JPS6189549A

JPS6189549A - コ−テイングの接着を検出する方法

Info

Publication number: JPS6189549A
Application number: JP60193281A
Authority: JP
Inventors: ジヨン・フランク・ハラセ，サード; デビツド・フランク・ラーマン; トマス・エドワード・バンテル
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-09-04
Filing date: 1985-09-03
Publication date: 1986-05-07
Also published as: FR2569851A1; IT1185661B; GB2164147A; GB8521480D0; IT8522008A0; DE3531215A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は表面に設けられた］−ティングの接着（ａｄｈ
ｅｓｉｏｎ）不良の検出（すなわち気泡または「非接合
部（ｄｉｓｂｏｎｄ　）　Ｊの検出）に関づるものであ
る。

発　　明　　の　　背　　■旦ガスタービンエンジンの中のタービン羽根には＾温ガス
が当る。周知のように、ガスが高温である程、エンジン
の熱力学的サイクルの効率が向上する。しかし、高温は
タービン羽根を劣化さける傾向がある。このため、羽根
に対して保護用の熱障壁コーティング（ＴＢＣ＞を設け
るのが普通である。

Ｔ　８　Ｇの１つのタイプは８％のイツトリア（Ｙ２Ｏ
２）で安定化された酸化ジルコニウムからなる、厚さが
３ミル乃至１６ミル（１ミルは０．００１インチすなわ
ち０．０２５４ｍｍである）の層である。ＴＢＧが有効
であるためには、第１図に示すような気泡または非接合
部がないようにＴＢＧを羽根に確実に接着しなければな
らない。第１図では、非接合部３は領［９で羽根の金属
基板６に密着していない。接合されていない材料１２は
羽根から割れて領域９内の金属を保護しなくなることが
あるので、非接合部は好ましくない。

したがってＴＢＣを使用する際は、ＴＢＣコーティング
の接着不良領域すなわち非接合部を検出することが望ま
しい。

発　　明　　の　　目　　的本発明の１つの目的はコーティングの表面にλ］する接
着を測定するための新しい改良されたシステムを提供す
ることである。

本発明のもう１つの目的はガスタービンエンジンの羽根
の熱障壁コーティングの中の非接合部を検出するための
新しい改良されたシステムをｊ足供することである。

発　　明　　の　　要　　約本発明の一形式では、接着された材料に熱を伝え、この
材料中の選定された位置で温度差を測定する。接着の不
良は不良位置の温度と他の位置に生じる温度との差で表
示される。

発明の詳細な説明第２図は本発明の一形式を示している。レーザ１５は米
国フロリダ州オーランド所在のコント［１−ル・レーザ
社（Ｃｏｎｔｒｏｌ　　Ｌａ５ｅｒ　　Ｃｏｒｐｏｒａ
ｔｉｏｎ）が製造している型番５１２Ｑ等のＹＡＧレー
ザーとすることが好ましい。このレーザ１５の発生する
レーザ・ど−ム１８は走査鏡２１に投射され、この走査
鏡で反射されてターゲット２３に向けられる。ターゲラ
１〜２３はブロックとして示しであるが、これはガスタ
ービンエンジンの羽根とすることができる。ターゲット
２３は金属基板６にＴＢＧ　　２３Ａを設けたものであ
る。ターゲット２３の像を受【プるために走査型赤外放
射計２４（ＩＲカメラと呼ばれる）がターゲット２３の
方向に向けられる。この赤外放射計２４としてはたとえ
ば米国マリ゛チューセッツ州ベッドフォード所在のイン
フラメトリクス社（Ｉ　ｎｆｒａｍｅｔｒｉｃｓ　）が
製造している型番５２５のものが使える。矢印２７で示
すように走査鏡２１はターゲット２３を横切るようにレ
ーザ・ビーム１８を走査する。

レーザ・ビーム１８が第１図（第１図にはレーザ・ビー
ム１８を示していない）の領１４３０、すなわちＴ　Ｂ
　ＣＩｆｉ　適正に接合されている領域に当ったときは
、ＴＢＣの温度が上界する。しかし、金属基板６に対す
る接合が良いため、熱伝達が急速に行なわれて、レーザ
・ビーム１８からＴＢＣに与えられた熱は金属基板６に
よって消散される。

これに対してレーザ・ビーム１８が接合されていない領
域９に当ったときは、領域９に接合部がないため基板６
への良好な熱伝達が妨げられる。すなわち、熱伝達係数
の低いセラミックス材料でできたＴ［３Ｇはレーザ・ビ
ームによっ゛て与えられた熱を保持する傾向がある。し
かしＴＢＣがそれよりずつと畠いく多分、２桁から３桁
大きい）熱伝達係数を持つ金属基板６と接触している場
合には、金属基板が熱を運び去る。適正に接合された領
域３０と接合されていない領域９とで温度上ｎに差があ
ることはＩＲカメラで検出することがでさ″る。

以下、このような検出の一例を説明する。

第２図のターゲット２３は２インチ（５，０８Ｇ）平方
のハステロイＸ（１−１ａｓｔｅｌｌｏｙ　　Ｘ）の基
板で作られた。ハステロイは米国インジアナ州ココモ所
在のカボット社（Ｃａｂｏｔ　　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ）の登録商標である。この基板は厚さが０．１２５イ
ンチ（３，１７５ｍｍ）であり、５ミル（０，１２７ｍ
ｍ＞から８ミル（０，２０３ｍｍ＞の厚さのＴ＋％白層
を真空プラズマ・スプレーにより設けた後、８％のイツ
トリア（Ｙ２０ｚ＞で安定、化された酸化ジルコニウム
（Ｚｒ　Ｏｅ　）のコーティングをプラズマ・スプレー
により設けた。第３図の非接合部３３および３６はろう
付けの分野で１“ストップオフ」と呼ばれているろう付
は抑制物を使って人為的に作られた。非接合部３３の直
径は０．２５０インチ＜６．３５ｍｍ＞であり、非接合
部３６の直径は０．３７５インチ（９，５２５ｍｍ）で
あった。

第２図の走査鏡２１により第３図の走査１ｉ１３９に）
ｅっで反射レーザ・ビーム１８を走査した。レーザ・ス
ポットの大きさくＴＢＣコーティングに当るビームの直
径）は０．１５フインチ（３，９８８ｍＩＩｌ）であり
、レーザの動作電力は約５０ワツトであった。ＴＢＣの
表面を横切るレーザ・スポットの走査速度は毎秒約１イ
ンチ（２，５４Ｇ）であった。

第２図のＩＲカメラ２４で第３図の走査線３９の像を受
信し、第２図のその出力モニタ４２に走査線上の位置に
対するＴＢＧの温度のグラフ４３を作成した。たとえば
、第２図の点４６の温度は第３図の点４６△に対応する
。第４Ａ図から第４に図に示ずようにグラフは時間とと
もに変る。これらの図はその下に示した時間に存在する
実際のグラフの形状を示してい金。

ｔ　＝０．９０秒では、グラフはほぼ第４Ａ図のように
なった。グラフの右側の領域７５で温１σが上昇してい
ることがわかる。この温度上昇は走査するレーザ・ビー
ムが右側からカメラの視野に入ろうとしていることによ
って生じている。これ（よ第４Ｂ図にもつと明瞭に示さ
れている。第４Ｂ図ではレーザ・ビームがカメラの視野
に人っており、はば領域７７の中にある。温度上界はこ
の領域７７で生じる。第４Ｃ図乃至第４Ｌ図はレーザ・
ビームがカメラの視野を右から左に横切って走査づ゛る
ときに生じる温度変化を示し、レーザ・スポットは点線
の円７７で示した近似的な領域を占めている。レーザ・
スポットが視野を離れるとき、２つの残留する高温ピー
ク８０および８２（第４Ｌ図）が残る。これらのピーク
は第３図の非接合部３３および３６に対応しており、こ
れらのピークは前に述べた連山により生じる。

本願発明者は次の３点を強調したい。第１に、前述の説
明では丁ＢＣを加熱した後の冷却に差のある領域を、７
ｉｔＪすること（すなわち、第４Ｌ図でピーク８２が領
域８５とは異なって表われること）とした。しかし、Ｔ
ＢＣの加熱は必要でなく、低温ガスを加えるなどの方法
で冷却した後の温度上昇に斧のある領域をつきとめても
よい。したがって本発明は、コーディング基板系に熱を
伝達した後の温度に差のある領域を検出することを特徴
とする。コーティングを加熱する場合には熱伝達は（代
数的な意味で）正であり、冷却する場合には負である。

温度過渡現象は］−ティングの成る領域のｎ５間に対す
る温度の経歴である。たとえば、第４Ａ図乃至ｍ４１図
の点８０Ａ乃至８０Ｌはコーティング２３Ａ中の対応す
る領域の温度過渡現象を表わしている。

第２に、１）０述の説明では、所定の電力、所定のビー
ム・スポットの大きさ、および所定の走査速度で動作す
るレーザを使用してターゲラ１−２３を加熱プ“る場合
について述べた。１ワツト＝１ジユ一ル／秒であること
から、毎秒１インチ（２，５４１）の速度で０６０２平
方インチ＜１２．９ｍｍ２）の大ぎさのビーム・スポッ
トを走査１゛る３０ワツトのレープは毎秒１平方インチ
（６，４５ＣＴＩ＋２）当り１５００ジュールを与える
。したがって、この加熱はＴＢＣに向って毎秒１平方イ
ンチ（６゜４５Ｃ７＋＋２）当り１５００ジュールをＩ
Ｑ　ＤＩするものと言い換えることができる。電力（１
なわち１秒当りのジュール）はレーザ側で測定され、ビ
ーム・スポットの人ぎさと走査速度はＴＢＣの所で測定
される。したがって、上記の説明ではレーザとＴ　Ｂ　
Ｃとの間のエネルギー伝達効率を考虞していない。しか
し、この効率は一般に極めて高い。

このように前述の説明では、物理的に同じレーザ走査線
上にあるＴＢＣ領域の温度を相互に比やシするものとし
た。しかし、必ずしもこのようにする必要はない。適正
にＩＢ合されたＴＢＣの温度を確認して、これを第４し
図の領域８５のような領域のかわりに基’ｌ’として用
いてもＪ：い。

以上の本発明の説明では、接合されていない熱障壁コー
ティングと適正に接合されたＴＢＧとの間の熱消散に差
があることを使って非接合部を検出づることについて述
べた。レーザは両方の領域を加熱するために用いられ、
走査型赤外放射計は時間の関数として両、方の領域の温
度を測定するために用いられる。接合されていない領域
の温度は測定可能な時間の間、高い温度に留まっている
ことがわかった。本発明はこの事実を利用して非接合部
を検出１−る。

本発明の趣旨と範囲を逸ｎＲすることなく多数の置換と
変形を行なうことができる。たとえば、加熱にレーザを
使わなくてもよく、高温空気または放射熱源に置き換え
てもよい。また、前述の説明はガスタービンエンジンの
羽（艮のＴＢＧについて行ったが、しかし、本発明は羽
根のＴＢＧの非接合部の検出に限定されるものでなく、
他のエンジン部品における非接合部の検出にも使うこと
もできる。更に、本発明の原理は一般に任怠のラミネー
ト（ｌａｍｉｎａｌｅ）または接着された材料の非接合
部の検出にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は接着された材料の非接合部３を示す断面図、第
２図は本発明の装置の一形式を示す概略図、第３図は第
２図のレーザ・ビーム１８がターゲット２３を走査する
際にたどる径路３９を示寸説明図、第４Ａ図乃至第４Ｌ
図は第２図のターゲット２３の位置に対する温度のグラ
フを０．１秒間隔で示した説明図である。（符号の説明）３．３３．３６・・・非接合部。６・・・金属基板、１８・・・レーザ・ビーム、２１・・・走査鏡、２３Ａ・・・熱障壁コーティング、２４・・・走査型赤外′放射計、４２・・・モニタ。画３

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コーティングと基板との間の接触の不良を検出す
る方法であって、ａ）コーティングに熱を伝達し、ｂ）
選定された位置での上記コーティングの温度差を測定し
、ｃ）測定された温度の内の選定された温度と基準とを
比較する段階を含むことを特徴とする方法。
（２）熱障壁コーティング（ＴＢＣ）とガスタービンエ
ンジン部品との間の非接合部を検出する方法であって、
ａ）レーザ・ビームを上記コーティングを横切るように
走査して上記コーティングを加熱し、ｂ）走査型赤外放
射計を使用して、加熱後の上記コーティングの温度を測
定し、ｃ）上記コーティングの冷却の差の発生を確認す
る段階を含むことを特徴とする方法。
（３）熱障壁コーティング（ＴＢＣ）とガスタービンエ
ンジン部品との間の非接合部を検出する方法であつて、
ａ）上記コーティングにエネルギーを印加して上記コー
ティングの温度を充分大きく変化させることにより、上
記材料の表面に測定可能な熱勾配を発生させ、ｂ）上記
コーティングへのエネルギーの印加を終了させ、ｃ）上
記コーティングの温度を監視することにより、上記コー
ティングの相異なる領域での加熱または冷却の速度の相
違を検出する段階を含むことを特徴とする方法。
（４）特許請求の範囲第（３）項記載の方法において、
毎秒１平方インチ（６．４５ｃｍ＾２）当り約２５００
ジュールの速度で上記コーティングにレーザ・エネルギ
ーを投射することによって上記コーティングの加熱が行
なわれる方法。