JP2003004549A - 高温部材の温度推定方法 - Google Patents
高温部材の温度推定方法Info
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- JP2003004549A JP2003004549A JP2001183596A JP2001183596A JP2003004549A JP 2003004549 A JP2003004549 A JP 2003004549A JP 2001183596 A JP2001183596 A JP 2001183596A JP 2001183596 A JP2001183596 A JP 2001183596A JP 2003004549 A JP2003004549 A JP 2003004549A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、セラミック層の寿命評価、耐久性評
価に役立つセラミックス層の表面温度を推定できること
を課題とする。 【解決手段】母材上にセラミック層が形成された高温部
材の温度を推定する方法において、前記セラミック層に
生成される単斜晶の量もしくは膜状欠陥の面積率もしく
は硬さを測定することにより、セラミック層の表面温度
を推定することを特徴とする高温部材の温度推定方法。
価に役立つセラミックス層の表面温度を推定できること
を課題とする。 【解決手段】母材上にセラミック層が形成された高温部
材の温度を推定する方法において、前記セラミック層に
生成される単斜晶の量もしくは膜状欠陥の面積率もしく
は硬さを測定することにより、セラミック層の表面温度
を推定することを特徴とする高温部材の温度推定方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、ジ
ェットエンジンなどの高温部品、特に動翼あるいは静翼
に使用される高温部品の温度推定方法に関する。
ェットエンジンなどの高温部品、特に動翼あるいは静翼
に使用される高温部品の温度推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知の如く、例えばガスタービンの動翼
や静翼等の高温部品には、Ｎｉ基合金等が使用されてい
る。こうした動翼や静翼は高温下で応力をかけられなが
ら長時間使用されるので、運転中にクリープ損傷を受け
易い。そこで、高温部品が破損する前に高温部品の温度
を調べ、高温部品の余寿命を推定することが求められて
いる。
や静翼等の高温部品には、Ｎｉ基合金等が使用されてい
る。こうした動翼や静翼は高温下で応力をかけられなが
ら長時間使用されるので、運転中にクリープ損傷を受け
易い。そこで、高温部品が破損する前に高温部品の温度
を調べ、高温部品の余寿命を推定することが求められて
いる。
【０００３】従来、高温部品の温度を調べるためには、
母材の金属組織の変化（例えばＮｉ基合金の場合はγ’
相）から推定することが多い。ところで、最近の高温部
品には、メタル温度低減のため、表面にセラミック層及
び耐食合金層で構成された遮熱コーティング（ＴＢＣ）
が適用されている。しかし、このＴＢＣは、剥離してし
まうと、母材のメタル温度を上昇させてしまうので、そ
の耐久性、寿命の把握は重要な問題である。
母材の金属組織の変化（例えばＮｉ基合金の場合はγ’
相）から推定することが多い。ところで、最近の高温部
品には、メタル温度低減のため、表面にセラミック層及
び耐食合金層で構成された遮熱コーティング（ＴＢＣ）
が適用されている。しかし、このＴＢＣは、剥離してし
まうと、母材のメタル温度を上昇させてしまうので、そ
の耐久性、寿命の把握は重要な問題である。
【０００４】ところで、前記ＴＢＣを構成するセラミッ
ク層は、メタルに比べて明瞭な組織変化が少なく、これ
までＴＢＣの作動温度を正確に推定することは不可能で
あった。
ク層は、メタルに比べて明瞭な組織変化が少なく、これ
までＴＢＣの作動温度を正確に推定することは不可能で
あった。
【０００５】また、従来技術として、セラミックコーテ
ィング余寿命評価診断システムが知られている（特開平
１１−１４８９３１）。この公報には、セラミック層及
び耐食合金層がコーティングされた高温部材において、
セラミック層が剥離する以前にセラミックコーティング
の余寿命を非破壊的に評価する診断することを技術につ
いて開示されている。具体的には、上記技術は、高温部
材にコーティングされたセラミック層及び耐食合金層が
高温雰囲気に曝露され、劣化損傷する際に、セラミック
層と耐食合金層の間に経年的に生じる酸化物層を非破壊
検出し、この非破壊検出の映像化処理により得られる信
号に基づいてセラミック層及び耐食合金層の余寿命を評
価診断するものである。
ィング余寿命評価診断システムが知られている（特開平
１１−１４８９３１）。この公報には、セラミック層及
び耐食合金層がコーティングされた高温部材において、
セラミック層が剥離する以前にセラミックコーティング
の余寿命を非破壊的に評価する診断することを技術につ
いて開示されている。具体的には、上記技術は、高温部
材にコーティングされたセラミック層及び耐食合金層が
高温雰囲気に曝露され、劣化損傷する際に、セラミック
層と耐食合金層の間に経年的に生じる酸化物層を非破壊
検出し、この非破壊検出の映像化処理により得られる信
号に基づいてセラミック層及び耐食合金層の余寿命を評
価診断するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした事情
を考慮してなされたので、セラミック層に生成される単
斜晶の量をＸ線回折法により測定し、この単斜晶の量に
基づいてセラミック層の表面温度を推定する構成とする
ことにより、非破壊的にセラミック層の表面温度を推定
し、セラミック層の寿命評価、耐久性評価に役立つ高温
部材の温度推定方法を提供することを目的とする。
を考慮してなされたので、セラミック層に生成される単
斜晶の量をＸ線回折法により測定し、この単斜晶の量に
基づいてセラミック層の表面温度を推定する構成とする
ことにより、非破壊的にセラミック層の表面温度を推定
し、セラミック層の寿命評価、耐久性評価に役立つ高温
部材の温度推定方法を提供することを目的とする。
【０００７】また、本発明は、セラミック層の深さ方向
に沿う断面のミクロ組織を画像処理して膜状欠陥の面積
率を求めることにより、この面積率に基づいて前記セラ
ミック層の表面温度を推定する構成とすることにより、
セラミック層の表面温度を推定し、セラミック層の寿命
評価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方法を提
供することを目的とする。
に沿う断面のミクロ組織を画像処理して膜状欠陥の面積
率を求めることにより、この面積率に基づいて前記セラ
ミック層の表面温度を推定する構成とすることにより、
セラミック層の表面温度を推定し、セラミック層の寿命
評価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方法を提
供することを目的とする。
【０００８】更に、本発明は、セラミック層の深さ方向
に沿う断面の硬さを求め、この硬さに基づいて前記セラ
ミック層の表面温度を推定する構成とすることにより、
セラミック層の表面温度を推定し、セラミック層の寿命
評価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方法を提
供することを目的とする。
に沿う断面の硬さを求め、この硬さに基づいて前記セラ
ミック層の表面温度を推定する構成とすることにより、
セラミック層の表面温度を推定し、セラミック層の寿命
評価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方法を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、母材
上にセラミック層が形成された高温部材の温度を推定す
る方法において、前記セラミック層に生成される単斜晶
の量をＸ線回折法により測定し、この単斜晶の量に基づ
いて前記セラミック層の表面温度を推定することを特徴
とする高温部材の温度推定方法である。
上にセラミック層が形成された高温部材の温度を推定す
る方法において、前記セラミック層に生成される単斜晶
の量をＸ線回折法により測定し、この単斜晶の量に基づ
いて前記セラミック層の表面温度を推定することを特徴
とする高温部材の温度推定方法である。
【００１０】第１の発明において、前記セラミック層の
表面温度を推定する手段としては、例えば、前記セラミ
ック層と同じ組成の供試体を用いて、下記数１に示すラ
ーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）の関係式より供試
体の単斜晶の量とＬＭＰ値との関係を示す特性図を求め
た後、前記セラミック層に生成される単斜晶の量を前記
特性図に代入することにより、セラミック層の表面温度
を推定することが挙げられる。
表面温度を推定する手段としては、例えば、前記セラミ
ック層と同じ組成の供試体を用いて、下記数１に示すラ
ーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）の関係式より供試
体の単斜晶の量とＬＭＰ値との関係を示す特性図を求め
た後、前記セラミック層に生成される単斜晶の量を前記
特性図に代入することにより、セラミック層の表面温度
を推定することが挙げられる。
【００１１】
【数１】
【００１２】本願第２の発明は、母材上にセラミック層
が形成された高温部材の温度を推定する方法において、
前記セラミック層の深さ方向に沿う断面のミクロ組織を
画像処理して膜状欠陥の面積率を求めることにより、こ
の面積率に基づいて前記セラミック層の表面温度を推定
することを特徴とする高温部材の温度推定方法である。
が形成された高温部材の温度を推定する方法において、
前記セラミック層の深さ方向に沿う断面のミクロ組織を
画像処理して膜状欠陥の面積率を求めることにより、こ
の面積率に基づいて前記セラミック層の表面温度を推定
することを特徴とする高温部材の温度推定方法である。
【００１３】本願第２の発明において、前記セラミック
層の表面温度を推定する手段としては、例えば、前記セ
ラミック層と同じ組成の供試体を用いて、上記数１の関
係式より供試体の深さ方向に沿う断面の膜状欠陥の面積
率とＬＭＰ値との関係を示す特性図を求めた後、前記セ
ラミック層の深さ深さ方向に沿う断面の膜状欠陥の面積
率を前記特性図に代入することにより、セラミック層の
表面温度を推定することが挙げられる。
層の表面温度を推定する手段としては、例えば、前記セ
ラミック層と同じ組成の供試体を用いて、上記数１の関
係式より供試体の深さ方向に沿う断面の膜状欠陥の面積
率とＬＭＰ値との関係を示す特性図を求めた後、前記セ
ラミック層の深さ深さ方向に沿う断面の膜状欠陥の面積
率を前記特性図に代入することにより、セラミック層の
表面温度を推定することが挙げられる。
【００１４】本願第３の発明は、母材上にセラミック層
が形成された高温部材の温度を推定する方法において、
前記セラミック層の深さ方向に沿う断面の硬さを求め、
この硬さに基づいて前記セラミック層の表面温度を推定
することを特徴とする高温部材の温度推定方法である。
が形成された高温部材の温度を推定する方法において、
前記セラミック層の深さ方向に沿う断面の硬さを求め、
この硬さに基づいて前記セラミック層の表面温度を推定
することを特徴とする高温部材の温度推定方法である。
【００１５】第３の発明において、前記セラミック層の
表面温度を推定する手段としては、例えば、前記セラミ
ック層と同じ組成の供試体を用いて、上記数１の関係式
より供試体の深さ方向に沿う断面の硬さとＬＭＰ値との
関係を示す特性図を求めた後、前記セラミック層の深さ
方向に沿う硬さを前記特性図に代入することにより、セ
ラミック層の表面温度を推定することが挙げられる。
表面温度を推定する手段としては、例えば、前記セラミ
ック層と同じ組成の供試体を用いて、上記数１の関係式
より供試体の深さ方向に沿う断面の硬さとＬＭＰ値との
関係を示す特性図を求めた後、前記セラミック層の深さ
方向に沿う硬さを前記特性図に代入することにより、セ
ラミック層の表面温度を推定することが挙げられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳細に
説明する。第１の発明は、遮熱コーティングのトップコ
ート層の材質の変化を調べることによってトップコート
層がさらされた温度を推定するものである。つまり、ト
ップコート層にはＺｒＯ２セラミックが用いられてお
り、初期には略１００％が準安定正方晶（ｔ’相）とな
っている。しかし、動翼等が高温で長時間使用される
と、下記の反応が起き単斜晶（ｍ相）が生成する。 ｔ’→ｔ＋Ｃ（立方晶）→（ｍ＋Ｃ）＋Ｃ 従って、動翼等に使用する材料と同じ材料の供試体につ
いて、予め時間の経過に伴うｍ相の生成量を求め、ＬＭ
Ｐ値との関係を求めておくことにより、実機におけるｍ
相の生成量に応じたＬＭＰ値が求まり、これに時間
（ｔ）を代入すればＴＢＣの表面温度を非破壊的に推定
することができる。なお、ｔ＋Ｃ（立方晶）→（ｍ＋
Ｃ）＋Ｃへの反応は冷却時行われる。
説明する。第１の発明は、遮熱コーティングのトップコ
ート層の材質の変化を調べることによってトップコート
層がさらされた温度を推定するものである。つまり、ト
ップコート層にはＺｒＯ２セラミックが用いられてお
り、初期には略１００％が準安定正方晶（ｔ’相）とな
っている。しかし、動翼等が高温で長時間使用される
と、下記の反応が起き単斜晶（ｍ相）が生成する。 ｔ’→ｔ＋Ｃ（立方晶）→（ｍ＋Ｃ）＋Ｃ 従って、動翼等に使用する材料と同じ材料の供試体につ
いて、予め時間の経過に伴うｍ相の生成量を求め、ＬＭ
Ｐ値との関係を求めておくことにより、実機におけるｍ
相の生成量に応じたＬＭＰ値が求まり、これに時間
（ｔ）を代入すればＴＢＣの表面温度を非破壊的に推定
することができる。なお、ｔ＋Ｃ（立方晶）→（ｍ＋
Ｃ）＋Ｃへの反応は冷却時行われる。
【００１７】図６は、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３系のＺｒＯ２
近傍の状態図を示すもので、この図により上記反応式が
明らかである。また、図７は、安定化による熱膨張曲線
の変化を示す。
近傍の状態図を示すもので、この図により上記反応式が
明らかである。また、図７は、安定化による熱膨張曲線
の変化を示す。
【００１８】第２の発明は、遮熱コーティングのトップ
コート層のミクロ組織が動翼等の運転につれて微妙に変
化することに注目し、トップコート層の深さ方向の断面
を観察することによりＴＢＣの断面での温度を推定する
ものである。つまり、トップコートの断面を観察する
と、高温長時間使用後は、初期に比べ狭い層状の隙間状
欠陥が焼結していく。これを画像処理して予め時間の経
過に伴う層状気孔の面積率を求め、ＬＭＰ値との関係を
求めることにより、実機における層状気孔の面積率に応
じたＬＭＰ値が求まり、これに時間（ｔ）を代入すれ
ば、ＴＢＣの断面温度を推定することができる。
コート層のミクロ組織が動翼等の運転につれて微妙に変
化することに注目し、トップコート層の深さ方向の断面
を観察することによりＴＢＣの断面での温度を推定する
ものである。つまり、トップコートの断面を観察する
と、高温長時間使用後は、初期に比べ狭い層状の隙間状
欠陥が焼結していく。これを画像処理して予め時間の経
過に伴う層状気孔の面積率を求め、ＬＭＰ値との関係を
求めることにより、実機における層状気孔の面積率に応
じたＬＭＰ値が求まり、これに時間（ｔ）を代入すれ
ば、ＴＢＣの断面温度を推定することができる。
【００１９】第３の発明は、遮熱コーティングのトップ
コート層の断面の硬さが動翼等の運転につれて硬くなっ
ていることに注目し、トップコート層の深さ方向の断面
の硬さを観察することによりＴＢＣの断面での温度を推
定するものである。つまり、トップコート層の断面の硬
さは焼結により上昇するので、予め時間の経過に伴うト
ップコート層の断面の硬さとＬＭＰ値との関係を求める
ことにより、実機におけるトップコート層の断面の硬さ
に応じたＬＭＰ値が求まり、これに時間（ｔ）を代入す
れば、ＴＢＣの断面温度を推定することができる。
コート層の断面の硬さが動翼等の運転につれて硬くなっ
ていることに注目し、トップコート層の深さ方向の断面
の硬さを観察することによりＴＢＣの断面での温度を推
定するものである。つまり、トップコート層の断面の硬
さは焼結により上昇するので、予め時間の経過に伴うト
ップコート層の断面の硬さとＬＭＰ値との関係を求める
ことにより、実機におけるトップコート層の断面の硬さ
に応じたＬＭＰ値が求まり、これに時間（ｔ）を代入す
れば、ＴＢＣの断面温度を推定することができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の各実施例に係る高温部材の温
度推定方法について説明する。 （実施例１）本実施例１は、母材上にアンダーコート
層、トップコート層が順次形成された高温部材の温度を
非破壊的に推定する場合を示す。ここで、トップコート
層にはＹＳＺが用いられており、初期にはほぼ１００％
が準安定正方晶（ｔ’相と呼ぶ）となっている。しか
し、高温で長時間使用するにつれて、下記の反応が生
じ、単斜晶(以下、ｍ相と呼ぶ)が生成する。
度推定方法について説明する。 （実施例１）本実施例１は、母材上にアンダーコート
層、トップコート層が順次形成された高温部材の温度を
非破壊的に推定する場合を示す。ここで、トップコート
層にはＹＳＺが用いられており、初期にはほぼ１００％
が準安定正方晶（ｔ’相と呼ぶ）となっている。しか
し、高温で長時間使用するにつれて、下記の反応が生
じ、単斜晶(以下、ｍ相と呼ぶ)が生成する。
【００２１】
ｔ’→ｔ＋Ｃ（立方晶）→（ｍ＋Ｃ）＋Ｃ
図１は、トップコート層の材質が夫々ＹＳＺ（イットリ
ア安定化ジルコニア）、ＤＳＺ（ディスプロシア安定化
ジルコニウム），ＹｂＳＺ（イッテルビア安定化ジルコ
ニア）の場合の、ＬＭＰ値とｍ相の量（ｗｔ％）との関
係を示す。
ア安定化ジルコニア）、ＤＳＺ（ディスプロシア安定化
ジルコニウム），ＹｂＳＺ（イッテルビア安定化ジルコ
ニア）の場合の、ＬＭＰ値とｍ相の量（ｗｔ％）との関
係を示す。
【００２２】ＹＳＺを例にとれば、まず、トップコート
層と同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いて、トップコート
層に生成される単斜晶の量が時間（ｔ）の経過に応じて
どのように変化するかをＸ線回折法により測定するとと
もに、その時のトップコート層の温度（Ｔ）を測定す
る。次に、上記ラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）
の関係式（１）に前記時間（ｔ）、温度（Ｔ）を代入し
てＬＭＰ値を求め、ＬＭＰ値と単斜晶の量との関係を示
す特性図（図１）を得た。なお、図１において、横軸の
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６はＬＭＰ値を示
し、縦軸のＱ１，Ｑ ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６は単斜
晶の量を示す。つづいて、実機でトップコート層として
ＹＳＺを所定時間（ｔ）使用した場合のｍ相をＸ線回折
法により測定し、これに応じたＬＭＰ値を線（イ）から
求める。これにより、トップコート層の局所温度（表面
温度）を求めることができる。
層と同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いて、トップコート
層に生成される単斜晶の量が時間（ｔ）の経過に応じて
どのように変化するかをＸ線回折法により測定するとと
もに、その時のトップコート層の温度（Ｔ）を測定す
る。次に、上記ラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）
の関係式（１）に前記時間（ｔ）、温度（Ｔ）を代入し
てＬＭＰ値を求め、ＬＭＰ値と単斜晶の量との関係を示
す特性図（図１）を得た。なお、図１において、横軸の
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６はＬＭＰ値を示
し、縦軸のＱ１，Ｑ ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６は単斜
晶の量を示す。つづいて、実機でトップコート層として
ＹＳＺを所定時間（ｔ）使用した場合のｍ相をＸ線回折
法により測定し、これに応じたＬＭＰ値を線（イ）から
求める。これにより、トップコート層の局所温度（表面
温度）を求めることができる。
【００２３】このように、実施例１によれば、トップコ
ート層と同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いて、トップコ
ート層に生成される単斜晶の量が時間（ｔ）の経過に応
じてどのように変化するかをＸ線回折法により測定する
とともに、その時のトップコート層の温度（Ｔ）を測定
することにより、ＬＭＰの関係式（１）に前記時間
（ｔ）、温度（Ｔ）を代入してＬＭＰ値を求めて、ＬＭ
Ｐ値と単斜晶の量との関係を示す特性図（図１）を得、
更に、実機でトップコート層としてＹＳＺを所定時間使
用した場合のｍ相をＸ線回折法により測定し、これに応
じたＬＭＰ値を線（イ）から求める。従って、トップコ
ート層の局所温度を非破壊的に求めることができる。
ート層と同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いて、トップコ
ート層に生成される単斜晶の量が時間（ｔ）の経過に応
じてどのように変化するかをＸ線回折法により測定する
とともに、その時のトップコート層の温度（Ｔ）を測定
することにより、ＬＭＰの関係式（１）に前記時間
（ｔ）、温度（Ｔ）を代入してＬＭＰ値を求めて、ＬＭ
Ｐ値と単斜晶の量との関係を示す特性図（図１）を得、
更に、実機でトップコート層としてＹＳＺを所定時間使
用した場合のｍ相をＸ線回折法により測定し、これに応
じたＬＭＰ値を線（イ）から求める。従って、トップコ
ート層の局所温度を非破壊的に求めることができる。
【００２４】事実、実機でＹＳＺをｔ＝１００００時間
使用して、ｍ相が２０％見られた場合、ＬＭＰ値が３
４．２であったので、局所温度Ｔは、 ３４．２＝（２７３＋Ｔ）（２０＋ｌｏｇｔ）×１０
−３ より、Ｔは約１１５０℃となった。
使用して、ｍ相が２０％見られた場合、ＬＭＰ値が３
４．２であったので、局所温度Ｔは、 ３４．２＝（２７３＋Ｔ）（２０＋ｌｏｇｔ）×１０
−３ より、Ｔは約１１５０℃となった。
【００２５】なお、上記実施例では、トップコート層の
材質がＹＳＺの場合について説明したが、他の材質例え
ばＤＳＺ（図１の線（ロ））、ＹｂＳＺ(図１の線
（ハ)）の場合でも、ＹＳＺの場合と同様にトップコー
ト層の局所温度を非破壊的に推定できる。
材質がＹＳＺの場合について説明したが、他の材質例え
ばＤＳＺ（図１の線（ロ））、ＹｂＳＺ(図１の線
（ハ)）の場合でも、ＹＳＺの場合と同様にトップコー
ト層の局所温度を非破壊的に推定できる。
【００２６】（実施例２）本実施例２は、母材上にアン
ダーコート層、トップコート層が順次形成された高温部
材の温度を断面ミクロ組織変化から推定する場合を示
す。トップコート層のミクロ組織変化は少ないが、詳細
に観察すると、例えば初期に図２（Ａ）の状態であった
ものが、高温（１３００℃）で長時間（１０００ｈｒ）
使用した後は図２（Ｂ）のような状態に変化した。即
ち、高温で長時間使用することにより狭い層状の隙間状
欠陥が焼結していく。なお、図２中の付番１は、トップ
コート層２中に形成された気孔を示す。また、図８は加
熱前(初期)のトップコート層の断面を写真撮影した場合
の写真のコピー図を示し、図９は１３００℃×１０００
ｈｒ使用後のトップコート層の断面を写真撮影した場合
の写真のコピー図を示す。図８及び図９より、加熱前に
は塊状の大きな気孔及び波線状の気孔が確認されたが、
長時間加熱後では波線状の気孔が消失していることが確
認された。
ダーコート層、トップコート層が順次形成された高温部
材の温度を断面ミクロ組織変化から推定する場合を示
す。トップコート層のミクロ組織変化は少ないが、詳細
に観察すると、例えば初期に図２（Ａ）の状態であった
ものが、高温（１３００℃）で長時間（１０００ｈｒ）
使用した後は図２（Ｂ）のような状態に変化した。即
ち、高温で長時間使用することにより狭い層状の隙間状
欠陥が焼結していく。なお、図２中の付番１は、トップ
コート層２中に形成された気孔を示す。また、図８は加
熱前(初期)のトップコート層の断面を写真撮影した場合
の写真のコピー図を示し、図９は１３００℃×１０００
ｈｒ使用後のトップコート層の断面を写真撮影した場合
の写真のコピー図を示す。図８及び図９より、加熱前に
は塊状の大きな気孔及び波線状の気孔が確認されたが、
長時間加熱後では波線状の気孔が消失していることが確
認された。
【００２７】以下、本実施例２では、トップコート層と
同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いた場合について説明す
る。供試体は、図４（Ａ）に示すように、母材３上にア
ンダーコート層４を介してＹＳＺからなるトップコート
層２が形成されている。まず、トップコート層２の断面
の深さ方向に沿う任意位置５の隙間状欠陥の面積率が時
間（ｔ）の経過に応じてどのように変化するかを調べる
とともに、その時のトップコート層の温度を測定する。
図４（Ｂ）は、前記供試体の断面の深さ方向に沿う任意
位置と温度との関係を示す。
同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いた場合について説明す
る。供試体は、図４（Ａ）に示すように、母材３上にア
ンダーコート層４を介してＹＳＺからなるトップコート
層２が形成されている。まず、トップコート層２の断面
の深さ方向に沿う任意位置５の隙間状欠陥の面積率が時
間（ｔ）の経過に応じてどのように変化するかを調べる
とともに、その時のトップコート層の温度を測定する。
図４（Ｂ）は、前記供試体の断面の深さ方向に沿う任意
位置と温度との関係を示す。
【００２８】次に、上記ラーソンミラーパラメーター
（ＬＭＰ）の関係式（１）に前記時間（ｔ）、温度
（Ｔ）を代入してＬＭＰ値を求め、ＬＭＰ値と隙間状欠
陥の面積率との関係を示す特性図（図３）を得た。な
お、図３において、横軸のＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ
５，Ｐ６，Ｐ７、Ｐ８はＬＭＰ値を示し、縦軸のＱ１，
Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８は隙間状欠
陥の面積率を示す。つづいて、実機でトップコート層と
してＹＳＺを所定時間使用した場合の隙間状欠陥の面積
率を測定し、これに応じたＬＭＰ値を線（イ）から求め
る。これにより、トップコート層の断面での温度（表面
温度）を求めることができる。
（ＬＭＰ）の関係式（１）に前記時間（ｔ）、温度
（Ｔ）を代入してＬＭＰ値を求め、ＬＭＰ値と隙間状欠
陥の面積率との関係を示す特性図（図３）を得た。な
お、図３において、横軸のＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ
５，Ｐ６，Ｐ７、Ｐ８はＬＭＰ値を示し、縦軸のＱ１，
Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８は隙間状欠
陥の面積率を示す。つづいて、実機でトップコート層と
してＹＳＺを所定時間使用した場合の隙間状欠陥の面積
率を測定し、これに応じたＬＭＰ値を線（イ）から求め
る。これにより、トップコート層の断面での温度（表面
温度）を求めることができる。
【００２９】このように、実施例２によれば、トップコ
ート層と同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いて、トップコ
ート層の断面の深さ方向に沿う隙間状欠陥の面積率が時
間（ｔ）の経過に応じてどのように変化するかを画像処
理により求めるとともに、その時のトップコート層の温
度（Ｔ）を測定することにより、ＬＭＰの関係式（１）
に前記時間（ｔ）、温度（Ｔ）を代入してＬＭＰ値を求
めて、ＬＭＰ値と前記面積率との関係を示す特性図（図
３）を得、更に、実機でトップコート層としてＹＳＺを
所定時間使用した場合の隙間状欠陥の面積率をＸ線回折
法により測定し、これに応じたＬＭＰ値を線（イ）から
求める。従って、トップコート層の断面での温度分布を
推定することができる。
ート層と同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いて、トップコ
ート層の断面の深さ方向に沿う隙間状欠陥の面積率が時
間（ｔ）の経過に応じてどのように変化するかを画像処
理により求めるとともに、その時のトップコート層の温
度（Ｔ）を測定することにより、ＬＭＰの関係式（１）
に前記時間（ｔ）、温度（Ｔ）を代入してＬＭＰ値を求
めて、ＬＭＰ値と前記面積率との関係を示す特性図（図
３）を得、更に、実機でトップコート層としてＹＳＺを
所定時間使用した場合の隙間状欠陥の面積率をＸ線回折
法により測定し、これに応じたＬＭＰ値を線（イ）から
求める。従って、トップコート層の断面での温度分布を
推定することができる。
【００３０】なお、上記実施例２では、トップコート層
の材質がＹＳＺの場合について説明したが、他の材質例
えばＤＳＺ（図３の線（ロ））、ＹｂＳＺ(図３の線
（ハ)）の場合でも、ＹＳＺの場合と同様にトップコー
ト層の局所温度を非破壊的に推定できる。
の材質がＹＳＺの場合について説明したが、他の材質例
えばＤＳＺ（図３の線（ロ））、ＹｂＳＺ(図３の線
（ハ)）の場合でも、ＹＳＺの場合と同様にトップコー
ト層の局所温度を非破壊的に推定できる。
【００３１】（実施例３）本実施例３は、母材上にアン
ダーコート層、トップコート層が順次形成された高温部
材の温度を断面深さ方向の硬さから推定する場合を示
す。即ち、トップコート層の断面の深さ方向の硬さは焼
結により上昇するので、これを利用してトップコート層
の温度を推定する。
ダーコート層、トップコート層が順次形成された高温部
材の温度を断面深さ方向の硬さから推定する場合を示
す。即ち、トップコート層の断面の深さ方向の硬さは焼
結により上昇するので、これを利用してトップコート層
の温度を推定する。
【００３２】以下、本実施例３では、トップコート層と
同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いた場合について説明す
る。供試体は、実施例２で述べた場合と同様に、母材３
上にアンダーコート層４を介してＹＳＺからなるトップ
コート層２が形成されている。まず、トップコート層２
の断面の深さ方向に沿う任意位置５の硬さが時間（ｔ）
の経過に応じてどのように変化するかを調べるととも
に、その時のトップコート層の温度を測定する。
同材料（ＹＳＺ）の供試体を用いた場合について説明す
る。供試体は、実施例２で述べた場合と同様に、母材３
上にアンダーコート層４を介してＹＳＺからなるトップ
コート層２が形成されている。まず、トップコート層２
の断面の深さ方向に沿う任意位置５の硬さが時間（ｔ）
の経過に応じてどのように変化するかを調べるととも
に、その時のトップコート層の温度を測定する。
【００３３】次に、上記ラーソンミラーパラメーター
（ＬＭＰ）の関係式（１）に前記時間（ｔ）、温度
（Ｔ）を代入してＬＭＰ値を求め、ＬＭＰ値と硬さとの
関係を示す特性図（図５）を得た。なお、図５におい
て、横軸のＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，
Ｐ７、Ｐ８はＬＭＰ値を示し、縦軸のＱ１，Ｑ２，
Ｑ３，Ｑ４，Ｑ ５，Ｑ６は硬さを示す。つづいて、実機
でトップコート層としてＹＳＺを所定時間使用した場合
の硬さを測定し、これに応じたＬＭＰ値を線（イ）から
求める。これにより、トップコート層の断面での温度
（表面温度）を求めることができる。
（ＬＭＰ）の関係式（１）に前記時間（ｔ）、温度
（Ｔ）を代入してＬＭＰ値を求め、ＬＭＰ値と硬さとの
関係を示す特性図（図５）を得た。なお、図５におい
て、横軸のＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，
Ｐ７、Ｐ８はＬＭＰ値を示し、縦軸のＱ１，Ｑ２，
Ｑ３，Ｑ４，Ｑ ５，Ｑ６は硬さを示す。つづいて、実機
でトップコート層としてＹＳＺを所定時間使用した場合
の硬さを測定し、これに応じたＬＭＰ値を線（イ）から
求める。これにより、トップコート層の断面での温度
（表面温度）を求めることができる。
【００３４】実施例３によれば、トップコート層と同材
料（ＹＳＺ）の供試体を用いて、トップコート層の断面
の深さ方向に沿う硬さが時間（ｔ）の経過に応じてどの
ように変化するかを求めるとともに、その時のトップコ
ート層の温度（Ｔ）を測定することにより、ＬＭＰの関
係式（１）に前記時間（ｔ）、温度（Ｔ）を代入してＬ
ＭＰ値を求めて、ＬＭＰ値と硬さとの関係を示す特性図
（図５）を得、更に、実機でトップコート層としてＹＳ
Ｚを所定時間使用した場合の硬さ測定し、これに応じた
ＬＭＰ値を線（イ）から求める。従って、トップコート
層の断面での温度分布を推定することができる。
料（ＹＳＺ）の供試体を用いて、トップコート層の断面
の深さ方向に沿う硬さが時間（ｔ）の経過に応じてどの
ように変化するかを求めるとともに、その時のトップコ
ート層の温度（Ｔ）を測定することにより、ＬＭＰの関
係式（１）に前記時間（ｔ）、温度（Ｔ）を代入してＬ
ＭＰ値を求めて、ＬＭＰ値と硬さとの関係を示す特性図
（図５）を得、更に、実機でトップコート層としてＹＳ
Ｚを所定時間使用した場合の硬さ測定し、これに応じた
ＬＭＰ値を線（イ）から求める。従って、トップコート
層の断面での温度分布を推定することができる。
【００３５】なお、上記実施例２では、トップコート層
の材質がＹＳＺの場合について説明したが、他の材質例
えばＤＳＺ（図５の線（ロ））、ＹｂＳＺ(図５の線
（ハ)）の場合でも、ＹＳＺの場合と同様にトップコー
ト層の局所温度を非破壊的に推定できる。
の材質がＹＳＺの場合について説明したが、他の材質例
えばＤＳＺ（図５の線（ロ））、ＹｂＳＺ(図５の線
（ハ)）の場合でも、ＹＳＺの場合と同様にトップコー
ト層の局所温度を非破壊的に推定できる。
【００３６】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、セ
ラミック層に生成される単斜晶の量をＸ線回折法により
測定し、この単斜晶の量に基づいてセラミック層の表面
温度を推定する構成とすることにより、非破壊的にセラ
ミック層の表面温度を推定し、セラミック層の寿命評
価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方法を提供
できる。
ラミック層に生成される単斜晶の量をＸ線回折法により
測定し、この単斜晶の量に基づいてセラミック層の表面
温度を推定する構成とすることにより、非破壊的にセラ
ミック層の表面温度を推定し、セラミック層の寿命評
価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方法を提供
できる。
【００３７】また、本発明によれば、セラミック層の深
さ方向に沿う断面のミクロ組織を画像処理して膜状欠陥
の面積率を求めることにより、この面積率に基づいて前
記セラミック層の表面温度を推定する構成とすることに
より、セラミック層の表面温度を推定し、セラミック層
の寿命評価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方
法を提供できる。
さ方向に沿う断面のミクロ組織を画像処理して膜状欠陥
の面積率を求めることにより、この面積率に基づいて前
記セラミック層の表面温度を推定する構成とすることに
より、セラミック層の表面温度を推定し、セラミック層
の寿命評価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方
法を提供できる。
【００３８】更に、本発明によれば、セラミック層の深
さ方向に沿う断面の硬さを求め、この硬さに基づいて前
記セラミック層の表面温度を推定する構成とすることに
より、セラミック層の表面温度を推定し、セラミック層
の寿命評価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方
法を提供できる。
さ方向に沿う断面の硬さを求め、この硬さに基づいて前
記セラミック層の表面温度を推定する構成とすることに
より、セラミック層の表面温度を推定し、セラミック層
の寿命評価、耐久性評価に役立つ高温部材の温度推定方
法を提供できる。
【図１】本発明に実施例１に係る高温部材の温度推定方
法において、トップコート層の材質がＹＳＺ，ＤＳＺ，
ＹｂＳＺの場合の、ＬＭＰ値とｍ相の量との関係を示す
特性図。
法において、トップコート層の材質がＹＳＺ，ＤＳＺ，
ＹｂＳＺの場合の、ＬＭＰ値とｍ相の量との関係を示す
特性図。
【図２】実施例２に係る高温部材の温度推定方法におい
て、トップコート層の断面ミクロ組織の変化を説明する
ための図。
て、トップコート層の断面ミクロ組織の変化を説明する
ための図。
【図３】本発明に実施例２に係る高温部材の温度推定方
法において、トップコート層の材質がＹＳＺ，ＤＳＺ，
ＹｂＳＺの場合の、ＬＭＰ値と層状気孔の面積率との関
係を示す特性図。
法において、トップコート層の材質がＹＳＺ，ＤＳＺ，
ＹｂＳＺの場合の、ＬＭＰ値と層状気孔の面積率との関
係を示す特性図。
【図４】本発明の実施例２に係る高温部材の温度推定方
法において、供試体の断面の深さ方向に沿う測定位置と
該測定位置に対応する温度との関係を示す説明図。
法において、供試体の断面の深さ方向に沿う測定位置と
該測定位置に対応する温度との関係を示す説明図。
【図５】本発明に実施例３に係る高温部材の温度推定方
法において、トップコート層の材質がＹＳＺ，ＤＳＺ，
ＹｂＳＺの場合の、ＬＭＰ値と硬さとの関係を示す特性
図。
法において、トップコート層の材質がＹＳＺ，ＤＳＺ，
ＹｂＳＺの場合の、ＬＭＰ値と硬さとの関係を示す特性
図。
【図６】ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３系のＺｒＯ２近傍の状態
図。
図。
【図７】安定化による熱膨張曲線の変化を示す特性図。
【図８】加熱前(初期)のトップコート層の断面の金属組
織の写真。
織の写真。
【図９】１３００℃×１０００ｈｒ使用後のトップコー
ト層の断面の金属組織の写真。
ト層の断面の金属組織の写真。
１…気孔、
２…トップコート層、
３…母材、
４…アンダーコート層。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高橋 孝二
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
(72)発明者 大原 稔
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
(72)発明者 青木 素直
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂研究所内
Ｆターム(参考） 2F056 TZ01
2G001 AA01 BA18 CA01 KA03 KA04
KA08 KA20 LA06 MA05
Claims (6)
- 【請求項１】 母材上にセラミック層が形成された高温
部材の温度を推定する方法において、前記セラミック層
に生成される単斜晶の量をＸ線回折法により測定し、こ
の単斜晶の量に基づいて前記セラミック層の表面温度を
推定することを特徴とする高温部材の温度推定方法。 - 【請求項２】 前記セラミック層と同じ組成の供試体を
用いて、ラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）の関係
式より供試体の単斜晶の量とＬＭＰ値との関係を示す特
性図を求めた後、前記セラミック層に生成される単斜晶
の量を前記特性図に代入することにより、セラミック層
の表面温度を推定することを特徴とする請求項１記載の
高温部材の温度推定方法。 - 【請求項３】 母材上にセラミック層が形成された高温
部材の温度を推定する方法において、前記セラミック層
の深さ方向に沿う断面のミクロ組織を画像処理して膜状
欠陥の面積率を求めることにより、この面積率に基づい
て前記セラミック層の表面温度を推定することを特徴と
する高温部材の温度推定方法。 - 【請求項４】 前記セラミック層と同じ組成の供試体を
用いて、ラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）の関係
式より供試体の深さ方向に沿う断面の膜状欠陥の面積率
とＬＭＰ値との関係を示す特性図を求めた後、前記セラ
ミック層の深さ深さ方向に沿う断面の膜状欠陥の面積率
を前記特性図に代入することにより、セラミック層の表
面温度を推定することを特徴とする請求項３記載の高温
部材の温度推定方法。 - 【請求項５】 母材上にセラミック層が形成された高温
部材の温度を推定する方法において、前記セラミック層
の深さ方向に沿う断面の硬さを求め、この硬さに基づい
て前記セラミック層の表面温度を推定することを特徴と
する高温部材の温度推定方法。 - 【請求項６】 前記セラミック層と同じ組成の供試体を
用いて、ラーソンミラーパラメーター（ＬＭＰ）の関係
式より供試体の深さ方向に沿う断面の硬さとＬＭＰ値と
の関係を示す特性図を求めた後、前記セラミック層の深
さ方向に沿う硬さを前記特性図に代入することにより、
セラミック層の表面温度を推定することを特徴とする請
求項５記載の高温部材の温度推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001183596A JP3519703B2 (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 高温部材の温度推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001183596A JP3519703B2 (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 高温部材の温度推定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003004549A true JP2003004549A (ja) | 2003-01-08 |
| JP3519703B2 JP3519703B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=19023524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001183596A Expired - Lifetime JP3519703B2 (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 高温部材の温度推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3519703B2 (ja) |
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- 2001-06-18 JP JP2001183596A patent/JP3519703B2/ja not_active Expired - Lifetime
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