| 【発明の名称】 |
人工欠陥を有した遮熱層の形成方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】鳥越 泰治
【氏名】青木 素直
【氏名】岡田 郁生
【氏名】高橋 孝二
【氏名】大原 稔
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、ＴＢＣの人工欠陥を厚さや形状を変えて製作でき、実機における欠陥検出限界を求めることを課題とする。
【解決手段】母材１１上にアンダーコート層１２を形成する工程と、このアンダーコート層１２上にトップコート層１３ａを形成する工程と、人工欠陥形成予定部を除く前記トップコート層１３ａ上にマスク材１４を形成する工程と、マスク材から露出する前記トップコート層上に人工欠陥形成部材１５を形成する工程と、前記マスク材１４を除去した後、全面に再度トップコート層１３ｂを形成する工程と、前記人工欠陥形成部材１５を消失させてトップコート層１３ｂに人工欠陥１６を形成する工程とを具備することを特徴とする人工欠陥を有した遮熱層の形成方法。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 母材上にアンダーコート層を形成する工程と、このアンダーコート層上にトップコート層を形成する工程と、人工欠陥形成予定部を除く前記トップコート層上にマスク材を形成する工程と、マスク材から露出する前記トップコート層上に人工欠陥形成部材を形成する工程と、前記マスク材を除去した後、全面に再度トップコート層を形成する工程と、前記人工欠陥形成部材を消失させてトップコート層に人工欠陥を形成する工程とを具備することを特徴とする人工欠陥を有した遮熱層の形成方法。
【請求項２】 人工欠陥形成部材としてＡｌを蒸着又は溶射により堆積し、かつトップコート層の形成後に水酸化ナトリウムで堆積したＡｌを溶解することにより人工欠陥を形成することを特徴とする請求項１記載の人工欠陥を有した遮熱層の形成方法。
【請求項３】 人工欠陥形成部材としてカーボンを塗布し、かつトップコート層の形成後に大気中で前記カーボンを焼くことにより人工欠陥を形成することを特徴とする請求項１記載の人工欠陥を有した遮熱層の形成方法。
【請求項４】 人工欠陥形成部材として樹脂を塗布又は溶射し、かつトップコート層の形成後に大気中で前記樹脂を焼くことにより人工欠陥を形成することを特徴とする請求項１記載の人工欠陥を有した遮熱層の形成方法。
【請求項５】 前記トップコート層の厚みは１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の人工欠陥を有した遮熱層の形成方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は人工欠陥を有した遮熱層の形成方法に関し、詳しくは産業用ガスタービン、ジェットエンジンなどの高温部品である動翼等に形成される遮熱層の欠陥検出限界を求めるのに適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】周知の如く、ガスタービン等に使用される動翼（タービン翼）としては、図２に示す構成のものが知られている。ところで、こうしたタービン翼は高温で長時間使用されるため、その表面には遮熱コーティング（ＴＢＣ）が施されている。ここで、ＴＢＣのトップコート層にはセラミックが使用されているが、その耐久性、信頼性及び健全性の評価が重要である。
【０００３】ところで、ＴＢＣでは、一般にアンダーコート層に近いトップコート層内で剥離が生じることが知られている。現在、ＴＢＣの剥離検出には、赤外線サーモグラフィー法が検討されているが、このＴＢＣのトップコート層の剥離に関して、欠陥を人工的に製作することは難しく、トップコート層の欠陥検出限界を求めることができなかった。
【０００４】図３は、図２に示すタービン翼１の剥離部Ｘの断面図を示す。図３に示すように、トップコート層２は、母材３上にアンダーコート層４を介して形成されている。前記剥離部１は、初期には全く発生しないが、長時間運転するにつれてアンダーコート層２に近いトップコート層２内にき裂５が生じ、これに起因して剥離へと進む。図５は、母材３、アンダーコート層４及びトップコート層２の初期状態の断面を顕微鏡（×１００倍）で撮影した金属組織の写真を示す。
【０００５】また、図６は、母材３、アンダーコート層４及びトップコート層２の剥離直前の断面を顕微鏡（×１００倍）で撮影した金属組織の写真を示す。図４及び図５より、初期では発生しない剥離が、タービン翼の長時間運転につれて発生することが確認された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情を考慮してなされたもので、母材上にアンダーコート層、薄いトップコート層を順次形成し、人工欠陥形成予定部を除く前記トップコート層上にマスク材を形成し、マスク材から露出する前記トップコート層上に人工欠陥形成部材を形成し、マスク材を除去した後全面に厚い再度トップコート層を形成した後、人工欠陥形成部材を消失させてトップコート層に人工欠陥を形成する構成とすることにより、実機の場合にきわめて近い人工欠陥を厚さや形状を変えて製作でき、実機における欠陥検出限界を求めることができる人工欠陥を有した遮熱層の形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、母材上にアンダーコート層を形成する工程と、このアンダーコート層上にトップコート層を形成する工程と、人工欠陥形成予定部を除く前記トップコート層上にマスク材を形成する工程と、マスク材から露出する前記トップコート層上に人工欠陥形成部材を形成する工程と、前記マスク材を除去した後、全面に再度トップコート層を形成する工程と、前記人工欠陥形成部材を消失させてトップコート層に人工欠陥を形成する工程とを具備することを特徴とする人工欠陥を有した遮熱層の形成方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳細に説明する。本発明において、人工欠陥の形成手段としては、１）人工欠陥形成箇所に人工欠陥形成部材（例えばＡｌ）を選択的に蒸着又は溶射により堆積し、かつトップコート層の形成後に水酸化ナトリウムで堆積したＡｌを溶解することにより形成方法（実施例１参照）、２）人工欠陥形成箇所に人工欠陥形成部材（例えばカーボン）を選択的に塗布し、かつトップコート層の形成後に大気中で前記カーボンを焼くことにより形成する方法（実施例２参照）、３）人工欠陥形成箇所に人工欠陥形成部材（例えば樹脂）を選択的に塗布又は溶射し、かつトップコート層の形成後に大気中で前記樹脂を焼くことにより形成する方法（実施例３参照）、が挙げられる。
【０００９】本発明において、トップコート層の厚みは１０〜５０μｍであることが好ましい。これは、実機におけるき裂などの欠陥が一般に上記範囲で形成されるからである。これにより、より実機の欠陥により近い供試体を得ることができる。
【００１０】本発明によれば、例えば図４に示すように、母材１１にアンダーコート層１２を介して該アンダーコート層１２近傍に空洞部（人工欠陥）１６を有したトップコート層１３を形成された供試体を得ることができる。なお、人工欠陥１６の厚さ（高さ）や形状は図示されたものに限らず、人工欠陥形成部材の堆積状況により種々の形状の人工欠陥を形成することができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る人工欠陥を有した遮熱層の形成方法について図面を参照して説明する。なお、下記実施例で述べる各部材の材料、数値等は一例を示すもので、本発明の権利範囲を特定するものではない。
【００１２】（実施例１）図１（Ａ）〜（Ｄ）を参照する。まず、Ｎｉ系合金からなる母材１１上に、例えばＭＣｒＡｌＹ（Ｎｉ又はＣｏの少なくとも一方を含む合金）からなる極薄いアンダーコート層（厚さ約１００μｍ）１２を形成した。次に、前記アンダーコート層１２上にＺｒＯ２からなるトップコート層（厚さ約１０μｍ程度）１３ａを形成した。つづいて、人工欠陥形成予定部を除く前記トップコート層１３ａ上に例えば樹脂からなるマスク材１４を形成した（図１（Ａ）参照）。次いで、全面に人工欠陥形成部材例えばＡｌを蒸着し、Ａｌ層１５を形成した(図１（Ｂ）)参照）。
【００１３】次に、前記マスク材１４を除去した後、全面に再度厚いトップコート層（厚さ３００μｍ）１３ｂを形成した（図１（Ｃ）参照）。ここで、前記トップコート層１３ａ，１３ｂを総称してトップコート層１３と呼ぶ。つづいて、ＮａＯＨ中に浸漬し化学反応により前記Ａｌ層１５を溶解して消失させ、アンダーコート層１２との近傍のトップコート層１３に空洞部（平面形状が円形の人工欠陥）１６を形成した（図１（Ｄ）参照）。
【００１４】このように実施例１では、母材１１上にアンダーコート層１２、約１０μｍ程度の極薄いトップコート層１３ａを順次形成し、人工欠陥形成予定部を除く前記トップコート層１３ａ上にマスク材１４を形成した後、全面にＡｌを蒸着してＡｌ層１５を形成し、更にマスク材１４を除去した後、全面に再度トップコート層１３ｂを形成してトップコート層１３とし、ＮａＯＨ中で前記Ａｌ層１５を溶解して消失させるため、アンダーコート層１２との近傍のトップコート層１３に人工欠陥１６を形成することができる。従って、ＴＢＣの人工欠陥を厚さや形状を変えて製作でき、欠陥検出限界を求めることができる。
【００１５】事実、Ａｌ蒸着、ＮａＯＨによる溶解で試作した供試体の断面ミクロ組織は、図７（顕微鏡写真の模式図、目標欠陥サイズ：φ１０ｍｍ）に示すようになった。なお、図７中の端部における厚みは、アンダーコート層：２０μｍ（Ｔ１）、人工欠陥：１２５μｍ（Ｔ２）、トップコート層：２８０μｍ（Ｔ３）であった。
【００１６】なお、上記実施例１では、マスク材を介してＡｌを蒸着する場合について述べたがこれに限らず、溶射してもよい。また、マスク材も樹脂に限らず、ステレンレス等でもよい。
【００１７】（実施例２）本実施例２は、実施例１と比べ、Ａｌ蒸着の代わりにカーボンを塗布すること、及び再度厚いトップコート層１３ｂを形成した後例えば５００℃、大気中でカーボンを焼いて空洞部とすることを除いて、実施例１と同様な工程で人工欠陥を作ることを特徴とする。実施例２によれば、実施例１と同様な効果を有する。
【００１８】(実施例３)本実施例３は、実施例１と比べ、Ａｌ蒸着の代わりにポリエステル等の樹脂を塗布（又は溶射）すること、及び再度厚いトップコート層１３ｂを形成した後例えば５００℃、大気中でカーボンを焼いて空洞部とすることを除いて、実施例１と同様な工程で人工欠陥を作ることを特徴とする。実施例３によれば、実施例１と同様な効果を有する。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、実機の場合にきわめて近い人工欠陥を厚さや形状を変えて製作でき、実機における欠陥検出限界を求めることができる人工欠陥を有した遮熱層の形成方法を提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年６月１２日（２００１．６．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外５名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３６１１６６（Ｐ２００２−３６１１６６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１２月１７日（２００２．１２．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１７７４１０（Ｐ２００１−１７７４１０） |
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