(57)【要約】      （修正有）【課題】目視、カメラによる観察で容易に遮熱コーティングと金属基材との界面の製造時の欠陥または運転時の損傷を判別する遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法を提供する。【解決手段】金属基材１３と一体に形成した遮熱コーティング皮膜５の表面を赤熱するまで加熱させ、この遮熱コーティング皮膜５の表面の色または輝度によって遮熱コーティング皮膜の欠陥または損傷を評価することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と一体に形成した遮熱コーティング皮膜の表面を赤熱するまで加熱させ、この遮熱コーティング皮膜の表面の色または輝度によって遮熱コーティング皮膜の欠陥または損傷を評価することを特徴とする遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法。
【請求項２】
前記遮熱コーティング皮膜の表面の色が前記遮熱コーティング皮膜の表面が赤熱した温度よりも高い白熱した色または輝度であり、この白熱した色または輝度の領域をコーティング皮膜と基材の界面に欠陥または損傷がある領域として判別することを特徴とする請求項１記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法。
【請求項３】
前記遮熱コーティング皮膜の表面には黒体となる塗料を塗布して熱の吸収量を増加させることを特徴とする請求項１または２記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法。
【請求項４】
前記遮熱コーティング皮膜の表面側を加熱し、金属基材の裏面側を冷却して前記遮熱コーティング皮膜の表面側の温度を制御することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法。
【請求項５】
前記遮熱コーティング皮膜の表面の加熱と加熱の停止を繰り返すことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法。
【請求項６】
前記遮熱コーティング皮膜の表面の加熱はレーザ光の照射で成され、このレーザ光は前記遮熱コーティング皮膜に対して斜めから照射されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法。
【請求項７】
金属基材と一体に形成した遮熱コーティング皮膜の表面を赤熱するまで加熱させる加熱装置と、この遮熱コーティング皮膜の表面の色または輝度によって遮熱コーティング皮膜の欠陥量または損傷量を評価する欠陥量または損傷量評価装置とを有することを特徴とする遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置。
【請求項８】
この遮熱コーティング皮膜の表面の色または輝度はカメラで撮像して得られることを特徴とする請求項７記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置。
【請求項９】
前記カメラには減光フィルターが装着されていることを特徴とする請求項８記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置。
【請求項１０】
前記加熱装置はレーザ光照射装置からなり、このレーザ照射装置には、カレイドスコープまたはビームシェイパーのいずれかひとつが設けられていることを特徴する請求項７から請求項９の何れか１項記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置。
【請求項１１】
前記レーザ光照射装置から照射されるレーザ光はコーティング皮膜に対して斜めに照射されることを特徴とする請求項７から請求項１０の何れか１項記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置。
【請求項１２】
前記遮熱コーティング層の表面側を加熱する加熱機構と、前記金属基材側を冷却して前記遮熱コーティング層の表面側の温度を制御する冷却機構とを設けたことを特徴とする請求項７から請求項１１の何れか１項記載の遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高温環境で使用される機器を非破壊で評価する遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法および評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遮熱コーティングと金属基材との界面欠陥を検出する方法として、例えば界面欠陥が断熱となることを利用して、加熱器（ヒーターやランプ）で加熱したときの温度分布を放射温度計（サーモグラフィー）により計測するサーモグラフィー法が知られている。このサーモグラフィー法では、加熱源の制約から、可視光では変化が生じず、赤外線でしか変化が見いだせない状態であった。
【０００３】
一方、加熱源としてレーザ光を用いる方法もあるが、赤外線カメラによりコーティング皮膜の表面温度分布に応じた赤外線の強度分布を測定しており、これもサーモグラフィー法の範囲であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５７７６４号公報
【特許文献２】特開２０００−２０６１００号公報
【特許文献３】特開２００１−１０８６４３号公報
【特許文献４】特開２０１３−２４６０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、ヒータやランプ、レーザ光のいずれの加熱源においても、コーティング皮膜の表面温度分布や赤外線強度分布を測定する方法を採用している。こうした方法を用いる赤外線を検出する機器には、検出感度、検出レベル、放射率の設定など制約が多いという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、目視、カメラによる観察で容易に遮熱コーティングと金属基材との界面の製造時の欠陥または運転時の損傷を判別できるコーティング皮膜の欠陥損傷評価装置と、本装置を用いてコーティング皮膜の熱サイクル試験を行うコーティング皮膜の欠陥損傷評価方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価方法は、コーティング皮膜を金属基材と一体に形成した耐熱コーティング部材の遮熱コーティング皮膜の表面を赤熱するまで加熱させ、この遮熱コーティング皮膜の表面の色によって遮熱コーティング皮膜の欠陥量または損傷量を評価することを特徴とする。
【０００８】
また、本実施形態に係る遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置は、コーティング皮膜を金属基材と一体に形成した耐熱コーティング部材の遮熱コーティング皮膜の表面を赤熱するまで加熱させる加熱装置と、この遮熱コーティング皮膜の表面の色によって遮熱コーティング皮膜の欠陥量または損傷量を評価する欠陥量または損傷量評価装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、目視、カメラによる観察で容易に遮熱コーティングと金属基材との界面の製造時の欠陥または運転時の損傷を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置の概略縦断面図、（ｂ）はレーザ照射を示す平面図。
【図２】第２の実施形態を示し、（ａ）は遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置の概略縦断面図、（ｂ）はレーザ照射を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置および評価方法について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１（ａ）に遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置の第１の実施形態である概略縦断面図を示す。
【００１３】
同図に示すように、光ファイバー１より伝送され、照射ヘッド２に内蔵されたビームシェイパー３によりレーザ光４が、遮熱コーティング皮膜５表面に照射される。このレーザ光４はビームシェイパー（結合光学素子）３でビーム形状が成形され、この成形されたレーザ光４のレーザ照射部６は図１（ｂ）に示すように円形に形成され、レーザ照射部６全体でほぼ均一なエネルギー分布となる。
【００１４】
この状態で、レーザ出力を増加させ、遮熱コーティング皮膜５表面のレーザ照射部６が赤熱するまで加熱することで、遮熱コーティング皮膜５と金属基材１３の界面の製造時の欠陥または運転による損傷（以下、欠陥損傷と省略する。）７がある部分８が断熱層となるため金属基材１３に熱が逃げづらくなり温度が上昇して白熱し、その色や輝度を確認して目視観察９で欠陥損傷を判別できる。
【００１５】
先に指摘したエネルギー分布が均一なレーザ光４を用いるのは、この白熱部８が、エネルギー分布の不均一によるものではなく、遮熱コーティング皮膜５と金属基材１３の界面の欠陥損傷によるものに限定するためである。また、目視観察９では記録に残らないため、カメラ１０を用いる場合もある。
【００１６】
白熱部８の輝度は高いため、減光フィルター１１をカメラ１０に装着する。レーザ光４の波長や遮熱コーティング皮膜５の種類により、レーザ光４の吸収率が低い場合は、耐熱性の黒体１２を含む塗料を遮熱コーティング皮膜５の表面に塗布する。また、吸収されずに反射したレーザ光４によって光ファイバー１を損傷させないため、レーザ光４は遮熱コーティング皮膜５の表面に対して斜めに照射する。
【００１７】
金属基材１３裏面を冷却孔１４内を流通する冷却水で冷却し、板厚方向に温度勾配をつけることで、遮熱コーティング皮膜５の表面の温度が制御でき、遮熱コーティング皮膜５の表面の温度を一定に保つことで、遮熱コーティング皮膜５と金属基材１３の界面の欠陥損傷７により生じる白熱部８がより明確となり、欠陥損傷７を発見しやすくなる。
【００１８】
なお、上記カメラ１０による損傷欠陥評価は白熱部８の輝度を予め定めた所定値以上で、または白熱部８の色が所定の波長の色として検出された場合に損傷欠陥と自動で損傷量評価装置によって判定することも可能である。よって、より容易に欠陥損傷を発見しやすくすることができる。
【００１９】
具体的な例を以下に示す。
【００２０】
実施例１で用いた遮熱コーティング皮膜５は溶射によって形成した部分安定化ジルコニアからなる遮熱コーティング皮膜であり、金属基材１３はＮｉ基合金であり、その中間のボンドコート１５はＭＣｒＡｌＹ（ＭはＮｉおよびＣｏから選ばれる少なくとも一方）である。遮熱コーティング皮膜５表面に黒体１２（放射率：約１００％）を塗布し、レーザ光４の吸収率を増加させることで、出力１００〜３００Ｗ程度の約１〜２分間のレーザ光４の照射で遮熱コーティング皮膜５の表面温度は８００〜１２００℃程度になり、遮熱コーティング皮膜５表面は赤熱する。
【００２１】
遮熱コーティング皮膜５界面の欠陥７は断熱層となるため、その部分の遮熱コーティング皮膜は１２００℃を越え、白熱する様子が目視でも確認できる。なお、図１ではボンドコート１５を形成した例を示したが、このボンドコート１５を省略した場合、またこのボンドコート１５と金属基材１３の間にさらに保護層を設けても上記実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００２２】
また、８００〜１２００℃程度の遮熱コーティング皮膜５の表面温度は、ガスタービンの動静翼などと同レベルもしくはそれ以上の加速条件となる。加熱手段であるレーザ光の照射・停止を繰り返すことで、熱サイクル試験を行うことができる。また、白熱部の様子を観察することで、遮熱コーティング皮膜の断面マクロを観察せずとも、遮熱コーティング皮膜界面の欠陥が成長する様子を確認することもできる。
【００２３】
なお、加熱手段としてレーザ光４を用いる例を示したが、ガス炎、電気ヒータを使用することも可能である。
【００２４】
（実施例２）
図２（ａ）に遮熱コーティング皮膜欠陥損傷評価装置の第２の実施形態である概略縦断面図を示す。なお、図２において図１と同一部分には同一符号を付してその部分の構成の説明は省略する。
【００２５】
図２（ａ）において、照射ヘッド２には光学系のカレイドスコープ２０が内蔵されている。このカレイドスコープ２０で、成形されたレーザ照射部６は図２（ｂ）に示すように四角になり、レーザ光４の強度分布は均一となる。
【００２６】
よって、実施例１と同様にこの状態で、レーザ出力を増加させ、遮熱コーティング皮膜５表面のレーザ照射部６が赤熱するまで加熱することで、遮熱コーティング皮膜５と金属基材１３の界面の製造時の欠陥または運転による損傷（以下、欠陥損傷と省略する。）７がある部分８が断熱層となるため金属基材１３に熱が逃げづらくなり温度が上昇して白熱し、目視観察９で容易に欠陥損傷を判別することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１…  光ファイバー
２…  照射ヘッド
３…  ビームシェイパー
４…  レーザ光
５…  遮熱コーティング皮膜
６…  レーザ光照射部
７…  界面の欠陥
８…  白熱部
９…  目視観察
１０…  カメラ
１１…  減光フィルター
１３…  金属基材
１４…  冷却孔
２０…  カレイドスコープ
【図１】
2016020875.tif 000003
【図２】
2016020875.tif 000004