(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材上にＮｉ基又はＣｏ基金属結合層を介して耐酸化層、セラミック層を順次形成した高温部品のメタル温度を推定する方法において、前記高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品のメタル表面の酸化スケール層の厚さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の酸化スケール層の厚みから高温部品のメタル温度を推定することを特徴とする高温部品のメタル温度推定方法。
【請求項２】
前記酸化スケール層の厚さと温度，時間との関係は、下記式で表わされることを特徴とする請求項１記載の高温部品のメタル温度推定方法。
ｄ＝ｋ０・ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）／ｔ１／２
但し、ｄ：酸化スケール層の厚さ、Ｑ：活性化エネルギー、Ｔ：絶対温度、ｔ：時間、
ｋ０：酸化速度定数。
【請求項３】
母材上にＮｉ基又はＣｏ基金属結合層を介して耐酸化層、セラミックス層を順次形成した高温部品のメタル温度を推定する方法において、
前記高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面側に形成された析出物消失深さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の高温部品の表面側に形成された析出物消失深さから高温部品のメタル温度を推定することを特徴とする高温部品のメタル温度推定方法。
【請求項４】
前記析出物消失深さと温度，時間との関係は、下記式で表わされることを特徴とする請求項３記載の高温部品のメタル温度推定方法。
ｄ＝ｋ０・ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）／ｔ１／２
但し、ｄ：析出物消失深さ、Ｑ：活性化エネルギー、Ｔ：絶対温度、ｔ：時間、ｋ０：酸化速度定数。
【請求項５】
母材上にＮｉ基又はＣｏ基金属結合層又は該金属結合層を介して耐酸化層を形成した高温部品のメタル温度を推定する方法において、
前記高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の母材表面に形成された拡散層の厚さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の拡散層の厚さから高温部品のメタル温度を推定することを特徴とする高温部品のメタル温度推定方法。
【請求項６】
前記拡散層の厚さと温度，時間との関係は、下記式で表わされることを特徴とする請求項５記載の高温部品のメタル温度推定方法。
ｄ＝ｋ０・ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）／ｔ１／２
但し、ｄ：拡散層の厚さ、Ｑ：活性化エネルギー、Ｔ：絶対温度、ｔ：時間、ｋ０：酸化速度定数。
【請求項７】
母材上にＮｉ基又はＣｏ基金属結合層又は該金属結合層を介して耐酸化層を形成した高温部品のメタル温度を推定する方法において、
前記高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の母材側に形成された析出物消失深さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の高温部品の母材側に形成された析出物消失深さから高温部品のメタル温度を推定することを特徴とする高温部品のメタル温度推定方法。
【請求項８】
前記高温部品の母材側に形成された析出物消失深さと温度，時間との関係は、下記式で表わされることを特徴とする請求項７記載の高温部品のメタル温度推定方法。
ｄ＝ｋ０・ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）／ｔ１／２
但し、ｄ：析出物消失深さ、Ｑ：活性化エネルギー、Ｔ：絶対温度、ｔ：時間、ｋ０：酸化速度定数。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン、ジェットエンジンなどの高温部品、特に動翼あるいは静翼に使用されるＮｉ基合金製部品等の高温部品のメタル温度推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、例えばガスタービンの動翼や静翼等には、Ｎｉ基合金が使用されている。こうした動翼や静翼は高温下で応力をかけられながら長時間使用されるので、運転中にクリープ損傷を受け、金属組織，特にγ’相（Ｎｉ３Ａｌ金属間化合物）が粗大化する等の形態変化が生じる。この形態変化は材料劣化を意味し、その要因としてＮｉ基合金の温度（メタル温度）、応力、使用時間等が挙げられる。従って、ガスタービンでは、材料劣化を考慮して長時間の使用に耐えうるように翼の材質の組成や形状等を決めている。
【０００３】
そこで、従来、Ｎｉ基合金製高温部品の劣化の時期を予測するために、そのメタル温度を推定する試みが行われている。通常、そのメタル温度は、断面ミクロ組織によりそのγ’相の形態変化を定量変化して行われるが、γ’相の変化は使用中の応力（遠心力や熱応力）の影響を受けることがある。また、燃焼ガス側に耐酸化コーティングが施工されている場合、耐酸化コーティング層中の成分（主としてＡｌ）が拡散するため、γ’相の形態変化に影響をきたし、燃焼ガス側最表層でのメタル温度推定は不可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第１の発明の目的は、高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面の酸化スケール層の厚さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の酸化スケール層の厚みから高温部品のメタル温度を推定することにより、メタル温度の推定を可能とし、もって高温部品の劣化の時期を予測しえる高温部品のメタル温度推定方法を提供することにある。
【０００５】
第２の発明の目的は、高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面側に形成され析出物消失深さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の析出物深さから高温部品のメタル温度を推定することにより、メタル温度の推定を可能とし、もって高温部品の劣化の時期を予測しえる高温部品のメタル温度推定方法を提供することにある。
【０００６】
第３の発明の目的は、高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の母材表面に形成され拡散層の厚さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の拡散層の厚さから高温部品のメタル温度を推定することにより、メタル温度の推定を可能とし、もって高温部品の劣化の時期を予測しえる高温部品のメタル温度推定方法を提供することにある。
【０００７】
第４の発明の目的は、高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の母材側に形成された析出物消失深さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の析出物消失深さから高温部品のメタル温度を推定することにより、メタル温度の推定を可能とし、もって高温部品の劣化の時期を予測しえる高温部品のメタル温度推定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、母材上にＮｉ基又はＣｏ基金属結合層を介して耐酸化層、セラミック層を順次形成した高温部品のメタル温度を推定する方法において、前記高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面の酸化スケール層の厚さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の酸化スケール層の厚みから高温部品のメタル温度を推定することを特徴とする高温部品のメタル温度推定方法である。
【０００９】
本願第２の発明は、母材上にＮｉ基又はＣｏ基金属結合層を介して耐酸化層、セラミックス層を順次形成した高温部品のメタル温度を推定する方法において、
前記高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面側に形成された析出物消失深さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の高温部品の表面側に形成された析出物消失深さから高温部品のメタル温度を推定することを特徴とする高温部品のメタル温度推定方法である。
【００１０】
本願第３の発明は、母材上にＮｉ基又はＣｏ基金属結合層又は該金属結合層を介して耐酸化層を形成した高温部品のメタル温度を推定する方法において、
前記高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の母材表面に形成された拡散層の厚さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の拡散層の厚さから高温部品のメタル温度を推定することを特徴とする高温部品のメタル温度推定方法である。
【００１１】
本願第４の発明は、母材上にＮｉ基又はＣｏ基金属結合層又は該金属結合層を介して耐酸化層を形成した高温部品のメタル温度を推定する方法において、
前記高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の母材側に形成された析出物消失深さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の高温部品の母材側に形成された析出物消失深さから高温部品のメタル温度を推定することを特徴とする高温部品のメタル温度推定方法である。
【００１２】
【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。
図１（Ａ），（Ｂ）はＮｉ基合金製高温部品の断面図を示すもので、図１（Ａ）は全体図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の要部Ｘの拡大図を示す。図１において、符番１は母材であり、この母材１上に金属結合層（ＭＣｒＡｌＹ，Ｍ＝Ｎｉ基又はＣｏ基）２、ＺｒＯ２からなるセラミックス層３が形成されている。図１（Ｂ）に示すように、前記金属結合層２内にはβ相（ＮｉＡｌ，ＣｏＡｌ化合物）４が存在し、金属結合層２の表面には金属結合層２内のＡｌが酸化して得られるＡｌ２Ｏ３層（耐酸化層）５が形成されている。
【００１３】
第１の発明においては、下記式（１）、式（２）、式（３）を利用する。
ｄ（厚さ）＝ｋ・ｔ１／２                    （１）
但し、式（１）において、ｋは各温度での定数、ｔは時間を示す。
ｋ＝ｋ０・ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）            （２）
但し、式（２）において、Ｑ：活性化エネルギー（ＫＪ／Ｋ・ｍｏｌ）、Ｒ：気体定数（８．３１Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔ：温度（Ｋ）。
【００１４】
上記式（１）、（２）により、
ｄ＝ｋ０・ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）／ｔ１／２    （３）
となる。
【００１５】
また、式（２）より、
ｌｎｋ＝ｌｎｋ０−Ｑ／ＲＴ              （４）
となる。そこで、式（４）から図３に示すように，縦軸にｌｎｋを、横軸に１／Ｔとして図示（傾き：−Ｑ／Ｒ）すれば、Ｑ及びｋ０が求まる。従って、上記式（３）において酸化スケールの厚さｄが分かれば、時間ｔが分かるので、式（３）にＱ、ｋ０、ｔの値を代入することにより、温度Ｔを求めることができる。
【００１６】
このようにして、第１の発明では、まず、高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面の酸化スケール層の厚さｄとパラメータ（温度Ｔ，時間ｔの関数）との関係を求める（図４参照）。次に、この関係を利用して実機の酸化スケール層の厚みｄから、高温部品のメタル温度Ｔを推定する。なお、図４において、曲線（イ）はＣｏ基合金の場合を、曲線（ロ）はＮｉ基合金の場合を示す（後述する図５、図６、図７の場合も同様）。
【００１７】
第２〜第４の発明も、基本的には第１の発明と同じようにしてメタル温度を推定する。但し、第２の発明、第３の発明、第４の発明では、第１の発明の酸化スケール層の厚みの代わりに、ガス側析出物消失深さ、母材表層の拡散層の厚さ、母材側析出物消失深さを、夫々用いる。
第２の発明におけるガス側析出物消失深さとパラメータ（温度Ｔ，時間ｔの関数）との関係は、図５に示すとおりである。また、第３の発明における母材表層の拡散層の厚さとパラメータ（温度Ｔ，時間ｔの関数）との関係は、図６に示すとおりである。更に、第４の発明における母材側析出物消失深さとパラメータ（温度Ｔ，時間ｔの関数）との関係は、図７に示すとおりである。
【００１８】
第１〜第４の発明において、第１及び第２の発明の場合はＴＢＣ施工の場合（耐酸化コーティング上にセラミック層が存在する場合）であり、第３及び第４の発明の場合はＴＢＣ施工及び未施工でも適用可能である。なお、第２の発明において、ガス側（高温部品の表面側）の析出物の消失は、酸化よりコーティング中のＡｌが失われてるために発生する。また、第４の発明において、母材側析出物の消失は、コーティング中のＡｌが母材側に拡散するために発生する。
【００１９】
図２は、図１の状態から合金が長時間使用された場合の断面の状態を示す。図２から明らかのように、長時間使用されると、金属結合層中のβ相がガス側及び母材表面側に夫々移動して、β相の存在しない領域（析出物消失深さ）６，７が生じる。なお、図２中の符番８は母材表層の拡散層を示す。第２〜第４の発明では、こうした現象を配慮して析出物消失深さや拡散層の厚さを利用した。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る高温部品のメタル温度推定方法について説明する。
【００２１】
本実施例では、図８に示すように、ＣｏＮｉＣｒＡｌ（線（ａ）），ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ（線（ｂ）），ＮｉＣｒＡｌＹ（高Ａｌ）（線（ｃ）），ＮｉＣｒＡｌＹ（高Ｃｒ，Ａｌ）（線（ｄ）），ＮｉＣｏＣｒＡｌＹＨｆＳｉ（線（ｄ）），ＮｉＣｏＣｒＡｌＹＨｆＳｉ（線（ｅ）），ＮｉＣｏＣｒＡｌＹＴａＲｅＨｆＳｉ（線（ｆ））について、酸化物厚さと時間０．５との関係を調べた。但し、実施例は、供試体の温度が９００℃の場合を示す。
【００２２】
まず、実機のＮｉ基（又はＣｏ基）合金製高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面の酸化スケール層の厚さ（酸化物厚さ）ｄとパラメータ（温度Ｔ，時間ｔの関数）との関係を求めた（図４参照）。一方、上記各合金について、図８に示すように、酸化物厚さと時間０．５との関係を調べた。次に、図８，９，１０を利用して実機の酸化スケール層の厚みｄから時間ｔを求め、厚みｄ、時間ｔを上述した式（３）に代入し、高温部品のメタル温度Ｔを推定した。即ち、図８，９，１０から式（３）が求まり、厚さ、時間から温度が決まる。
【００２３】
このように、実施例では、実機のＮｉ基（又はＣｏ基）合金製高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面の酸化スケール層の厚さとパラメータ（温度Ｔ，時間ｔの関数）との関係を求めた後、上記合金について、酸化物厚さから高温部品のメタル温度を推定するので、従来のようにγ’相の形態変化による影響もなく、メタル温度を確実に推定でき、高温部品の劣化の時期を予測することができる。
【００２４】
なお、上記実施例では、酸化物スケール層の厚さとパラメータとの関係からメタル温度を推定する場合について述べたが、これに限らず、ガス側析出物消失深さとパラメータとの関係（図５）、あるいは母材表層の拡散層の厚さとパラメータとの関係（図６）、母材側析出物消失深さとパラメータとの関係（図７）からメタル温度を推定してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、第１の発明によれば、高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面の酸化スケール層の厚さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の酸化スケール層の厚みから高温部品のメタル温度を推定することにより、メタル温度の推定を可能とし、もって高温部品の劣化の時期を予測しえる高温部品のメタル温度推定方法を提供することができる。
【００２６】
第２の発明によれば、高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の表面側に形成され析出物消失深さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の析出物深さから高温部品のメタル温度を推定することにより、メタル温度の推定を可能とし、もって高温部品の劣化の時期を予測しえる高温部品のメタル温度推定方法を提供できる。
【００２７】
第３の発明によれば、高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の母材表面に形成され拡散層の厚さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の拡散層の厚さから高温部品のメタル温度を推定することにより、メタル温度の推定を可能とし、もって高温部品の劣化の時期を予測しえる高温部品のメタル温度推定方法を提供できる。
【００２８】
第４の発明によれば、高温部品と同じ組成の供試体に基づいて、高温部品の母材側に形成された析出物消失深さと温度，時間との関係を求めた後、この関係を利用して実機の析出物消失深さから高温部品のメタル温度を推定することにより、メタル温度の推定を可能とし、もって高温部品の劣化の時期を予測しえる高温部品のメタル温度推定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るＮｉ基合金製部品の断面状態の説明図。
【図２】  図１のＮｉ基合金製部品の長時間使用後の断面状態の説明図。
【図３】  アレーニウス式による定数の対数と絶対温度の逆数との関係を示す説明図。
【図４】  酸化スケール層の厚さとパラメータ（温度，時間の関数）との関係を示す特性図。
【図５】  ガス側析出物消失深さとパラメータ（温度，時間の関数）との関係を示す特性図。
【図６】  母材表層の拡散層の厚さとパラメータ（温度，時間の関数）との関係を示す特性図。
【図７】  母材側析出物消失深さとパラメータ（温度，時間の関数）との関係を示す特性図。
【図８】  ９００℃における各Ｎｉ（又はＣｏ基）合金の酸化物厚さと時間の１／２乗との関係を示す特性図。
【図９】  １０００℃における各Ｎｉ（又はＣｏ基）合金の酸化物厚さと時間の１／２乗との関係を示す特性図。
【図１０】  １０５０℃における各Ｎｉ（又はＣｏ基）合金の酸化物厚さと時間の１／２乗との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…母材、２…金属結合層、３…セラミック層、４…β相、５…Ａｌ２Ｏ３層（耐酸化層）。
【図１】
0003794939.tif 000002
【図２】
0003794939.tif 000003
【図３】
0003794939.tif 000004
【図４】
0003794939.tif 000005
【図５】
0003794939.tif 000006
【図６】
0003794939.tif 000007
【図７】
0003794939.tif 000008
【図８】
0003794939.tif 000009
【図９】
0003794939.tif 000010
【図１０】
0003794939.tif 000011