(57)【要約】【課題】一方向凝固合金や単結晶合金などの結晶制御合金からなる基材の損傷を非破壊的に正確に評価できる基材評価方法を提供する。【解決手段】実施形態の基材評価方法は、評価対象部材における基材の特性を評価する方法に関する。評価対象部材は、弾性特性に異方性を有する基材と、この基材の表面に設けられる被膜とを有する。実施形態の基材評価方法は、基材の情報を含み、かつ基材に対して特定の方向に伝播する表面弾性波を利用して、基材の特性を評価する。【選択図】図５
2016200493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性特性に異方性を有する基材と、この基材の表面に設けられる被膜とを有する評価対象部材における前記基材の特性を評価する方法であって、
前記基材の情報を含み、かつ前記基材に対して特定の方向に伝播する表面弾性波を利用して、前記基材の特性を評価することを特徴とする基材評価方法。
【請求項２】
弾性特性に異方性を有する基材と、この基材の表面に設けられる複数の被膜とを有する評価対象部材における前記基材の特性を評価する方法であって、
最上層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速から、最上層の被膜から最下層の被膜までの情報を含む表面弾性波の音速まで、前記被膜の層数と同数の表面弾性波の音速を計測する被膜計測ステップと、
前記被膜計測ステップにおいて計測された表面弾性波の音速を用いて、１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速を決定する被膜音速決定ステップと、
前記被膜の全体および前記基材の情報を含む表面弾性波の音速を計測する基材計測ステップと、
前記被膜音速決定ステップにおいて決定された１層の情報のみを含む表面弾性波の音速と、前記基材計測ステップにおいて計測された前記被膜の全体および前記基材の情報を含む表面弾性波の音速とを用いて、前記基材の情報のみを含む表面弾性波の音速を決定する基材音速決定ステップと、
前記基材の構成材料について表面弾性波の音速と特性との関係を求める材料特性評価ステップと、
前記基材音速決定ステップにおいて決定された表面弾性波の音速と、前記材料特性評価ステップにおいて求められた関係とから、前記基材の特性を評価する基材特性評価ステップと、
を有し、
前記基材計測ステップにおいて、前記基材に対して特定の方向に伝播する表面弾性波の音速を計測することを特徴とする基材評価方法。
【請求項３】
前記被膜音速決定ステップは、
任意に入力される１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速と、既に決定された１層の情報のみを含む表面弾性波の音速とを用いて、これらの被膜の情報を含む表面弾性波の音速をシミュレーションにより求める被膜シミュレーションステップと、
前記被膜シミュレーションステップにおいて求められた表面弾性波の音速と、前記被膜計測ステップにおいて計測され、前記被膜シミュレーションステップと同範囲の被膜の情報を含む表面弾性波の音速とを比較する被膜音速比較ステップと、
を有することを特徴とする請求項２記載の基材評価方法。
【請求項４】
前記基材音速決定ステップは、
既に決定された１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速と、任意に入力される基材の情報のみを含む表面弾性波の音速とを用いて、前記被膜の全体および前記基材の情報を含む表面弾性波の音速をシミュレーションにより求める基材シミュレーションステップと、
前記基材シミュレーションステップにより求められた表面弾性波の音速と、前記基材計測ステップにおいて計測された表面弾性波の音速とを比較する基材音速比較ステップとを、
有することを特徴とする請求項２または３記載の基材評価方法。
【請求項５】
前記基材計測ステップにおいて直線集束型音響レンズを用いて計測を行うことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の基材評価方法。
【請求項６】
前記基材計測ステップにおいて、点集束型音響レンズと、前記基材と前記点集束型音響レンズとの間に配置され、前記基材に対して特定の方向に伝播する表面弾性波を通過させる部材とを用いて計測を行うことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載の基材評価方法。
【請求項７】
前記基材が析出強化型の金属材料からなることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項記載の基材評価方法。
【請求項８】
前記基材が一方向凝固合金からなり、前記基材計測ステップにおいて、前記一方向凝固合金における凝固方向に伝播する表面弾性波の音速を計測することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項記載の基材評価方法。
【請求項９】
前記基材が単結晶合金からなり、前記基材計測ステップにおいて、前記単結晶合金における結晶の成長方向に伝播する表面弾性波の音速を計測することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項記載の基材評価方法。
【請求項１０】
前記被膜として、セラミックスからなる遮熱コーティング層と、金属材料からなるボンドコーティング層とを有することを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項記載の基材評価方法。
【請求項１１】
前記基材のクリープ破断寿命の評価に利用されることを特徴とする請求項２乃至１０のいずれか１項記載の基材評価方法。
【請求項１２】
前記評価対象部材がガスタービン部品であることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか１項記載の基材評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、基材評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンにおいては、高効率化のために燃焼ガスの高温化が進められている。このため、ガスタービン部品においては、耐熱性に優れる一方向凝固合金や単結晶合金などの結晶制御合金が基材として使用されている。また、このような基材の表面には、高温の燃焼ガスから基材を保護するための遮熱コーティング（ＴＢＣ）層、および基材とＴＢＣ層とを接合するボンドコーティング層などが設けられている。
【０００３】
ＴＢＣ層などが設けられた状態で基材の損傷や劣化を非破壊的に評価する方法として、表面弾性波の音速変化を利用した方法が提案されている。しかし、一方向凝固合金や単結晶合金などの結晶制御合金の場合、表面弾性波の伝播方向によりその音速が異なることから、従来の方法のように表面弾性波の伝播方向を考慮していない方法では基材の損傷や劣化を正確に評価できない。
【０００４】
このため、定期点検中にガスタービン部品の一部を切断して試験片とし、これを用いて基材の損傷や劣化を評価する方法、またはガスタービン部品からＴＢＣ層などを除去した後、レプリカフィルムに転写した基材の組織を観察して基材の損傷や劣化を評価する方法が採用されている。
【０００５】
しかし、ガスタービン部品の一部を切断して試験片とする方法の場合、代替部品を用意する必要がある。また、基材の組織を転写する方法については、ＴＢＣ層などの除去および再施工が必要となる。いずれの方法についても、評価のために時間と手間とが必要であり、基材の損傷や劣化を評価する簡便な方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１８９９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、一方向凝固合金や単結晶合金などの結晶制御合金からなる基材の損傷を非破壊的に正確に評価できる基材評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の基材評価方法は、評価対象部材における基材の特性を評価する方法に関する。評価対象部材は、弾性特性に異方性を有する基材と、この基材の表面に設けられる被膜とを有する。実施形態の基材評価方法は、基材の情報を含み、かつ基材に対して特定の方向に伝播する表面弾性波を利用して、基材の特性を評価する。  
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の基材評価方法によれば、基材の情報を含み、かつ基材に対して特定の方向に伝播する表面弾性波を利用することにより、基材の特性を非破壊的に正確に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】超音波顕微鏡による計測方法を示す図である。
【図２】超音波顕微鏡により得られるＶ（ｚ）曲線を示す図である。
【図３】Ｎｉ基耐熱超合金における結晶方位とヤング率との関係を示す図である。
【図４】Ｎｉ基耐熱超合金における９００℃での保持時間と主たる凝固方向におけるヤング率との関係を示す図である。
【図５】直線集束型音響レンズを用いた計測方法を示す図である。
【図６】点集束型音響レンズを用いた計測方法を示す図である。
【図７】実施形態の基材評価方法を示したフローチャートである。
【図８】実施形態の基材評価方法における被膜音速決定ステップの具体例を示したフローチャートである。
【図９】実施形態の基材評価方法における基材音速決定ステップの具体例を示したフローチャートである。
【図１０】実施形態の基材評価方法における評価対象部材を示した外観図である。
【図１１】実施形態の基材評価方法における評価対象部材の一部断面図である。
【図１２】実施形態の基材評価方法における材料特性評価ステップで求められる表面弾性波の音速と特性との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
まず、実施形態の基材評価方法における評価原理について説明する。
【００１２】
図１は、超音波顕微鏡による計測方法を示したものである。また、図２は、超音波顕微鏡により得られるＶ（ｚ）曲線の一例を示したものである。
【００１３】
図１に示されるように、超音波顕微鏡による計測では、水等の液体からなる媒介１１中に試料１２が配置されるとともに、この試料１２に対向するように超音波顕微鏡プローブ（音響レンズ）１３が配置される。
【００１４】
図２に示されるように、Ｖ（ｚ）曲線は、試料１２とプローブ１３との距離（ｚ）と、プローブ１３の出力信号強度（Ｖ）との関係を示すものである。Ｖ（ｚ）曲線においては、出力信号強度（Ｖ）が周期（Δｚ）で変化する。ここで、周期（Δｚ）は、試料１２の表面から垂直に反射する波１４と、試料１２の表面を伝わる表面弾性波が漏洩する波１５とが、プローブ１３内で干渉することにより発生する。
【００１５】
表面弾性波の音速（ＶＲ）、媒介１１における音速（Ｖ０）、超音波の周波数（ｆ）、周期（Δｚ）の間には、下記式（１）が成り立つ。
ＶＲ＝Ｖ０／｛１−（１−Ｖ０／（２ｆ・Δｚ））２｝１／２      ……（１）
【００１６】
また、表面弾性波の音速（ＶＲ）は、下記式（２）により表される。
ＶＲ＝ξ｛（（１−２ν）・Ｅ）／（２・（１−ν）・ρ）｝１／２      ……（２）
ここで、Ｅはヤング率、ρは密度、νはポアソン比、ξはポアソン比の関数である。
【００１７】
式（２）からも明らかなように、表面弾性波の音速（ＶＲ）はヤング率（Ｅ）に依存する。Ｎｉ基耐熱超合金の場合、ヤング率（Ｅ）が結晶方位に依存することから、表面弾性波の音速（ＶＲ）も結晶方位に依存する。すなわち、Ｎｉ基耐熱超合金が一方向凝固合金や単結晶合金などの結晶制御合金の場合、表面弾性波の音速（ＶＲ）が凝固方向や結晶の成長方向に依存する。
【００１８】
図３は、単結晶合金からなるＮｉ基耐熱超合金について、（００１）面上における結晶方位とヤング率（Ｅ）との関係を示したものである。図示されるように、ヤング率（Ｅ）は、主たる凝固方向である＜００１＞で表される結晶方位と、これに対して垂直となる＜１１０＞で表される結晶方位とで大きく変化する。すなわち、主たる凝固方向とこれに対して垂直となる方向とでは、表面弾性波の音速（ＶＲ）が大きく変化する。
【００１９】
図４は、一方向凝固合金からなるＮｉ基耐熱超合金について、９００℃での保持時間と主たる凝固方向におけるヤング率（Ｅ）との関係を示したものである。ここで、９００℃での保持は、単純な熱時効劣化の一例である。図示されるように、９００℃での保持により、主たる凝固方向におけるヤング率（Ｅ）が低下する。すなわち、９００℃での保持により、主たる凝固方向における表面弾性波の音速（ＶＲ）が低下する。なお、このようなヤング率（Ｅ）および表面弾性波の音速（ＶＲ）の低下は、金属のミクロ組織変化に起因している。
【００２０】
このように、表面弾性波の音速（ＶＲ）は結晶方位に大きく依存する。しかし、一般的な超音波顕微鏡プローブは円形（点集束型）であり、様々な方向に伝播する表面弾性波の情報を一括して取得する。このため、表面弾性波の音速（ＶＲ）が結晶方位に大きく依存するものについては、表面弾性波の音速（ＶＲ）を正確に評価できない。
【００２１】
実施形態の基材評価方法によれば、基材に対して特定の方向に伝播する表面弾性波を利用することにより、弾性特性に異方性を有する基材についても、基材の状態を正確に評価できる。特に、一方向凝固合金における凝固方向、単結晶合金における結晶の成長方向に伝播する表面弾性波を利用することにより、これらの基材についても、基材の状態を正確に評価できる。ここで、ガスタービン部品の一種である動翼の場合、通常、翼長方向が凝固方向または結晶の成長方向となる。
【００２２】
特定の方向に伝播する表面弾性波を利用する方法として、直線集束型音響レンズを用いる方法が挙げられる。直線集束型音響レンズを用いる場合、例えば、図５に示すように、基材２１の凝固方向または結晶の成長方向と、直線集束型音響レンズの超音波測定領域２２の短軸方向（表面弾性波の伝播方向）とが略平行となるように、直線集束型音響レンズの向きを調整することが好ましい。これにより、基材２１の凝固方向または結晶の成長方向に伝播する表面弾性波を取得できる。
【００２３】
なお、特定の方向に伝播する表面弾性波を利用する方法として、直線集束型音響レンズの代わりに、点集束型音響レンズを用いることもできる。この場合、例えば、図６に示すように、基材２１と点集束型音響レンズ（図示せず）との間に、点集束型音響レンズの超音波測定領域２３のうち特定の方向に伝播する表面弾性波のみを通過させるようなスリット２４ａを有する遮蔽部材２４を配置する。スリット２４ａとしては、基材２１の凝固方向または結晶の成長方向に伸びるものが好ましい。このようなスリット２４ａによれば、基材２１の凝固方向または結晶の成長方向に伝播する表面弾性波を透過させることができる。
【００２４】
次に、実施形態の基材評価方法について説明する。
図７〜図９は、実施形態の基材評価方法を示したフローチャートである。
実施形態の基材評価方法は、図７に示されるように、被膜計測ステップ（Ｓ１）、被膜音速決定ステップ（Ｓ２）、基材計測ステップ（Ｓ３）、基材音速決定ステップ（Ｓ４）、材料特性評価ステップ（Ｓ５）、および基材特性評価ステップ（Ｓ６）を有する。なお、以下の説明では、必要に応じて、Ｎ層の被膜を有する場合について、最上層の被膜を第１層目の被膜と記し、最下層の被膜を第Ｎ層目の被膜と記して説明する。
【００２５】
被膜計測ステップ（Ｓ１）では、最上層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速から、最上層の被膜から最下層の被膜までの情報を含む表面弾性波の音速まで、被膜の層数と同数の表面弾性波の音速を計測する。
【００２６】
例えば、Ｎ層の被膜を有する場合、第１層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速、第１層目の被膜および第２層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速、……、および第１層目の被膜から第Ｎ層目の被膜までの情報を含む表面弾性波の音速、すなわちＮ個の表面弾性波の音速を計測する。なお、表面弾性波の音速は、超音波顕微鏡を用いて得られるＶ（ｚ）曲線から求められる。
【００２７】
ここで、被膜計測ステップ（Ｓ１）では、従来の点集束型音響レンズを用いることができる。しかし、基材計測ステップ（Ｓ３）では、直線集束型音響レンズ、特定の方向に伝播する表面弾性波を取得する点集束型音響レンズなどの特定の音響レンズが用いられる。このため、計測ステップ毎の音響レンズの交換作業を不要とするために、被膜計測ステップ（Ｓ１）でも、直線集束型音響レンズ、特定の方向に伝播する表面弾性波を取得する点集束型音響レンズなどの特定の音響レンズを用いることが好ましい。
【００２８】
被膜音速決定ステップ（Ｓ２）では、被膜計測ステップ（Ｓ１）において計測された表面弾性波の音速を用いて、１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速を決定する。例えば、Ｎ層の被膜を有する場合、第２層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速から、第Ｎ層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速までを決定する。なお、第１層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速は、被膜計測ステップ（Ｓ１）において計測することができる。
【００２９】
被膜音速決定ステップ（Ｓ２）では、通常、被膜の層番号が大きくなる方向に決定される。例えば、Ｎ層の被膜を有する場合、第２層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速、第３層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速、……、第Ｎ層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速の順に決定される。
【００３０】
また、被膜音速決定ステップ（Ｓ２）では、１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速は、それ以前に決定された１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速表面弾性波の音速を用いて決定される。
【００３１】
例えば、第２層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速は、既に決定された第１層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速を用いて決定される。第３層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速は、既に決定された第１層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速および第２層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速を用いて決定される。第Ｎ層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速は、既に決定された第１層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速から第Ｎ−１層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速までの全ての表面弾性波の音速を用いて決定される。
【００３２】
被膜音速決定ステップ（Ｓ２）は、具体的には図８に示されるように被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）と被膜音速比較ステップ（Ｓ２２）とを経て行われる。
【００３３】
被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）は、任意に入力される１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速と、既に決定された１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速とを用いて、これらの被膜の情報を含む表面弾性波の音速をシミュレーション（多層材料のＶ（ｚ）曲線シミュレーション）により求める。すなわち、既に決定された１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速から、別の１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速を、逆問題解析により求める。
【００３４】
通常、このようなシミュレーションにおいては、１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速とともに、その被膜の厚さが用いられる。被膜の厚さには、施工時の厚さを用いることができる。また、超音波顕微鏡の周波数を変化させて表面弾性波を計測すると被膜の境界において計測結果が変化することから、このような変化を観察することにより求められた被膜の厚さを用いてもよい。高い精度のシミュレーションを行うためには、Ｘ線ＣＴにより測定された被膜の厚さを用いることが好ましい。
【００３５】
被膜音速比較ステップ（Ｓ２２）では、被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）において求められた表面弾性波の音速と、被膜計測ステップ（Ｓ１）において計測され、被膜シミュレーションステップと同範囲の被膜の情報を含む表面弾性波の音速とを比較する。
【００３６】
例えば、第Ｎ層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速を決定する場合、被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）では、決定対象である任意に入力される第Ｎ層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速と、既に決定された第１層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速から第Ｎ−１層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速までの全ての表面弾性波の音速とを用いて、第１層目の被膜から第Ｎ層目の被膜までの情報を含む表面弾性波の音速をシミュレーションにより求める。
【００３７】
その後、被膜音速比較ステップ（Ｓ２２）では、被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）において求められた第１層目の被膜から第Ｎ層目の被膜までの情報を含む表面弾性波の音速と、被膜計測ステップ（Ｓ１）において計測された第１層目の被膜から第Ｎ層目の被膜までの情報を含む表面弾性波の音速とを比較する。
【００３８】
比較の結果、両者が一致しない場合、被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）に戻って、第Ｎ層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速の値を変更して再びシミュレーションにより第１層目の被膜から第Ｎ層目の被膜までの情報を含む表面弾性波の音速を求める。
【００３９】
一方、両者が一致した場合、被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）において任意に入力した第Ｎ層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速の値を、第Ｎ層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速の値として決定する。
【００４０】
基材計測ステップ（Ｓ３）では、被膜の全体および基材の情報を含む表面弾性波の音速を計測する。例えば、Ｎ層の被膜を有する場合、第１層目の被膜から第Ｎ層目の被膜までの全ての被膜および基材の情報を含む表面弾性波の音速を計測する。
【００４１】
基材計測ステップ（Ｓ３）では、基材に対して特定の方向に伝播する表面弾性波の音速を計測できる音響レンズを用いて計測が行われる。このような音響レンズとしては、例えば、直線集束型音響レンズ、特定の方向に伝播する表面弾性波を取得する点集束型音響レンズなどの特定の音響レンズが挙げられる。
【００４２】
基材音速決定ステップ（Ｓ４）では、被膜音速決定ステップ（Ｓ２）において決定された１層の情報のみを含む表面弾性波の音速と、基材計測ステップ（Ｓ３）において計測された被膜の全体および基材の情報を含む表面弾性波の音速とを用いて、基材の情報のみを含む表面弾性波の音速を決定する。
【００４３】
基材音速決定ステップ（Ｓ４）は、具体的には図９に示されるように基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）と基材音速比較ステップ（Ｓ４２）と経て行われることが好ましい。
【００４４】
基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）では、既に決定された１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速と、任意に入力される基材の情報のみを含む表面弾性波の音速とを用いて、被膜の全体および基材の情報を含む表面弾性波の音速をシミュレーション（多層材料のＶ（ｚ）曲線シミュレーション）により求める。すなわち、既に決定された１層の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速から、基材の情報のみを含む表面弾性波の音速を、逆問題解析により求める。
【００４５】
基材音速比較ステップ（Ｓ４２）では、基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）により求められた表面弾性波の音速と、基材計測ステップ（Ｓ３）において計測された表面弾性波の音速とを比較する。
【００４６】
例えば、Ｎ層の被膜を有する場合、基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）では、既に決定された第１層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速から第Ｎ層目の被膜の情報のみを含む表面弾性波の音速までの全ての表面弾性波の音速と、決定対象である任意に入力される基材の情報のみを含む表面弾性波の音速とを用いて、被膜の全体および基材の情報を含む表面弾性波の音速をシミュレーションにより求める。
【００４７】
その後、基材音速比較ステップ（Ｓ４２）では、基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）において求められた第１層目の被膜から第Ｎ層目の被膜までの全ての被膜および基材の情報を含む表面弾性波の音速と、基材計測ステップ（Ｓ３）において計測された第１層目の被膜から第Ｎ層目の被膜までの全ての被膜および基材の情報を含む表面弾性波の音速とを比較する。
【００４８】
比較の結果、両者が一致しない場合、基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）に戻って、基材の情報のみを含む表面弾性波の音速の値を変更して、再びシミュレーションを行う。
【００４９】
一方、両者が一致した場合、基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）において任意に入力した基材の情報のみを含む表面弾性波の音速の値を、基材の情報のみを含む表面弾性波の音速の値として決定する。
【００５０】
材料特性評価ステップ（Ｓ５）では、基材の構成材料について表面弾性波の音速と特性との関係を求める。具体的には、評価対象部材における基材とは別に、その構成材料について試験を行って表面弾性波の音速と特性との関係を求める。この関係は、例えば、データベースとして保持される。
【００５１】
基材特性評価ステップ（Ｓ６）は、基材音速決定ステップ（Ｓ４）において決定された表面弾性波の音速と、材料特性評価ステップ（Ｓ５）において求めた関係とから、基材の特性を評価する。具体的には、基材音速決定ステップ（Ｓ４）において決定された基材の情報のみを含む表面弾性波の音速と、材料特性評価ステップ（Ｓ５）において求めた基材の構成材料についての表面弾性波の音速と特性との関係とから、基材の特性を評価する。
【００５２】
次に、実施形態の基材評価方法について具体例を挙げて説明する。
図１０、図１１は、それぞれ、実施形態の基材評価方法における評価対象となる評価対象部材を示した外観図、この評価対象部材の一部断面図である。なお、評価対象部材として、ガスタービン部品の一種である動翼を例に挙げて説明する。
【００５３】
まず、評価対象部材である動翼について説明する。
図１０に示されるように、動翼３０は、翼部３１、プラットフォーム３２、翼根部３３などを有する。プラットフォーム３２は、翼部３１の根元側端部に設けられる。翼根部３３は、プラットフォーム３２の下部に設けられる。図１１に示されるように、翼部３１は、基材３４の上に、被膜として、ボンドコーティング層３５、および遮熱コーティング（ＴＢＣ）層３６を有する。
【００５４】
基材３４は、弾性特性に異方性を有するものであり、析出強化型のＮｉ基耐熱超合金などからなる。析出強化型のＮｉ基耐熱超合金の場合、高温での使用によりクリープ破断寿命が変化しやすいことから、このクリープ破断寿命を正確に評価する必要がある。Ｎｉ基耐熱超合金は、例えば、一方向凝固合金からなり、主たる凝固方向が翼長方向（図中、上下方向）であり、翼長方向に結晶粒が成長したものである。凝固方向は、＜００１＞となることが知られている。なお、基材３４は、結晶の成長方向が翼長方向となる単結晶合金からなるものでもよい。
【００５５】
ボンドコーティング層３５は、金属材料からなり、例えば、２００μｍ程度の厚さを有するＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金からなる。ＴＢＣ層３６は、セラミックスからなり、例えば、３００μｍ程度の厚さを有するイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる。
【００５６】
被膜計測ステップ（Ｓ１）では、ＴＢＣ層３６の情報のみを含む表面弾性波の音速と、ＴＢＣ層３６およびボンドコーティング層３５の情報を含む表面弾性波の音速とを計測する。これらの計測には、従来の点集束型音響レンズを用いることができるが、直線集束型音響レンズ、特定の方向に伝播する表面弾性波を取得する点集束型音響レンズなどを用いることが好ましい。
【００５７】
ここで、表面弾性波は、表面から１波長程度の深さの弾性情報を含んでいる。このため、ＴＢＣ層３６の情報のみを含む表面弾性波の音速は、ＴＢＣ層３６の厚さが３００μｍ程度であることから、３００μｍ程度の波長となる周波数を用いて計測できる。ボンドコーティング層３５およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速は、ボンドコーティング層３５およびＴＢＣ層３６の合計した厚さが５００μｍ程度であることから、５００μｍ程度の波長となる周波数を用いて計測できる。
【００５８】
なお、周波数（波長）の選択においては、例えば、高周波数（短波長）側から徐々に周波数を下げていくと、ＴＢＣ層３６のみの情報を含むものから、ボンドコーティング層３５の情報を含んだものとなり、さらに基材３４の情報を含んだものとなり、各段階の移行時に計測結果に変化が発生する。このような変化から、各層の厚さに対応する周波数を確認できる。
【００５９】
被膜音速決定ステップ（Ｓ２）では、既に求められたＴＢＣ層３６の情報のみを含む表面弾性波の音速から、ボンドコーティング層３５の情報のみを含む表面弾性波の音速を決定する。
【００６０】
具体的には、被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）において、決定対象である任意に入力されるボンドコーティング層３５の情報のみを含む表面弾性波の音速と、既に求められたＴＢＣ層３６の情報のみを含む表面弾性波の音速とを用いて、ボンドコーティング層３５およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速をシミュレーションにより求める。なお、シミュレーションにおいては、表面弾性波の音速とともに、予め測定されたボンドコーティング層３５およびＴＢＣ層３６の厚さが用いられる。
【００６１】
その後、被膜音速比較ステップ（Ｓ２２）において、被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）において求められたボンドコーティング層３５およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速と、被膜計測ステップ（Ｓ１）において計測されたボンドコーティング層３５およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速とを比較する。
【００６２】
比較の結果、両者が一致しない場合、被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）に戻って、ボンドコーティング層３５の情報のみを含む表面弾性波の音速の値を変更して再びシミュレーションを行う。
【００６３】
一方、両者が一致した場合、被膜シミュレーションステップ（Ｓ２１）において入力したボンドコーティング層３５の情報のみを含む表面弾性波の音速を、ボンドコーティング層３５の情報のみを含む表面弾性波の音速として決定する。
【００６４】
基材計測ステップ（Ｓ３）では、基材３４、ボンドコーティング層３５、およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速を計測する。ボンドコーティング層３５およびＴＢＣ層３６の合計した厚さが５００μｍ程度であることから、これよりも長い波長、例えば８００μｍ程度の波長となる周波数を選択することにより、基材３４、ボンドコーティング層３５、およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速を計測できる。なお、計測には、基材３４に対して特定の方向に伝播する表面弾性波を取得する音響レンズ、例えば、直線集束型音響レンズ、特定の方向に伝播する表面弾性波を取得する点集束型音響レンズなどを用いることが好ましい。
【００６５】
基材音速決定ステップ（Ｓ４）では、既に決定されたボンドコーティング層３５の情報のみを含む表面弾性波の音速およびＴＢＣ層３６の情報のみを含む表面弾性波の音速、ならびに基材計測ステップ（Ｓ３）において計測された、基材３４、ボンドコーティング層３５、およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速を用いて、基材３４の情報のみを含む表面弾性波の音速を決定する。
【００６６】
具体的には、基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）において、既に決定されたボンドコーティング層３５の情報のみを含む表面弾性波の音速およびＴＢＣ層３６の情報のみを含む表面弾性波の音速と、任意に入力される基材３４の情報のみを含む表面弾性波の音速とを用いて、基材３４、ボンドコーティング層３５、およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速をシミュレーションにより求める。なお、シミュレーションにおいては、表面弾性波の音速とともに、予め測定されたボンドコーティング層３５およびＴＢＣ層３６の厚さが用いられる。
【００６７】
その後、基材音速比較ステップ（Ｓ４２）において、基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）において求められた、基材３４、ボンドコーティング層３５、およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速と、基材計測ステップ（Ｓ３）において計測された、基材３４、ボンドコーティング層３５、およびＴＢＣ層３６の情報を含む表面弾性波の音速とを比較する。
【００６８】
比較の結果、両者が一致しない場合、基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）に戻って、基材３４の情報のみを含む表面弾性波の音速の値を変更して再びシミュレーションを行う。
【００６９】
一方、両者が一致した場合、基材シミュレーションステップ（Ｓ４１）において任意に入力した基材３４の情報のみを含む表面弾性波の音速の値を、基材３４の情報のみを含む表面弾性波の音速の値として決定する。
【００７０】
材料特性評価ステップ（Ｓ５）では、基材３４の構成材料について表面弾性波の音速と特性との関係を求める。具体的には、基材３４とは別に、その構成材料について試験を行って表面弾性波の音速と特性との関係を求める。
【００７１】
例えば、表面弾性波の音速と特性との関係として、図１２に示すような表面弾性波の音速とクリープ破断時間との関係を求める。なお、図１２に示される関係は、基材３４とは別にその構成材料を実際に種々の条件で劣化させたものについて、その表面弾性波の音速を計測するとともに、実際にクリープ破断試験を行うことにより得られたものである。
【００７２】
なお、表面弾性波の音速との関係が求められる特性としては、クリープ破断時間以外のものでもよい。クリープ破断時間以外の特性としては、基材３４の損傷を評価できるものが好ましく、引張り強さ、０．２％耐力などが挙げられる。
【００７３】
基材特性評価ステップ（Ｓ６）では、基材音速決定ステップ（Ｓ４）において決定された基材３４の情報のみを含む表面弾性波の音速と、材料特性評価ステップ（Ｓ５）において求められた関係とから、基材３４の特性を評価する。例えば、図１２に示すような表面弾性波の音速とクリープ破断時間との関係から、基材３４についてクリープ破断時間を推定する。このようなクリープ破断時間から、余寿命としてのクリープ破断寿命を評価できる。
【００７４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１１…媒介、１２…試料、１３…プローブ、１４…試料の表面から垂直に反射する波、１５…試料の表面を伝わる表面弾性波が漏洩する波、２１…基材、２２…直線集束型音響レンズの超音波測定領域、２３…点集束型音響レンズの超音波測定領域、２４…遮蔽部材、２４ａ…スリット、３０…動翼、３１…翼部、３２…プラットフォーム、３３…翼根部、３４…基材、３５…ボンドコーティング層、３６…遮熱コーティング（ＴＢＣ）層。
Ｓ１…被膜計測ステップ、Ｓ２…被膜音速決定ステップ、Ｓ２１…被膜シミュレーションステップ、Ｓ２２…被膜音速比較ステップ、Ｓ３…基材計測ステップ、Ｓ４…基材音速決定ステップ、Ｓ４１…基材シミュレーションステップ、Ｓ４２…基材音速比較ステップ、Ｓ５…材料特性評価ステップ、Ｓ６…基材特性評価ステップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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