试样片采取方法、叶片的温度推定方法

专利名称：试样片采取方法、叶片的温度推定方法
技术领域：
本发明涉及从在表面上设有层的部件中采取试样片的试样片采取方 法，本发明特别涉及从用于燃气涡轮的叶片的表面采取试样片的试样片采 取方法和叶片的温度推定方法。
背景技术：
众所周知，为了提高部件的耐热性，在基材的表面上实施隔热涂层， 比如，在燃气涡轮中，在构成涡轮的活动叶片、固定叶片的表面上实施隔
热涂层(Thermal Barrier Coating )。
通过隔热涂层，形成于部件表面上的部件(以下称为"隔热涂层)一 般由称为顶面涂层的最外层，与将称为粘合涂层的与顶面涂层及基材接合 的层的2个层构成。在燃气涡轮用的隔热涂层的情况下，在顶面涂层采用 低导热性的陶瓷，在粘合涂层采用耐氧化性优良的合金。
如果这样的隔热涂层还长期处于高温状态，则在粘合涂层中的与顶面 涂层接触的一侧，产生接受来自顶面涂层的热量而氧化的氧化物 (Thermally Grown Oxide，以下称为氧化皮层)。氧化皮层产生于与顶面 涂层接触的部分，伴随热负荷的增加，其体积膨胀。如果氧化皮层膨胀， 使厚度增加，则产生氧化皮层将顶面涂层上推，在顶面涂层中产生开裂等 情况，根据情况不同，存在顶面涂层与基材和粘合涂层剥离的问题。
为了事先察觉到在这样的隔热涂层中产生的剥离，要求评价隔热涂层 的损伤的程度，即性能变差状态的方法，在下述的专利文献1中记载的技 术中，通过使球体碰撞等的，对隔热涂层施加冲击力的方式，将隔热涂层 破坏，根据剥离等的破坏的状况，把握隔热涂层的性能变差状态。
专利文献1:日本特开2002-277383号文献
但是，对于专利文献1中记载的技术，由于对隔热涂层施加较强的冲 击力，将隔热涂层的组织破坏，故不适合于以光学方式观察隔热涂层，把
4握性能变差状态的场合。
另外，氧化皮层为即使厚，仍是极薄的，而为20pm值的层，由于不 为单纯的组分的氧化物，故也难以通过非破坏的方式，准确地把握隔热涂 层的氧化皮层的状态。
特别是，在评价设置于燃气涡轮用的叶片上的叶片的隔热涂层的变差 性能状态的情况下，实施切断叶片等的处理，将隔热涂层和部件一起破坏。 由此，每当进行隔热涂层的评价时，必须代替已破坏的部件，而设置新的 部件。

发明内容
本发明是针对上述情况而提出的，本发明的目的在于提供一种尽可能 地不损伤部件而可从部件的表面采取试样片的试样片采取方法以及一种 不将叶片破坏而可推定燃气涡轮用的叶片的温度的叶片的温度推定方法。
为了实现上述目的，本发明的试样片采取方法为从在表面上设有层的
部件中采取试样片的试样片采取方法，其特征在于，包括切口形成步骤， 从表面沿厚度方向输送具有筒状刀刃的筒状刀具并进行切削，从而形成筒 状的切口；试样片切取步骤，从筒状的切口朝向内侧进行切削，从而切取
构成在切口的内侧的试样片。
在本发明的试样片采取方法中，可包括在形成筒状的切口之后，以向 外侧扩大切口的方式切削部件的切口扩大步骤，试样片切取步骤可将具有 圆盘状刀刃的旋转刀具插入筒状的切口内并进行切削。
在本发明的试样片采取方法中，部件可为燃气涡轮用的叶片，叶片为 在基材上设有隔热涂层的层地构成表面，在切口形成步骤中，筒状刀具被 输送直至其与基材接触，在试样片切取步骤中，旋转刀具可切削基材。
在本发明的试样片采取方法中，在切口形成步骤中，可局部重复形成 多个筒状的切口。
本发明的叶片的温度推定方法也可是采用通过上述试样片采取方法 获得的试样片，推定在基材上依次形成有粘合涂层和顶面涂层的叶片的温 度的方法，其中，根据与叶片相同组份的供试体，计算叶片的氧化皮层的 厚度与温度、时间的关系，然后利用该关系，根据由实际设备获得的试样片的氧化皮层的厚度推定叶片的金属温度。
另外，本发明的叶片的温度推定方法也可是采用通过上述试样片采取 方法获得的试样片，推定在基材上形成有作为陶瓷层的顶面涂层的叶片的 温度的方法，其中，根据所获得的试样片，通过X射线衍射法测定在顶面 涂层生成的单斜晶的量，并根据该单斜晶的量推定顶面涂层的表面温度。
按照本发明的试样片采取方法，由于包括通过具有筒状刀刃的筒状刀 具形成筒状的切口的切口形成步骤和通过从筒状的切口朝向内侧切削而 切取试样片的试样片切取步骤，故在采取试样片时，尽可能地不对部件施 加冲击力，可从部件的表面获得试样片。可进行部件的准确的光学观测。
在本发明的试样片釆取方法中，包括在形成筒状的切口之后，将切口 向外侧扩大地切削部件的切口扩大步骤，因此，即使筒状刀具的内径和外 径的差小，切口的内缘和外缘之间的距离小，仍可尽可能地与部件表面成 锐角地插入旋转刀具。其结果是，可尽可能地使所切取的试样片较薄，可 使切取试样片之后在部件上形成的凹部尽可能地浅。
在本发明的试样片采取方法中，部件为燃气涡轮用的叶片，叶片为在 表面上设有隔热涂层的层地构成表面，在切口形成步骤中，筒状刀具被输 送直至其与基材接触，在试样片切取步骤中，旋转刀具切削基材，由此， 可按照损失小的方式，采取燃气涡轮的叶片的隔热涂层的试样片。由此， 不破坏地更换燃气涡轮的叶片，可进行氧化皮层的评价，评价叶片的性能 变差状态。
在本发明的试样片采取方法，局部重复形成多个筒状的切口，由此， 可使从多个切口向外侧扩大的区域的面积相对所获得的试样片的面积的 面积比例小于形成一个切口的情况。由此，可一边使向外侧将切口扩大的 麻烦的步骤抑制在最小限度， 一边获得多个试样片。
本发明的叶片的温度推定方法根据与叶片相同组分的供试体，计算叶 片的氧化皮层的厚度与温度、时间的关系，然后利用该关系，根据由实际 设备获得的试样片的氧化皮的厚度推定叶片的温度，由此，在尽可能地不 损伤叶片的情况下，可推定叶片的温度。由于获得试样，无需更换叶片， 故可以低成本评价叶片的性能变差状态。
此外，本发明的叶片的温度推定方法根据从上述试样片采取方法获得
6的试样片，通过X射线衍射法测定在顶面涂层中产生的单斜晶的量，并根 据该单斜晶的量推定顶面涂层的表面温度，由此，在尽可能地不损伤叶片 的情况下可推定叶片的温度。由于获得试样，无需更换叶片，故可以低成 本评价叶片的性能变差状态。


图1为表示实施例1的燃气涡轮的整体结构的纵向剖视图； 图2为实施例1的叶片的剖视图3-1为表示实施例1的设置在叶片上的隔热涂层的一个实例的图3-2为表示实施例1的隔热涂层内而形成氧化皮部的状态的图4为表示实施例1的超声波刀具的圆筒状刀刃的立体图5-1为说明采取实施例1的试样片的各步骤的加工内容的图，表示 加工前的状态的图5-2为说明采取实施例1的试样片的各步骤的加工内容的图，表示 圆筒状的切口进入隔热涂层的状态的图5-3为说明采取实施例1的试样片的各步骤的加工内容的图，表示 通过研磨机切削圆筒状的切口的周围的状态的图5-4为说明采取实施例1的试样片的各步骤的加工内容的图，表示 通过具有圆盘状刀刃的旋转刀具切削位于试样片之下的基材的状态的图5-5为说明采取实施例1的试样片的各步骤的加工内容的图，从基 材切离试样片的状态的图6为实施例1的试样采取中的隔热涂层的俯视图7为表示通过超声波刀具形成于叶片上的切口的另一方式的图8-1为实施例2的电火花线切割装置的主视图8-2为实施例2的电火花线切割装置的侧视图9-1为说明实施例2的电火花线切割装置的动作的图，其表示电极 进入形成于隔热涂层上的切口中的状态的图9-2为说明实施例2的电火花线切割装置的动作的图，其为表示电 极在进行切削的同时沿基材表面而移动的状态的图9-3为说明实施例2的电火花线切割装置的动作的图，在结束切削
7后，电极从切口拔出的状态的图。 附图标号说明
1燃气涡轮；
3压缩机；
5涡轮；
10固定叶片(叶片)； 11活动叶片(叶片)； 20试样片；
20c、 20e、 20f i式样片;
100基材；
100a基材的表面；
110隔热涂层；
112粘合涂层；
112s氧化皮层；
114顶面涂层；
114a表面(叶片的表面);
120内缘；
121切口；
122外缘；
200超声波刀具(筒状刀具)
202刀刃(筒状刀刃)
220旋转刀具；
222刀刃(圆盘状刀刃)；
300电火花线切割装置(放电取样装置);
310电极；
315电极保持架；
320滑动机构；
330旋转轴
340滚轮；
具体实施例方式
下面参照附图，对本发明进行具体说明。另外，本发明并不受到该实 施方式的限定。另外，下述实施方式的组成部件包括本领域技术人员容易 想到的类型或实质上相同的类型。
实施例1
通过图1 图3-2对适合采用本实施例的隔热涂层试样片的采取方法 的燃气涡轮与设置于该燃气涡轮的叶片上的隔热涂层进行说明。图1为表 示燃气涡轮的整体结构的纵向剖视图。图2为叶片的剖视图。图3-l为表 示设置于叶片上的隔热涂层的一个实例的图，图3-2在隔热涂层内形成氧 化皮层的状态的图。另外，图l和图2仅以示意方式表示涉及本发明的主 要部分。另外，图3为由图2的两点划线B围绕的部位的放大图。
如图l所示的那样，本实施例的燃气涡轮l为产业之用，从空气的流 动的上游侧朝向下游侧设置空气接收口2、压縮机3、燃烧器4和涡轮5。 从空气接收口2接收的空气通过压縮机3而压缩，形成高温、高压的压缩 空气，供给燃烧器4。燃烧器4向压縮空气供给天然气等气体燃料或轻油 或重油等液体燃料，并使燃料燃烧，形成高温、高压的燃烧废气。在燃烧 器4中产生的高温、高压的燃烧废气供给涡轮5。
在涡轮5中，固定叶片10和活动叶片11交替地排列。涡轮5通过固 定叶片10和活动叶片11，将从燃烧器4供给的燃烧废气的能量变换为转 矩。涡轮5从燃烧废气接收到的机械动力中的一部分用于压缩机3的驱动， 剩余的用于发电等。另外，"叶片"指活动叶片或固定叶片。
如图2所示的那样，本实施例的叶片10(11)在其截面的全周范围内， 在基材100的表面100a上设置隔热涂层110的层。隔热涂层110通过相 对基材100的表面100a，进行蒸镀、喷镀的方式设置。通过在叶片10(11) 上设置隔热涂层110，可使基材100的温度(金属温度)低于与叶片10(11) 接触的燃烧废气的温度(例如，150(TC)。
如图3-1所示的那样，本实施例的隔热涂层110包括作为构成叶片10 (11)的外表面的最外层的顶面涂层114;作为将顶面涂层114和基材100 结合的金属结合层的粘合涂层112。粘合涂层112的材质采用耐氧化性优 良的MCrAY (M: Ni， Co， Fe等)的合金。通过低压等离子喷镀等的方式在基材100上施工该合金，由此形成粘合涂层112。另一方面，顶面涂 层114的材质采用氧化锆系的陶瓷。通过借助大气压等离子喷镀或电子束 物理蒸镀法，在粘合涂层112上施工该陶瓷，从而形成顶面涂层114。
顶面涂层114在内部具有多个气孔等，从而具有隔热性。顶面涂层114 使基材100的温度小于与接触该表面114a的燃烧废气的温度。粘合涂层 112将顶面涂层114和基材100结合，并且防止因进入顶面涂层114内的 燃烧废气或其热量使基材100发生氧化的情况。另外，顶面涂层114的表 面114a构成叶片10 (11)的表面。
如果如上述那样构成的燃气涡轮1长时间地运转，则在活动叶片11 和固定叶片10的隔热涂层110中，与粘合涂层112和顶面涂层114的边 界邻接，并在粘合涂层112上，如图3-2所示的那样，产生作为氧化物的 氧化皮层112s。氧化皮层112s的区域伴随承受热负荷而变大(成长)。由 此，将顶面涂层114上推到与基材100离开的一侧，在粘合涂层114中产 生裂纹，由于这样的情况，存在顶面涂层114剥离的问题。
为了把握这样的隔热涂层110中的氧化皮层112s的生成状态，在本实 施例中，采用具有圆筒状刀刃(切削部)的超声波刀具，从燃气涡轮机的 叶片的表面采取隔热涂层的试样片，下面通过图4 7，对隔热涂层的试样 片的采取方法进行说明。图4为表示超声波刀具的圆筒状刀刃的立体图。 图5-l 图5-5为对采取试样片的各步骤的加工内容进行说明的图。图6 为试样采取中的隔热涂层的俯视图。图7为表示通过超声波刀具形成于叶 片的表面上的切口的另一形式的图。
另外，图5-1表示加工前的状态，图5-2表示圆筒状的切口进入隔热 涂层110中的状态，图5-3表示通过研磨器切削圆筒状的切口的周围的状 态，图5-4为表示通过具有圆盘状刀刃的旋转刀具切削位于试样片之下的 基材100的状态，图5-5表示试样片从基材100切开的状态。
如图4所示的那样，本实施例采用的超声波刀具200通过刀刃202细 微振动的方式，对加工对象部件进行切削。超声波刀具200的刀刃202呈 圆筒状，其直径D在3 5mm的范围内。该超声波刀具200通过将刀刃 202按压于隔热涂层IIO上，可在隔热涂层110上形成圆筒状的切口。另 外，超声波刀具200按照可把握刀刃202的输送，即在从刀刃202的顶面
10涂层114朝向基材100的方向上的移动(由图中的箭头A表示)的距离的 方式构成。
如图5-l所示的那样，首先，从隔热涂层IIO上垂直地使圆筒状刀刃 202突立使其振动，开始顶面涂层114的切削。接着，在切削顶面涂层114 和粘合涂层112的同时，如图中的箭头A所示的那样，朝向基材IOO，按 照隔热涂层110的厚度的量输送刀刃202。
此外，超声波刀具200的刀刃202的振动频率采用在lkHz 50kHz 的范围内的频率。伴随振动频率的增加，切削速度，即刀刃的输送速度也 可增加，但是在50kHz以上的场合，切削速度过大，对顶面涂层114造成 损伤。另一方面，在lkHz以下的场合，顶面涂层114的切削速度在后述 的标准条件的百分之一以下，显著降低。在本实施例的标准条件下，刀刃 的振动频率设定在25kHz，并且刀刃的输送速度设定在0.5mm/min。
还有，超声波刀具200的磨粒采用金刚砂(SiC)，该粒度采用粒度 #240 #1000，即磨粒的直径约在16nm 60|xm的范围内。在本实施例的 标准条件下，粒度设定在糾OO，即磨粒的直径设定在约30,。另外，如 果磨粒的粒度小于#240，即磨粒的粒径增大，则切削速度增加，但切断面 易产生损失，如果大于#1000，即磨粒的粒径变小，则切削速度显著降低。
接着，如图5-2所示的那样，超声波刀具200的刀刃202进行切削， 直至与作为基材100和隔热涂层110的边界的基材表面100a接触(切口 形成步骤)。由此，如图6所示的那样，可在隔热涂层IIO上形成圆筒状 的切口 121。隔热涂层110中的，由该圆筒状的切口 121围绕的部位构成 后述的试样片20。即，切口 121的内缘120构成试样片20的缘。
然后，如图5-3所示的那样，在之后的步骤中，以可插入具有圆盘状 的刀刃222 (切削部)的旋转刀具220的方式通过研磨机等去除位于切口 121的外侧的隔热涂层110。具体来说，如图6所示的那样，对与切口 121 的外缘122邻接的隔热涂层110进行切削，从外缘122向沿着基材100的 表面100a的方向切削至离开规定的距离的缘130处，由此，将切口 121 扩大(切口扩大步骤)。缘130与切削前的顶面涂层114的表面114a连续。 即，从切口 121的外缘122到以规定的距离间隔开的缘130，按照伴随从 外缘122朝向缘130的离开，从基材100的表面100a朝向顶面涂层114的表面114a的方式呈盘状切削。这样，切削与切口 121的外缘122邻接 的区域133的隔热涂层110，从而向外侧呈盘状将切口 121扩大。
另外，如图5-4所示的那样，在之后构成试样片20的部分20a中靠粘 合涂层112的基材100的一侧通过具有极薄的圆盘状的刀刃222(切削部) 的旋转刀具220进行切削。
在旋转刀具220中，金刚石的磨粒通过电解沉积于圆盘上，构成圆盘 状的刀刃222。在旋转刀具220中，圆盘状的刀刃222旋转，由此可切削 加工对象部件中的与刀刃222接触的部位。旋转刀具220的刀刃222采用 厚度在0.05 0.4mm的范围内的刀刃。在本实施例中，旋转刀具220的刀 刃的厚度T采用0.2mm的厚度。另外，如果采用刀刃的厚度小于0.05mm 的旋转刀具，则在切削中刀刃222挠曲。另一方面，如果采用刀刃222的 厚度超过0.4mm的旋转刀具，则"切削量"大，大大地切削基材IOO，由 此，最好不采用该方式。另外，旋转刀具220的圆盘状的刀刃222的外径 采用充分地大于超声波刀具200的圆筒状刀刃202的内径D2的外径。
在旋转刀具220中，按照不切削构成试样片20的部分20a中的粘合 涂层112的方式插入刀尖223。此外，按照圆盘的表面222a和基材100的 表面100a尽量构成较小的角度，以便尽可能地不切削位于粘合涂层112 之下的基材100的方式插入旋转刀具220。
另外，通过旋转刀具220，在从圆筒状的切口 121的内缘120到全周 的范围内，从构成试样片20的部分20a朝向内侧切削基材100，由此，如 图5-5所示的那样，从叶片10 (11)切取试样片20 (试样片切取步骤)。 这样，在本实施例中，可采取对应于超声波刀具200的筒状刀刃202的内 径的试样片20。所获得的试样片20用于隔热涂层110的性能变差状态的 评价。另外，所谓"内侧"，是指从切口 121朝向构成试样片的部分20a 的中心的方向，即圆筒状的切口 121的径向朝内。
在采取试样片20时，将基材100的一部分110c与试样片20的顶面 涂层114和粘合涂层112 —起进行切取，从而在基材100上形成作为痕迹 的凹部100e。但是，如果该凹部100e相对基材表面100a的深度B为0.5mm 左右，则再次在凹部100e上形成隔热涂层110，由此，可将具有凹部100e 的叶片10 (11)照原样用作燃气涡轮1的涡轮5的叶片10 (11)。在以上说明的本实施例中，具有通过具有筒状刀刃202的超声波刀具200从隔热涂层110的表面114a到基材100的表面，形成圆筒状的切口121的步骤；通过具有圆盘状的刀刃222的旋转刀具220，从圆盘状的切口 121朝向内侧进行切削，切取试样片20的步骤。由此，在采取时，尽可能地不对隔热涂层IIO产生冲击力，可从叶片10 (11)获得具有隔热涂层110的试样片20。由此，可进行设置叶片10 (11)的隔热涂层110的粘合涂层112中产生的氧化皮层112s的厚度的测定等的，氧化皮层112s的准确的光学观察。其结果是，在燃气涡轮1中，不更换涡轮5的叶片10(11)，而进行隔热涂层IIO的性能变差状态的评价。
另外，在本实施例中，在通过超声波刀具200形成切口 121之后，在全周的范围内，对位于切口 121的外侧的隔热涂层IIO进行切削，并扩大切口 12之后1，通过旋转刀具220从切口 121朝向内侧进行切削。由于在将切口 121向外侧扩大之后，将旋转刀具220插入到切口 121，超声波刀具200的内径D2和外径Dl的差变小，切口 121的内缘120和外缘122之间的距离变小，即使在该情况下，仍可将旋转刀具220尽可能地以锐角方式插入基材100的表面。其结果是，可针对试样片20，使与隔热涂层110—起切取的基材100尽可能地薄，可在切取试样片20之后，使形成于基材100上的凹部100e尽可能地浅。
此外，在本实施例中，对于超声波刀具200的筒状的切口 121，形成l个圆形的切口，但是，切口 121的形态并不限于此。比如，如图7所示的那样，也优选局部重复地形成多个切口 121c、 121f。这样，可使从切口121c、 121f向外侧扩大的区域135的面积与通过将切口 121c、 121f重合而获得的试样片(20c、 20e、 20f)的面积的比例小于形成一个切口 121的情况。由此，与向外侧扩大切口 121的其他步骤相比较，使麻烦的步骤为最小限度，同时可获得多个试样片20c、 20e、 20f。
实施例2
针对本实施例的隔热涂层的试样片的采取方法，采用图5-2，图5-3，和图8-1和图9-3进行说明。图8-1为电火花线切割装置的主视图。图8-2为电火花线切割装置的侧视图。图9-1和图9-3为说明电火花线切割装置的动作的图，图9-l为表示电极进入形成于隔热涂层上的切口的状态的图。
13图9-2为表示电极在通过放电进行切削的同时，沿基材表面移动的状态的
图。图9-3为表示电极结束切削，从切口抽出的状态的图。本实施例在代替旋转刀具，而采用电火花线切割装置，切取隔热涂层的试样片的方面，与实施例l不同，下面进行具体说明。另外，对于燃气涡轮、叶片和隔热涂层，为与实施例l共同的结构，采用同一标号而省略对其的说明。
如图8-l所示的那样，电火花线切割装置300包括由^字形的金属丝构成并通过放电可切削金属的电极310;保持该电极310的电极保持架315。从未图示的电源向电极310供电，电极310按照通过在作为加工对象部件的金属部件的叶片10(11)之间产生放电，从而可切削叶片10(11)。
另外，电火花线切割装置300包括旋转驱动电极保持架315的旋转轴330;经由撑杆325与旋转轴330结合的滑动机构320;使将滚轮340的运动传递给电极保持架315的旋转轴330的旋转传递给电极保持架315的撑杆325。旋转轴330与未图示的电动机结合，以旋转轴330的轴心C为中心旋转驱动。旋转轴330的转矩从撑杆325经由后述的滑动机构320传递给电极保持架315。由此，可沿旋转轴330的周向旋转驱动电极310。
此外，电火花线切割装置300还具有滑动机构320，其可沿电极310和电极保持架315的旋转轴330的径向滑动；仿形模350，其形成在电极310的径向上限定移动的轮廓面(外形面351、 352、 353);滚轮340,其沿着仿形模350的轮廓面351、 352、 353移动；杆，其将滚轮340的旋转轴330的径向的移动传递给电极保持架315和电极310。
滚轮340以可旋转的方式支承于杆335上，沿仿形模350的轮廓面(351、 352、 353)移动。杆335通过未图示的弹簧在旋转轴330的径向上向朝向仿形模350的轮廓面(351、 352、 353)的方向对滚轮340施力。由此，滚轮340可沿仿形模350的轮廓面(351、 352、 353)移动，杆335对应于仿形模350的轮廓沿旋转轴330的径向驱动。在杆335上结合电极保持架315，并且经由滑动机构320结合在旋转轴330上。由此，将旋转轴330的旋转和由仿形模350的轮廓面(351、 352、 353)限定的杆335的、向旋转轴330的径向的滑动移动合并传递给电极保持架315和电极310。
在这样构成的电火花线切割装置300中，如图8-2所示，电极310沿旋转轴330的径向滑动了使仿形模350的轮廓面(351、 352、 353)的截面形状从以旋转轴330的轴心C为中心的圆周形变化的量。g口，电火花线切割装置300通过设定仿形模350的轮廓面(351、 352、 353)的截面形状，可按照从旋转轴330的轴心C到电极310的距离E为对应于电极310的旋转角位置的所需的值的方式调整。
在本实施例的隔热涂层的试样片采取方法中，与实施例1相同，首先，如图5-2所示的那样，通过具有圆筒状刀刃202的超声波刀具200，在从隔热涂层IIO到基材IOO的范围内，形成圆筒状的切口121 (切口形成步骤)。然后，如图5-3所示的那样，切削位于切口 121的外缘的外侧的隔热涂层110，从而将切口 121向外侧扩大(切口扩大步骤)。
接着，将形成有切口 121的叶片10 (11)如图9-1所示的那样，放置于电火花线切割装置300上，控制未图示的电动机，使旋转轴330旋转，并且对电极310施加电压并进行放电。沿仿形模350的轮廓面(351、 352、353)中的第一面351移动滚轮340，由此，电极310沿旋转轴330的周向旋转移动，进入切口 121的内部。
然后，滚轮340如图9-2所示的那样，沿轮廓面(351、 352、 353)中的位于中间的第二面352移动。第二面352按照与第一面351相比较，沿旋转轴330的径向在仿形模350侧使电极310滑动移动的方式形成凹部100e。该第二面352的形状按照下述方式设定，沿该第二面352移动滚轮340，从而以旋转轴330为中心，设置于滚轮340的相反侧的电极310沿基材100和隔热涂层110的基材表面100a平行地移动。通过这样设定，电极310沿基材表面100a平行移动，并且在隔热涂层110和基材100之间产生放电，从而沿着基材表面100a进行切削(试样片切取步骤)。
然后，滚轮340从第二面352沿第三面353移动，由此从叶片10(11)，切取试样片20，电极310从切口 121中抽出。这样，电火花线切割装置300可从叶片10 (11)的表面切取隔热涂层110的试样片20。
如上面说明的那样，在本实施例的隔热涂层110的试样片采取方法中，通过可将从旋转轴330到电极310的距离E调整到与电极310的旋转角位置相对应的所希望的值的电火花线切割装置300，进行从筒状的切口 121朝向内侧进行切削从而切取试样片20的步骤，由此，可使所采取的隔热涂层110的试样片20为尽可能地不包含基材100的试样片。
另外，在本实施例中，电火花线切割装置300包括仿形模350、沿仿形模350的轮廓面(351、 352、 353)移动的滚轮340、具有以可旋转的方式指示滚轮340并且与电极保持架315结合的滚轮340，但是，电火花线切割装置300的形态并不限于此。可将从旋转轴330到电极310的距离E调整到与电极310的旋转角位置相对应的所需的值。比如，相对本实施例的电火花线切割装置300，可废除仿形模350、滚轮340、杆335，代替保持电极保持架315的滑动机构320而由可通过控制器进行伸縮控制的促动器构成。
实施例3
本实施例为根据通过实施例1或2的试样片的采取方法获得的隔热涂层的试样片推定作为基材的温度的"金属温度"的方法，在下面进行具体说明。另外，对于与燃气涡轮、叶片和隔热涂层共同的结构，为与实施例l共同的结构，采用同一标号而省略对其的说明。
本实施例的金属温度推定方法为推定依次在基材100上形成粘合涂层112和顶面涂层114的叶片10 (11)的金属温度的方法，其中，根据与叶片10 (11)相同组成的供试体，计算与叶片10 (11)的氧化皮层112s的厚度与温度、时间的关系，然后采用该关系，根据从实际设备获得的试样片20的氧化皮层112s的厚度推定叶片10 (11)的金属温度。由此，在尽可能地不损伤叶片10 (11)的基材100的情况下，可预测顶面涂层114的剥离等的叶片10 (11)的性能变差时期，可评价叶片10 (11)的残留寿命。由于不必更换叶片，故可低成本地评价叶片的性能变差状态。
另外，本实施例的金属温度推定方法为推定在基材IOO上依次形成粘合涂层112和顶面涂层114的叶片10 (11)的金属温度的方法，在根据与叶片10 (11)相同组成的供试体，求出与形成于叶片10 (11)的表面侧上的析出物消失深度与温度、时间的关系后，可采用该关系，根据形成于由实际设备获得的试样片20上的析出物消失深度，推定叶片IO (11)的金属温度。同样通过该方法，可预测顶面涂层114的剥离等的叶片10(11)的性能变差时期，可评价叶片IO (11)的残存寿命。
此外，本实施例的金属温度推定方法为推定在基材IOO上形成粘合涂层112的叶片10 (11)的金属温度的方法，可根据与叶片10 (11)相同 组份的供试体，求出与形成于叶片10 (11)的基材100表面的扩散层的厚 度与温度、时间的关系，然后可采用该关系，根据形成于由实际设备获得 的试样片20的扩散层的厚度推定高温部件的金属温度。同样通过该方法， 可预测顶面涂层114的剥离等的叶片10 (11)的性能变差时期，可评价叶 片10 (11)的残存寿命。
还有，本实施例的金属温度推定方法为推定在基材IOO上形成粘合涂 层112的叶片10 (11)的金属温度的方法，可根据与叶片10 (11)相同 组份的供试体，求出与形成于叶片10 (11)的基材IOO侧的析出物消失深 度与温度、时间的关系，然后可采用该关系，根据形成于由实际设备获得 的试样片20的析出物消失深度推定高温部件的金属温度。同样通过该方 法，可预测顶面涂层H4的剥离等的叶片10 (11)的性能变差时期，可评 价叶片10 (11)的残存寿命。
另外，本实施例的金属温度推定方法的具体内容在本申请人的日本特 许3794939号公报的第0001 0028段中记载，本实施例还包括对应于这 些段落而说明的图。
实施例4
本实施例的叶片10 (11)的温度推定方法为根据通过实施例1或2的 试样片20的采取方法获得的隔热涂层110的试样片20，推定叶片10(11) 的顶面涂层114的温度的方法，下面对其进行说明。另外，对于燃气涡轮， 叶片10 (11)和隔热涂层110的结构，为与实施例1共同的结构，采用同 一标号而省略对其的说明。
本实施例的叶片10 (11)的温度推定方法为推定在基材100上形成作 为陶瓷层的顶面涂层114的叶片10 (11)的温度的方法，根据所获得的试 样片20，通过X射线衍射法测定在顶面涂层114中产生的单斜晶的量， 并根据该单斜晶的量推定顶面涂层114的表面温度。由此，非破坏性地推 定顶面涂层114的表面温度，可预测顶面涂层114的剥离等的叶片10(11) 的性能变差时期，可评价叶片IO (11)的残存寿命。由于不必更换叶片， 故可低成本地评价顶面涂层114的状态。
在推定在基材IOO上形成顶面涂层114的叶片10 (11)的温度的方法
17中，根据所获得的试样片20，对沿顶面涂层114的深度方向的截面的微小
组织进行图像处理，求出膜状缺陷的面积率，由此，根据面积率推定顶面
涂层114的表面温度。同样通过该方法，可预测顶面涂层114的剥离等的 叶片IO (11)的性能变差时期，可评价叶片IO (11)的残存寿命。
在推定在基材IOO上形成顶面涂层114的叶片10 (11)的温度的方法 中，求出沿顶面涂层114的深度方向的剖面的硬度，根据该硬度推定顶面 涂层114的表面温度。同样通过该方法，可预测顶面涂层114的剥离等的 叶片IO (11)的性能变差时期，可评价叶片IO (11)的残存寿命。
另外，本实施例的金属温度推定方法的具体内容在本申请人的日本特 许3519703号公报的第0001 0038段中记载，本实施例还包括对应于这 些段落而说明的图。
此外，在上述各实施例中，作为在基材100上依次设置作为隔热涂层 110、作为耐氧化层的粘合涂层112、作为陶瓷层的顶面涂层114的结构， 试样片20主要由粘合涂层112和顶面涂层114构成，但是，隔热涂层110 和试样片20的结构并不限于此。比如，也可为在设置于基材上的粘合涂 层与构成叶片的表面的顶面涂层之间单独设置耐氧化层的结构。
工业方面可利用性
向上述那样，本实施例的试样片的采取方法用于设置在涡轮用的叶片 上的隔热涂层的性能变差状态的评价，特别是用于工业用的涡轮用的叶片 的性能变差状态的评价。
权利要求
1、一种试样片采取方法，该方法是从在表面上设有层的部件中采取试样片的试样片采取方法，其特征在于，包括切口形成步骤，从表面沿厚度方向输送具有筒状刀刃的筒状刀具并进行切削，从而形成筒状的切口；试样片切取步骤，从筒状的切口朝向内侧进行切削，从而切取构成在切口的内侧的试样片。
2、 根据权利要求1所述的试样片采取方法，其特征在于， 包括切口扩大步骤，在形成筒状的切口之后，以向外侧扩大切口的方式切削部件，在试样片切取步骤中，将具有圆盘状刀刃的旋转刀具插入筒状的切口 内并进行切削。
3、 根据权利要求1或2所述的试样片采取方法，其特征在于， 部件为燃气涡轮用的叶片， 叶片为在基材上设有隔热涂层的层地构成表面， 在切口形成步骤中，筒状刀具被输送直至其与基材相接， 在试样片切取步骤中，旋转刀具对基材进行切削。
4、 根据权利要求2所述的试样片采取方法，其特征在于， 在切口形成步骤中，局部重复形成多个筒状的切口。
5、 一种叶片的温度推定方法，该方法是采用由权利要求4所述的试 样片采取方法获得的试样片，推定在基材上依次形成有粘合涂层和顶面涂 层的叶片的温度的方法，其特征在于，根据与叶片相同组份的供试体，计算叶片的氧化皮层的厚度与温度、 时间的关系，然后利用该关系，根据由实际设备获得的试样片的氧化皮层 的厚度推定叶片的金属温度。
6、 一种叶片的温度推定方法，该方法是采用由权利要求4所述的试 样片采取方法获得的试样片，推定在基材上形成有作为陶瓷层的顶面涂层 的叶片的温度的方法，其特征在于，根据所获得的试样片，通过X射线衍射法测定在顶面涂层中生成的单斜晶的量，并根据该单斜晶的量推定顶面涂层的表面温度'
全文摘要
本发明提供一种试样片采取方法，该方法为从叶片的表面(114a)采取试样片的方法，其中，将具有圆筒状刀刃的超声波刀具从叶片的表面(114a)输送至基材(100)的表面(100a)并进行切削，从而形成圆筒状的切口。在将切口向外侧扩大地进行切削之后，通过具有圆盘状刀刃(222)的旋转刀具(220)从圆筒状的切口朝向内侧进行切削，从而切取位于切口的内侧的部分(20a)，将其作为试样片。
文档编号G01N1/04GK101669021SQ200880004349
公开日2010年3月10日 申请日期2008年1月30日 优先权日2007年2月16日
发明者佐近淑郎, 内藤猛, 冈田郁生, 塚越敬三, 小熊英隆, 山田政博, 霞总司, 高桥孝二, 鸟越泰治 申请人:三菱重工业株式会社