JP6004899B2 - ガスタービン部材の表面検査方法 - Google Patents
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Description
遮熱コーティングは、遮熱のためのトップコートと、耐酸化性、耐食性の確保のためのボンドコートから構成され、燃焼ガスから耐熱合金基材への熱流束を減少させ、耐熱合金基材の表面温度を低減する効果が得られる。ボンドコート表面には高温での暴露中に熱成長酸化物(Thermal Grown Oxide: TGO)が形成し酸化性、腐食性ガスを遮断し、耐酸化性、耐食性を確保している。
特許文献1では、赤外線、渦電流、蛍光X線を使用しており、目視では判定不可能な残存コーティングを検出できる効果があるものの、赤外線は温度分布の相違から、コーティングの剥離を判定するものであり、残存コーティングの判定には測定原理が適さない。また、渦電流による方法は、残存コーティングと部材の電気伝導度が近い場合は検出が困難である。蛍光X線による表面元素分析は、原理的に部材と残存コーティングの判別を、成分により定量的に行える利点がある。しかし、ガスタービン部材の様に、端部や曲面を含む複雑な形状では、蛍光X線分析で用いる分析器と測定箇所が適切な位置関係とならず、実際には存在しない元素を検出する場合や、特定の元素が過大又は過小に測定され分析精度に劣るといった課題があった。
本発明における表面検査法は、図1に示すように下記の手順で行われる。
まず、TBC未施工部材の表面元素分析を行う(標準データ取得工程)。次に、TBC施工部材のトップコートを除去する(トップコート除去工程)。次に、TBC施工部材のボンドコートを除去する(ボンドコート除去工程)。次に、TBC施工部材のボンドコート除去後の表面元素分析を行う(表面元素分析工程)。TBC未施工部材の表面元素分析結果とTBC施工部材のボンドコート除去後の表面元素分析を比較し、コーティングの残存を判定する(判定工程)。
以下、それぞれの工程について説明する。
(標準データ取得工程)
本実施形態では、先ずTBC未施工の部材を用意し、その表面元素分析を行う。 部材には、ガスタービンに好適な高温でのクリープ強度、疲労強度などに優れたNi基耐熱合金、Co基合金などが使用され、当該分野で超合金として知られているものも好適である。
る。
(トップコート除去工程)
再生を行う使用後のTBC施工部材について、トップコートの除去を行う。トップコートには、例えば、Y2O3,MgO,CaO,CeO2,Sc2O3,Er2O3,Gd2O3,Yb2O3,Al2O3,SiO2、La2O3から選ばれた少なくとも1種を含む部分安定化ジルコニアが好ましい。より好ましくは、イットリア安定化ジルコニア(YSZ ZrO2-6〜8Y2O)が使用され、通常、約300〜500μm程度成膜されている。トップコートは、酸化物であり脆いため、ショットブラスト等の硬質粒子を衝突させる方法で、物理的に容易に除去できる。また、色調が金属とは異なるため、目視でも容易に残存が判断できる。
(ボンドコート除去工程)
トップコート除去後、ボンドコートの除去を行う。ボンドコートとしては、例えば、優れた耐食性、耐酸化性を発揮するMCrAlY合金(MはNi、Co、Feのうち1つ以上)、Ni-Al, Ni-Al-Pt等のアルミナイドが使用され、厚さは、通常約100〜200μm程度である。ボンドコートは、ショットブラスト等の機械的な方法の他、酸又はアルカリの薬品を用い溶解させる、化学的な除去方法も使用可能である。
(表面元素分析工程)
TBC施工部材のボンドコート除去後の表面元素分析を行う。分析の際、測定箇所と分析器との位置関係を、先の標準データ取得工程と同一にすることで、形状による影響を排除する事ができる。
(判定工程)
表面元素分析工程において得られた、ボンドコート除去後の部材の表面元素分析の結果と、予め求めたコーティング未施工部材の表面元素分析の結果を比較する。比較に基づきボンドコートの有無を判定する。TBC未施工材の元素分析値の差分が基準値内に有る場合に、コーティング残存が無く部材表面が健全と判断して再コーティングに進む。基準値は、注目する元素についての表面元素分析の測定精度を勘案して任意に決定する。表面元素分析での精度が低い元素では大きく、逆に精度が高い元素では小さく設定する。元素分析の差分が基準値外となった場合はコーティング残存が有ると判定し、再度ボンドコート除去工程に戻す。
Claims (6)
- ガスタービン部材表面の遮熱コーティングを除去した後に、前記ガスタービン部材表面を元素分析し、予め測定した同一形状の未コーティングのガスタービン部材表面の元素分析値と差分を比較し、その差分から前記遮熱コーティングの残存の有無を判断することを特徴とするガスタービン部材の表面検査方法。
- 請求項1において、前記遮熱コーティングが、前記ガスタービン部材上に形成されたMCrAlY(MはCo、Ni及びFeからなるグループから選ばれた少なくとも1種)合金からなるボンドコートと、前記ボンドコート上に形成され、部分安定化ジルコニアからなるトップコートを備えており、
前記トップコートを除去し、ボンドコートを除去した後、前記ガスタービン部材表面の元素分析を行うことを特徴とするガスタービン部材の表面検査方法。 - 請求項1または2において、前記未コーティングのガスタービン部材表面の元素分析値と差分を比較して、基準値内の場合に、再度、遮熱コーティングすることを特徴とするガスタービン部材の表面検査方法。
- 請求項1または2において、前記未コーティングのガスタービン部材表面の元素分析値と差分を比較して、基準値外の場合に、残存する遮熱コーティングを除去して、再度、記未コーティングのガスタービン部材表面の元素分析値と差分を比較することを特徴とするガスタービン部材の表面検査方法。
- 請求項1乃至4のいずれかにおいて、前記ガスタービン部材が、ガスタービン動翼であることを特徴とするガスタービン部材の表面検査方法。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の表面検査方法に用いる検査装置であって、
被測定物を保持するステージと、
前記被測定物表面の元素分析を行う分析器と、
前記分析器を駆動させる分析器駆動装置と、
前記分析器駆動装置を制御し、動作を記憶する制御・記憶部と、
前記元素分析の結果を記録する記録部と
を備えた検査装置。
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