JP5638548B2 - Thermal barrier coating and gas turbine component and gas turbine using the same - Google Patents

Thermal barrier coating and gas turbine component and gas turbine using the same Download PDF

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Description

本発明は、遮熱コーティングならびにこれを用いたガスタービン部品およびガスタービンに関するものである。   The present invention relates to a thermal barrier coating, a gas turbine component using the same, and a gas turbine.

たとえば、ガスタービンの動翼や静翼、あるいは燃焼器の内筒や尾筒あるいは分割環などの高温部品は、高温環境下にて使用されるため、一般に、その表面に遮熱コーティングが施されている（特許文献１参照）。
従来、遮熱コーティングは、動翼等の基材上にＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、ＮｉやＣｏやＦｅ等の単独元素またはそれらの２種類以上の元素の組み合わせ）よりなる金属結合層が積層され、さらにその上にトップコートとして、たとえば、イットリア部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ2・８Ｙ２Ｏ３）等の部分安定化ジルコニアで形成されたセラミックス層、が積層された構成となっている。 For example, high-temperature parts such as gas turbine rotor blades and stationary blades, or combustor inner cylinders, tail cylinders, and split rings are used in high-temperature environments. (See Patent Document 1).
Conventionally, a thermal barrier coating is formed by laminating a metal bonding layer made of a MCrAlY alloy (M is a single element such as Ni, Co or Fe or a combination of two or more of these elements) on a base material such as a moving blade, Furthermore, a ceramic layer formed of partially stabilized zirconia such as, for example, yttria partially stabilized zirconia (ZrO 2 .8Y 2 O 3 ) is laminated thereon as a top coat.

タービンが高温で長時間運転されると、高温部品の表面に施された遮熱コーティングは熱的損傷を受ける。また、たとえば、高炉ガス焚きガスタービンでは、燃焼ガス中に酸化鉄などの粒子が含まれているので、この粒子が飛来し遮熱コーティングに当接し機械的損傷を与える。
これらにより、遮熱コーティングには摩耗したり、剥離したりして、厚さが薄くなる部分が発生する。このように遮熱コーティングの厚さが薄くなると、所定の遮熱効果を発揮できなくなり、高温部品に高温が作用するようになるので、高温部品が熱的に損傷する可能性は大きくなる。 When the turbine is operated at a high temperature for a long time, the thermal barrier coating applied to the surface of the hot part is thermally damaged. Further, for example, in a blast furnace gas-fired gas turbine, since particles such as iron oxide are contained in the combustion gas, the particles come in contact with the thermal barrier coating and cause mechanical damage.
As a result, the thermal barrier coating is worn out or peeled off, resulting in a portion where the thickness is reduced. When the thickness of the thermal barrier coating is reduced in this manner, the predetermined thermal barrier effect cannot be exhibited, and high temperature acts on the high temperature component, so that the possibility that the high temperature component is thermally damaged increases.

このため、ガスタービンでは、たとえば、所定運転時間毎に遮熱コーティングの厚さ、すなわち、減耗の程度を測定し、その結果によって補修するあるいは再コーティングする時期を決めている。
従来、遮熱コーティングの厚さは、高温部品を取出し、それを切断して測定されるか、あるいは、切断せず、たとえば、渦電流探傷法等を用いて測定されている。 For this reason, in the gas turbine, for example, the thickness of the thermal barrier coating, that is, the degree of wear is measured every predetermined operation time, and the time for repairing or recoating is determined according to the result.
Conventionally, the thickness of the thermal barrier coating is measured by taking a high-temperature part and cutting it, or without cutting, for example, using an eddy current flaw detection method.

特開２００２−３７６６５号公報JP 2002-37665 A

ところで、高温部品を取出し切断して測定するものでは、対象となった高温部材は再度利用できず、新しいものと交換する必要があるので、経済的でない。
また、渦電流探傷法等を用いて測定するものでは、測定装置を用いて測定する必要があるので、ガスタービン設置場所で、短時間で、かつ、簡便に測定することができない。 By the way, in the case of measuring by taking out and cutting a high-temperature part, the target high-temperature member cannot be used again, and needs to be replaced with a new one, which is not economical.
Moreover, since it is necessary to measure using an eddy current flaw detection method etc. using a measuring apparatus, it cannot measure easily in a short time at a gas turbine installation place.

本発明は、上記課題に鑑み、減耗度を簡便に確認できる遮熱コーティングならびにこれを用いたガスタービン部品およびガスタービンを提供するものである。   In view of the above problems, the present invention provides a thermal barrier coating capable of easily confirming the degree of wear, and a gas turbine component and a gas turbine using the thermal barrier coating.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる遮熱コーティングは、部分安定化ジルコニアで構成される遮熱層を有する遮熱コーティングであって、該遮熱層は、厚さ方向に隣り合う層で色が異なる複数の分割層によって構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
That is, the thermal barrier coating according to the present invention is a thermal barrier coating having a thermal barrier layer composed of partially stabilized zirconia, and the thermal barrier layer includes a plurality of layers having different colors in adjacent layers in the thickness direction. It is characterized by comprising divided layers.

本発明によれば、遮熱層は、厚さ方向に隣り合う層で色が異なる複数の分割層によって構成されているので、たとえば、表面の分割層が減耗して次層の分割層が表面に現れる部分があるとその部分の色が他の部分と異なる色となる。さらに、下の層が表面に現れるとまた、周囲と色が異なることになる。
したがって、遮熱コーティングの色を目視で観察することによって遮熱コーティングの減耗度を判断できるので、遮熱コーティングの減耗度を簡便に確認することができる。
なお、分割層の数は、適宜数とされるが、遮熱コーティングを補修するあるいは再コーティングする時期を決めるためであれば、２〜３層で十分である。 According to the present invention, the heat shield layer is constituted by a plurality of divided layers having different colors in layers adjacent to each other in the thickness direction. For example, the divided layer on the surface is depleted and the divided layer of the next layer is the surface. If there is a part appearing in, the color of that part will be different from other parts. Furthermore, when the lower layer appears on the surface, it will also be different in color from the surroundings.
Therefore, since the degree of wear of the thermal barrier coating can be determined by visually observing the color of the thermal barrier coating, the degree of wear of the thermal barrier coating can be easily confirmed.
Note that the number of divided layers is appropriately determined, but two or three layers are sufficient to determine the timing for repairing or recoating the thermal barrier coating.

上記発明において、前記分割層は、全て色が異なっていることが好ましい。
たとえば、表面の分割層と表から３番目の分割層が同じ色であれば、遮熱コーティングが減耗して表から３番目の分割層が現れている場合でも、それが表面の分割層と判断される可能性があるが、この発明のように全て色が異なる分割層としていれば、この誤判断を防止することができる。 In the above invention, it is preferable that all the divided layers have different colors.
For example, if the surface division layer and the third division layer from the table have the same color, even if the thermal barrier coating is depleted and the third division layer appears from the table, it is determined as the surface division layer. However, if the divided layers are all different colors as in the present invention, this misjudgment can be prevented.

上記発明の参考例において、前記部分安定化ジルコニアは、安定化材として酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を用い、前記各分割層に用いられるジルコニアは、その純度が変化させられているようにしてもよい。 In the reference example of the invention, the partially stabilized zirconia uses yttrium oxide (Y 2 O 3 ) as a stabilizer, and the purity of the zirconia used in each of the divided layers is changed. Also good.

酸化イットリウムを安定化材として用いたイットリア部分安定化ジルコニアは、ジルコニアの色になる。ジルコニアの色は、その純度、特に、不純物として含まれる二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の量によって色が白色から黄色に変化する。すなわち、ジルコニアは純度が低くなり、二酸化ケイ素の量が多くなる程黄色となる。
たとえば、二酸化ケイ素が０．０５％以下の超高純度グレードのジルコニアを用いたイットリア部分安定化ジルコニアは白色となる。二酸化ケイ素が０．３ｗｔ％を越える通常グレードのジルコニアを用いたイットリア部分安定化ジルコニアは黄色となる。二酸化ケイ素が０．１ｗｔ％前後の高純度グレードのジルコニアを用いたイットリア部分安定化ジルコニアはやや黄色となる。言い換えると、二酸化ケイ素が０．０５ｗｔ％を越え０．０３％ｗｔ以下のグレードのジルコニアを用いたイットリア部分安定化ジルコニアはやや黄色となる。
したがって、ジルコニアの純度を変化させて分割層を形成することによって、分割層の色を層毎に変化させることができる。しかも、市販のジルコニアで、所定純度のものを用いるだけでよいので、調整が容易である。
この場合、判断の容易さを考えると、表面からグレードのよい順あるいは悪い順に、順次変化するようにするのが好ましい。
また、遮熱コーティングの強度を考えると、最下層に超高純度グレードのジルコニアを用いるようにするのが好ましい。 Yttria partially stabilized zirconia using yttrium oxide as a stabilizing material has a zirconia color. The color of zirconia changes from white to yellow depending on its purity, particularly the amount of silicon dioxide (SiO 2 ) contained as an impurity. That is, zirconia has a lower purity and becomes yellower as the amount of silicon dioxide increases.
For example, yttria partially stabilized zirconia using an ultra-high purity grade zirconia having a silicon dioxide content of 0.05% or less becomes white. Yttria partially stabilized zirconia using normal grade zirconia with silicon dioxide exceeding 0.3 wt% turns yellow. Yttria partially stabilized zirconia using high-purity grade zirconia with silicon dioxide around 0.1 wt% is slightly yellow. In other words, yttria partially stabilized zirconia using a grade of zirconia having a silicon dioxide content exceeding 0.05 wt% and not more than 0.03% wt is slightly yellow.
Therefore, the color of a division layer can be changed for every layer by changing the purity of zirconia and forming a division layer. In addition, adjustment is easy because it is only necessary to use commercially available zirconia having a predetermined purity.
In this case, in view of ease of determination, it is preferable that the surface is sequentially changed from the surface in the order of good grade or bad grade.
In view of the strength of the thermal barrier coating, it is preferable to use ultra-high purity grade zirconia for the lowermost layer.

上記発明において、前記分割層は、色の異なる安定化材を用いて形成されている。
部分安定化ジルコニアは、安定化材によって特異な色となるものがある。少なくとも隣り合う分割層でこの特異な色となる安定化材を用いることによって、色の異なる分割層を形成することができる。 In the above invention, the divided layer is formed using stabilizing materials having different colors.
Some partially stabilized zirconia has a unique color depending on the stabilizing material. By using the stabilizing material that has this unique color in at least the adjacent divided layers, divided layers having different colors can be formed.

この場合、前記分割層は、前記色の異なる安定化材を混合して用いるようにしてもよい。
このようにすると、色が混合して異なる色を形成することができる。これにより、色の種類を多様化できる。
このとき、混合比を変えて、混合した色を変えるようにしてもよい。このようにすると、色の多様化を一層はかることができる。 In this case, the dividing layer may be used by mixing stabilizing materials having different colors.
In this way, colors can be mixed to form different colors. Thereby, the kind of color can be diversified.
At this time, the mixed ratio may be changed to change the mixed color. In this way, it is possible to further diversify the colors.

また、上記発明において、前記色の異なる安定化材は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化ジスプロジウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）から成る群より選択されることとしてもよい。
超高純度のジルコニアを用いた場合、これらの安定化材を用いた部分安定化ジルコニアは、特有な色を持つので、異なる色を持つ分割層を容易に形成することができる。
すなわち、酸化イットリウムは白色、酸化エルビウムはピンク色、酸化ネオジムは青色、酸化ジスプロジウムおよび酸化サマリウムは黄色の部分安定化ジルコニアを形成する。 In the invention described above, the stabilizers having different colors are yttrium oxide (Y 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), dysprodium oxide (Dy 2 O 3). ) Or samarium oxide (Sm 2 O 3 ).
When ultra-high purity zirconia is used, partially stabilized zirconia using these stabilizing materials has a unique color, so that it is possible to easily form divided layers having different colors.
That is, yttrium oxide forms white, erbium oxide pink, neodymium oxide blue, dysprodium oxide and samarium oxide form yellow partially stabilized zirconia.

また、本発明にかかるガスタービン部品は、上記の遮熱コーティングが施されていることを特徴とする。   The gas turbine component according to the present invention is characterized by being provided with the above-described thermal barrier coating.

このように、減耗した部分があるとその部分の色が他の部分と異なる色となる遮熱コーティングが施されているので、ガスタービン部品は目視するだけ、すなわち、非破壊で遮熱コーティングの減耗状態を確認することができる。
このため、ガスタービン設置場所で、遮熱コーティングの減耗度を短時間で、かつ、簡便に判定することができる。また、その結果を遮熱コーティングの補修あるいは再コーティングの時期の決定に反映できるので、ガスタービン部品の信頼性を向上させることができる。 In this way, when there is a depleted part, a thermal barrier coating is applied so that the color of that part is different from that of the other parts, so the gas turbine parts are only visible, i.e. non-destructive, The depletion state can be confirmed.
For this reason, the degree of wear of the thermal barrier coating can be easily determined in a short time at the gas turbine installation location. In addition, since the result can be reflected in the determination of the time for repairing or recoating the thermal barrier coating, the reliability of the gas turbine component can be improved.

また、本発明にかかるガスタービンは、上記のガスタービン部品を用いていることを特徴とする。
このように信頼性の高いガスタービン部品を用いているので、ガスタービンの信頼性を向上させることができる。 A gas turbine according to the present invention is characterized by using the gas turbine component described above.
Thus, since the gas turbine component with high reliability is used, the reliability of the gas turbine can be improved.

このガスタービンによれば、排気ガスから塵芥を分離回収する集塵装置が備えられていることが好ましい。
このようにすると、ガスタービン部品に施された遮熱コーティングが運転中に磨耗あるいは剥離した際に発生する皮膜粉塵が塵芥として集塵装置によって分離回収される。
この回収された皮膜粉塵を目視し、色合いを見ることによって遮熱コーティングの減耗の度合いを推定することができる。なお、皮膜粉塵を組成分析するようにしてもよい。
このように、運転中に定期的に行われる、たとえば、フィルタ交換時に遮熱コーティングの減耗の度合いを推定できるので、ガスタービンを停止することなく遮熱コーティングの減耗状態を監視することができる。 According to this gas turbine, it is preferable that a dust collector for separating and collecting the dust from the exhaust gas is provided.
In this way, the coating dust generated when the thermal barrier coating applied to the gas turbine component is worn or peeled off during operation is separated and collected as dust by the dust collector.
The degree of wear of the thermal barrier coating can be estimated by observing the collected film dust and looking at the color. In addition, you may make it carry out composition analysis of film dust.
As described above, since the degree of wear of the thermal barrier coating that is periodically performed during operation, for example, at the time of filter replacement can be estimated, the depleted state of the thermal barrier coating can be monitored without stopping the gas turbine.

本発明によれば、遮熱層は、厚さ方向に隣り合う層で色が異なる複数の分割層によって構成されているので、遮熱コーティングの減耗度を簡便に確認することができる。   According to the present invention, the thermal barrier layer is composed of a plurality of divided layers having different colors in layers adjacent to each other in the thickness direction, so that the degree of wear of the thermal barrier coating can be easily confirmed.

本発明の参考例にかかる遮熱コーティングの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the thermal barrier coating concerning the reference example of this invention. 本発明の遮熱コーティングが施された高温部品を用いているガスタービンの全体概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole schematic structure of the gas turbine which uses the high temperature component in which the thermal barrier coating of this invention was given. 本発明の一実施形態にかかる遮熱コーティングの別の実施形態の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of another embodiment of the thermal barrier coating concerning one Embodiment of this invention.

本発明の一実施形態にかかる遮熱コーティングについて、図面を参照して説明する。
なお、本発明は以下に示す実施形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
図１は、遮熱コーティングの構成を示す断面図である。図２は、この遮熱コーティングが施された高温部品を用いているガスタービンの全体概略構成を示すブロック図である。 A thermal barrier coating according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, this invention is not limited to embodiment shown below at all, It can change and implement suitably.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the thermal barrier coating. FIG. 2 is a block diagram showing an overall schematic configuration of a gas turbine using a high-temperature component to which the thermal barrier coating is applied.

ガスタービン１には、圧縮機３と、燃焼器５と、タービン７と、とが備えられている。
圧縮機３の回転部とタービン７の回転部とは回転軸９によって連結されており、一体となって回転される。
回転軸９は、タービン７の回転動力を伝達するものであり、例えば、発電機１１に連結されて電力を発生することができるようになっている。
タービン７には、図示は省略するが、回転軸９の周囲から外方に向けて突出する多数の動翼と、略円筒形状をなすケーシングから内方に向けて突出する多数の静翼とが備えられている。 The gas turbine 1 includes a compressor 3, a combustor 5, and a turbine 7.
The rotating part of the compressor 3 and the rotating part of the turbine 7 are connected by a rotating shaft 9 and are rotated together.
The rotating shaft 9 transmits the rotational power of the turbine 7 and can be connected to the generator 11 to generate electric power, for example.
Although not shown, the turbine 7 includes a large number of moving blades protruding outward from the periphery of the rotating shaft 9 and a large number of stationary blades protruding inward from a substantially cylindrical casing. Is provided.

圧縮機３は、吸入した空気を連続的に圧縮し、この圧縮空気の大部分を燃焼器５に送るものである。
燃焼器５は、圧縮機３から供給される圧縮空気と図示しない供給源から供給される燃料とを混合・燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼器５は、この燃焼ガスをタービン７に供給する。
燃焼器５からタービン７に供給された高温高圧の燃焼ガスは各静翼によって膨張し圧力降下させられ、排気ガスとして排気される。これにより発生した運動エネルギーは、回転軸９に取付けられた各動翼を介して回転トルクに変換される。そして、発生した回転トルクは、回転軸９に伝達され、発電機１１が駆動される。 The compressor 3 continuously compresses the sucked air and sends most of the compressed air to the combustor 5.
The combustor 5 mixes and burns compressed air supplied from the compressor 3 and fuel supplied from a supply source (not shown) to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. The combustor 5 supplies this combustion gas to the turbine 7.
The high-temperature and high-pressure combustion gas supplied from the combustor 5 to the turbine 7 is expanded and reduced in pressure by each stationary blade, and is exhausted as exhaust gas. The kinetic energy generated thereby is converted into rotational torque via each rotor blade attached to the rotating shaft 9. The generated rotational torque is transmitted to the rotating shaft 9 and the generator 11 is driven.

排気ガスが排気される排気ダクトには、排気ガス処理の一貫として排気ガス中の粉塵を捕集する集塵機１３が備えられている。
集塵機１３としては、電気集塵機、遠心力集塵装置、慣性力集塵装置等適宜の形式のものが用いられる。 An exhaust duct from which exhaust gas is exhausted is provided with a dust collector 13 that collects dust in the exhaust gas as part of exhaust gas processing.
As the dust collector 13, an appropriate type such as an electric dust collector, a centrifugal dust collector, an inertial dust collector, or the like is used.

ガスタービン１を構成する部品（ガスタービン部品）の内、高温高圧の燃焼ガスに接触する燃焼器５の内筒および尾筒等ならびにタービン７の動翼、静翼および分割環等は、特に、高温部品と称される。
これらの高温部品には、図１に示される本発明の参考例にかかる遮熱コーティング２１が施されている。
たとえば、動翼の基材１９の表面に施された遮熱コーティング２１は、アンダーコートとしての金属結合層２３と、トップコートとしてのセラミックス層（遮熱層）２５とで構成されている。 Among the components constituting the gas turbine 1 (gas turbine components), the inner cylinder and tail cylinder of the combustor 5 that are in contact with the high-temperature and high-pressure combustion gas, and the moving blades, stationary blades and split rings of the turbine 7, It is called a high temperature part.
These high temperature components are provided with a thermal barrier coating 21 according to a reference example of the present invention shown in FIG.
For example, the thermal barrier coating 21 applied to the surface of the rotor blade base 19 is composed of a metal bonding layer 23 as an undercoat and a ceramic layer (thermal barrier layer) 25 as a top coat.

金属結合層２３は、耐食性および耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、ＮｉやＣｏやＦｅ等の単独元素またはそれらの２種類以上の元素の組み合わせ）によって形成されている。
金属結合層２３は、基材１９とセラミックス層２５との熱膨張係数の差を小さくして熱応力を緩和する機能を有し、セラミックス層２５が基材１９から剥離するのを防ぐ機能を有している。
金属結合層２３は、たとえば、低圧プラズマ溶射法または電子ビーム物理蒸着法（ＥＰ−ＰＶＤ）を用いて、たとえば、０．１ｍｍの厚さに成膜されて形成される。 The metal bonding layer 23 is formed of an MCrAlY alloy (M is a single element such as Ni, Co, or Fe, or a combination of two or more of these elements) excellent in corrosion resistance and oxidation resistance.
The metal bonding layer 23 has a function of reducing thermal stress by reducing the difference in thermal expansion coefficient between the base material 19 and the ceramic layer 25, and a function of preventing the ceramic layer 25 from peeling from the base material 19. doing.
The metal bonding layer 23 is formed by, for example, forming a film with a thickness of 0.1 mm using, for example, a low pressure plasma spraying method or an electron beam physical vapor deposition method (EP-PVD).

セラミックス層２５は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を安定化材として用いた部分安定化ジルコニアであるイットリア部分安定化ジルコニアによって形成されている。酸化イットリウムは、たとえば、８ｗｔ％の割合で添加されている。
セラミックス層２５は、たとえば、低圧プラズマ溶射法を用いて、たとえば、０．３ｍｍの厚さに成膜されて形成されている。
なお、セラミックス層２５は、厚さに比例して遮熱効果が大きくなるが、厚さが過大になると剥離を生じやすくなる。一方、逆に薄いと遮熱効果が低くなるため、その厚さは０．２５〜０．７ｍｍの範囲とすることが好適である。より好ましい厚さの範囲は０．３〜０．５ｍｍである。 The ceramic layer 25 is made of yttria partially stabilized zirconia, which is partially stabilized zirconia using yttrium oxide (Y 2 O 3 ) as a stabilizing material. Yttrium oxide is added at a rate of 8 wt%, for example.
The ceramic layer 25 is formed, for example, with a thickness of 0.3 mm using, for example, a low pressure plasma spraying method.
The ceramic layer 25 has a greater heat shielding effect in proportion to the thickness. However, if the thickness is excessive, peeling is likely to occur. On the other hand, if the thickness is thin, the heat shielding effect is lowered. Therefore, the thickness is preferably in the range of 0.25 to 0.7 mm. A more preferable thickness range is 0.3 to 0.5 mm.

セラミックス層２５は、表面側から相互に色が異なる表層（分割層）２７、第２層（分割層）２９および第３層（分割層）３１の３層に分割されている。これらは、次のようにして形成されている。
低圧プラズマ溶射法によってセラミックス層２５を略０．３ｍｍの厚さに成膜する場合、溶射のパス数は、たとえば、９回程度である。
本発明の参考例では、溶射のパス数が３回毎に、原料となるジルコニア（ＺｒＯ２）のグレードを変化させている。 The ceramic layer 25 is divided into three layers of a surface layer (divided layer) 27, a second layer (divided layer) 29, and a third layer (divided layer) 31 having different colors from the surface side. These are formed as follows.
When the ceramic layer 25 is formed to a thickness of approximately 0.3 mm by the low pressure plasma spraying method, the number of spraying passes is, for example, about nine times.
In the reference example of the present invention, the grade of zirconia (ZrO 2 ) used as a raw material is changed every three thermal spray passes.

すなわち、金属結合層２３の上に、まず、不純物として含まれる二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が０．０５％以下である超高純度グレードのジルコニアの粉末に、たとえば、８ｗｔ％の酸化イットリウムの粉末を混合し、それを低圧プラズマ溶射法によって３パスの溶射を行い、第３層３１を形成する。
次いで、第３層３１の上に、不純物として含まれる二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が０．１％程度である高純度グレードのジルコニアの粉末に、たとえば、８ｗｔ％の酸化イットリウムの粉末を混合し、それを低圧プラズマ溶射法によって３パスの溶射を行い、第２層２９を形成する。 That is, on the metal bonding layer 23, first, an ultra-high purity grade zirconia powder containing 0.05% or less of silicon dioxide (SiO 2 ) contained as impurities, for example, 8 wt% yttrium oxide powder. The third layer 31 is formed by mixing and performing three-pass thermal spraying using a low-pressure plasma spraying method.
Then, on the third layer 31, the powder of high purity grade zirconia, silicon dioxide (SiO 2) is about 0.1% as impurity, for example, by mixing a powder of 8 wt% of yttrium oxide, The second layer 29 is formed by performing three-pass thermal spraying using a low pressure plasma spraying method.

次いで、第２層２９の上に、不純物として含まれる二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が０．３％を越える通常グレードのジルコニアの粉末に、たとえば、８ｗｔ％の酸化イットリウムの粉末を混合し、それを低圧プラズマ溶射法によって３パスの溶射を行い、表層２７を形成する。
これにより、それぞれ略０．１ｍｍの厚さを持つ、表層２７、第２層２９および第３層３１が形成され、合わせて略０．３ｍｍのセラミックス層２５が形成される。 Next, on the second layer 29, for example, 8 wt% yttrium oxide powder is mixed with a normal grade zirconia powder containing more than 0.3% of silicon dioxide (SiO 2 ) contained as impurities, The surface layer 27 is formed by performing three-pass thermal spraying by the low pressure plasma spraying method.
As a result, the surface layer 27, the second layer 29, and the third layer 31, each having a thickness of approximately 0.1 mm, are formed, and a ceramic layer 25 of approximately 0.3 mm is formed.

このとき、酸化イットリウムは白色であるので、イットリア部分安定化ジルコニアは、ジルコニアの色によって決定される。ジルコニアの色は、その純度、特に、不純物として含まれる二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の量によって色が白色から黄色に変化する。
すなわち、二酸化ケイ素の含有量が０．０５ｗｔ％以下の超高純度グレードのジルコニアは白色であり、二酸化ケイ素の含有量が０．３ｗｔ％を越える通常グレードのジルコニアは黄色である。
このように、ジルコニアは純度が低くなり、二酸化ケイ素の量が多くなる程黄色となる。このため、二酸化ケイ素の含有量が０．０５ｗｔ％を越え０．０３ｗｔ％以下のジルコニアは二酸化ケイ素の含有量に応じた色調の黄色を帯びる。 At this time, since yttrium oxide is white, yttria partially stabilized zirconia is determined by the color of zirconia. The color of zirconia changes from white to yellow depending on its purity, particularly the amount of silicon dioxide (SiO 2 ) contained as an impurity.
That is, an ultra-high purity grade zirconia having a silicon dioxide content of 0.05 wt% or less is white, and a normal grade zirconia having a silicon dioxide content exceeding 0.3 wt% is yellow.
Thus, zirconia has a lower purity and becomes yellower as the amount of silicon dioxide increases. For this reason, zirconia having a silicon dioxide content of more than 0.05 wt% and not more than 0.03 wt% is yellowish in color according to the silicon dioxide content.

したがって、二酸化ケイ素が０．０５ｗｔ％以下の超高純度グレードのジルコニアを用いたイットリア部分安定化ジルコニアで形成された第３層３１は白色となる。二酸化ケイ素が０．１ｗｔ％程度の高純度グレードのジルコニアを用いたイットリア部分安定化ジルコニアで形成された第２層２９はやや黄色となる。二酸化ケイ素が０．３ｗｔ％を越える通常グレードのジルコニアを用いたイットリア部分安定化ジルコニアで形成された表層２７は黄色となる。   Therefore, the third layer 31 formed of yttria partially stabilized zirconia using ultra-high purity grade zirconia having a silicon dioxide content of 0.05 wt% or less is white. The second layer 29 formed of yttria partially stabilized zirconia using high-purity grade zirconia having a silicon dioxide content of about 0.1 wt% is slightly yellow. Surface layer 27 formed of yttria partially stabilized zirconia using normal grade zirconia with silicon dioxide exceeding 0.3 wt% becomes yellow.

このように、ジルコニアの純度を変化させて表層２７、第２層２９および第３層３１を形成することによって、表層２７、第２層２９および第３層３１の色を層毎に変化させることができる。しかも、市販のジルコニアで、所定純度のものを用いるだけでよいので、調整が容易である。
また、最下層である第３層３１に超高純度グレードのジルコニアを用いるようにするのが遮熱コーティング２１の強度の面からみると好ましい。
なお、表層２７に超高純度グレードを用い、第２層２９および第３層３１に向かい純度の低いグレードのものを用いるようにしてもよい。 Thus, by changing the purity of zirconia to form the surface layer 27, the second layer 29, and the third layer 31, the colors of the surface layer 27, the second layer 29, and the third layer 31 can be changed for each layer. Can do. In addition, adjustment is easy because it is only necessary to use commercially available zirconia having a predetermined purity.
From the viewpoint of the strength of the thermal barrier coating 21, it is preferable to use an ultra-high purity grade zirconia for the third layer 31 which is the lowermost layer.
Note that an ultra-high purity grade may be used for the surface layer 27, and a grade with a low purity facing the second layer 29 and the third layer 31 may be used.

この遮熱コーティング２１が施された高温部品を用いたガスタービン１が高温で長時間運転されると、高温部品の表面に施された遮熱コーティング２１は熱的損傷および機械的損傷を受けるので、遮熱コーティング２１は摩耗したり、剥離したりして、厚さが薄くなる部分が発生する。
このとき、表層２７が減耗して第２層が表面に現れる部分があるとその部分の色は他の部分の黄色よりも薄い黄色となる。さらに、第３層が表面に現れると、その部分の色は周囲の黄色に対して白色となる。 When the gas turbine 1 using the high-temperature component provided with the thermal barrier coating 21 is operated at a high temperature for a long time, the thermal barrier coating 21 applied to the surface of the high-temperature component is subjected to thermal damage and mechanical damage. The thermal barrier coating 21 is worn or peeled off, and a portion where the thickness is reduced is generated.
At this time, if the surface layer 27 wears out and there is a portion where the second layer appears on the surface, the color of the portion becomes a lighter yellow than the yellow color of other portions. Further, when the third layer appears on the surface, the color of the portion becomes white with respect to the surrounding yellow.

定期点検等で、ガスタービン１の運転を停止した機会に、たとえば、スコープ等で高温部品を目視により観察する、あるいは、一部分解して高温部品を取出して目視により観察すると、減耗した部分の色が他の部分と異なる色となるので、遮熱コーティング２１の減耗状態を確認することができる。
これにより、ガスタービン１の設置場所で、遮熱コーティング２１の減耗度を短時間で、かつ、簡便に判定することができる。また、その結果を遮熱コーティング２１の補修あるいは再コーティングの時期の決定に反映できるので、遮熱コーティング２１は本来の機能を奏し、高温部品の基材１９に高温が作用することを抑制できる。これにより、高温部品、ひいてはガスタービンの信頼性を向上させることができる。 When the operation of the gas turbine 1 is stopped due to periodic inspection, for example, when a hot part is visually observed with a scope or the like, or partly disassembled and the hot part is taken out and visually observed, the color of the worn part Since it becomes a color different from other parts, the depletion state of the thermal barrier coating 21 can be confirmed.
Thereby, the depletion degree of the thermal barrier coating 21 can be easily determined in a short time at the installation location of the gas turbine 1. Moreover, since the result can be reflected in the determination of the repair or re-coating timing of the thermal barrier coating 21, the thermal barrier coating 21 has an original function and can suppress the high temperature from acting on the base material 19 of the high-temperature component. Thereby, the reliability of a high temperature part and by extension, a gas turbine can be improved.

なお、本発明の参考例のように排気ガスが排気される排気ダクトに、排気ガス中の粉塵を捕集する集塵機１３が備えられていると、高温部品に施された遮熱コーティング２１が運転中に磨耗あるいは剥離した際に発生する皮膜粉塵が塵芥として集塵装置１３によって分離回収される。
この回収された塵芥を目視し、色合いを見ることによって遮熱コーティング２１の減耗の度合いを推定することができる。なお、この場合、より正確さを求めると、皮膜粉塵の組成を分析するようにしてもよい。
このように、運転中に定期的に行われる、たとえば、フィルタ交換時に遮熱コーティングの減耗の度合いを推定できるので、ガスタービン１の運転を停止することなく遮熱コーティング２１の減耗状態を監視することができる。 In addition, when the dust collector 13 which collects the dust in exhaust gas is provided in the exhaust duct from which exhaust gas is exhausted as in the reference example of the present invention, the thermal barrier coating 21 applied to the high-temperature parts is operated. Film dust generated when it is worn or peeled is separated and collected by the dust collector 13 as dust.
The degree of wear of the thermal barrier coating 21 can be estimated by viewing the collected dust and viewing the color. In this case, the composition of the film dust may be analyzed for more accuracy.
In this way, the degree of wear of the thermal barrier coating that is periodically performed during operation, for example, can be estimated at the time of filter replacement, so the state of wear of the thermal barrier coating 21 is monitored without stopping the operation of the gas turbine 1. be able to.

なお、上記本発明の参考例では、表層２７、第２層２９および第３層３１が、原料となるジルコニアのグレードを変えたイットリア部分安定化ジルコニアで形成されるようにしているが、本発明の実施形態では、色の異なる安定化材を用いた部分安定化ジルコニアで形成されるようする。
すなわち、図３に示されるように、金属結合層２３の上に、まず、超高純度グレードのジルコニアの粉末に、たとえば、８ｗｔ％の酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）の粉末を混合し、それを低圧プラズマ溶射法によって３パスの溶射を行い、ネオジア部分安定化ジルコニアの第３層３１を形成する。 In the reference example of the present invention, the surface layer 27, the second layer 29, and the third layer 31 are made of yttria partially stabilized zirconia in which the grade of zirconia used as a raw material is changed. In this embodiment, it is made of partially stabilized zirconia using stabilizing materials having different colors.
That is, as shown in FIG. 3, first, for example, 8 wt% neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) powder is mixed with ultra high purity zirconia powder on the metal bonding layer 23, The third layer 31 of neodymium partially stabilized zirconia is formed by performing three-pass thermal spraying using a low pressure plasma spraying method.

次いで、第３層３１の上に、超高純度グレードのジルコニアの粉末に、たとえば、８ｗｔ％の酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）の粉末を混合し、それを低圧プラズマ溶射法によって３パスの溶射を行い、エルビア部分安定化ジルコニアの第２層２９を形成する。
次いで、第２層２９の上に、超高純度グレードのジルコニアの粉末に、たとえば、８ｗｔ％の酸化イットリウムの粉末を混合し、それを低圧プラズマ溶射法によって３パスの溶射を行い、イットリア部分安定化ジルコニアの表層２７を形成する。
これにより、それぞれ略０．１ｍｍの厚さを持つ、表層２７、第２層２９および第３層３１が形成され、合わせて略０．３ｍｍのセラミックス層２５が形成される。 Next, on the third layer 31, for example, 8 wt% of erbium oxide (Er 2 O 3 ) powder is mixed with ultra high purity grade zirconia powder, and this is mixed by three-pass spraying by low pressure plasma spraying. To form a second layer 29 of erbia partially stabilized zirconia.
Next, for example, 8 wt% yttrium oxide powder is mixed with ultra high purity grade zirconia powder on the second layer 29, and this is subjected to three-pass thermal spraying by low-pressure plasma spraying method to stabilize the yttria partial stability. A surface layer 27 of zirconia fluoride is formed.
As a result, the surface layer 27, the second layer 29, and the third layer 31, each having a thickness of approximately 0.1 mm, are formed, and a ceramic layer 25 of approximately 0.3 mm is formed.

このとき超高純度グレードのジルコニアは白色であるので、表層２７は酸化イットリウムの白色に、第２層は酸化エルビウムのピンク色に、第３層は酸化ネオジムの青色を帯びることになる。
すなわち、表層２７、第２層２９および第３層３１は、厚さ方向で隣り合う層の色が異なり、かつ、全ての層の色が異なるように形成される。 At this time, since the ultra-high purity grade zirconia is white, the surface layer 27 is white of yttrium oxide, the second layer is pink of erbium oxide, and the third layer is blue of neodymium oxide.
That is, the surface layer 27, the second layer 29, and the third layer 31 are formed so that the colors of adjacent layers are different in the thickness direction, and the colors of all the layers are different.

このような安定化材としては、黄色の酸化ジスプロジウム（Ｄｙ２Ｏ３）および酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）を用いるようにしてもよい。
このとき、前記した色の異なる安定化材を混合して用いるようにしてもよい。たとえば、酸化エルビウムと酸化ネオジムとを混合すると紫色の層を形成することができる。これにより、色の種類を多様化できる。
このとき、混合比を変えて、混合した色を変えるようにしてもよい。このようにすると、色の多様化を一層はかることができる。 As such a stabilizing material, yellow dysprodium oxide (Dy 2 O 3 ) and samarium oxide (Sm 2 O 3 ) may be used.
At this time, the above-described stabilizing materials having different colors may be mixed and used. For example, a purple layer can be formed by mixing erbium oxide and neodymium oxide. Thereby, the kind of color can be diversified.
At this time, the mixed ratio may be changed to change the mixed color. In this way, it is possible to further diversify the colors.

この遮熱コーティング２１が施された高温部品を用いたガスタービン１が高温で長時間運転されると、高温部品の表面に施された遮熱コーティング２１は熱的損傷および機械的損傷を受けるので、遮熱コーティング２１は摩耗したり、剥離したりして、厚さが薄くなる部分が発生する。
このとき、表層２７が減耗して第２層が表面に現れる部分があるとその部分の色は他の部分の白色と異なるピンク色となる。さらに、第３層３１が表面に現れると、その部分の色は周囲の白色あるいはピンク色と異なる青色となる。 When the gas turbine 1 using the high-temperature component provided with the thermal barrier coating 21 is operated at a high temperature for a long time, the thermal barrier coating 21 applied to the surface of the high-temperature component is subjected to thermal damage and mechanical damage. The thermal barrier coating 21 is worn or peeled off, and a portion where the thickness is reduced is generated.
At this time, if the surface layer 27 is worn and there is a portion where the second layer appears on the surface, the color of the portion becomes a pink color different from the white color of the other portions. Further, when the third layer 31 appears on the surface, the color of the portion becomes a blue color different from the surrounding white color or pink color.

定期点検等で、ガスタービン１の運転を停止した機会に、たとえば、スコープ等で高温部品を目視により観察する、あるいは、一部分解して高温部品を取出して目視により観察すると、減耗した部分の色が他の部分と異なる色となるので、遮熱コーティング２１の減耗状態を確認することができる。
これにより、ガスタービン１の設置場所で、遮熱コーティング２１の減耗度を短時間で、かつ、簡便に判定することができる。また、その結果を遮熱コーティング２１の補修あるいは再コーティングの時期の決定に反映できるので、遮熱コーティング２１は本来の機能を奏し、高温部品の基材１９に高温が作用することを抑制できる。これにより、高温部品、ひいてはガスタービンの信頼性を向上させることができる。 When the operation of the gas turbine 1 is stopped due to periodic inspection, for example, when a hot part is visually observed with a scope or the like, or partly disassembled and the hot part is taken out and visually observed, the color of the worn part Since it becomes a color different from other parts, the depletion state of the thermal barrier coating 21 can be confirmed.
Thereby, the depletion degree of the thermal barrier coating 21 can be easily determined in a short time at the installation location of the gas turbine 1. Moreover, since the result can be reflected in the determination of the repair or re-coating timing of the thermal barrier coating 21, the thermal barrier coating 21 has an original function and can suppress the high temperature from acting on the base material 19 of the high-temperature component. Thereby, the reliability of a high temperature part and by extension, a gas turbine can be improved.

なお、本実施形態では、セラミックス層２５は、表層２７、第２層２９および第３層３１の３層に分割されているが、この分割の数はこれに限らず、目的に応じて適宜数としてよい。   In the present embodiment, the ceramic layer 25 is divided into three layers of a surface layer 27, a second layer 29, and a third layer 31, but the number of divisions is not limited to this, and the number is appropriately determined according to the purpose. As good as

１ ガスタービン
１３ 集塵装置
２１ 遮熱コーティング
２５ セラミックス層
２７ 表層
２９ 第２層
３１ 第３層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine 13 Dust collector 21 Thermal barrier coating 25 Ceramic layer 27 Surface layer 29 Second layer 31 Third layer

Claims (5)

部分安定化ジルコニアで構成される遮熱層を有する遮熱コーティングであって、
該遮熱層は、複数の分割層に分割され、
前記複数の分割層は全ての層が、ジルコニアに安定化材が添加されることにより形成される部分安定化ジルコニアで構成され、且つ、
前記複数の分割層のうちの任意の第１分割層を形成する部分安定化ジルコニアに添加される第１安定化材は、前記第１分割層の色が前記複数の分割層のうちの前記第１分割層と厚さ方向に隣り合う第２分割層の色と異なるように、前記第２分割層を形成する部分安定化ジルコニアに添加される第２安定化材と異なり、
前記安定化材は、酸化イットリウム（Ｙ ２ Ｏ ３ ）、酸化エルビウム（Ｅｒ ２ Ｏ ３ ）、酸化ネオジム（Ｎｄ ２ Ｏ ３ ）、酸化ジスプロジウム（Ｄｙ ２ Ｏ ３ ）から成る群より選択される１つまたは複数の酸化物から形成されることを特徴とする遮熱コーティング。 A thermal barrier coating having a thermal barrier layer composed of partially stabilized zirconia,
The thermal barrier layer is divided into a plurality of divided layers,
The plurality of divided layers are all composed of partially stabilized zirconia formed by adding a stabilizing material to zirconia, and
The first stabilizing material added to the partially stabilized zirconia that forms an arbitrary first divided layer of the plurality of divided layers is such that the color of the first divided layer is the first of the plurality of divided layers. as different from the second divided layer adjacent colors in 1 division layer and the thickness direction, unlike the second stabilizing material to be added to the partially stabilized zirconia to form a second split layer,
The stabilizing material is selected from the group consisting of yttrium oxide (Y 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), and dysprodium oxide (Dy 2 O 3 ). One or more formed of an oxide thermal barrier coating, wherein Rukoto. 前記複数の分割層をそれぞれ形成する複数の部分安定化ジルコニアにそれぞれ添加される複数の安定化材は、互いに異なっていることを特徴とする請求項１に記載の遮熱コーティング。   2. The thermal barrier coating according to claim 1, wherein the plurality of stabilizing materials respectively added to the plurality of partially stabilized zirconia that respectively form the plurality of divided layers are different from one another. 請求項１または２に記載の遮熱コーティングが施されていることを特徴とするガスタービン部品。 Gas turbine component, characterized in that the thermal barrier coating is applied according to claim 1 or 2. 請求項３に記載のガスタービン部品を用いていることを特徴とするガスタービン。 A gas turbine using the gas turbine component according to claim 3 . 排気ガスから塵芥を分離回収する集塵装置が備えられていることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン。 The gas turbine according to claim 4 , further comprising a dust collector that separates and collects dust from the exhaust gas.
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