JP2003269105A

JP2003269105A - タービン翼、タービン翼製造方法、及び、タービン翼応力及びタービン翼温度測定方法

Info

Publication number: JP2003269105A
Application number: JP2002074961A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Shindo; 健太郎新藤; Toshimitsu Tetsui; 利光鉄井; Kazuhiko Yoshino; 一彦吉野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ＴｉＡｌ基合金を用いたタービン翼あるいはタ
ービンホイールの靭性及び耐熱性を向上する。【解決手段】ＴｉＡｌ基合金を含むタービン翼本体と、
タービン翼本体２よりも靭性の高いＮｉを含む材料で、
タービン翼本体２を覆うようにメッキ法により形成され
た第１被膜３とを具備するタービン翼を用いる。第１被
膜３がＣｄ４を含み、Ｃｒのような第１被膜３よりも耐
熱性の高い第２被膜で、第１被膜３を覆っても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービン翼、ター
ビン翼製造方法、及び、タービン翼応力及びタービン翼
温度測定方法に関し、特に、表面に被膜を形成されたタ
ービン翼を用いたタービン翼、タービン翼製造方法、及
び、タービン翼応力及びタービン翼温度測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車ターボ用タービンやマイクロガス
タービン、産業用蒸気タービン，産業用／航空用ガスタ
ービンのタービンに用いられる材料としては、耐熱鋼や
超合金が知られている。

【０００３】一方、ＴｉＡｌ基合金は、耐熱鋼や超合金
と比較して、比重が約１／２であるが、比強度が耐熱鋼
の３倍，超合金以上という優れた特性を有しており、注
目されている。この材料をガスタービン動翼及びタービ
ンホイール等に適用することで、翼の軽量化による発生
応力の低減及び高回転化、翼の大型化による大出力化、
運転温度の高温化による効率の向上等の高性能化が達成
できる。

【０００４】しかし、ＴｉＡｌ基合金は、靭性が低く、
ターボ機械製品のタービン部の事故原因となる異物衝突
により、脆性的に破壊することが問題となっている。特
に、ターボ機械のような回転機械の部品において脆性的
に破損し、翼の破片が飛散すると、破壊は広範囲に及ぶ
こととなり、重大事故を招く恐れがある。

【０００５】タービン翼あるいはタービンホイールに適
用するＴｉＡｌ基合金の信頼性を向上することが可能な
技術が求められている。ＴｉＡｌ基合金を用いたタービ
ン翼あるいはタービンホイールの靭性を向上する技術が
求められている。

【０００６】ところで、実機運転状況下における翼の破
壊現象を把握し，ＴｉＡｌ基合金の靭性を考慮した翼設
計を行うためには、構造部材に発生する応力あるいはメ
タル温度等を測定することが重要である。それらの測定
において、応力は歪みゲージのような歪みセンサ、メタ
ル温度は熱電対のような温度センサを用いる必要があ
る。その場合、歪みセンサや温度センサ及びその配線
を、スポット溶接で構造部材に溶着固定するのが一般的
である。

【０００７】特に、ターボ機械製品の運転時におけるタ
ービン動翼での発生応力及びメタル温度の測定では、遠
心力でそれらが飛ばないように強力に固定する必要があ
る。しかし、ＴｉＡｌ基合金のスポット溶接では、十分
な溶着強度が得られない。

【０００８】ＴｉＡｌ基合金の表面に歪みセンサや温度
センサ、その配線等を、強力に固着できる技術が求めら
れている。特に回転機器において、遠心力で歪みセンサ
や温度センサ、その配線等が飛散しないように固着可能
な技術が求められている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ＴｉＡｌ基合金を適用したタービン翼あるいはター
ビンホイールの耐異物衝突性を改善し信頼性を向上させ
ること、及び、タービン翼応力及びタービン翼温度測定
方法を提供することである。

【００１０】また、本発明の他の目的は、ＴｉＡｌ基合
金を用いたタービン翼あるいはタービンホイールの耐異
物衝突性を改善することが可能なタービン翼あるいはタ
ービンホイールの製造方法を提供することである。

【００１１】本発明の更に他の目的は、ＴｉＡｌ基合金
を用いたタービン翼あるいはタービンホイールの耐熱性
を向上させることが可能なタービン翼、タービン翼製造
方法を提供することである。

【００１２】本発明の別の目的は、ＴｉＡｌ基合金の表
面に歪みセンサや温度センサ、その配線を、強力に固着
することで、安全かつ高い信頼性を有するタービン翼応
力及びタービン翼温度測定方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特
許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。

【００１４】従って、上記課題を解決するために、本発
明のタービン翼は、タービン翼本体（２）と、タービン
翼本体（２）よりも靭性の高い材料で、タービン翼本体
（２）を覆うように形成された第１被膜（３）とを具備
する。

【００１５】また、本発明のタービン翼は、タービン翼
本体（２）は、ＴｉＡｌ基合金を含み、第１被膜（３）
は、Ｎｉを含む。

【００１６】また、本発明のタービン翼は、第１被膜
（３）は、更に、Ｃｄ（４）を含む。

【００１７】更に、本発明のタービン翼は、第１被膜
（３）は、メッキ法により形成されている。

【００１８】更に、本発明のタービン翼は、第１被膜
（３）よりも耐熱性の高い材料で、第１被膜（３）を覆
うように形成された第２被膜（５）を更に具備する。

【００１９】更に、本発明のタービン翼は、第２被膜
（５）は、Ｃｒを含む。

【００２０】上記課題を解決するための本発明のガスタ
ービンは、上記のいずれか一項に記載のタービン翼
（１）と、タービン翼（１）を取り付けられたタービン
ロータ（６）とを具備する。

【００２１】上記課題を解決するための、本発明のター
ビン翼製造方法は、ＴｉＡｌ基合金を用いてタービン翼
本体（２）を形成するステップと、タービン翼本体
（２）を覆うようにＮｉの被膜（３）を形成するステッ
プとを具備する。

【００２２】更に、本発明のタービン翼製造方法は、Ｎ
ｉの被膜（３）を形成するステップは、Ｃｄの被膜
（４）を形成するステップと、Ｎｉ（３）及びＣｄ
（４）の被膜を熱処理するステップとを具備する。

【００２３】更に、本発明のタービン翼製造方法は、Ｎ
ｉ（３）及びＣｄ（４）の内少なくとも一つは、メッキ
法により形成されている。

【００２４】上記課題を解決するための本発明のタービ
ン翼応力測定方法は、タービン翼本体にＮｉ被膜（３）
を形成するステップと、Ｎｉ被膜（３）上にタービン翼
本体（２）にかかる歪みを計測可能な歪みセンサ（７）
を固着するステップと、タービン翼本体（２）を回転さ
せて、歪みセンサ（７）により歪みを計測するステップ
と、歪みに基づいて、タービン翼本体（２）にかかる応
力を計測するステップとを具備する。

【００２５】上記課題を解決するための、本発明のター
ビン翼温度測定方法は、タービン翼本体（２）にＮｉ被
膜（３）を形成するステップと、Ｎｉ被膜（３）上にタ
ービン翼本体（２）の温度を計測可能な温度センサ
（８）を固着するステップと、タービン翼本体（２）を
回転させて、温度センサ（８）により温度を計測するス
テップとを具備する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明であるタービン翼、
タービン翼製造方法、及び、タービン翼応力及びタービ
ン翼温度測定方法の実施の形態に関して、添付図面を参
照して説明する。本実施例においては、タービンの動翼
を例に説明する。ただし、タービンの静翼やタービンホ
イールについても同様に適用可能である。なお、各実施
の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付し
て説明する。

【００２７】本発明においては、ＴｉＡｌ基合金で作ら
れたタービン翼の表面に、母材（ＴｉＡｌ基合金）より
も靭性の高い材料（例示：Ｎｉ合金）の被膜（第１被
膜）を、例えばメッキ法を用いて形成する。この第１被
膜により、ＴｉＡｌ基合金で作られたタービン翼の靭性
が向上する。それに伴い、ＴｉＡｌ基合金で作られたタ
ービン翼の耐異物衝撃性が改善する。その結果、タービ
ン翼（動翼、静翼及びタービンホイールを含む）の脆性
破壊を緩和できる。従って、ＴｉＡｌ基合金をタービン
翼に適用する際に問題となるタービン翼の飛散による重
大事故を防ぐことが可能となる。本発明では、更に、第
１被膜の表面にＣｄを拡散させる（例示：Ｎｉ−Ｃｄ拡
散被膜）ことにより、耐熱性も改善できる。

【００２８】また、本発明においては、ＴｉＡｌ基合金
で作られたタービン翼の試験時に必要な歪みゲージ及び
熱電対等の固定を、スポット溶接で簡便に行うためにタ
ービン翼表面にＮｉメッキの被膜を形成する。通常Ｔｉ
Ａｌ基合金にスポット溶接する場合、十分な溶着強度は
得られないが、Ｎｉメッキを施すことによりセンサーを
強固に固定でき、回転試験中の振動応力及びメタル温度
の測定が可能となる。

【００２９】（実施例１）本発明であるタービン翼及び
タービン翼製造方法の第１の実施の形態に関して、添付
図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明であ
るタービン翼及びタービン翼製造方法の第１の実施の形
態に関わる構成を示す図である。図１は、タービン翼１
の外観図（正面図）であり、図２は、タービン翼の外縁
部近傍の断面図である。

【００３０】図１を参照して、タービン翼１は、タービ
ンに属する動翼である。タービンロータに取り付けら
れ、タービン運転時に、作動流体のエネルギーを回転エ
ネルギーに変換する。タービン翼１は、タービン翼本体
２と第１被膜３とを具備する（後述）。

【００３１】図２を参照して、タービン翼本体２と第１
被膜３とを説明する。タービン翼本体２は、タービン翼
１に属し、タービン翼としての基本的形状を有する。表
面に第１被膜等（後述）を形成されている。タービン翼
本体の材質は、ＴｉＡｌ基合金、あるいはそれを主成分
とする材料である。本実施例では、Ｔｉ−４２Ａｌ−５
Ｍｎ（ａｔ％）（＝４２ａｔ％Ａｌ、５ａｔ％Ｍｎ、残
部Ｔｉ）を用いる。ＴｉＡｌ基合金の組成範囲として
は、Ａｌ：３８〜４８ａｔ％，Ｍｎ，ＣｒまたはＶのう
ち１種以上：３〜１０ａｔ％，残部：Ｔｉおよび不可避
不純物からなることが好ましい。タービン翼（動翼、静
翼及びタービンホイールを含む）用ＴｉＡｌ基合金とし
てより好ましいのはＮｂ：１〜８ａｔ％を含有する成分
である。前述の範囲のＮｂを添加したＴｉＡｌ基合金
は，耐酸化性に優れたＴｉＡｌ基合金である。また，耐
酸化性に優れたＴｉＡｌ基合金として，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ
から選ばれる１種以上の元素を０．５〜２ａｔ％含有す
る構成とすることもできる。さらに好ましくは，０．１
〜０．４ａｔ％のＣ（炭素）を含有する成分のＴｉＡｌ
基合金である。前述の範囲の炭素を含有するＴｉＡｌ基
合金は，高温強度に優れたＴｉＡｌ基合金である。ま
た，高温強度に優れたＴｉＡｌ基合金として，Ｓｉ，Ｎ
ｉ，Ｔａから選ばれる１種以上の元素を０．２〜１．０
ａｔ％含有する構成とすることもできる。各添加元素の
範囲は、少なすぎると効果が無く、多過ぎる場合は効果
が飽和する、又は副作用（悪影響）が発生することに基
づいて決まる。

【００３２】ＴｉＡｌ基合金は、耐熱鋼と比較して、比
重が約１／２であるが、高温強度が１．５倍である。す
なわち、比強度が３倍という優れた特性を有している。
この材料をガスタービン動翼及びタービンホイール等に
適用することで、翼の軽量化による発生応力の低減及び
高回転化、翼の大型化による大出力化、運転温度の高温
化による効率の向上等の高性能化が達成できる。

【００３３】第１被膜３は、タービン翼に属し、タービ
ン翼本体２の全体を覆うように形成された膜である。タ
ービン翼本体２（ＴｉＡｌ基合金）よりも靭性の高い材
料で形成される。ただし、タービンロータとの接合部の
ような作動流体に対して露出しない部分は、無くても良
い。本実施例では、Ｎｉ又はＮｉ合金である。高い靭性
を有する材料で被覆することで、タービン翼１の耐異物
衝撃性を向上することが可能となる。

【００３４】第１被膜３の製膜は、メッキ法、ＣＶＤ
法、溶射法などで行うことが好ましい。より好ましくは
無電解メッキ法である。低コストで，膜を均一に形成し
やすく、形成された膜の粒子が小さいなどの理由によ
る。本実施例では無電解メッキ法を用いる。第１被膜３
の厚みは、０．１〜０．８ｍｍとする。より好ましくは
０．４〜０．６ｍｍである。薄過ぎると、タービン膜全
体を覆うことが難しくなり、かつタービン翼の靭性の向
上には不充分である。また、厚すぎるとコストや重量増
が問題となるためである。本実施例では、０．５ｍｍと
する。

【００３５】次に、タービン翼の製造方法について説明
する。（１）ＴｉＡｌ基合金（Ｔｉ−４２Ａｌ−５Ｍｎ）を用
いて、タービン翼形状のタービン翼本体２を形成する。
これは、従来行われているタービン翼本体の形成方法を
用いることができる。（２）タービン翼本体２の表面に、無電解Ｎｉメッキを
行う。そして、膜厚０．５ｍｍのＮｉ膜（第１被膜３）
を形成する。無電解Ｎｉメッキのプロセス（前処理行程
−無電解メッキ行程）は、従来行われている方法を用い
て行うことが出来る。

【００３６】以上のような製造方法により、図１及び図
２に示すようなタービン翼１が形成される。

【００３７】次に、Ｎｉ被膜を形成されたＴｉＡｌ基合
金の特性（耐異物衝撃性）の改善に関する実験について
説明する。Ｎｉ被膜を形成されたＴｉＡｌ基合金の耐異
物衝撃性の試験として、弾丸衝突試験を行った。弾丸衝
突試験とは、弾丸を、試験片に衝突させて、試験片の割
れ具合と速度との関係を比較することにより耐異物衝撃
性を計測する方法である。

【００３８】試験条件は以下の通りである。・弾丸衝突試験弾丸：真鍮球（直径２ｍｍ）試験片：ＴｉＡｌ基合金Ｔｉ−４２Ａｌ−５Ｍｎ（ａｔ％）サイズ縦２０×横２０×厚さ２〜２．５ｍｍＮｉ被膜０．５ｍｍ（無電解メッキ）

【００３９】上記弾丸衝突試験の結果から、Ｎｉ被膜を
形成されたＴｉＡｌ基合金の方が、Ｎｉ被膜を形成して
いないＴｉＡｌ基合金に比較して、より速い速度まで割
れが発生しないことが判明した。このことから、ＴｉＡ
ｌ基合金の耐異物衝撃性が向上したことがわかる。

【００４０】（実施例２）本発明であるタービン翼及び
タービン翼製造方法の第２の実施の形態に関して、添付
図面を参照して説明する。図１及び図３は、本発明であ
るタービン翼及びタービン翼製造方法の実施の形態に関
わる構成を示す図である。図１は、タービン翼１の外観
図であり、図２は、タービン翼の外縁部近傍の断面図で
ある。

【００４１】図１を参照して、タービン翼１は、実施例
１と同様であるのでその説明を省略する。

【００４２】図２を参照して、タービン翼１は、タービ
ン翼本体２、第１被膜３及びＣｄ膜４を有する。ここ
で、タービン翼本体２及び第１被膜３は、実施例１と同
様であるのでその説明を省略する。

【００４３】Ｃｄ膜４は、タービン翼に属し、タービン
翼本体２の全体を覆うように形成された第１被膜を覆う
ように形成される。Ｃｄ膜４は、膜形成時には第１被膜
上に存在するが、その後の熱処理により、第１被膜内部
に拡散し、第１被膜に含まれるようになる。Ｃｄは、第
１被膜を形成する材料の結晶粒界に拡散し、第１被膜の
結晶粒の成長を抑制するように働くと考えられる。そし
て、結晶粒の成長が抑制されるので、第１被膜の脆化を
抑制することが可能となる。

【００４４】Ｃｄ膜４の製膜は、メッキ法、ＣＶＤ法、
溶射法などで行うことが好ましい。より好ましくは無電
解メッキ法である。低コストで，膜を均一に形成しやす
く、形成された膜の粒子が小さいなどの理由による。本
実施例では無電解メッキ法を用いる。Ｃｄ膜４の厚み
は、Ｎｉメッキの厚さにもよるが，第１被膜の１／５〜
１／１２程度が好ましい。薄過ぎると、結晶粒成長の抑
制効果が少なくなる。また厚すぎると、Ｃｄが表面に残
り、成状のよいＮｉ−Ｃｄメッキとならない。本実施例
では、０．１ｍｍとする。

【００４５】次に、タービン翼の製造方法について説明
する。（１）ＴｉＡｌ基合金（Ｔｉ−４２Ａｌ−５Ｍｎ）を用
いて、タービン翼形状のタービン翼本体２を形成する。
これは、従来行われているタービン翼本体の形成方法を
用いることができる。（２）タービン翼本体２の表面に、無電解Ｎｉメッキを
行う。そして、膜厚０．５ｍｍのＮｉ膜（第１被膜３）
を形成する。無電解Ｎｉメッキのプロセス（前処理行程
−無電解メッキ行程）は、従来行われている方法を用い
て行うことが出来る。（３）タービン翼本体２の表面のＮｉ膜の表面に、無電
解Ｃｄメッキを行う。そして、膜厚０．５ｍｍのＣｄ膜
４を形成する。無電解Ｃｄメッキのプロセス（前処理行
程−無電解メッキ行程）は、従来行われている方法を用
いて行うことが出来る。（４）タービン翼１を熱処理する。この処理により、Ｃ
ｄ膜はＮｉ膜（第１被膜３）中へ拡散する。なお、熱処
理条件として、熱処理温度は、Ｃｄの融点付近の高温が
好ましい。２５０〜３５０℃が好ましく、より好ましく
は、２７５〜３００℃である。本実施例では、２９０℃
とする。また、熱処理時間は、Ｃｄが十分にＮｉ被膜中
に拡散可能な時間であり、Ｎｉ被膜の厚み，熱処理温度
及び粒界の状況に依存する。おおむね１時間以上が好ま
しい。本実施例では２時間である。

【００４６】以上のような製造方法により、図１及び図
３に示すようなタービン翼１が形成される。

【００４７】次に、上記のようなＮｉ−Ｃｄ膜メッキ及
び熱拡散処理（Ｎｉ−Ｃｄ拡散メッキ）を施されたＮｉ
−Ｃｄ拡散メッキ膜付ＴｉＡｌ基合金の特性（耐熱性及
び耐異物衝撃性）の改善に関する実験について説明す
る。Ｎｉ−Ｃｄ拡散メッキ膜付ＴｉＡｌ基合金の耐熱性
の試験として、高温加熱試験を行った。高温加熱試験と
は、高温雰囲気に長時間曝露した場合の、Ｎｉメッキの
結晶粒径の変化を見ることにより、その脆化具合（粒径
の増大＝脆化の進行）を評価する方法である。

【００４８】試験条件は以下の通りである。・高温加熱試験試験片：ＴｉＡｌ基合金Ｔｉ−４２Ａｌ−５Ｍｎ（ａｔ％）サイズ縦２０×横２０×厚さ２〜２．５ｍｍ被膜Ｎｉ０．５ｍｍ＋Ｃｄ０．１ｍｍ（無電解メッキ）＋熱拡散処理加熱条件：４００℃−５０時間

【００４９】上記加熱試験の結果から、本実施例のＮｉ
−Ｃｄ拡散メッキ膜の方が、Ｎｉメッキ膜に比較して、
結晶粒径が小さいことが判明した。このことから、本実
施例のＮｉ−Ｃｄ拡散メッキ膜での結晶粒の成長が抑制
され、脆化が抑制され、より高い耐熱性が認められた。

【００５０】また、実施例１と同様に、高温加熱試験後
の供試体を用いて弾丸衝突試験を行った。試験条件は以
下の通りである。・弾丸衝突試験弾丸：真鍮球（直径２ｍｍ）試験片：ＴｉＡｌ基合金Ｔｉ−４２Ａｌ−５Ｍｎ（ａｔ％）サイズ縦２０×横２０×厚さ２〜２．５ｍｍ被膜Ｎｉ０．５ｍｍ＋Ｃｄ０．１ｍｍ（無電解メッキ）＋熱拡散処理

【００５１】上記弾丸衝突試験の結果、高温加熱試験後
のＮｉ−Ｃｄ拡散メッキ膜を形成されたＴｉＡｌ基合金
は、Ｎｉ−Ｃｄ拡散メッキ膜を形成していない高温加熱
試験後のＴｉＡｌ基合金及びＮｉメッキ膜を形成してい
るＴｉＡｌ基合金に比較して、破損の程度が小さかっ
た。このことから、ＴｉＡｌ基合金の耐異物衝撃性が更
に向上したことがわかる。

【００５２】本発明において、無電解メッキでは、電
源、電極が不要であり、単にメッキ浴中に素材を浸せき
するだけで密着力に優れた均一厚さの均質な膜を得るこ
とが出来る。従って、タービン翼のような大きくかつ複
雑な形状の部剤においても良好な膜を得ることが出来
る。

【００５３】上記本発明により、ＴｉＡｌ基合金製のタ
ービン翼の耐異物衝撃性を向上させることが可能とな
る。そして、タービン翼の破壊が軽微化されるため、製
品の信頼性が向上し、修復コストが軽減される。

【００５４】なお、実施例１及び２において、耐熱性を
向上させるために、図４に示すように第２被膜としての
耐熱合金５を更にタービン翼１を覆うように製膜するこ
とも可能である。例えば、耐熱性の金属としてＣｒある
いはＣｒ合金をメッキなどの方法により、実施例１及び
実施例２で製造されたタービン翼１（のＮｉメッキ膜あ
るいはＮｉ−Ｃｄ拡散メッキ膜３’）上に製膜する。そ
うすることにより、更に耐熱性を向上することが可能と
なる。

【００５５】（実施例３）本発明であるタービン翼応力
及びタービン翼温度測定方法の実施の形態に関して、添
付図面を参照して説明する。

【００５６】本実施例では、ＴｉＡｌ基合金製のタービ
ン翼本体２のタービン翼としての性能試験の際、タービ
ン翼本体２を実施例１で形成されたＮｉ被膜（第１被
膜）付のタービン翼１にすることにより、歪みセンサと
しての歪みゲージ及び温度センサとしての熱電対を強固
にタービン翼１表面に固着することが可能とする。

【００５７】図５は、本発明であるタービン翼応力及び
タービン翼温度測定方法の実施の形態に関わる構成を示
す図である。図５は、タービン翼１とタービンロータ６
の外観図（断面図）である。

【００５８】タービン翼１は、Ｎｉ被膜付のＴｉＡｌ基
合金製タービン翼１であり、実施例１の図１及び図２に
説明したタービン翼１と同様であるのでその説明を省略
する。

【００５９】歪みセンサ７（−１〜３）は、材料に生じ
る微小な歪みを電気信号等として検出するものである。
歪みセンサ７は、歪みゲージ（金属抵抗線又は箔、半導
体などの抵抗が歪みにより変化する減少を利用した電気
抵抗歪みゲージなど）で例示される。温度センサ８（-
１〜３）は、材料の温度を電気信号等として検出するも
のである。温度センサ７は、熱電対（白金−白金ロジウ
ム熱電対（Ｒ熱電対）など）で例示される。

【００６０】次に、本発明であるタービン翼応力及びタ
ービン翼温度測定方法の実施の形態の動作について図５
を参照して説明する。タービンの設計に際しては、構造
部材（本実施例では、ＴｉＡｌ基合金）に発生する応力
あるいはメタル温度を測定する必要がある。そのため
に、以下のような方法により、応力及びメタル温度を求
める。

【００６１】（Ａ）応力測定方法は、以下のようにな
る。（Ａ−１）ＴｉＡｌ基合金（Ｔｉ−４２Ａｌ−５Ｍｎ）
を用いて、タービン翼形状のタービン翼本体２を形成す
る。これは、従来行われているタービン翼本体の形成方
法を用いることができる。（Ａ−２）タービン翼本体２の表面に、無電解Ｎｉメッ
キを行う。そして、膜厚０．５ｍｍのＮｉ膜（第１被
膜）を形成する。無電解Ｎｉメッキのプロセス（前処理
行程−無電解メッキ行程）は、従来行われている方法を
用いて行うことが出来る。（Ａ−３）タービン翼１のＮｉ被膜上の応力を計測する
場所に、然るべき大きさの歪みを計測可能な歪みセンサ
７（−１〜３）をスポット溶接で固着する。固着方法
は、スポット溶接に限らず、従来用いられている方法を
利用することが出来る。（Ａ−４）タービン翼１（タービン翼本体）を回転させ
て、歪みセンサ７（−１〜３）により歪みを計測する。（Ａ−５）計測した歪みに基づいて、応力を計算する。

【００６２】（Ｂ）メタル温度測定方法は、以下のよう
になる。（Ｂ−１）ＴｉＡｌ基合金（Ｔｉ−４２Ａｌ−５Ｍｎ）
を用いて、タービン翼形状のタービン翼本体２を形成す
る。これは、従来行われているタービン翼本体の形成方
法を用いることができる。（Ｂ−２）タービン翼本体２の表面に、無電解Ｎｉメッ
キを行う。そして、膜厚０．５ｍｍのＮｉ膜（第１被
膜）を形成する。無電解Ｎｉメッキのプロセス（前処理
行程−無電解メッキ行程）は、従来行われている方法を
用いて行うことが出来る。（Ｂ−３）タービン翼１のＮｉ被膜上の温度を計測する
場所に、然るべき温度範囲の温度を計測可能な温度セン
サ８（−１〜３）をスポット溶接で固着する。固着方法
は、スポット溶接に限らず、従来用いられている方法を
利用することが出来る。（Ｂ−４）タービン翼１（タービン翼本体）を回転させ
て、温度センサ８（−１〜３）により温度を計測する。

【００６３】ＴｉＡｌ基合金では、スポット溶接は、十
分な溶着強度が得られない。しかし、Ｎｉ被膜を施すこ
とにより、歪みセンサ７（−１〜３）及び温度センサ８
（−１〜３）を強固にタービン翼１に固着することが可
能となる。すなわち、歪みセンサ７（−１〜３）につい
ては、振動応力の測定時に歪みゲージが外れることは無
く、良好に測定可能である。また、温度センサ８（−１
〜３）については、温度の測定時にハンマーで加振して
も、熱電対が外れることは無く、測定可能である。そし
て、ターボ機械製品の運転時におけるタービン翼での発
生応力及びメタル温度を得ることが可能となる。

【００６４】上記本発明により、ＴｉＡｌ基合金製のタ
ービン翼の性能評価の精度が向上する。従って、最適な
タービン翼設計を迅速且つ容易に行うことができる。

【００６５】本発明により、ＴｉＡｌ基合金で作られた
タービン翼の表面に、ＴｉＡｌ基合金よりも靭性の高い
材料の被膜を形成することにより、ＴｉＡｌ基合金で作
られたタービン翼の靭性が向上させ、耐異物衝撃性を改
善することが可能となる。その結果、タービン翼の脆性
破壊を緩和でき、ＴｉＡｌ基合金をタービン翼に適用す
ることが可能となる。本発明では、更に、第１被膜の表
面にＣｄを拡散させることにより、耐熱性も改善でき
る。

【００６６】また、本発明においては、ＴｉＡｌ基合金
で作られたタービン翼の試験時に必要な歪みゲージ及び
熱電対等の固定を、スポット溶接で簡便に行うためにタ
ービン翼表面にＮｉメッキの被膜を形成する。それによ
りセンサーを強固に固定でき、回転試験中の振動応力及
びメタル温度の測定が可能となる。

【００６７】

【発明の効果】本発明により、ＴｉＡｌ基合金を用いた
タービン翼あるいはタービンホイールの靭性及び耐熱性
を向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明であるタービン翼及びタービン翼製造方
法の実施の形態に関わるタービン翼の構成を示す正面図
である。

【図２】本発明であるタービン翼及びタービン翼製造方
法の実施の形態に関わるタービン翼の外縁部近傍の断面
を示す図である。

【図３】本発明であるタービン翼及びタービン翼製造方
法の実施の形態に関わるタービン翼の外縁部近傍の他の
断面を示す図である。

【図４】本発明であるタービン翼及びタービン翼製造方
法の実施の形態に関わるタービン翼の外縁部近傍の別の
断面を示す図である。

【図５】本発明であるタービン翼応力及びタービン翼温
度測定方法の実施の形態に関わる構成を示す図である。

【符号の説明】

１タービン翼２タービン翼本体３第１被膜３’ 第１被膜４Ｃｄ膜５Ｃｒ膜６タービンロータ７（−１〜３）歪みセンサ８（−１〜３）温度センサ９’−１〜５補助溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉野一彦長崎県諫早市津久葉町５番地47号ミカローム工業株式会社長崎工場内Ｆターム(参考） 3G002 EA05 EA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービン翼本体と、前記タービン翼本体よりも靭性の高い材料で、前記ター
ビン翼本体を覆うように形成された第１被膜と、を具備する、タービン翼。
【請求項２】前記タービン翼本体は、ＴｉＡｌ基合金を
含み、前記第１被膜は、Ｎｉを含む、請求項１に記載のタービン翼。
【請求項３】前記第１被膜は、更に、Ｃｄを含む、請求項２に記載のタービン翼。
【請求項４】前記第１被膜は、メッキ法により形成され
ている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のタービン翼。
【請求項５】前記第１被膜よりも耐熱性の高い材料で、
前記第１被膜を覆うように形成された第２被膜を更に具
備する、請求項１乃至４に記載のタービン翼。
【請求項６】前記第２被膜は、Ｃｒを含む、請求項５に記載のタービン翼。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか一項に記載のタ
ービン翼と、前記タービン翼を取り付けられたタービンロータと、を具備する、ターボ機械。
【請求項８】ＴｉＡｌ基合金を用いてタービン翼本体を
形成するステップと、前記タービン翼本体を覆うようにＮｉの被膜を形成する
ステップと、を具備する、タービン翼製造方法。
【請求項９】前記Ｎｉの被膜を形成するステップは、Ｃｄの被膜を形成するステップと、前記Ｎｉ及び前記Ｃｄの被膜を熱処理するステップと、を具備する、請求項８に記載のタービン翼製造方法。
【請求項１０】前記Ｎｉ及び前記Ｃｄの内少なくとも一
つは、メッキ法により形成されている、請求項９に記載のタービン翼製造方法。
【請求項１１】タービン翼本体にＮｉ被膜を形成するス
テップと、前記Ｎｉ被膜上に前記タービン翼本体にかかる歪みを計
測可能な歪みセンサを固着するステップと、前記タービン翼本体を回転させて、前記歪みセンサによ
り前記歪みを計測するステップと、前記歪みに基づいて、前記タービン翼本体にかかる応力
を計測するステップと、を具備する、タービン翼応力測定方法。
【請求項１２】タービン翼本体にＮｉ被膜を形成するス
テップと、前記Ｎｉ被膜上に前記タービン翼本体の温度を計測可能
な温度センサを固着するステップと、前記タービン翼本体を回転させて、前記温度センサによ
り前記温度を計測するステップと、を具備する、タービン翼温度測定方法。