報告書番号

H14006

タイトル（和文）

光ルミネッセンス法によるガスタービン用遮熱コーティングの界面酸化層の可搬型検出システムの開発

タイトル（英文）

Development of a portable system for detection of thermally grown oxide layer in thermal barrier coating for gas turbines by photoluminescence

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ガスタービン用遮熱コーティングのトップコートはく離の一因とされる界面酸化層の非破壊検出を目的とした簡易検出システムを試作した。本システムは光ルミネッセンス法によって界面酸化層中のCr3+を検出するもので，光源には小型連続発振レーザ，検出器には高感度化した小型分光器を用いており，可搬型の構成となっている。検査対象物へのレーザ光照射と光ルミネッセンスの受光は小型プローブで行う。プローブは装置本体と光ファイバでつながっており，自由度を有することから複雑な構造，あるいは曲面を有する検査対象物にも対応可能である。プローブによる検査面積は径5mmの円である。TBC試験体を用いて本システムの性能評価を行った結果，1000℃又は1100℃で加熱したTBC試験体から光ルミネッセンスが観測され，非加熱試験体からは観測されなかった。1100℃で1000時間加熱した試験体からは通常観測されるR1,R2線の長波長側において発光が見られ，701.9nmに輝線が確認された。これは高濃度のCr3+に起因すると考えられることから，Crを多く含む界面酸化層の判別の可能性を見出した。また，トップコート厚さに対して光ルミネッセンス強度を補正する方法を提案し，補正に必要となるトップコート中の減衰係数を測定した。

概要 （英文）

The formation of a thermally grown oxide (TGO) layer at the interface between the topcoat and the bondcoat of a thermal barrier coating (TBC) is an origin of topcoat damage, which can lead to delamination of the topcoat. The TGO layer contains Al2O3 with Cr3+ as an impurity, which can be detected by photoluminescence. In this report, a portable system for detection of the TGO layer was developed. This system can be used for screening tests of topcoat delamination inspection, since delamination is likely to occur at locations where the TGO layer has grown. The system uses a Nd:YAG laser of wavelength 532 nm and a compact spectrometer to detect the photoluminescence from Cr3+ at 694.3 nm (R1) and 692.9 nm (R2). An optical probe is used to illuminate the specimen with laser light and to collect the photoluminescence. The optical probe is coupled to the main body by optical fiber, which allows flexibility to match specimens with curved surfaces or complex structures. The probing region is a circle of diameter 5 mm. The system performance was tested using TBC specimens heated at 10000C and 11000C, and an as-sprayed, unheated TBC specimen. Photoluminescence (R1, R2) was observed from heated specimens and was not observed from the unheated specimen. Photoluminescence from the TBC specimen heated at 11000C for 1000 hr showed an increase on the long wavelength side of R1, with a peak at 701.9 nm, which suggested the possibility of identifying regions of the TGO layer with high Cr concentration. In addition, a method to correct the photoluminescence intensity for different topcoat thickness is proposed. The attenuation coefficient of the topcoat, which is necessary for the correction, was measured to be 7.3 mm-1.

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