(57)【要約】      （修正有）【課題】母材に形成された母材劣化層を適切に除去することのできるガスタービンの翼の補修方法及び母材に形成された母材劣化層を適切に除去したガスタービンの翼を提供する。【解決手段】ガスタービンの翼の補修方法は、ガスタービンの翼の少なくとも一部の母材が露出するように遮熱コーティングを除去するステップＳ１と、露出した母材をエッチングする第１エッチングステップＳ２と、エッチングされた母材から、母材よりも硬い母材劣化層を特定する第１特定ステップＳ３と、特定された母材劣化層を除去する第１除去ステップＳ４と、第１特定ステップにおいて母材劣化層がないと判定された後、又は、第１除去ステップにおいて母材劣化層を除去した後に、露出した母材に遮熱コーティングを施工するステップＳ５とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの翼の少なくとも一部の母材が露出するように遮熱コーティングを除去するステップと、
露出した前記母材をエッチングする第１エッチングステップと、
エッチングされた前記母材から、前記母材よりも硬い母材劣化層を特定する第１特定ステップと、
特定された前記母材劣化層を除去する第１除去ステップと、
前記第１特定ステップにおいて前記母材劣化層がないと判定された後、又は、前記第１除去ステップにおいて前記母材劣化層を除去した後に、露出した前記母材に遮熱コーティングを施工するステップと
を含む、ガスタービンの翼の補修方法。
【請求項２】
前記遮熱コーティングを除去するステップの後に、露出した前記母材の残存肉厚を計測する第１計測ステップをさらに含み、
前記第１計測ステップにおいて計測された前記残存肉厚が予め設定された許容値以上の場合に、前記第１エッチングステップを行う、請求項１に記載のガスタービンの翼の補修方法。
【請求項３】
前記第１除去ステップの後に、
前記母材劣化層を除去した前記母材をエッチングする第２エッチングステップと、
エッチングされた前記母材から、前記母材劣化層を特定する第２特定ステップと、
特定された前記母材劣化層を除去する第２除去ステップと
を少なくとも１回繰り返す、請求項１または２に記載のガスタービンの翼の補修方法。
【請求項４】
前記第２エッチングステップの前に、前記母材劣化層を除去した前記母材の残存肉厚を計測する第２計測ステップをさらに含み、
前記第２計測ステップにおいて計測された前記残存肉厚が予め設定された許容値以上の場合に、前記第２エッチングステップを行う、請求項３に記載のガスタービンの翼の補修方法。
【請求項５】
前記遮熱コーティングを除去するステップの後に、蛍光Ｘ線により前記母材中の母材劣化層を調査するステップをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスタービンの翼の補修方法。
【請求項６】
母材と、
前記母材の表面に施工された遮熱コーティングと
を備え、
前記母材には、前記表面に対して凹んだ少なくとも１つのくぼみが形成され、該くぼみの最も深い部分の深度は２０μｍ以上である、ガスタービンの翼。
【請求項７】
前記母材の前記表面に面するように前記少なくとも１つのくぼみを視認した場合に、前記少なくとも１つのくぼみは、直径が１０ｍｍの仮想円を含むことができるように構成されている、請求項６に記載のガスタービンの翼。
【請求項８】
前記少なくとも１つのくぼみの表面には、前記母材よりも硬い母材劣化層が形成されていない、請求項６または７に記載のガスタービンの翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスタービンの翼の補修方法及びガスタービンの翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの動翼及び静翼は高温化で長時間使用されるので、エロージョン等により遮熱コーティングが消失すると、翼の母材が露出して、母材金属中のクロムやアルミニウム、チタンが窒化し、母材表面に窒化層が形成される。窒化層は母材よりも硬いため、延性が低下し、亀裂が生じるリスクがある。このため、窒化層を取り除く補修方法が必要となる。
【０００３】
窒化層を取り除く補修方法として従来は、母材をくり抜くこと等が行われていたが、形成された窒化層を適切に特定できなければ、窒化層が残存するおそれがある。特許文献１には、ニッケル基合金等で構成された構造部材に対して電解エッチングを行うことにより、当該構造部材のマクロ組織を現出させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６０６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された方法を用いれば、ガスタービンの翼の母材表面に形成された窒化層又は変質層のような母材劣化層を特定することができるものの、特許文献１には、ガスタービンの翼の母材表面に形成された母材劣化層を特定するために電解エッチングを行うことはもちろんのこと、母材劣化層の除去を行うことは記載も示唆もされていない。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、母材に形成された母材劣化層を適切に除去することのできるガスタービンの翼の補修方法及び母材に形成された母材劣化層を適切に除去したガスタービンの翼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の少なくとも１つの実施形態に係るガスタービンの翼の補修方法は、ガスタービンの翼の少なくとも一部の母材が露出するように遮熱コーティングを除去するステップと、露出した母材をエッチングする第１エッチングステップと、エッチングされた母材から、母材よりも硬い母材劣化層を特定する第１特定ステップと、特定された母材劣化層を除去する第１除去ステップと、第１特定ステップにおいて母材劣化層がないと判定された後、又は、第１除去ステップにおいて母材劣化層を除去した後に、露出した母材に遮熱コーティングを施工するステップとを含む。この構成によると、遮熱コーティングを除去して露出した母材をエッチングすることにより、窒化層や変質層のような母材劣化層を確実に特定できるので、母材に形成された母材劣化層を適切に除去することができる。
【０００８】
本開示の少なくとも１つの実施形態では、遮熱コーティングを除去するステップの後に、露出した母材の残存肉厚を計測する第１計測ステップをさらに含み、第１計測ステップにおいて計測された残存肉厚が予め設定された許容値以上の場合に、第１エッチングステップを行ってもよい。残存肉厚が許容値を下回る場合には、母材劣化層を除去している間に、それ以降のステップを行えなくなる事態が生じる可能性がある。これに対し、この構成によると、残存肉厚を測定することにより、予め各ステップを行えるか否かを判断することができるので、補修の二度手間が生じることを抑制できる。
【０００９】
本開示の少なくとも１つの実施形態では、第１除去ステップの後に、母材劣化層を除去した母材をエッチングする第２エッチングステップと、エッチングされた母材から、母材劣化層を特定する第２特定ステップと、特定された母材劣化層を除去する第２除去ステップとを少なくとも１回繰り返してもよい。この構成によると、母材劣化層を確実に除去することができる。
【００１０】
本開示の少なくとも１つの実施形態では、第２エッチングステップの前に、母材劣化層を除去した母材の残存肉厚を計測する第２計測ステップをさらに含み、第２計測ステップにおいて計測された残存肉厚が予め設定された許容値以上の場合に、第２エッチングステップを行ってもよい。この構成よると、残存肉厚を測定することにより、予め各ステップを行えるか否かを判断することができるので、補修の二度手間が生じることを抑制できる。
【００１１】
本開示の少なくとも１つの実施形態では、遮熱コーティングを除去するステップの後に、蛍光Ｘ線により母材中の母材劣化層を調査するステップをさらに含んでもよい。この構成によると、エッチングを行う前に母材劣化層の有無を確認できる。
【００１２】
本開示の少なくとも１つの実施形態に係るガスタービンの翼は、母材と、母材の表面に施工された遮熱コーティングとを備え、母材には、表面に対して凹んだ少なくとも１つのくぼみが形成され、くぼみの最も深い部分の深度は２０μｍ以上である。上記ガスタービンの翼の補修方法によって母材劣化層を除去したガスタービンの翼は、このような構成を有している。
【００１３】
本開示の少なくとも１つの実施形態では、母材の表面に面するように少なくとも１つのくぼみを視認した場合に、少なくとも１つのくぼみは、直径が１０ｍｍの仮想円を含むことができるように構成することができる。また、少なくとも１つのくぼみの表面には、母材よりも硬い母材劣化層が形成されていない。
【発明の効果】
【００１４】
本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、遮熱コーティングを除去して露出した母材をエッチングすることにより、窒化層や変質層のような母材劣化層を確実に特定できるので、母材に形成された母材劣化層を適切に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示の一実施形態に係るガスタービンの翼の補修方法で補修される翼表面近傍の断面の模式図である。
【図２】本開示の一実施形態に係るガスタービンの翼の補修方法のフローチャートである。
【図３】本開示の一実施形態に係るガスタービンの翼の補修方法においてエッチングされた母材の表面の一例を示す模式図である。
【図４】本開示の一実施形態に係るガスタービンの翼の補修方法によって母材劣化層を除去したガスタービンの翼の一部の構成を示す図である。
【図５】本開示の別の実施形態に係るガスタービンの翼の補修方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
図１に示されるように、ガスタービンの翼１は、母材２の表面２ａ上に遮熱コーティング３が施工されている。遮熱コーティング３は、母材２の表面２ａ上に溶射施工された金属結合層であるボンドコート層４と、ボンドコート層４上に溶射施工されたセラミックス層であるトップコート層５とを含んでいる。尚、本開示では、翼１は、動翼であってもよいし、静翼であってもよい。また、ガスタービンの形式及び段数も特に限定されない。また、翼１の材質は、例えばＮｉ基合金やＣｏ基合金であってもよく、特に限定されるものではない。
【００１８】
翼１の使用中にエロージョン等によって遮熱コーティング３が消失すると、窒化層や変質層のような母材よりも硬い母材劣化層が表面２ａに形成される。母材劣化層から亀裂が発生するおそれがあるので、母材劣化層を除去する補修が必要となる。次に、母材劣化層を除去するための本開示の一実施形態に係るガスタービンの翼の補修方法を、図１及び図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００１９】
ステップＳ１において、母材２の表面２ａから遮熱コーティング３を除去する。ステップＳ１では、まず上層のトップコート層５を、例えばブラストによって除去する。トップコート層５の除去が終了したら、例えば酸洗剥離によってボンドコート層４を除去する。
【００２０】
ステップＳ１で母材２の表面２ａの少なくとも一部から遮熱コーティング３を除去したら、表面２ａをエッチングする（ステップＳ２：第１エッチングステップ）。表面２ａをエッチングする方法は特に限定しないが、例えば、母材２を陽極とするとともに母材２とは別の金属を陰極として両極を対向配置させ、両極間にエッチング液を介在させて電圧を印加する電解エッチングであってもよい。電解エッチングの条件は例えば、エッチング液として４０〜７０％の硝酸水を用いてもよく、電圧を１．０〜３．０Ｖ、電流を０．０５〜１．０Ａ、印加時間を６０〜９０秒としてもよい。
【００２１】
次に、エッチングされた母材２から母材劣化層を特定する（ステップＳ３：第１特定ステップ）。図３に示されるように、母材２の表面２ａに母材劣化層が形成されていると、母材劣化層が形成されていない部分と異なる色の範囲（網掛け部分Ａ）が表面２ａに表れる。すなわち、網掛け部分Ａは、母材劣化層が形成されている部分に相当する。ステップＳ３で母材劣化層が形成されていないと判定した場合は、後述するステップＳ５に移行する。一方、ステップＳ３で母材劣化層が形成されていると判定され、その位置が特定されたら、例えばグラインダーで研磨することでその部分を除去する（ステップＳ４：第１除去ステップ）。
【００２２】
ステップＳ３で母材劣化層が除去されたら、母材２の表面２ａに遮熱コーティング３を施工する（ステップＳ５）。具体的には、母材２の表面２ａをブラスト施工してミクロな凹凸を形成した後、ボンドコート層４を表面２ａ上に施工し、ボンドコート層４の上にトップコート層５を施工する。続いて、翼１を熱処理炉を用いて８５０℃で所定の時間拡散熱処理を行い（ステップＳ６）、本開示の補修方法を終了する。
【００２３】
図４において断面図に示されるように、上記補修方法によって母材劣化層が除去された翼１には、その母材２の表面２ａに対して凹んだくぼみ１０が形成されている。母材２から母材劣化層を除去した部分がくぼみ１０に相当する。くぼみ１０の最も深い部分１１の深度Ｄは２０μｍ以上である。通常、母材２の表面２ａは完全に平坦とはなっておらず、ミクロな凹凸が存在する。しかし、母材劣化層を除去することによって形成されたくぼみ１０は、このようなミクロな凹凸中の凹んだ部分よりも明らかに深く凹んだ部分を有している。このため、上記補修方法によって母材劣化層が除去された翼１でなければ通常は、最も深い部分１１の深度Ｄが２０μｍ以上のくぼみ１０が母材２に形成されることはない。
【００２４】
また、図４において母材２の表面２ａに面するようにくぼみ１０を視認した平面図では、くぼみ１０は、直径が１０ｍｍの仮想円Ｃを含むことができるように構成されている。母材劣化層は通常は不規則な形状を有しているものの、母材劣化層の形状に沿って除去することはせず、母材劣化層を全て含む円形又は楕円形若しくはそれに近似した形状の領域を除去する。このため、くぼみ１０は、表面２ａに対して、直径が１０ｍｍの仮想円Ｃを含むことができるようなサイズで構成される。尚、当然ではあるが、くぼみ１０の表面１２には、母材劣化層が形成されていない。図４には、母材２に１つのくぼみ１０のみが形成されているが、母材劣化層の除去作業に応じて、２つ以上のくぼみ１０が形成されることもある。
【００２５】
このように、遮熱コーティング３を除去して露出した母材２をエッチングすることにより、窒化層や変質層のような母材劣化層を確実に特定できるので、母材２に形成された母材劣化層を適切に除去することができる。
【００２６】
図５に、本開示の別の実施形態に係るガスタービンの翼の補修方法のフローチャートを示す。尚、この実施形態において、図２のフローチャートに示されるステップと同じステップについては同じステップ番号を付すとともに、以下の説明においてそのステップの詳細な説明は省略する。
【００２７】
図５のフローチャートに示される別の実施形態では、ステップＳ１の後に、低温の熱処理によって、母材２の表面２ａ上にボンドコート層４が残存しているか否かを確認してもよい（ステップＳ１１）。この工程では例えば、加熱着色（ヒートティント）を実施して確認する。ボンドコート層４の残存を確認した場合には、例えばグラインダーで研磨することで残存部を除去することができる（ステップＳ１２）。
【００２８】
ステップＳ１１においてボンドコート層４の残存が確認できなかった場合、又は、ステップＳ１２の終了後、蛍光Ｘ線により母材２中の母材劣化層を調査してもよい（ステップＳ１３）。このステップによって、母材劣化層の有無を確認できる。尚、蛍光Ｘ線による母材劣化層の有無の確認は一例に過ぎず、母材劣化層の有無を確認できれば、他の方法を用いてもよい。
【００２９】
ステップＳ１３の終了後、超音波により母材２の残存肉厚を計測してもよい（ステップＳ１４：第１計測ステップ）。尚、母材２の残存肉厚の計測は超音波によることに限定するものではなく、その他の公知の方法で計測してもよい。ステップＳ１４では、計測した残存肉厚と予め設定された許容値とを比較する。計測した残存肉厚が許容値以上の場合には、ステップＳ２に移行する。
【００３０】
一方、計測した残存肉厚が許容値を下回る場合には、翼１を廃却するか、くり抜き等の従来の補修方法を行うかを検討する（ステップＳ１５）。残存肉厚が許容値を下回る場合には、母材劣化層を除去している間に、それ以降のステップを行えなくなる事態が生じる可能性がある。これに対し、残存肉厚を測定することにより、予め各ステップを行えるか否かを判断することができるので、補修の二度手間が生じることを抑制できる。
【００３１】
ステップＳ２の次にステップＳ３に移行し、ステップＳ３における判定結果次第でステップＳ４に移行する動作、又は、ステップＳ４をスキップしてステップＳ５及びＳ６を行う動作は、図２のフローチャートに示される実施形態と同じである。一方で、この実施形態では、ステップＳ４の終了後、超音波により母材２の残存肉厚を計測してもよい（ステップＳ１６：第２計測ステップ）。ステップＳ１６における残存肉厚の測定もステップＳ１４と同様に、超音波によることに限定するものではなく、その他の公知の方法で計測してもよい。
【００３２】
ステップＳ１６では、計測した残存肉厚と予め設定された許容値とを比較する。計測した残存肉厚が許容値以上の場合には、表面２ａをエッチングする（ステップＳ１７：第２エッチングステップ）。第２エッチングステップにおいて表面２ａをエッチングする方法も特に限定するものではなく、第１エッチングステップと同じ方法を用いてもよいし、公知の別の方法を用いてもよい。一方、計測した残存肉厚が許容値を下回る場合には、ステップＳ１５に移行する。この場合も、ステップＳ１４と同様に、補修の二度手間が生じることを抑制できる。
【００３３】
次に、ステップＳ１７でエッチングされた母材２から母材劣化層を特定する（ステップＳ１８：第２特定ステップ）。ステップＳ１７で母材劣化層が形成されていないと判定した場合はステップＳ５に移行する。ステップＳ５以降の動作は、図２のフローチャートに示される実施形態と同じである。一方、ステップＳ１７で母材劣化層が形成されていると判定された場合は、ステップＳ４に戻る。このように母材劣化層が完全に除去されるまで、ステップＳ４及びＳ１６〜Ｓ１８の動作を２回以上繰り返してもよい。これにより、母材劣化層を確実に除去することができる。
【００３４】
尚、図６のフローチャートに示される別の実施形態において、図２のフローチャートに示される実施形態に対して追加されたステップＳ１１〜Ｓ１８を全て行わなくてはならないわけではない。ステップＳ１１〜Ｓ１８の一部のステップのみを行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  翼
２  母材
２ａ  （母材の）表面
３  遮熱コーティング
４  ボンドコート層
５  トップコート層
１０  くぼみ
１１  （くぼみの）最も深い部分
１２  （くぼみの）表面
Ａ  網掛け部分（母材劣化層が形成されている部分）
Ｃ  仮想円
Ｄ  （くぼみの最も深い部分の）深度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020197190.tif 000006
【図５】
2020197190.tif 000007