JP3670869B2 - Coating layer thermal resistance measurement method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材に施されたコーティング層の劣化による熱抵抗変化を測定する方法に関する。更に詳述すると、本発明は、特にガスタービン燃焼器の内部などにおいてコーティング層およびこのコーティング層が施された内壁などの基材を破壊することなく非接触で熱抵抗を求め、熱的特性を評価する方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
高効率化のため燃焼ガスの高温化が進むガスタービンにおいては、高温部品の基材を高温ガスから保護する遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating ,略してTBCともいう)が必要不可欠な技術となっており、例えばガスタービン燃焼器、1段静翼、1段動翼などに施されている。
【0003】
このような高温部品の基材表面に施されているコーティング層では、運転時間が長くなるにつれて割れ、減肉、緻密化、はく離などが生じ、熱が伝わりやすくなることから遮熱性能が徐々に低下してしまう。このため、このコーティング層に対しては定期的に点検、保守を行い、所定の遮熱性能を下回るのを未然に防止する必要がある。
【0004】
ここで、遮熱性能はコーティング層熱抵抗に相当するものであることから、熱抵抗測定法として提案されているボイラチューブの内面に付着するスケール量の非破壊検査法(特開昭54−107400号、特開平2−126145号など)の応用が考えられる。しかし、これらは測定面の裏側に付着しているスケールを検出しようとするものであるため、必ずしも確実な検査法とはいえず、検査の精度に対する問題があった。
【0005】
一方、コーティング層の劣化に伴う厚さ変化を検出する渦流探傷法や超音波探傷法による測定も提案されている。しかしながら、これらは目視あるいは浸透探傷によりコーティング層表面の割れを見て減肉状態を捉えているにすぎず、緻密化に伴う遮熱性能低下までは捉えることができないため、基材温度の上昇をひき起こす熱的な劣化状況を定量的に評価するものではない。
【0006】
そこで、これらを解決すべく、コーティング層を有する全ての部材に共通した非破壊検査の1つであるコーティング層熱抵抗測定法が提案されている。この測定法は、遮熱コーティング層など基材と熱伝導率の差異が大きいコーティング層の熱抵抗測定に特に有効である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまでのコーティング層熱抵抗測定法では、センサを直接接触させ測定するため、接触熱抵抗の評価が難しく、平滑面でしか精度良く測定できないという問題があった。
【0008】
また、従来の熱抵抗測定は十分に時間をかけて定常加熱を行い、表と裏の温度が安定したところで熱伝導率を測定し、コーティング層の厚みデータも用いて熱抵抗を算出するものであるため、加熱中心から見て測定対象形状に不均一な部位があると誤差が生じる、測定に時間がかかるという問題も有していた。
【0009】
したがって、現状では、目視によりTBC表面の割れ、剥離を見ているに過ぎず、母材温度の上昇を引き起こす減肉、緻密化に関しては劣化状態を定量的に評価する適当な手法は全くない状況にある。
【0010】
そこで本発明は、コーティング層の減肉、緻密化などに起因する遮熱性能の低下を非破壊測定により定量的に、しかも短時間で正確に測定・評価できるコーティング層熱抵抗測定法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項1記載の発明は、基材に施されたコーティング層の熱的特性が基準熱抵抗材から変化しているときの当該コーティング層の熱抵抗を測定し評価するコーティング層熱抵抗測定法において、基準熱抵抗材を任意の測定加熱条件でのコーティング層の熱抵抗と検出温度との相関関係を求め、コーティング層をコーティング層の表面側から連続的に加熱し、そのときの当該コーティング層の表面温度の変化を連続的に測定し、この測定値と基準熱抵抗材の同じ条件で測定した表面温度の変化とを比較し、その表面温度の変化の差から、コーティング層の熱抵抗と検出温度との相関関係を用いてこのコーティング層の熱抵抗変化量を算出し、基準熱抵抗材の熱抵抗値をもとにコーティング層の熱抵抗を求めるようにしたものである。
【0012】
すなわち、本発明では、対象物たるコーティング層の劣化状態を熱的観点から熱抵抗変化として捉えており、しかもこの変化を、コーティング層の表面で検出される温度(これを本明細書では単に検出温度と呼ぶ)との相関関係から求めている。つまり、ここではコーティング層を加熱したときに表面で検出される温度とそのときの熱抵抗とが1対1対応となり関数として表され得ることに着目しており、例えば新材当時のコーティング層といった基準熱抵抗材における両者の相関関係を一定の条件のもとであらかじめ求めておき、その後、使用されて遮熱性能が低下したコーティング層を同じ条件のもとで加熱して表面温度を検出している。この場合、表面検出温度と熱抵抗の関数的な相関関係が既に求められているため、検出温度をパラメータとすることにより、その検出温度に対応する当該コーティング層の熱抵抗を間接的に測定することができる。
【0013】
要するに、本発明では、コーティング層の遮熱性能を測定するに当たり、一度コーティング層の新材時での熱抵抗と表面の検出温度の相関関係を求めておけば、あとは表面で検出される温度からその時点で有している熱抵抗値が求められるので、従来のようにその厚さや熱伝導率を測ったりせずに非破壊で当該コーティング層の熱抵抗を求めることができる。しかも本測定法では、測定対象が測定面と同じ側であり、より精度の高い測定が可能である。
【0014】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のコーティング層熱抵抗測定法において、基準熱抵抗材の熱抵抗と検出温度との相関関係およびこの基準熱抵抗材の限界熱抵抗値に対応する限界検出温度を求めておき、コーティング層の経年材を測定して熱抵抗と検出温度との相関関係を補正し、その後に非定常加熱して測定した検出温度を限界検出温度と比較することによってコーティング層の熱抵抗が限界熱抵抗値を下回っていないかどうかを判断するようにしたものである。
【0015】
コーティング層の新材時において求めた熱抵抗と検出温度との相関関係は、コーティング層の使用につれて実際の相関関係との間で誤差を生じていることがあるが、使用されたコーティング層を実際に測定するのに先立って、このように熱抵抗と検出温度との相関関係を補正して誤差をなくすようにしているため、より正確な測定結果が得られる。また、本発明のように限界検出温度をあらかじめ求めておけば、測定した検出温度とこの限界検出温度との大小をくらべるだけで当該コーティング層が限界熱抵抗値を有しているかどうか、いいかえれば所定の熱抵抗をまだ備えているかどうかを簡単に判断することができる。
【0016】
更に、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載のコーティング層熱抵抗測定法において、コーティング層の加熱を、当該コーティング層の表面側から、基材のコーティング層と接する反対側の面の温度変化が起きない程度に行うようにしている。この場合、たとえ基材の厚みが一定でなくとも検出温度に影響を及ぼさないため正確な測定が可能であると共に、連続的に加熱・測温するために測定が早く簡便であり、しかも測定対象面と加熱・測温面が同じ側であるためにより精度の高い測定が可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【0018】
図1〜図6に、本発明のコーティング層熱抵抗測定法の一実施形態を示す。このコーティング層熱抵抗測定法は、基材1に施されたコーティング層2の熱的特性(つまり基材1が所定の温度以上となることを防止する遮熱性能)が基準熱抵抗材と比べて変化しているときの当該コーティング層2の熱抵抗Rを測定し評価するものである。
【0019】
そして、本実施形態のコーティング層熱抵抗測定法では、基準熱抵抗材の加熱試験データおよびコーティング層2の非定常熱伝導数値解析をもとに、測定を行う加熱条件でのコーティング層2の熱抵抗Rと検出温度(表面温度)Tとの相関関係を求め、熱抵抗を測定しようとするコーティング層2をコーティング層2側から加熱したときの当該コーティング層2の表面温度の変化を測定し、この測定値と基準熱抵抗材の同じ条件で測定した表面温度の変化とを比較し、その表面温度変化の差から、コーティング層2の熱抵抗Rと検出温度Tとの相関関係を用いてこのコーティング層2の熱抵抗変化量を算出して基準熱抵抗材の熱抵抗値をもとにコーティング層2の熱抵抗Rを求めることができる。
【0020】
なお、本実施形態において測定対象となるコーティング層2は、図4に示すようなガスタービン燃焼器3あるいは1段静翼や1段動翼などにおいて高温部品の基材1を高温ガスから保護するために施されている遮熱コーティングである。この場合の基準熱抵抗材は一般には新材当時における当該コーティング層2自体が用いられるが、コーティング層2の熱的特性がどれだけ変化したかの基準となりさえすればこれと同等の数値特性を備えた新材モデルや熱的データを使用することもできる。
【0021】
ここで、このようにガスタービン燃焼器3などに設けられたコーティング層2の熱抵抗Rの求め方について説明すると、コーティング層2の厚さをδ、熱伝導率をλとしたときに下記の数式1により求められる。
【0022】
【数1】
R=δ/λ
また、コーティング層2の表面で検出される検出温度をTとした場合、加熱の強さや加熱時間などを一定とした加熱条件の下では、熱抵抗Rと検出温度Tは基材1、コーティング層2の組み合わせによって定まる固有の相関関係を有している。そして、一定条件下で加熱した場合の検出温度Tの変化を測定することにより、測定時のコーティング層2の熱抵抗Rを知ることができる。
【0023】
以下に、本発明の一実施形態を順を追って説明する。このコーティング層熱抵抗測定法によれば、▲1▼事前検討、▲2▼実機経年材による検定線補正、▲3▼実機測定の3つの段階を経てコーティング層2の熱抵抗Rが求められる。
【0024】
まず、▲1▼の事前検討は、熱抵抗測定にあたって基準となる条件を事前に検討して求めておく段階である。この場合の基準条件とは新材時におけるコーティング層2の検出温度T0 、熱抵抗R0 およびこれらの相関関係のことである。実際には、まず新材状態でのコーティング層2を一定熱流束で一定時間加熱したときの検出温度T0 を測定し、あわせてこのときの熱抵抗R0 をコーティング層2の設計データあるいは実測により求める。熱抵抗R0 は上述の数式1で求まるものであり、本実施形態では新材時における熱伝導率λ0 とコーティング層2の厚さδ0 を数式1に当てはめることにより算出することとしている。ここで、熱伝導率λ0 および厚さδ0 の両物性値は、新材時における実機のコーティング層2を実際に計測して求められるものであり、例えば、実際の新材を顕微鏡を用いて測った値をコーティング層2の厚さδ0 として採用しても良いし、実際の新材を局部的に切り出しこれを従来の方法で測定した結果得られた値を熱伝導率λ0 として採用しても良い。なお、上述したように、コーティング層2自体の物性値の代わりとして、新材時において既に求められている熱的データなどの物性値を用いて熱抵抗R0 を求めることもできる。
【0025】
このようにして求められた検出温度T0 、熱抵抗R0 を、図1に示す検出温度Tと熱抵抗Rとの関係を表すグラフ上に座標として記す。そして、この座標(T0,R0)を基準として、熱抵抗Rが変化した場合の検出温度Tの変化を数値解析(非定常熱伝導計算)して数点の座標として求め、グラフ上に記した後、これらを結んで相関検定線Aを得る。したがってこの相関検定線Aは、熱抵抗R0 と検出温度T0 の相関関係を示す関数として表されることとなる。なお、この相関関係は、数値解析の他、熱抵抗Rを変化させた試験片を使用した試験結果から求めることもできる。
【0026】
そして、コーティング層2の限界熱抵抗値Rcri を求める。限界熱抵抗値Rcri は、基材1の設計温度、実機運転条件などの各種条件をもとに、当該ガスタービン燃焼器3などにおいて遮熱コーティング層2が常に保持すべき熱抵抗Rから算出される。この限界熱抵抗値Rcri は基材1が制限温度を超えない範囲で当該コーティング層2がどこまで劣化して良いかを示す指針となるものであり、当該熱抵抗Rの最低限界値そのものであるときもあるし、限界の一つの目安としてある程度の余裕を含んで設定されるときもある。そして、この限界熱抵抗値Rcri を先の検定線A上にとることにより、対応する限界検出温度Tcri が求められる。
【0027】
次に、▲2▼の検定線補正の段階へと移行する。上述のようにして求められた検定線Aは、コーティング層の経年材を実測したものではないため、実際の線との誤差が生じていることがある。
【0028】
そこで、実際の実機経年材(実機において使用され経年したコーティング層2)を測定し、誤差を補正した検定線を作成する。これには、まず実機経年材での検出温度T1 を測定し、更にコーティング層2の物性値(熱伝導率λ1 ,厚さδ1 )を求める。そして検出温度T1 とコーティング層2の熱抵抗R1 を座標としてグラフ上に表し、これが図2に示すように先の検定線A(図中破線で示す)からずれているならばこの座標(T1,R1)を通るように検定線の補正をして誤差のない検定線B(図中実線で示す)を求める。つまり検定線Bは、このように計算上(あるいは当初実測時)の検定線と実際の検定線との間の誤差をなくしたものである。そしてこの結果、当初求められた限界検出温度Tcri も図2のように正しい限界検出温度Tcri ’(以下この補正された限界検出温度をTcri で示す)へと補正される。なお、ここでは1点の座標(T1,R1)で検定線Aを補正する場合について説明したが、複数の別の座標をとって補正するようにすれば更に補正の精度が向上することはいうまでもない。
【0029】
ここで、例えば高温酸化条件下にある程度の時間おかれた時点のコーティング層2の熱抵抗R1 を測定する場合には、新材時に熱抵抗Rを測定したときと同一の条件(熱流束、時間)で加熱した場合の検出温度T1 を測定し、検出温度Tと熱抵抗Rの相関検定線からT1 時の熱抵抗R1 を求めるようにする。
【0030】
以上が実機測定するまでの段階であり、次に、▲3▼の実際に実機を測定する段階へと移る。この実機測定段階では、コーティング層2の表面をコーティング層2側から加熱した際の温度応答データをもとにコーティング層2の遮熱性能の劣化状況を評価する。本実施形態では、円筒形状の燃焼器3の内周面にコーティング層2が施されており、コーティング層2側からこのコーティング層2に対してレーザ光を一定熱流束で局所的に加熱し、基材1のコーティング層2と接する少なくとも反対側の面の温度変化が起きない程度(好ましくは極めて制御が難しいが基材1のコーティング層2と接する面の温度変化が起きない程度)に加熱したとき(後述の非定常加熱法)のコーティング層2の表面温度を測定し、コーティング層2が新材状態のときに同じ熱流束を与えた場合の温度変化と比較して、コーティング層2の劣化による温度降下分を求め、これと相関関係にあるコーティング層2の熱抵抗Rを測定することとしている。
【0031】
ここで、基材1の加熱方法としては、加熱の形態によって、加熱域を一定速度で移動させ、基材のコーティング層と接する少なくとも反対側の面の温度変化が起きない程度に加熱しながらその移動加熱域に合わせて温度測定を行う非定常加熱法と、熱源を固定した状態で加熱されている領域の温度測定を行う準定常加熱法との2つに大きく分けられる。更に、準定常加熱法は、レーザを加熱源として局所的に加熱する準定常点加熱法と、ランプ等を加熱源として比較的広い範囲を加熱する準定常面加熱法とに分けられる。
【0032】
非定常加熱法は、図4に示すように、レーザなどの加熱源4を用いてコーティング層2の表面を連続的にスキャンするように加熱し、コーティング層2の検出温度Tの変化状態より、新材時と比較したコーティング層2の熱抵抗Rの変化量を求めるものである。本手法に関与する物理量は各構成部材の熱拡散率、比熱、密度、厚さδおよび時間ということになり、検出温度Tおよび構成部材の各熱物性値をもとにしてコーティング層2の熱抵抗Rを算出することができる。実際の測定では、加熱源4としてレーザ、温度測定器5として放射温度計または赤外線カメラの適用が考えられる。
【0033】
このような非定常加熱法を行うときの構成の一例を説明すると、例えば燃焼器3が本実施形態のように円筒形状である場合、加熱源4は燃焼器3の中心に向けて光を照射するよう、円筒軸の延長上に配置されており、また、この照射軸上であって燃焼器3の内部にはミラー6が、そして加熱源4と燃焼器3との間にはハーフミラー7がそれぞれ照射軸に対して45°ずつ傾けて配置されている。この場合、ハーフミラー7は加熱源4側からの照射光を透過する一方で、燃焼器3側からの温度情報は反射するように形成されているものである。したがって、加熱源4から燃焼器3に向けて照射された光は、ハーフミラー7を透過してミラー6に達し、ここで直角方向に反射して燃焼器3の内周面のコーティング層2に垂直にあたる。加熱されたコーティング層2の温度情報は、これまでの道筋を逆に進み、ミラー6で反射し、更にハーフミラー7で直角方向に反射する。この先には温度測定器5が設けられており、コーティング層2の表面温度情報は最終的にこの温度測定器5に入射してコーティング層2の表面の温度として検出される。
【0034】
このような非定常加熱法を行う場合、加熱時には、燃焼器3を周方向に回転させながら連続的に加熱してコーティング層2の検出温度Tを測定し、1周測定後、測定部位を軸方向にずらし、再び周方向へ回転させながら測定を行うものとする。そしてこのように回転させるため、燃焼器3に、この燃焼器3を周方向に回転させ、更に軸方向に移動させるための回転・移動手段(図示省略)が設けられている。この場合、燃焼器3は周方向に1周し、1周したら軸方向に移動した後また1周するという動きを繰り返すことになる。このため、燃焼器3の運動に伴い、燃焼器3の内周面のコーティング層2は連続的にむらなく照射・加熱され、しかもこのときの照射は、少なくとも基材1のコーティング層2と接する反対側の面の温度変化が起きない程度の短時間のものであるから、基材1の厚さや形状による影響をほとんど受けることがない。また、連続的に加熱、測温するため測定が早い。なお、測定中の周方向への回転および軸方向への移動は燃焼器3とミラー6との相対位置の変化によってもたらされるのであるから、燃焼器3とミラー6のいずれか一方あるいは両方を軸回転可能かつ軸方向へ移動可能に設ければ良く、例えばミラー6を移動させながら加熱する方法を採用することもできる。
【0035】
また、準定常加熱法は、加熱源4を固定した状態で一定時間加熱した後のコーティング層2の検出温度Tからコーティング層2の熱抵抗Rを求める手法である。本手法に関与する物理量は、各構成部材の熱伝導率λ、厚さδ、時間である。準定常加熱法による加熱のための構成は、上述した非定常加熱法による照射のための構成と大きく変わるところはなく、同じ図4に示すようになるが、ただ、ここでは1点を測定した後に周方向に移動させて次の点を測定するというように、燃焼器3を段階的に回転させながら測定するところに特徴がある。この準定常加熱法は、加熱条件および加熱領域の違いにより、準定常点加熱法と準定常面加熱法とに分類できる。すなわち、加熱源4からの光を上述した非定常加熱法と同じように点ごとに照射すれば図4に示すような準非定常点加熱法となり、更に広い面積を一度に面ごとに加熱すれば準非定常面加熱法となる。
【0036】
ここで、準定常面加熱法は、図5に示すように、燃焼器3内部のランプなどを加熱源4としてコーティング層2をある面積の領域ごとに加熱するものであり、これによれば比較的大面積の情報を一度に取り込むことができる。この準非定常面加熱法では1領域測定後に周方向へ回転または軸方向へ移動して次の領域を加熱・測定しており、ここでは、照射された領域を、円筒軸に対して斜めに設けられた赤外線カメラ5により読み取って熱抵抗Rを測定している。
【0037】
以上がコーティング層2の検出温度Tを求めるときの加熱条件の分類であり、これまで説明したいずれかの方法で実機測定を行ったら、この測定で得られた検出温度Tと限界検出温度Tcri との大小関係を調べる。図3において、検出温度Tが限界検出温度Tcri より大きければ、検定線Bでの対応関係から、当該コーティング層2における熱抵抗Rが限界熱抵抗値Rcri を上回っていて最低限の熱抵抗Rをまだ備えているということがわかる。また、検出温度Tと限界検出温度Tcri との差から、どの程度の余裕を備えているかもわかる。このように特に問題が検出されなかった場合は、データはそのまま記録してデータベースとして利用することができる。
【0038】
一方、これとは逆に検出温度Tが限界検出温度Tcri を下回れば、熱抵抗Rも限界熱抵抗値Rcri を下回っていることとなり、当該コーティング層2の熱抵抗Rが基準に満たないことがわかる。つまり、当該部位については既に所要の熱抵抗Rが維持されていないのであるから、所定の補修作業が必要ということになる。なお、検出温度Tと限界検出温度Tcri とを比較するときの流れを示すと図6のようになる。
【0039】
本実施形態のコーティング層熱抵抗測定法では、ここまで説明したように、コーティング層の厚さδを求めずに熱抵抗Rを求めており、したがって薄膜を測るときのような細かな測定を経ることなく直接熱抵抗Rを求めていることとなる。このため細かな測定が不要であり、測定自体が簡便なものとなっている。
【0040】
また、非定常加熱法は、検出温度Tが基材1のコーティング層2と接する反対側の面の温度変化が起きない程度の短時間の加熱をしていることから、たとえ基材1の厚みが一定でなくとも検出温度Tに影響を及ぼさないため正確な測定が可能である。更に、この測定法によれば、連続的に加熱・測温するために測定が早く、しかも測定対象面と加熱・測温面が同じ側であるためにより精度の高い測定が可能である。しかしながら、測定精度、現場測定時の簡便性等を考慮すると、非定常加熱法の採用が好ましいと考えられるが、測定精度の面では準定常点加熱法が優れるのでこれらを組み合わせて活用することが最も好ましい。また、準定常面加熱法は基材厚さが均一である条件下では十分使用可能であるが、不均一な条件下では補正が必要となる等の問題がある。しかし、剥離の検出に関しては有効な測定方法である。
【0041】
なお、上述の各実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態での加熱法の中でも特に非定常加熱法は測定点を次々と変えながら短時間内での照射を行うことにより基材1の形状による影響がでないようにしたものであったが、これは、例えば加熱点を変えないまま所定時間だけ照射するなどといった別の方法によっても行い得るものである。つまり、上述した非定常加熱法などでは次々と測定点を変えることにより照射時間が長くならないようにしていたのであるから、場所を変えずとも短時間で照射を打ち切って測定する実施形態も考えられる。
【0042】
また、本実施形態において測定対象となるコーティング層2はガスタービン燃焼器3などに施された遮熱コーティングであると説明したが、これら以外であっても原理的には何ら変わるところがないため、本測定法によれば遮熱のために設けられる種々のコーティング層の熱抵抗Rを測定し、評価することが可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項1記載のコーティング層熱抵抗測定法によれば、一度基準熱抵抗材の熱抵抗と表面検出温度との相関関係を求めておけば、あとは表面で検出される温度からその時点で有している熱抵抗値が求められるので、減肉、緻密化などに起因する当該コーティング層の熱抵抗の変化をその厚さや熱伝導率を測らずに非破壊で測定して遮熱性能を評価することができる。
【0044】
しかも本測定法では測定対象面と加熱・測温面が同じ側であることから熱抵抗測定が定量的かつ正確であり、また加熱時間が短い状態で十分な測定を可能としていることから短時間での測定が可能である。
【0045】
また請求項2記載のコーティング層熱抵抗測定法では、熱抵抗と検出温度との相関関係を補正して誤差をなくしてからコーティング層を実際に測定しているため、より正確な測定結果を得ることができる。また、検出温度を限界検出温度と比較することにより、コーティング層の熱抵抗が限界熱抵抗値より大きいかどうかが即座に判断できる。
【0046】
更に、請求項3記載のコーティング層熱抵抗測定法によると、たとえ基材の厚みが一定でなくとも検出温度に影響を及ぼさないため正確な測定が可能であると共に、連続的に加熱・測温するために測定が早く簡便であり、しかも測定対象面と加熱・測温面が同じ側であるためにより精度の高い測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のコーティング層熱抵抗測定法の一実施形態を示す図であり、事前検討の段階で得られる検出温度Tと熱抵抗Rの相関検定線Aを示す。
【図2】図1の相関検定線Aを同Bへと補正する様子を示す図である。
【図3】相関検定線Bにおける限界熱抵抗値Rcri と限界検出温度Tcri との関係を示す図である。
【図4】本発明を実施する際の非定常加熱法および準非定常点加熱法の一実施形態を示す図である。
【図5】本発明を実施する際の準非定常面加熱法の一実施形態を示す図である。
【図6】検出温度Tと限界検出温度Tcri とを比較するときの流れを示すフロー図である。
【符号の説明】
1 基材
2 コーティング層
R 熱抵抗
Rcri 限界熱抵抗値
T 検出温度
Tcri 限界検出温度
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring a change in thermal resistance due to deterioration of a coating layer applied to a substrate. More specifically, the present invention obtains a thermal resistance in a non-contact manner without destroying a coating layer and a substrate such as an inner wall to which the coating layer is applied, particularly in the interior of a gas turbine combustor. It relates to the improvement of the evaluation method.
[0002]
[Prior art]
In gas turbines where the combustion gas temperature is increasing for higher efficiency, thermal barrier coating (also called TBC for short) that protects the base material of high-temperature components from high-temperature gas is an indispensable technology. For example, it is applied to a gas turbine combustor, a first stage stationary blade, a first stage moving blade, and the like.
[0003]
In the coating layer applied to the base material surface of such high-temperature parts, cracks, thinning, densification, peeling, etc. occur as the operation time becomes longer, and the heat shielding performance gradually increases because heat is easily transmitted. It will decline. For this reason, it is necessary to regularly inspect and maintain the coating layer to prevent it from falling below a predetermined heat shielding performance.
[0004]
Here, since the thermal insulation performance corresponds to the thermal resistance of the coating layer, a non-destructive inspection method for the amount of scale adhering to the inner surface of the boiler tube proposed as a thermal resistance measurement method (Japanese Patent Laid-Open No. 54-107400). And Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-126145). However, since these are intended to detect the scale attached to the back side of the measurement surface, they are not necessarily reliable inspection methods, and there is a problem with inspection accuracy.
[0005]
On the other hand, the measurement by the eddy current flaw detection method and the ultrasonic flaw detection method which detect the thickness change accompanying deterioration of a coating layer is also proposed. However, these only capture the thinning state by visually observing cracks on the coating layer surface by penetrant flaw detection, and it is not possible to grasp the thermal insulation performance decline due to densification, so the temperature of the substrate is increased. It does not quantitatively evaluate the thermal degradation that occurs.
[0006]
In order to solve these problems, a coating layer thermal resistance measurement method, which is one of the nondestructive inspections common to all members having a coating layer, has been proposed. This measurement method is particularly effective for measuring the thermal resistance of a coating layer having a large difference in thermal conductivity from the substrate, such as a thermal barrier coating layer.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional coating layer thermal resistance measurement method, since the measurement is performed by directly contacting the sensor, it is difficult to evaluate the contact thermal resistance, and there is a problem that the measurement can be accurately performed only on a smooth surface.
[0008]
In addition, the conventional thermal resistance measurement takes a long time to perform steady heating, measures the thermal conductivity when the front and back temperatures are stable, and calculates the thermal resistance using the coating layer thickness data. For this reason, there is a problem that an error occurs when there is a non-uniform portion in the shape to be measured when viewed from the center of heating, and it takes time for measurement.
[0009]
Therefore, at present, the TBC surface is only visually observed for cracking and peeling, and there is no appropriate method for quantitatively evaluating the deterioration state with respect to thinning and densification that cause an increase in the base material temperature. It is in.
[0010]
Accordingly, the present invention provides a coating layer thermal resistance measurement method capable of quantitatively measuring and evaluating deterioration in heat shielding performance due to thinning and densification of the coating layer quantitatively and in a short time by nondestructive measurement. For the purpose.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 measures and evaluates the thermal resistance of the coating layer when the thermal properties of the coating layer applied to the substrate are changed from the reference thermal resistance material. In the coating layer thermal resistance measurement method, obtain the correlation between the thermal resistance of the coating layer and the detection temperature under any measurement heating conditions for the reference thermal resistance material. Surface of The surface temperature of the coating layer at that time was continuously measured, and this measured value was compared with the surface temperature change measured under the same conditions of the reference thermal resistance material. From the difference in surface temperature change, the correlation between the thermal resistance of the coating layer and the detected temperature is used to calculate the amount of change in the thermal resistance of this coating layer, and based on the thermal resistance value of the reference thermal resistance material, The thermal resistance is obtained.
[0012]
That is, in the present invention, the deterioration state of the coating layer as an object is regarded as a thermal resistance change from a thermal viewpoint, and this change is detected at the temperature detected on the surface of the coating layer (this is simply detected in this specification). (Referred to as temperature). That is, here, we focus on the fact that the temperature detected on the surface when the coating layer is heated and the thermal resistance at that time can be expressed as a function with a one-to-one correspondence. The correlation between the two in the reference thermal resistance material is obtained in advance under certain conditions, and then the coating layer that has been used and has reduced thermal insulation performance is heated under the same conditions to detect the surface temperature. ing. In this case, since a functional correlation between the surface detection temperature and the thermal resistance has already been obtained, the thermal resistance of the coating layer corresponding to the detected temperature is indirectly measured by using the detected temperature as a parameter. be able to.
[0013]
In short, in the present invention, in measuring the heat shielding performance of the coating layer, once the correlation between the thermal resistance of the new coating layer material and the detected temperature of the surface is obtained, the temperature detected on the surface is the rest. Therefore, the thermal resistance value possessed at that time can be obtained, so that the thermal resistance of the coating layer can be obtained nondestructively without measuring the thickness and thermal conductivity as in the prior art. In addition, in this measurement method, the measurement object is on the same side as the measurement surface, and a more accurate measurement is possible.
[0014]
Further, the invention according to claim 2 corresponds to the correlation between the thermal resistance of the reference thermal resistance material and the detected temperature and the limit thermal resistance value of the reference thermal resistance material in the coating layer thermal resistance measurement method according to claim 1. Obtain the limit detection temperature to be measured, measure the aged material of the coating layer to correct the correlation between the thermal resistance and the detection temperature, and then compare the detection temperature measured by unsteady heating with the limit detection temperature Thus, it is determined whether or not the thermal resistance of the coating layer is less than the limit thermal resistance value.
[0015]
The correlation between the thermal resistance obtained at the time of new coating layer and the detected temperature may cause an error between the actual correlation and the actual use of the coating layer. Prior to the measurement, the correlation between the thermal resistance and the detected temperature is corrected to eliminate the error, so that a more accurate measurement result can be obtained. In addition, if the limit detection temperature is obtained in advance as in the present invention, whether or not the coating layer has a limit thermal resistance value only by comparing the measured detection temperature and the limit detection temperature, in other words, It can easily be determined whether or not the predetermined thermal resistance is still provided.
[0016]
Furthermore, the invention according to claim 3 is the coating layer thermal resistance measurement method according to claim 1 or 2, wherein the coating layer is heated. From the surface side of the coating layer, The temperature is changed so as not to cause a temperature change on the surface opposite to the coating layer of the substrate. In this case, even if the thickness of the substrate is not constant, it does not affect the detection temperature, so accurate measurement is possible, and continuous heating and temperature measurement are fast and simple, and the measurement target Since the surface and the heating / temperature measuring surface are on the same side, more accurate measurement is possible.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.
[0018]
1 to 6 show an embodiment of the coating layer thermal resistance measurement method of the present invention. This coating layer thermal resistance measurement method has a thermal characteristic of the coating layer 2 applied to the substrate 1 (that is, a thermal insulation performance that prevents the substrate 1 from exceeding a predetermined temperature) compared to a reference thermal resistance material. The thermal resistance R of the coating layer 2 when it is changing is measured and evaluated.
[0019]
In the coating layer thermal resistance measurement method of the present embodiment, the heat of the coating layer 2 under the heating conditions for measurement based on the heating test data of the reference thermal resistance material and the unsteady thermal conduction numerical analysis of the coating layer 2. Obtaining the correlation between the resistance R and the detected temperature (surface temperature) T, measuring the change in the surface temperature of the coating layer 2 when the coating layer 2 to be measured for thermal resistance is heated from the coating layer 2 side, This measured value is compared with the change in the surface temperature measured under the same conditions of the reference thermal resistance material, and the difference between the surface temperature changes is used to calculate the correlation between the thermal resistance R of the coating layer 2 and the detected temperature T. The thermal resistance change amount of the coating layer 2 is calculated, and the thermal resistance R of the coating layer 2 can be obtained based on the thermal resistance value of the reference thermal resistance material.
[0020]
The coating layer 2 to be measured in the present embodiment is used to protect the base material 1 of the high-temperature component from the high-temperature gas in the gas turbine combustor 3 or the first stage stationary blade or the first stage moving blade as shown in FIG. It is a thermal barrier coating. In this case, the reference thermal resistance material is generally the coating layer 2 itself used at the time of the new material. However, as long as it becomes a standard for how much the thermal characteristics of the coating layer 2 have changed, the same numerical characteristics can be obtained. New material models and thermal data provided can also be used.
[0021]
Here, how to determine the thermal resistance R of the coating layer 2 provided in the gas turbine combustor 3 or the like will be described. When the thickness of the coating layer 2 is δ and the thermal conductivity is λ, the following It can be obtained from Equation 1.
[0022]
[Expression 1]
R = δ / λ
In addition, when the detection temperature detected on the surface of the coating layer 2 is T, the heat resistance R and the detection temperature T are the base material 1 and the coating layer under the heating conditions in which the heating intensity and the heating time are constant. It has a specific correlation determined by a combination of two. And the thermal resistance R of the coating layer 2 at the time of a measurement can be known by measuring the change of the detection temperature T at the time of heating on fixed conditions.
[0023]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in order. According to this coating layer thermal resistance measurement method, the thermal resistance R of the coating layer 2 is obtained through three stages: (1) prior examination, (2) calibration line correction with actual machine aged material, and (3) actual machine measurement.
[0024]
First, the prior study (1) is a stage in which the conditions that serve as a reference for measuring the thermal resistance are examined and determined in advance. The reference condition in this case is the detected temperature T of the coating layer 2 when a new material is used. 0 , Thermal resistance R 0 And their correlation. Actually, the detected temperature T when the coating layer 2 in the new material state is first heated at a constant heat flux for a certain period of time. 0 And the thermal resistance R at this time 0 Is obtained by design data or actual measurement of the coating layer 2. Thermal resistance R 0 Is obtained by Equation 1 above, and in this embodiment, the thermal conductivity λ at the time of a new material is obtained. 0 And coating layer 2 thickness δ 0 Is calculated by applying to Equation (1). Where thermal conductivity λ 0 And thickness δ 0 These physical property values are obtained by actually measuring the actual coating layer 2 at the time of a new material. For example, a value obtained by measuring an actual new material using a microscope is a thickness δ of the coating layer 2. 0 May be adopted as the actual conductivity of the new material, the value obtained as a result of measuring this by a conventional method is the thermal conductivity λ 0 May be adopted. As described above, instead of the physical property value of the coating layer 2 itself, the thermal resistance R is obtained by using the physical property value such as thermal data already obtained at the time of the new material. 0 Can also be requested.
[0025]
The detected temperature T thus obtained 0 , Thermal resistance R 0 Are shown as coordinates on the graph representing the relationship between the detected temperature T and the thermal resistance R shown in FIG. And this coordinate (T 0 , R 0 ) As a reference, the change in the detected temperature T when the thermal resistance R changes is obtained by numerical analysis (unsteady heat conduction calculation) as coordinates of several points, written on the graph, and then connected to the correlation test Line A is obtained. Therefore, this correlation test line A is represented by the thermal resistance R 0 And detection temperature T 0 It will be expressed as a function indicating the correlation. In addition, this correlation can also be calculated | required from the test result using the test piece which changed the thermal resistance R other than numerical analysis.
[0026]
Then, the critical thermal resistance value Rcri of the coating layer 2 is obtained. The critical thermal resistance value Rcri is calculated from the thermal resistance R that the thermal barrier coating layer 2 should always hold in the gas turbine combustor 3 and the like based on various conditions such as the design temperature of the base material 1 and actual machine operating conditions. The This critical thermal resistance value Rcri serves as a guideline indicating how far the coating layer 2 may deteriorate within a range in which the base material 1 does not exceed the limit temperature. There are also cases where a certain margin is set as a guideline for the limit. Then, by taking this limit thermal resistance value Rcri on the previous test line A, the corresponding limit detection temperature Tcri is obtained.
[0027]
Next, the process proceeds to the calibration line correction stage (2). Since the verification line A obtained as described above is not an actual measurement of the aged material of the coating layer, there may be an error from the actual line.
[0028]
Therefore, an actual actual machine aged material (coating layer 2 used in the actual machine and aged) is measured, and a calibration line with the error corrected is created. First of all, the detected temperature T in actual machine aged material 1 Further, the physical properties of the coating layer 2 (thermal conductivity λ 1 , Thickness δ 1 ) And the detected temperature T 1 And thermal resistance R of coating layer 2 1 Is represented on the graph as coordinates, and if this is deviated from the previous test line A (shown by a broken line in the figure) as shown in FIG. 1 , R 1 The calibration line is corrected so as to pass through the calibration line B (shown by a solid line in the figure) without error. That is, the verification line B eliminates the error between the calculation verification line (or at the time of initial measurement) and the actual verification line. As a result, the initially obtained limit detection temperature Tcri is also corrected to the correct limit detection temperature Tcri ′ (hereinafter, this corrected limit detection temperature is indicated by Tcri) as shown in FIG. Here, the coordinates of one point (T 1 , R 1 However, it is needless to say that the accuracy of the correction is further improved if a plurality of different coordinates are used for correction.
[0029]
Here, for example, the thermal resistance R of the coating layer 2 after a certain period of time under high-temperature oxidation conditions 1 In the case of measuring, the detected temperature T when heated under the same conditions (heat flux, time) as when the thermal resistance R was measured for a new material 1 And T from the correlation test line between the detected temperature T and the thermal resistance R 1 Thermal resistance R 1 To ask.
[0030]
The above is the stage until the actual machine is measured. Next, the process moves to the stage (3) where the actual machine is actually measured. In this actual machine measurement stage, the deterioration state of the heat shielding performance of the coating layer 2 is evaluated based on the temperature response data when the surface of the coating layer 2 is heated from the coating layer 2 side. In this embodiment, the coating layer 2 is applied to the inner peripheral surface of the cylindrical combustor 3, and the laser beam is locally heated from the coating layer 2 side to the coating layer 2 with a constant heat flux. Heated to such an extent that the temperature change of at least the opposite surface in contact with the coating layer 2 of the substrate 1 does not occur (preferably the temperature of the surface in contact with the coating layer 2 of the substrate 1 does not occur). When the surface temperature of the coating layer 2 is measured (when the unsteady heating method described later) is measured, the deterioration of the coating layer 2 is compared with the temperature change when the same heat flux is applied when the coating layer 2 is in a new material state. And the thermal resistance R of the coating layer 2 having a correlation therewith is measured.
[0031]
Here, as a heating method of the base material 1, the heating region is moved at a constant speed depending on the heating mode, and heating is performed to such an extent that temperature change of at least the opposite surface in contact with the coating layer of the base material does not occur. There are two main types: a non-stationary heating method in which temperature measurement is performed in accordance with the moving heating region, and a quasi-stationary heating method in which temperature measurement is performed in a region heated with a heat source fixed. Further, the quasi-stationary heating method can be divided into a quasi-stationary point heating method in which laser is locally used as a heating source and a quasi-stationary surface heating method in which a relatively wide range is heated by using a lamp or the like as a heating source.
[0032]
In the non-stationary heating method, as shown in FIG. 4, heating is performed so as to continuously scan the surface of the coating layer 2 using a heating source 4 such as a laser, and from the change state of the detected temperature T of the coating layer 2, The amount of change in the thermal resistance R of the coating layer 2 as compared with the new material is obtained. The physical quantities involved in this method are the thermal diffusivity, specific heat, density, thickness δ and time of each component, and the heat of the coating layer 2 based on the detected temperature T and each thermophysical value of the component. The resistance R can be calculated. In actual measurement, it is conceivable to apply a laser as the heating source 4 and a radiation thermometer or an infrared camera as the temperature measuring device 5.
[0033]
An example of a configuration when performing such an unsteady heating method will be described. For example, when the combustor 3 has a cylindrical shape as in the present embodiment, the heating source 4 emits light toward the center of the combustor 3. The mirror 6 is arranged on the extension of the cylindrical axis, and on the irradiation axis, the mirror 6 is disposed inside the combustor 3, and the half mirror 7 is disposed between the heating source 4 and the combustor 3. Are inclined by 45 ° with respect to the irradiation axis. In this case, the half mirror 7 is formed so as to transmit the irradiation light from the heating source 4 side while reflecting the temperature information from the combustor 3 side. Therefore, the light irradiated from the heating source 4 toward the combustor 3 passes through the half mirror 7 and reaches the mirror 6, where it is reflected in a right angle direction and is applied to the coating layer 2 on the inner peripheral surface of the combustor 3. It is vertical. The temperature information of the heated coating layer 2 travels in the reverse direction so far and is reflected by the mirror 6 and further reflected by the half mirror 7 in a right angle direction. At this point, a temperature measuring device 5 is provided, and the surface temperature information of the coating layer 2 finally enters the temperature measuring device 5 and is detected as the temperature of the surface of the coating layer 2.
[0034]
When performing such an unsteady heating method, during the heating, the detected temperature T of the coating layer 2 is measured by continuously heating the combustor 3 while rotating it in the circumferential direction. The measurement is performed while shifting in the direction and rotating in the circumferential direction again. In order to rotate in this way, the combustor 3 is provided with a rotation / movement means (not shown) for rotating the combustor 3 in the circumferential direction and further moving it in the axial direction. In this case, the combustor 3 repeats the movement of making one round in the circumferential direction, moving once in the axial direction and then making another round after moving in the axial direction. For this reason, as the combustor 3 moves, the coating layer 2 on the inner peripheral surface of the combustor 3 is continuously irradiated and heated uniformly, and the irradiation at this time is in contact with at least the coating layer 2 of the substrate 1. Since it is a short time that does not cause a temperature change of the opposite surface, it is hardly affected by the thickness and shape of the substrate 1. In addition, measurement is fast because of continuous heating and temperature measurement. Since the rotation in the circumferential direction and the movement in the axial direction during measurement are caused by a change in the relative position between the combustor 3 and the mirror 6, either or both of the combustor 3 and the mirror 6 are pivoted. For example, a method of heating the mirror 6 while moving the mirror 6 may be employed.
[0035]
The quasi-steady heating method is a method for obtaining the thermal resistance R of the coating layer 2 from the detected temperature T of the coating layer 2 after heating for a certain time with the heating source 4 fixed. The physical quantities involved in this method are the thermal conductivity λ, thickness δ, and time of each component. The configuration for heating by the quasi-stationary heating method is not greatly different from the configuration for irradiation by the above-mentioned non-stationary heating method, and is as shown in FIG. 4, but only one point was measured here. There is a feature in that the measurement is performed while rotating the combustor 3 stepwise, such that the next point is measured by moving in the circumferential direction later. This quasi-stationary heating method can be classified into a quasi-stationary point heating method and a quasi-stationary surface heating method depending on the heating conditions and the heating region. That is, if the light from the heating source 4 is irradiated point by point in the same manner as the above-described unsteady heating method, a quasi-unsteady point heating method as shown in FIG. 4 is obtained, and a larger area is heated at a time for each surface. For example, it becomes a quasi-unsteady surface heating method.
[0036]
Here, the quasi-stationary surface heating method, as shown in FIG. 5, heats the coating layer 2 for each region of a certain area by using a lamp or the like inside the combustor 3 as a heating source 4. Large area information can be captured at once. In this quasi-unsteady surface heating method, the next region is heated and measured by rotating in the circumferential direction or moving in the axial direction after measuring one region. Here, the irradiated region is inclined with respect to the cylindrical axis. The thermal resistance R is measured by reading with the provided infrared camera 5.
[0037]
The above is the classification of the heating conditions when the detection temperature T of the coating layer 2 is obtained. When the actual machine measurement is performed by any of the methods described so far, the detection temperature T obtained by this measurement and the limit detection temperature Tcri Investigate the size relationship. In FIG. 3, if the detected temperature T is larger than the limit detected temperature Tcri, the thermal resistance R in the coating layer 2 exceeds the limit thermal resistance value Rcri from the correspondence relationship in the test line B, and the minimum thermal resistance R is reduced. You can see that they are still ready. It can also be seen how much margin is provided from the difference between the detected temperature T and the limit detected temperature Tcri. In this way, when no problem is detected, data can be recorded as it is and used as a database.
[0038]
On the other hand, if the detection temperature T is lower than the limit detection temperature Tcri, the thermal resistance R is also lower than the limit thermal resistance value Rcri, and the thermal resistance R of the coating layer 2 may not satisfy the standard. Understand. That is, since the required thermal resistance R has not been maintained for the part, a predetermined repair work is necessary. FIG. 6 shows a flow when comparing the detection temperature T and the limit detection temperature Tcri.
[0039]
In the coating layer thermal resistance measurement method of the present embodiment, as described so far, the thermal resistance R is obtained without obtaining the coating layer thickness δ, and therefore, the fine measurement as in measuring a thin film is performed. Therefore, the thermal resistance R is obtained directly. For this reason, detailed measurement is unnecessary, and the measurement itself is simple.
[0040]
In addition, since the unsteady heating method performs heating in such a short time that the detected temperature T does not cause a temperature change on the opposite surface contacting the coating layer 2 of the base material 1, the thickness of the base material 1 Even if is not constant, it does not affect the detected temperature T, so that accurate measurement is possible. Furthermore, according to this measuring method, since the heating and temperature measurement are continuously performed, the measurement is fast, and the measurement target surface and the heating and temperature measurement surface are on the same side, so that a higher accuracy measurement is possible. However, in consideration of measurement accuracy, convenience during field measurements, etc., it is considered preferable to use the unsteady heating method. However, in terms of measurement accuracy, the quasi-stationary point heating method is superior, so these can be used in combination. Most preferred. The quasi-stationary surface heating method can be used satisfactorily under conditions where the substrate thickness is uniform, but there is a problem that correction is required under non-uniform conditions. However, it is an effective measurement method for detection of peeling.
[0041]
Each of the above-described embodiments is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, among the heating methods in the above-described embodiment, the unsteady heating method in particular is such that the influence of the shape of the substrate 1 is not affected by performing irradiation within a short time while changing the measurement points one after another. However, this can be performed by another method such as irradiation for a predetermined time without changing the heating point. In other words, in the above-described unsteady heating method or the like, the irradiation time is prevented from becoming longer by changing the measurement points one after another, so an embodiment in which the irradiation is stopped in a short time without changing the place is also considered. .
[0042]
Moreover, although the coating layer 2 to be measured in the present embodiment has been described as a thermal barrier coating applied to the gas turbine combustor 3 or the like, there is no change in principle even in cases other than these, According to this measurement method, it is possible to measure and evaluate the thermal resistance R of various coating layers provided for heat shielding.
[0043]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the coating layer thermal resistance measurement method according to claim 1, once the correlation between the thermal resistance of the reference thermal resistance material and the surface detection temperature is obtained, the surface Since the thermal resistance value at that time is obtained from the detected temperature, the change in thermal resistance of the coating layer due to thinning and densification is not destroyed without measuring its thickness and thermal conductivity. Thermal insulation performance can be evaluated by measuring with
[0044]
In addition, in this measurement method, the measurement target surface and the heating / temperature measurement surface are on the same side, so the thermal resistance measurement is quantitative and accurate, and sufficient measurement is possible with a short heating time. Measurement is possible.
[0045]
Further, in the coating layer thermal resistance measurement method according to claim 2, since the coating layer is actually measured after correcting the correlation between the thermal resistance and the detected temperature to eliminate the error, a more accurate measurement result is obtained. be able to. Further, by comparing the detection temperature with the limit detection temperature, it can be immediately determined whether the thermal resistance of the coating layer is greater than the limit thermal resistance value.
[0046]
Furthermore, according to the coating layer thermal resistance measurement method according to claim 3, accurate measurement is possible even if the thickness of the base material is not constant, so that accurate measurement is possible and continuous heating / temperature measurement. Therefore, the measurement is quick and simple, and the measurement target surface and the heating / temperature measurement surface are on the same side, so that measurement with higher accuracy is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a coating layer thermal resistance measurement method of the present invention, and shows a correlation test line A between a detected temperature T and a thermal resistance R obtained in a preliminary examination stage.
FIG. 2 is a diagram showing how the correlation test line A in FIG. 1 is corrected to B;
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a limit thermal resistance value Rcri and a limit detection temperature Tcri on a correlation test line B.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a non-stationary heating method and a quasi-unsteady point heating method when carrying out the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a quasi-unsteady surface heating method when carrying out the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a flow when a detected temperature T is compared with a limit detected temperature Tcri.
[Explanation of symbols]
1 Base material
2 Coating layer
R Thermal resistance
Rcri limit thermal resistance
T Detection temperature
Tcri limit detection temperature

Claims (3)

基材に施されたコーティング層の熱的特性が基準熱抵抗材から変化しているときの当該コーティング層の熱抵抗を測定し評価するコーティング層熱抵抗測定法において、前記基準熱抵抗材を任意の測定加熱条件での前記コーティング層の熱抵抗と検出温度との相関関係を求め、前記コーティング層を前記コーティング層の表面側から連続的に加熱し、そのときの当該コーティング層の表面温度の変化を連続的に測定し、この測定値と前記基準熱抵抗材の同じ条件で測定した表面温度の変化を比較し、その温度変化の差から、前記コーティング層の熱抵抗と検出温度との相関関係を用いてこのコーティング層の熱抵抗変化量を算出し、前記基準熱抵抗材の熱抵抗値をもとに前記コーティング層の熱抵抗を求めることを特徴とするコーティング層熱抵抗測定法。In the coating layer thermal resistance measurement method for measuring and evaluating the thermal resistance of the coating layer when the thermal properties of the coating layer applied to the substrate are changed from the reference thermal resistance material, the reference thermal resistance material is arbitrarily selected. Correlation between the thermal resistance of the coating layer and the detection temperature under the measurement heating conditions is measured, the coating layer is continuously heated from the surface side of the coating layer, and the change in the surface temperature of the coating layer at that time Is measured continuously, the change of the surface temperature measured under the same condition of the reference thermal resistance material is compared with this measured value, and the correlation between the thermal resistance of the coating layer and the detected temperature is determined from the difference in the temperature change. The amount of change in the thermal resistance of the coating layer is calculated using a coating layer, and the thermal resistance of the coating layer is obtained based on the thermal resistance value of the reference thermal resistance material Resistance measurement method. 前記基準熱抵抗材の熱抵抗と検出温度との相関関係およびこの基準熱抵抗材の限界熱抵抗値に対応する限界検出温度を求めておき、前記コーティング層の経年材を測定して前記熱抵抗と検出温度との相関関係を補正し、その後に非定常加熱して測定した検出温度を前記限界検出温度と比較することによって前記コーティング層の熱抵抗が前記限界熱抵抗値を下回っていないかどうかを判断することを特徴とする請求項1記載のコーティング層熱抵抗測定法。  A correlation between the thermal resistance of the reference thermal resistance material and the detected temperature and a limit detection temperature corresponding to the limit thermal resistance value of the reference thermal resistance material are obtained, and the aging material of the coating layer is measured to measure the thermal resistance. Whether or not the thermal resistance of the coating layer is less than the critical thermal resistance value by correcting the correlation between the thermal detection temperature and the detected temperature and then comparing the detected temperature measured by unsteady heating with the critical detected temperature. The coating layer thermal resistance measurement method according to claim 1, wherein: 前記コーティング層の加熱は、前記コーティング層の表面側から前記基材の前記コーティング層と接する反対側の面の温度変化が起きない程度に加熱することを特徴とする請求項1または2記載のコーティング層熱抵抗測定法。3. The coating according to claim 1, wherein the coating layer is heated to such an extent that a temperature change does not occur from a surface side of the coating layer to an opposite side surface of the substrate in contact with the coating layer. Layer thermal resistance measurement method.
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