することを特徴とするコーティング強度評価方法。
12. A method for evaluating the adhesion strength of a coating applied to the surface of a member, wherein the material properties of each part of the coating are known, and the amount of peeling damage is determined by a static load test or finite element analysis. A coating strength evaluation method characterized by evaluating the following.
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