JP2016020875A - Evaluation method of defect/damage on heat-insulating coating film and evaluation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、高温環境で使用される機器を非破壊で評価する遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法および評価装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a thermal barrier coating film defect damage evaluation method and an evaluation apparatus for non-destructively evaluating a device used in a high temperature environment.
遮熱コーティングと金属基材との界面欠陥を検出する方法として、例えば界面欠陥が断熱となることを利用して、加熱器(ヒーターやランプ)で加熱したときの温度分布を放射温度計(サーモグラフィー)により計測するサーモグラフィー法が知られている。このサーモグラフィー法では、加熱源の制約から、可視光では変化が生じず、赤外線でしか変化が見いだせない状態であった。 As a method of detecting interface defects between thermal barrier coatings and metal substrates, for example, utilizing the fact that interface defects become heat insulation, the temperature distribution when heated by a heater (heater or lamp) is measured using a radiation thermometer (thermography) ) Is known for measuring thermography. In this thermography method, there was no change in visible light due to the limitation of the heat source, and a change was found only in infrared rays.
一方、加熱源としてレーザ光を用いる方法もあるが、赤外線カメラによりコーティング皮膜の表面温度分布に応じた赤外線の強度分布を測定しており、これもサーモグラフィー法の範囲であった。 On the other hand, there is a method using laser light as a heating source, but the infrared ray intensity distribution corresponding to the surface temperature distribution of the coating film is measured by an infrared camera, which is also within the range of the thermography method.
上記従来技術では、ヒータやランプ、レーザ光のいずれの加熱源においても、コーティング皮膜の表面温度分布や赤外線強度分布を測定する方法を採用している。こうした方法を用いる赤外線を検出する機器には、検出感度、検出レベル、放射率の設定など制約が多いという課題があった。 In the above prior art, a method of measuring the surface temperature distribution and infrared intensity distribution of the coating film is adopted in any heating source of a heater, a lamp, and laser light. An apparatus for detecting infrared rays using such a method has a problem that there are many restrictions such as setting of detection sensitivity, detection level, and emissivity.
本発明の目的は、目視、カメラによる観察で容易に遮熱コーティングと金属基材との界面の製造時の欠陥または運転時の損傷を判別できるコーティング皮膜の欠陥損傷評価装置と、本装置を用いてコーティング皮膜の熱サイクル試験を行うコーティング皮膜の欠陥損傷評価方法を提供する。 An object of the present invention is to use a coating film defect damage evaluation apparatus capable of easily distinguishing defects during production or damage during operation of an interface between a thermal barrier coating and a metal substrate by visual observation or observation with a camera, and this apparatus. The present invention provides a coating film defect damage evaluation method for performing a thermal cycle test of a coating film.
本実施形態に係る遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法は、コーティング皮膜を金属基材と一体に形成した耐熱コーティング部材の遮熱コーティング皮膜の表面を赤熱するまで加熱させ、この遮熱コーティング皮膜の表面の色によって遮熱コーティング皮膜の欠陥量または損傷量を評価することを特徴とする。 In the thermal barrier coating film defect damage evaluation method according to the present embodiment, the surface of the thermal barrier coating film of the heat resistant coating member in which the coating film is formed integrally with the metal substrate is heated to red hot, and the surface of the thermal barrier coating film It is characterized in that the amount of defects or damage of the thermal barrier coating film is evaluated based on the color of the film.
また、本実施形態に係る遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置は、コーティング皮膜を金属基材と一体に形成した耐熱コーティング部材の遮熱コーティング皮膜の表面を赤熱するまで加熱させる加熱装置と、この遮熱コーティング皮膜の表面の色によって遮熱コーティング皮膜の欠陥量または損傷量を評価する欠陥量または損傷量評価装置とを有することを特徴とする。 In addition, the thermal barrier coating film defect damage evaluation apparatus according to the present embodiment includes a heating device that heats the surface of the thermal barrier coating film of the heat-resistant coating member formed integrally with the metal substrate until it becomes red hot, and the shield. And a defect amount or damage amount evaluation device for evaluating the defect amount or damage amount of the thermal barrier coating film according to the color of the surface of the thermal coating film.
本発明の実施形態によれば、目視、カメラによる観察で容易に遮熱コーティングと金属基材との界面の製造時の欠陥または運転時の損傷を判別することができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to easily discriminate defects during manufacturing or damage during operation of the interface between the thermal barrier coating and the metal substrate by visual observation or observation with a camera.
以下、本発明の実施形態に係る遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置および評価方法について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a thermal barrier coating film defect damage evaluation apparatus and an evaluation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施例1)
図1(a)に遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置の第1の実施形態である概略縦断面図を示す。
Example 1
FIG. 1A is a schematic longitudinal sectional view showing a first embodiment of the thermal barrier coating film defect damage evaluation apparatus.
同図に示すように、光ファイバー1より伝送され、照射ヘッド2に内蔵されたビームシェイパー3によりレーザ光4が、遮熱コーティング皮膜5表面に照射される。このレーザ光4はビームシェイパー(結合光学素子)3でビーム形状が成形され、この成形されたレーザ光4のレーザ照射部6は図1(b)に示すように円形に形成され、レーザ照射部6全体でほぼ均一なエネルギー分布となる。
As shown in the drawing, the
この状態で、レーザ出力を増加させ、遮熱コーティング皮膜5表面のレーザ照射部6が赤熱するまで加熱することで、遮熱コーティング皮膜5と金属基材13の界面の製造時の欠陥または運転による損傷(以下、欠陥損傷と省略する。)7がある部分8が断熱層となるため金属基材13に熱が逃げづらくなり温度が上昇して白熱し、その色や輝度を確認して目視観察9で欠陥損傷を判別できる。
In this state, the laser output is increased, and heating is performed until the laser irradiation portion 6 on the surface of the thermal
先に指摘したエネルギー分布が均一なレーザ光4を用いるのは、この白熱部8が、エネルギー分布の不均一によるものではなく、遮熱コーティング皮膜5と金属基材13の界面の欠陥損傷によるものに限定するためである。また、目視観察9では記録に残らないため、カメラ10を用いる場合もある。
The reason why the
白熱部8の輝度は高いため、減光フィルター11をカメラ10に装着する。レーザ光4の波長や遮熱コーティング皮膜5の種類により、レーザ光4の吸収率が低い場合は、耐熱性の黒体12を含む塗料を遮熱コーティング皮膜5の表面に塗布する。また、吸収されずに反射したレーザ光4によって光ファイバー1を損傷させないため、レーザ光4は遮熱コーティング皮膜5の表面に対して斜めに照射する。
Since the brightness of the
金属基材13裏面を冷却孔14内を流通する冷却水で冷却し、板厚方向に温度勾配をつけることで、遮熱コーティング皮膜5の表面の温度が制御でき、遮熱コーティング皮膜5の表面の温度を一定に保つことで、遮熱コーティング皮膜5と金属基材13の界面の欠陥損傷7により生じる白熱部8がより明確となり、欠陥損傷7を発見しやすくなる。
The surface of the thermal
なお、上記カメラ10による損傷欠陥評価は白熱部8の輝度を予め定めた所定値以上で、または白熱部8の色が所定の波長の色として検出された場合に損傷欠陥と自動で損傷量評価装置によって判定することも可能である。よって、より容易に欠陥損傷を発見しやすくすることができる。
Note that the damage defect evaluation by the
具体的な例を以下に示す。 Specific examples are shown below.
実施例1で用いた遮熱コーティング皮膜5は溶射によって形成した部分安定化ジルコニアからなる遮熱コーティング皮膜であり、金属基材13はNi基合金であり、その中間のボンドコート15はMCrAlY(MはNiおよびCoから選ばれる少なくとも一方)である。遮熱コーティング皮膜5表面に黒体12(放射率:約100%)を塗布し、レーザ光4の吸収率を増加させることで、出力100〜300W程度の約1〜2分間のレーザ光4の照射で遮熱コーティング皮膜5の表面温度は800〜1200℃程度になり、遮熱コーティング皮膜5表面は赤熱する。
The
遮熱コーティング皮膜5界面の欠陥7は断熱層となるため、その部分の遮熱コーティング皮膜は1200℃を越え、白熱する様子が目視でも確認できる。なお、図1ではボンドコート15を形成した例を示したが、このボンドコート15を省略した場合、またこのボンドコート15と金属基材13の間にさらに保護層を設けても上記実施例と同様の作用効果を得ることができる。
Since the defect 7 at the interface of the thermal
また、800〜1200℃程度の遮熱コーティング皮膜5の表面温度は、ガスタービンの動静翼などと同レベルもしくはそれ以上の加速条件となる。加熱手段であるレーザ光の照射・停止を繰り返すことで、熱サイクル試験を行うことができる。また、白熱部の様子を観察することで、遮熱コーティング皮膜の断面マクロを観察せずとも、遮熱コーティング皮膜界面の欠陥が成長する様子を確認することもできる。
Moreover, the surface temperature of the thermal
なお、加熱手段としてレーザ光4を用いる例を示したが、ガス炎、電気ヒータを使用することも可能である。
In addition, although the example which uses the
(実施例2)
図2(a)に遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置の第2の実施形態である概略縦断面図を示す。なお、図2において図1と同一部分には同一符号を付してその部分の構成の説明は省略する。
(Example 2)
FIG. 2A is a schematic longitudinal sectional view showing a second embodiment of the thermal barrier coating film defect damage evaluation apparatus. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration of those parts is omitted.
図2(a)において、照射ヘッド2には光学系のカレイドスコープ20が内蔵されている。このカレイドスコープ20で、成形されたレーザ照射部6は図2(b)に示すように四角になり、レーザ光4の強度分布は均一となる。
2A, the
よって、実施例1と同様にこの状態で、レーザ出力を増加させ、遮熱コーティング皮膜5表面のレーザ照射部6が赤熱するまで加熱することで、遮熱コーティング皮膜5と金属基材13の界面の製造時の欠陥または運転による損傷(以下、欠陥損傷と省略する。)7がある部分8が断熱層となるため金属基材13に熱が逃げづらくなり温度が上昇して白熱し、目視観察9で容易に欠陥損傷を判別することができる。
Therefore, in the same manner as in Example 1, the laser output is increased in this state, and heating is performed until the laser irradiation portion 6 on the surface of the thermal
1… 光ファイバー
2… 照射ヘッド
3… ビームシェイパー
4… レーザ光
5… 遮熱コーティング皮膜
6… レーザ光照射部
7… 界面の欠陥
8… 白熱部
9… 目視観察
10… カメラ
11… 減光フィルター
13… 金属基材
14… 冷却孔
20… カレイドスコープ
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JP2021057190A (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Lighting device |
RU2767888C1 (en) * | 2021-05-14 | 2022-03-22 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Method for inspecting defect of heat-shielding coating of sample during tests for thermal cyclic resistance |
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