報告書番号

H08

タイトル（和文）

テラヘルツ波を用いたガスタービン用遮熱コーティングのトップコート膜厚測定技術の開発

タイトル（英文）

Development of Measurement Technique of Topcoat Thickness of Thermal Barrier Coating for Gas Turbines using Terahertz Waves

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

テラヘルツ波を用いたTBCのトップコート膜厚測定技術を確立した。従来の屈折率測定法であるテラヘルツ時間領域分光法でトップコート材料であるイットリア安定化ジルコニアの屈折率を測定し，これをテラヘルツ波の反射測定と組み合わせてトップコート膜厚が測定できることを示した。透過型配置を用いるテラヘルツ時間領域分光法は金属基盤上に施工されたTBCに適用できないことから，反射波の周波数解析から屈折率を測定する方法を考案し，反射測定のみでトップコート膜厚測定ができることを示した。反射測定のみを用いる膜厚測定法では，表面粗さの影響が誤差要因となることが明らかとなったため，トップコート表面の実効反射率の表面粗さ依存性，および測定に用いるテラヘルツ波の周波数特性を考慮し，表面粗さの影響を補正する膜厚測定法を考案した。本手法をトップコート膜厚が連続的に変化するTBC試験体に適用した結果，膜厚測定値は触針式厚さ計による測定値と一致し，その妥当性が確認された。トップコート膜厚測定技術の実機部品への適用性を明らかにするために，TBC施工ガスタービン動翼のトップコート膜厚測定を行った。テラヘルツ波による膜厚測定結果と破断後の顕微鏡観察結果の差異は概ね10μm以内で一致し，測定誤差の範囲内に収まった。以上の結果から，本手法は実機部品へ適用可能であることを明らかにした。

概要 （英文）

Thermal barrier coating (TBC) is applied to high temperature components in gas turbine power generation, such as combustors and turbine blades, in order to protect the metal surface from a high temperature oxidizing environment. TBC consists of a ceramic topcoat and a metallic bondcoat. The topcoat thickness is an important factor which determines the thermal resistivity of TBC. In this report, a nondestructive, noncontact measurement technique of the topcoat thickness was developed. The technique is based on the time difference of terahertz (THz) waves reflected from the topcoat surface and the topcoat-bondcoat interface. A new method to measure the refractive index, which is necessary to obtain the thickness, was developed. The technique was applied to TBC specimens, and the results were in agreement with measurement results using a contact thickness gauge or microscopic observation of the cross section. The effect of the surface roughness was corrected based on the frequency dependence of the effective reflectivity and the frequency characteristics of the measurement device. THz measurement results of the topcoat thickness of TBC applied to a gas turbine blade agreed with microscopic observation results of the cross section to within 6%. The results showed that THz waves are effective for measuring the topcoat thickness, and that can be applied to in-service components.

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