JP2937989B2 - Interface measurement thin film temperature sensor and heat resistant parts - Google Patents
Interface measurement thin film temperature sensor and heat resistant partsInfo
- Publication number
- JP2937989B2 JP2937989B2 JP3213398A JP3213398A JP2937989B2 JP 2937989 B2 JP2937989 B2 JP 2937989B2 JP 3213398 A JP3213398 A JP 3213398A JP 3213398 A JP3213398 A JP 3213398A JP 2937989 B2 JP2937989 B2 JP 2937989B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- thermal barrier
- barrier coating
- temperature
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱部品の遮熱コ
ーティング効果を測定するために使用できる界面測定薄
膜温度センサおよびこれを仕込んだ耐熱部品に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interface-measuring thin-film temperature sensor which can be used for measuring a thermal barrier coating effect of a heat-resistant component, and a heat-resistant component provided with the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高温ガス雰囲気に曝されるタービン用部
品など耐熱部品の耐熱性能を高めるため、部品内部に空
隙を形成して冷媒を流通させる冷却構造を付加したり、
部品表面に遮熱コーティング（ＴＢＣ）を施すなどの工
夫がなされている。2. Description of the Related Art In order to improve the heat resistance of heat-resistant components such as turbine components exposed to a high-temperature gas atmosphere, a cooling structure for forming a gap inside the components and allowing a refrigerant to flow therethrough has been added.
Some measures have been taken, such as applying a thermal barrier coating (TBC) to the component surface.
【０００３】これら耐熱性能はガス流その他により影響
を受けるため運転条件に従って最適な耐熱性向上手法が
異なる。特に遮熱コーティングを施工する場合には、現
状では定性的経験に基づいた設計によらざるを得ない部
分が多く、より精密な設計を可能とするため実測に基づ
く定量的データの取得が望まれている。とりわけて、製
作された耐熱部品が実際の部品使用時に要求される耐熱
性能を実現できているかを定量的に検証する手段が必要
とされる。このように、遮熱コーティングの性能を確認
して施工法を確立することが要請されている。[0003] Since these heat resistance performances are affected by the gas flow and the like, the optimum heat resistance improvement method differs according to the operating conditions. Especially when applying thermal barrier coatings, at present there are many parts that must be designed based on qualitative experience, and it is desirable to acquire quantitative data based on actual measurements to enable more precise design. ing. In particular, there is a need for a means for quantitatively verifying whether the manufactured heat-resistant component can achieve the heat-resistant performance required when an actual component is used. Thus, it is required to confirm the performance of the thermal barrier coating and establish a construction method.
【０００４】これらの要請に応える従来技術として、た
とえばジーフェン・レイ(Jih-Fen Lei)等による１９９
７年国際ガスタービン及び航空用エンジン学会前刷「エ
ンジン用薄膜センサ技術の発展」"ADVANCES IN THIN FI
LM SENSOR TECHNOLOGIES FORENGINE APPLICATIONS" the
International Gas Turbines & Aeroengine Congress
& Exhibition, Orlando,Floroda,June 2-5,1997に開示
されたような、タービン部品の表面に薄膜温度センサを
貼付して表面温度を測定する方法がある。[0004] As a prior art which meets these demands, for example, 199 by Jih-Fen Lei et al.
ADVANCES IN THIN FI ADVANCES IN THIN FI FIRS
LM SENSOR TECHNOLOGIES FORENGINE APPLICATIONS "the
International Gas Turbines & Aeroengine Congress
& Exhibition, Orlando, Floroda, June 2-5, 1997, there is a method of attaching a thin film temperature sensor to the surface of a turbine component and measuring the surface temperature.
【０００５】この方法を応用するときには、遮熱コーテ
ィングを剥がして露出させた部品基材表面にセンサを貼
付して基材温度を測定する方法も採用できる。しかしこ
の方法では遮熱コーティングが施されたままの状態で実
測することができないので、遮熱コーティングの遮熱効
果を正確に把握することが困難である。When this method is applied, a method may be employed in which a sensor is attached to the surface of a component substrate exposed by peeling off the thermal barrier coating, and the substrate temperature is measured. However, in this method, since it is impossible to actually measure the state in which the thermal barrier coating is applied, it is difficult to accurately grasp the thermal barrier effect of the thermal barrier coating.
【０００６】また、タービン部品の基材表面にシース熱
電対を固着して遮熱コーティング下での基材表面温度を
測定する方法も行われる。しかし、いかに細いシース熱
電対を選んでもそのシース径は遮熱コーティングの厚さ
（例えば約２００μｍ）程度にしかならないので、基材
に所定の遮熱コーティングを施した状態における基材表
面温度を測定したことにはならず、遮熱コーティングに
ついて真の遮熱性能を計測することはできない。[0006] There is also a method of fixing a sheath thermocouple to a substrate surface of a turbine component and measuring the substrate surface temperature under a thermal barrier coating. However, no matter how thin the sheath thermocouple is selected, the sheath diameter is only about the thickness of the thermal barrier coating (for example, about 200 μm). Therefore, the surface temperature of the substrate in a state where the thermal barrier coating is applied to the substrate is measured. It is not possible to measure the true thermal barrier performance of the thermal barrier coating.
【０００７】さらに、放射温度計により非接触で表面温
度を測定する方法があるが、表面温度しか測定できない
ので遮熱コーティングを施した状態における遮熱性能を
知ることはできない。なお、放射温度計は表面の汚れや
雰囲気の影響を考慮して測定結果を補正する必要があ
り、遮熱コーティング表面の温度についても測定結果の
信頼性が劣る。Further, there is a method of measuring the surface temperature in a non-contact manner by using a radiation thermometer. However, since only the surface temperature can be measured, it is impossible to know the heat shielding performance in a state where a thermal barrier coating is applied. The radiation thermometer needs to correct the measurement result in consideration of the influence of the surface dirt and the atmosphere, and the reliability of the measurement result is also inferior for the temperature of the thermal barrier coating surface.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、遮熱コーティングが施された耐熱
部品について、使用時における実温度環境下で、遮熱コ
ーティングと基材部分の間の温度を高精度で測定する界
面測定薄膜温度センサを提供して部品の耐熱性能や遮熱
コーティングの遮熱効果を評価できるようにすることで
あり、またさらに遮熱コーティングの表面温度を測定す
る手段を提供して両者を同時に測定できるようにして遮
熱効果を正確に評価できるようにすることである。SUMMARY OF THE INVENTION The problem to be solved by the present invention is to provide a heat-resistant component having a thermal barrier coating between a thermal barrier coating and a substrate under an actual temperature environment during use. The purpose of this is to provide an interface measurement thin film temperature sensor that measures the temperature of the surface with high accuracy so that the heat resistance performance of parts and the heat shielding effect of the thermal barrier coating can be evaluated, and also the surface temperature of the thermal barrier coating is measured Means are to be provided so that both can be measured simultaneously so that the thermal barrier effect can be accurately evaluated.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明第１の界面測定薄膜温度センサおよび耐熱部
品は、基材表面にボンドコーティングを介して絶縁性の
遮熱コーティングを施した耐熱部品のボンドコーティン
グの上に絶縁薄膜を介して薄膜熱電対を形成して、遮熱
コーティングの内側の温度を測定するようにしたことを
特徴とする。また、本発明第２の界面測定薄膜温度セン
サおよび耐熱部品は、絶縁性の遮熱コーティングを施し
た耐熱部品のボンドコーティングと部品基材の間に絶縁
薄膜に挟まれた薄膜熱電対を形成して、部品基材の表面
温度を測定するようにしたことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a first interface measurement thin film temperature sensor and a heat-resistant portion of the present invention are provided.
For the product , a thin-film thermocouple is formed via an insulating thin film on the bond coating of a heat-resistant component that has an insulating thermal barrier coating on the substrate surface via a bond coating, and the temperature inside the thermal barrier coating is reduced. It is characterized in that it is measured. In addition, the second interface measurement thin film temperature sensor and heat resistant component of the present invention form a thin film thermocouple sandwiched between insulating thin films between a bond coating of a heat resistant component provided with an insulating thermal barrier coating and a component substrate. And measuring the surface temperature of the component base material.
【００１０】さらに、遮熱コーティングの表面に第２の
薄膜熱電対を形成して遮熱コーティングの表面の温度も
測定できるようにしてもよい。なお、第２薄膜熱電対は
遮熱コーティングの内側に形成された薄膜熱電対と重な
る位置に形成してもよい。Furthermore, a second thin film thermocouple may be formed on the surface of the thermal barrier coating so that the temperature of the surface of the thermal barrier coating can be measured. The second thin film thermocouple may be formed at a position overlapping the thin film thermocouple formed inside the thermal barrier coating.
【００１１】本発明第１の界面測定薄膜温度センサおよ
び耐熱部品によれば、極く薄く小型の薄膜熱電対を遮熱
コーティングの直下に形成して温度測定するため、遮熱
コーティングは実際の状態と大きく変化しないので、使
用状態におけるコーティング下の温度を正しく測定する
ことができる。 本発明をタービン翼などの高温ガス
雰囲気に耐える各種耐熱部品に適用することにより、試
験環境下あるいは実地環境下で耐熱性能を確認すること
ができる。さらに、遮熱コーティング表面に設けた第２
の薄膜熱電対で求めた表面温度と対照することにより、
遮熱コーティングの遮熱効果を正確に評価することがで
きる。[0011] Oyo present invention first thin film temperature sensor interface measurement
According to heat and heat resistant components , an extremely thin and small thin-film thermocouple is formed directly below the thermal barrier coating to measure the temperature, so the thermal barrier coating does not change much from the actual state. Can be measured correctly. By applying the present invention to various heat-resistant parts that can withstand a high-temperature gas atmosphere, such as turbine blades, heat-resistance performance can be confirmed under a test environment or a real-world environment. In addition, a second layer provided on the surface of the thermal barrier coating
By comparing with the surface temperature obtained with the thin film thermocouple of
The thermal barrier effect of the thermal barrier coating can be accurately evaluated.
【００１２】また、本発明第２の界面測定薄膜温度セン
サおよび耐熱部品によれば、極く薄く小型の薄膜熱電対
を遮熱コーティングでコーティングされた基材表面に形
成して、基材表面の温度を直接に測定するため、使用状
態において基材の耐熱温度に対してどの程度の温度にな
るかの判定ができ、耐熱部品の耐熱性能を計測すること
ができる。さらに、第２の薄膜熱電対により求める表面
温度と対照して遮熱コーティングの遮熱効果を定量的に
評価することができる。According to the second interface measuring thin film temperature sensor and heat resistant component of the present invention, an extremely thin and small thin film thermocouple is formed on the surface of the base material coated with the thermal barrier coating. Since the temperature is directly measured, it is possible to determine how much the temperature is higher than the heat-resistant temperature of the base material in use, and to measure the heat-resistant performance of the heat-resistant component. Further, the thermal barrier effect of the thermal barrier coating can be quantitatively evaluated in comparison with the surface temperature determined by the second thin film thermocouple.
【００１３】なお、第２薄膜熱電対で求めた表面温度と
遮熱コーティングの内側に形成された第１の薄膜熱電対
で求めた界面温度とを対照するときには、第１薄膜熱電
対の上には使用時と同じ状態の遮熱コーティングが存在
するため正確な界面温度を得ることができるが、第２薄
膜熱電対の位置が異なるときには使用状態における状態
と対応させた補正が必要となる場合もある。しかし、第
１薄膜熱電対と第２薄膜熱電対を重なる位置に形成した
場合は、遮熱コーティングを挟んだ温度差を同じ地点で
直接測定することができるので、容易に遮熱効果を計量
することができる。When comparing the surface temperature determined by the second thin-film thermocouple with the interface temperature determined by the first thin-film thermocouple formed inside the thermal barrier coating, the temperature of the first thin-film thermocouple must be higher than that of the first thin-film thermocouple. Can obtain an accurate interface temperature because the thermal barrier coating is in the same state as in use, but when the position of the second thin-film thermocouple is different, a correction corresponding to the state in use may be required. is there. However, when the first thin film thermocouple and the second thin film thermocouple are formed at overlapping positions, the temperature difference across the thermal barrier coating can be directly measured at the same point, so that the thermal barrier effect can be easily measured. be able to.
【００１４】なお、前記第１および第２の薄膜熱電対は
気相蒸着法により形成された絶縁薄膜と第１の金属薄膜
と第２の金属薄膜からなるものであることが好ましい。
ここで用いる気相蒸着法は、真空蒸着法、電子ビーム蒸
着法、スパッタリング法等の物理的気相蒸着法（ＰＶ
Ｄ）と、プラズマＣＶＤ法などの化学的気相蒸着法（Ｃ
ＶＤ）のいずれであってもよい。絶縁薄膜の材料とし
て、薄膜熱電対の起電力を損なわない材料を使用すれば
よいが、特に窒化硼素、アルミナ、酸化ケイ素、窒化ケ
イ素、酸化ジルコニウムなどが好ましい。また、第１金
属と第２金属として、薄膜熱電対として十分な起電力が
得られるような材料の組み合わせを用いるが、温度と出
力の関係が明白な白金と白金ロジウム、銅とコンスタン
タン、あるいはクロメルとアルメルなどの組み合わせが
好ましい。気相蒸着法によればこれら材料を正しい位置
に極めて薄い膜として形成することができる。Preferably, the first and second thin film thermocouples are composed of an insulating thin film, a first metal thin film and a second metal thin film formed by a vapor deposition method.
The vapor deposition method used here is a physical vapor deposition method such as a vacuum deposition method, an electron beam deposition method, or a sputtering method (PV
D) and a chemical vapor deposition method such as a plasma CVD method (C
VD). As a material for the insulating thin film, a material that does not impair the electromotive force of the thin film thermocouple may be used, but boron nitride, alumina, silicon oxide, silicon nitride, zirconium oxide, and the like are particularly preferable. As the first metal and the second metal, a combination of materials that can obtain a sufficient electromotive force as a thin film thermocouple is used, but platinum and platinum rhodium, copper and constantan, or chromel, whose temperature and output are clearly related. And a combination of alumel and the like. According to the vapor deposition method, these materials can be formed as a very thin film at a correct position.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の界
面測定薄膜温度センサを実施例に基づいて詳細に説明す
る。図１は本発明第１の実施例の界面測定薄膜温度セン
サを示す製造工程図、図２はさらに表面温度測定用の薄
膜センサを付加した界面測定薄膜温度センサを示す側面
断面図である。また、図３は本発明第２の実施例の界面
測定薄膜温度センサを示す製造工程図、図４はさらに表
面温度測定用の薄膜センサを付加した界面測定薄膜温度
センサを示す側面断面図である。なお、図５は本発明に
使用する薄膜熱電対の構造を説明する断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing an interface measuring thin film temperature sensor according to the present invention. FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing an interface measurement thin film temperature sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side sectional view showing an interface measurement thin film temperature sensor to which a thin film sensor for measuring surface temperature is further added. FIG. 3 is a manufacturing process diagram showing an interface measurement thin film temperature sensor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a side sectional view showing an interface measurement thin film temperature sensor to which a thin film sensor for surface temperature measurement is further added. . FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the structure of a thin film thermocouple used in the present invention.
【００１６】[0016]
【実施例１】本実施例の界面測定薄膜温度センサは、基
材表面にボンドコーティングを介して絶縁性の遮熱コー
ティングを施した耐熱部品のボンドコーティングの上に
絶縁薄膜を介して薄膜熱電対を形成したものである。図
１に本実施例の界面測定薄膜温度センサの形成工程を順
に示した。[Embodiment 1] An interface measuring thin film temperature sensor of this embodiment is a thin film thermocouple having an insulating thin film on a bond coating of a heat-resistant component having an insulating thermal barrier coating formed on a substrate surface with a bond coating. Is formed. FIG. 1 shows steps of forming an interface measurement thin film temperature sensor of this embodiment in order.
【００１７】図１（ａ）は耐熱部品の構造体である裸の
状態の基材を示したものである。部品基材１には使用目
的に応じて要求される機械的強度を満たす耐熱性の高い
材料が用いられる。例えば、高温ガス雰囲気中で激しい
ガス流に曝されるタービン翼などではニッケル基合金や
コバルト基合金などが用いられている。これら部品基材
１は耐熱性が高いといっても、高性能ガスタービンなど
１０００〜１２００℃にもなる雰囲気中では性能を維持
しにくい。このため、部品基材１の熱を除却するための
冷却構造を備えると共に、雰囲気ガスに露出する表面に
遮熱コーティング（ＴＢＣ）を施して基材部の温度を低
下させる工夫が行われている。FIG. 1A shows a bare base material which is a structure of a heat-resistant component. For the component substrate 1, a material having high heat resistance that satisfies the mechanical strength required according to the purpose of use is used. For example, a nickel-based alloy, a cobalt-based alloy, or the like is used for a turbine blade or the like exposed to a violent gas flow in a high-temperature gas atmosphere. Even though the component base material 1 has high heat resistance, it is difficult to maintain its performance in an atmosphere of 1000 to 1200 ° C. such as a high performance gas turbine. For this reason, a cooling structure for removing heat of the component base material 1 is provided, and a heat-shielding coating (TBC) is applied to a surface exposed to the atmosphere gas to reduce the temperature of the base material portion. .
【００１８】図１（ｂ）に示すように、部品基材１の上
には始めに、中間層としてボンドコーティング層２が形
成される。ボンドコーティング２はＭＣｒＡｌＹコーテ
ィングで、減圧溶射法により堆積させたものである。こ
こで、ＭはコバルトＣｏ、ニッケルＮｉ、あるいはコバ
ルトとニッケルの混合を表し、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙはそれぞ
れクローム、アルミニウム、イットリウムを表す。ＭＣ
ｒＡｌＹは、適当な熱処理により安定した接合性の高い
アルミナ膜を形成し電気絶縁性を発現し、また基材１の
酸化を抑制する作用も有する。なお、ボンドコーティン
グ２は、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、メッキ
拡散法などによっても形成することができる。As shown in FIG. 1B, a bond coating layer 2 is first formed on the component substrate 1 as an intermediate layer. The bond coating 2 is an MCrAlY coating deposited by a low pressure spraying method. Here, M represents cobalt Co, nickel Ni, or a mixture of cobalt and nickel, and Cr, Al, and Y represent chromium, aluminum, and yttrium, respectively. MC
rAlY forms an alumina film which is stable and has a high bonding property by an appropriate heat treatment, expresses electrical insulation, and also has an action of suppressing oxidation of the base material 1. Note that the bond coating 2 can also be formed by an electron beam evaporation method, a sputtering method, a plating diffusion method, or the like.
【００１９】次に、図１（ｃ）に示すように、ボンドコ
ーティング２上に薄膜熱電対３を形成する。薄膜熱電対
３は、図５に拡大して示したように、絶縁薄膜３１上に
第１の金属の薄膜３２を形成し、さらに第２の金属の薄
膜３３が一部で第１金属薄膜と重なるように形成して構
成される熱電対である。絶縁薄膜３１は、窒化硼素Ｂ
Ｎ、アルミナＡｌ2Ｏ3、酸化ケイ素ＳｉＯ2、窒化ケイ
素Ｓｉ3Ｎ、酸化ジルコニウムＺｒＯ2など、部品が暴露
される温度環境やガス雰囲気に耐久性のある絶縁体材料
が選ばれる。Next, as shown in FIG. 1C, a thin film thermocouple 3 is formed on the bond coating 2. As shown in FIG. 5, the thin-film thermocouple 3 forms a first metal thin film 32 on an insulating thin film 31 and further includes a second metal thin film 33 partially as a first metal thin film. It is a thermocouple formed so as to overlap. The insulating thin film 31 is made of boron nitride B
N, alumina Al 2 O 3 , silicon oxide SiO 2 , silicon nitride Si 3 N, zirconium oxide ZrO 2, and the like, an insulator material having durability to a temperature environment or a gas atmosphere to which parts are exposed are selected.
【００２０】また、熱電対を形成する第１金属と第２金
属は、部品の暴露される温度環境やガス雰囲気に耐久性
があり、かつゼーベック効果により熱起電力を生じる金
属もしくは合金の異なる材料２種の組み合わせである。
例えば、温度と出力の関係が正確に把握されている白金
と白金ロジウム（例えばＰｔ／Ｐｔ−Ｒｈ３０％、Ｐｔ
／Ｐｔ−Ｒｈ１３％、Ｐｔ／Ｐｔ−Ｒｈ１０％など）、
銅とコンスタンタン、あるいはクロメルとアルメルの組
み合わせなどが好ましいが、ＪＩＳに規定されていない
ものでも上記条件が満たされるものであればよいことは
いうまでもない。Further, the first metal and the second metal forming the thermocouple are made of a material different from a metal or an alloy which is durable in a temperature environment or a gas atmosphere to which parts are exposed and generates a thermoelectromotive force by a Seebeck effect. It is a combination of two types.
For example, platinum and platinum rhodium (for example, Pt / Pt-Rh 30%, Pt
/ Pt-Rh13%, Pt / Pt-Rh10%),
A combination of copper and constantan or a combination of chromel and alumel is preferred, but it goes without saying that a compound not specified in JIS may be used as long as the above conditions are satisfied.
【００２１】絶縁薄膜３１、第１金属薄膜３２、第２金
属薄膜３３は、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッ
タリング法などの物理的気相蒸着法（ＰＶＤ）やプラズ
マ法などの化学的気相蒸着法（ＣＶＤ）により形成する
ことができる。例えば、厚さ約１０μｍの絶縁薄膜３１
の上に５μｍの厚さで熱電対薄膜を蒸着した小さな薄膜
熱電対３を形成することができる。The insulating thin film 31, the first metal thin film 32, and the second metal thin film 33 are formed by physical vapor deposition (PVD) such as vacuum evaporation, electron beam evaporation, and sputtering, and chemical vapor deposition such as plasma. It can be formed by a phase deposition method (CVD). For example, the insulating thin film 31 having a thickness of about 10 μm
A small thin film thermocouple 3 having a thickness of 5 μm on which a thermocouple thin film is deposited can be formed.
【００２２】最後に、図１（ｄ）に示すように、遮熱コ
ーティング４を形成して界面測定薄膜温度センサ１０を
得ることができる。遮熱コーティング４はイットリウム
安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）など熱伝導率の低い絶縁
体である。ボンドコーティング２と同様、メッキ拡散
法、電子ビーム蒸着法、大気圧プラズマ溶射法などによ
って形成することができる。ボンドコーティング２と遮
熱コーティング４の施工は、従来と同じで異なるところ
はない。Finally, as shown in FIG. 1 (d), a thermal barrier coating 4 is formed to obtain an interface measurement thin film temperature sensor 10. The thermal barrier coating 4 is an insulator having low thermal conductivity such as yttrium stabilized zirconium (YSZ). Like the bond coating 2, it can be formed by a plating diffusion method, an electron beam evaporation method, an atmospheric pressure plasma spraying method, or the like. The application of the bond coating 2 and the thermal barrier coating 4 is the same as the conventional one and there is no difference.
【００２３】上記のようにして形成された界面測定薄膜
温度センサ１０は、部品基材１とボンドコーティング２
と遮熱コーティング４からなる耐熱部品に極く小さな温
度検出端３を付加しただけなので、測定対象の温度状態
を乱すことなく殆ど非侵襲的に温度測定を行うことがで
きる。したがって、本実施例の界面測定薄膜温度センサ
１０を用いると、遮熱コーティングを施した耐熱部品を
高温ガス雰囲気中で作動状態に置いたときにおける遮熱
コーティング４の裏側の温度が正しく測定できる。The interface measuring thin film temperature sensor 10 formed as described above comprises a component substrate 1 and a bond coating 2.
Since only a very small temperature detecting end 3 is added to the heat-resistant component composed of the heat-insulating coating 4 and the temperature, the temperature can be measured almost non-invasively without disturbing the temperature state of the object to be measured. Therefore, when the interface measurement thin film temperature sensor 10 of the present embodiment is used, the temperature on the back side of the thermal barrier coating 4 when the heat-resistant component with the thermal barrier coating is put into operation in a high-temperature gas atmosphere can be measured correctly.
【００２４】このため、遮熱コーティングの遮熱効果が
定量的に評価でき、また部品基材１の温度が耐熱限界温
度に対してどの程度の余裕を持つかを正確に評価するこ
とができる。界面測定薄膜温度センサを形成した耐熱部
品を実験環境あるいは実地環境に置いて試験し温度測定
することにより、遮熱コーティング施工後の耐熱性能を
定量的に評価することができ、耐熱部品の設計データも
容易に取得できる。For this reason, the thermal barrier effect of the thermal barrier coating can be quantitatively evaluated, and it is possible to accurately evaluate how much the temperature of the component substrate 1 has a margin with respect to the heat resistant limit temperature. By measuring the temperature of the heat-resistant component on which the thin-film temperature sensor is formed in an experimental environment or a real-world environment and measuring the temperature, it is possible to quantitatively evaluate the heat-resistant performance after the thermal barrier coating is applied. Can also be obtained easily.
【００２５】図２は、図１により得られた界面測定薄膜
温度センサ１０の遮熱コーティング４表面にさらに１式
の薄膜熱電対５を形成した界面測定薄膜温度センサ１５
を示している。この第２の熱電対５は高温ガス雰囲気に
より熱された遮熱コーティング４の表面温度を測定する
もので、界面温度測定用熱電対３と同様、図５に示した
構造を有する。ただし、高温ガス雰囲気に直接曝される
のを防いで熱電対を保護するため薄いアルミナなどの保
護膜で覆っておいてもよい。表面温度測定用熱電対５と
界面温度測定用熱電対３はそれぞれ遮熱コーティング４
を挟んで対向する位置に形成されている。FIG. 2 shows an interface measuring thin film temperature sensor 15 in which a set of thin film thermocouples 5 is further formed on the surface of the thermal barrier coating 4 of the interface measuring thin film temperature sensor 10 obtained in FIG.
Is shown. The second thermocouple 5 measures the surface temperature of the thermal barrier coating 4 heated by the high-temperature gas atmosphere, and has the structure shown in FIG. 5 like the thermocouple 3 for measuring interface temperature. However, it may be covered with a thin protective film such as alumina to protect the thermocouple by preventing direct exposure to a high-temperature gas atmosphere. The thermocouple 5 for measuring the surface temperature and the thermocouple 3 for measuring the interface temperature are each provided with a thermal barrier coating 4.
Are formed opposite to each other.
【００２６】図２の界面測定薄膜温度センサ１５は、遮
熱コーティング４の内側における温度を第１の熱電対３
で測定し、遮熱コーティング４の表面の温度を第２の熱
電対で測定する。このため、使用時に部品基材１が耐熱
限界温度以上にならないかを確認することができるほ
か、両熱電対の温度測定結果を用いて遮熱コーティング
４の遮熱性能をより正しく評価することができる。2 measures the temperature inside the thermal barrier coating 4 with the first thermocouple 3.
, And the temperature of the surface of the thermal barrier coating 4 is measured by the second thermocouple. For this reason, it is possible to confirm whether the temperature of the component substrate 1 does not exceed the heat-resistant limit temperature during use, and to more accurately evaluate the heat-shielding performance of the heat-insulating coating 4 using the temperature measurement results of both thermocouples. it can.
【００２７】[0027]
【実施例２】実施例１の界面測定薄膜温度センサが、ボ
ンドコーティングの上に絶縁薄膜を介して薄膜熱電対を
形成したのに対して、本実施例の界面測定薄膜温度セン
サは、基材表面の上に絶縁薄膜を介して薄膜熱電対を形
成したものである。図３に本実施例の界面測定薄膜温度
センサの形成工程を順に示した。図中、同じ機能を有す
る部材については同じ参照番号を用いることにより、説
明を理解しやすくした。Embodiment 2 The interface-measuring thin-film temperature sensor of Example 1 has a thin-film thermocouple formed on a bond coating via an insulating thin film, whereas the interface-measuring thin-film temperature sensor of this embodiment has a substrate A thin film thermocouple is formed on a surface via an insulating thin film. FIG. 3 shows the steps of forming the interface measurement thin film temperature sensor of this embodiment in order. In the drawings, members having the same function are denoted by the same reference numerals, so that the description is easily understood.
【００２８】図３（ａ）は裸の状態の部品基材１であ
る。部品基材１は要求強度を満たす耐熱性の高い材料、
例えばニッケル系合金でできている。図３（ｂ）に示す
ように、部品基材１の上に図５に示すような薄膜温度セ
ンサ６を形成する。耐熱部品が暴露される温度環境やガ
ス雰囲気に対して耐久性のある絶縁薄膜６１がＰＶＤあ
るいはＣＶＤにより形成される。FIG. 3A shows the component base 1 in a bare state. The component base material 1 is a material having high heat resistance that satisfies the required strength,
For example, it is made of a nickel-based alloy. As shown in FIG. 3B, a thin film temperature sensor 6 as shown in FIG. An insulating thin film 61 having durability against a temperature environment or a gas atmosphere to which the heat-resistant component is exposed is formed by PVD or CVD.
【００２９】絶縁薄膜６１上に第１の金属の薄膜６２を
ＰＶＤ等により形成し、さらに一部が第１金属薄膜６２
と重なるように第２の金属の薄膜６３をＰＶＤ等により
形成し、薄膜熱電対６を構成する。薄膜熱電対６は実施
例１で述べたと同じ方法で形成することができる。図３
（ｃ）に示すように、ＰＶＤ等により絶縁薄膜６４を薄
膜熱電対６の上を覆うように形成する。A first metal thin film 62 is formed on the insulating thin film 61 by PVD or the like, and a part of the first metal thin film 62 is further formed.
The thin film 63 of the second metal is formed by PVD or the like so as to overlap with the thin film thermocouple 6. The thin film thermocouple 6 can be formed by the same method as described in the first embodiment. FIG.
As shown in (c), the insulating thin film 64 is formed by PVD or the like so as to cover the thin film thermocouple 6.
【００３０】図３（ｄ）に示すように、絶縁薄膜６４で
覆われた薄膜熱電対６と部品基材１の上に、減圧溶射法
などによりＭＣｒＡｌＹを成分とするボンドコーティン
グ２を形成する。ボンドコーティング２は、適当な熱処
理により、接合性があり電気絶縁性の高いアルミナ膜を
形成する。最後に、図３（ｅ）に示すように、イットリ
ウム安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）などからなる遮熱コ
ーティング４を大気圧溶射などで形成して界面測定薄膜
温度センサ２０を得ることができる。ボンドコーティン
グ２と遮熱コーティング４の施工は、従来と同じであ
る。As shown in FIG. 3D, a bond coating 2 containing MCrAlY as a component is formed on the thin film thermocouple 6 and the component substrate 1 covered with the insulating thin film 64 by a low pressure spray method or the like. The bond coating 2 forms an alumina film having high bonding properties and high electrical insulation by appropriate heat treatment. Finally, as shown in FIG. 3E, a thermal barrier coating 4 made of yttrium-stabilized zirconium (YSZ) or the like is formed by atmospheric pressure spraying or the like, so that an interface measurement thin film temperature sensor 20 can be obtained. The application of the bond coating 2 and the thermal barrier coating 4 is the same as the conventional one.
【００３１】本実施例の界面測定薄膜温度センサ２０を
用いると、遮熱コーティングを施した耐熱部品を高温ガ
ス雰囲気中で作動状態に置いて、部品基材１の温度変化
の様子をより直接的に評価することができる。界面測定
薄膜温度センサ２０を形成した耐熱部品を実地環境で測
定することにより、遮熱コーティング施工後の耐熱部品
について耐熱性能を定量的に評価することができる。When the interface-measuring thin-film temperature sensor 20 of this embodiment is used, a heat-resistant component provided with a thermal barrier coating is placed in an operating state in a high-temperature gas atmosphere, and the state of the temperature change of the component substrate 1 is more directly observed. Can be evaluated. By measuring the heat-resistant component on which the interface measurement thin film temperature sensor 20 is formed in a real environment, the heat-resistant performance of the heat-resistant component after the thermal barrier coating is applied can be quantitatively evaluated.
【００３２】図４は、図３により得られた界面測定薄膜
温度センサ２０の遮熱コーティング４表面にさらに１式
の薄膜熱電対７を形成した界面測定薄膜温度センサ２５
を示している。この第２の熱電対７は遮熱コーティング
４の表面温度を測定するもので、実施例１におけると表
面温度測定用熱電対５と同じ構造を有し、第２熱電対７
と界面温度測定用の第１の熱電対６とは遮熱コーティン
グ４を挟んで対向する位置に形成されている。FIG. 4 shows an interface measurement thin film temperature sensor 25 in which one set of thin film thermocouples 7 is further formed on the surface of the thermal barrier coating 4 of the interface measurement thin film temperature sensor 20 obtained in FIG.
Is shown. The second thermocouple 7 measures the surface temperature of the thermal barrier coating 4 and has the same structure as the surface temperature measuring thermocouple 5 in the first embodiment.
The first thermocouple 6 for measuring the interface temperature is formed at a position opposed to the first thermocouple 6 with the thermal barrier coating 4 interposed therebetween.
【００３３】図４の界面測定薄膜温度センサ２５は、部
品基材１の表面温度を第１熱電対６で測定し、遮熱コー
ティング４の表面の温度を第２熱電対７で測定する。こ
のため、使用時における部品基材１の温度挙動をより直
接的に測定できるほか、両熱電対の温度測定結果を用い
て遮熱コーティング４の遮熱性能を正しく評価すること
ができる。4 measures the surface temperature of the component substrate 1 with the first thermocouple 6 and the surface temperature of the thermal barrier coating 4 with the second thermocouple 7. Therefore, the temperature behavior of the component substrate 1 during use can be measured more directly, and the thermal barrier performance of the thermal barrier coating 4 can be correctly evaluated using the temperature measurement results of both thermocouples.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の界面測定薄
膜温度センサを用いれば、ガスタービン翼等の耐熱部品
における熱環境を乱すことなく、遮熱コーティングの表
面温度や遮熱コーティング下の界面温度を測定すること
ができるので、実働時における遮熱コーティングの遮熱
効果や部品基材の温度を正しく評価することができる。
従って、本発明の界面測定薄膜温度センサを用いて耐熱
部品各部の温度について定量的データを収集することに
より、より的確な耐熱部品設計が可能となる。As described above, when the interface measuring thin film temperature sensor of the present invention is used, the surface temperature of the thermal barrier coating and the interface under the thermal barrier coating can be maintained without disturbing the thermal environment in heat-resistant parts such as gas turbine blades. Since the temperature can be measured, the thermal barrier effect of the thermal barrier coating and the temperature of the component substrate during actual operation can be correctly evaluated.
Therefore, by collecting quantitative data on the temperature of each part of the heat-resistant component using the interface measurement thin-film temperature sensor of the present invention, a more accurate heat-resistant component design becomes possible.
【図１】本発明第１実施例の界面測定薄膜温度センサの
製造工程図である。FIG. 1 is a manufacturing process diagram of an interface measurement thin film temperature sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本実施例の別の態様を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the present embodiment.
【図３】本発明第２実施例の界面測定薄膜温度センサの
製造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram of an interface measurement thin film temperature sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本実施例の別の態様を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the present embodiment.
【図５】本発明に使用する薄膜熱電対の構造を説明する
断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a thin film thermocouple used in the present invention.
１ 部品基材 ２ ボンドコーティング ３ 第１薄膜熱電対（界面温度測定用） ３１ 絶縁薄膜 ３２ 第１金属薄膜 ３３ 第２金属薄膜 ４ 遮熱コーティング ５ 第２薄膜熱電対（表面温度測定用） ６ 第１薄膜熱電対（界面温度測定用） ６１ 絶縁薄膜 ６２ 第１金属薄膜 ６３ 第２金属薄膜 ６４ 絶縁薄膜 ７ 第２薄膜熱電対（表面温度測定用） １０、２０ 界面測定薄膜温度センサ １５、２５ 第２薄膜熱電対を備えた界面測定薄膜温度
センサDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Component base material 2 Bond coating 3 1st thin film thermocouple (for interface temperature measurement) 31 Insulating thin film 32 1st metal thin film 33 2nd metal thin film 4 Thermal barrier coating 5 2nd thin film thermocouple (for surface temperature measurement) 6th 1 Thin film thermocouple (for measuring interface temperature) 61 Insulating thin film 62 First metal thin film 63 Second metal thin film 64 Insulating thin film 7 Second thin film thermocouple (for measuring surface temperature) 10, 20 Interface measuring thin film temperature sensor 15, 25 Interface thin film temperature sensor with two thin film thermocouples
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−317481（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−346275（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−30742（ＪＰ，Ｕ) 河合久孝（外４名），”産業用ガスタ ービン高温部品への熱遮へいコーティン グの適用”，三菱重工技報，三菱重工業 株式会社，平成９年７月31日発行，第34 巻，第９号，ｐ．238−241 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-317481 (JP, A) JP-A-4-346275 (JP, A) JP-A-5-30742 (JP, U) ), “Application of thermal shielding coating to high temperature parts for industrial gas turbine”, Mitsubishi Heavy Industries Technical Report, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., issued July 31, 1997, Vol. 34, No. 9, p. 238−241
Claims (8)
介して絶縁性の遮熱コーティングを施した耐熱部品にお
いて、前記ボンドコーティングと前記遮熱コーティング
の界面に絶縁薄膜を介して薄膜熱電対を形成して、遮熱
コーティングの内側の温度を測定する界面測定薄膜温度
センサ。1. A heat-resistant component having a surface of a component substrate having an insulating thermal barrier coating applied thereto via a bond coating , wherein the bond coating and the thermal barrier coating are provided.
An interface measurement thin film temperature sensor that measures the temperature inside a thermal barrier coating by forming a thin film thermocouple on the interface of the thin film via an insulating thin film.
介して絶縁性の遮熱コーティングを施した耐熱部品にお
いて、前記ボンドコーティングと前記部品基材の界面に
絶縁薄膜に挟まれた薄膜熱電対を形成して、部品基材の
表面温度を測定する界面測定薄膜温度センサ。 2. A heat-resistant component subjected to insulating thermal barrier coating over the bond coating on the surface of the component substrate, the bond coating and the component substrate surface to a thin film thermocouple sandwiched between the insulating thin film An interface measurement thin film temperature sensor that forms and measures the surface temperature of a component substrate .
２の薄膜熱電対を形成して遮熱コーティングの表面の温
度も測定する請求項１または２記載の界面測定薄膜温度
センサ。 3. The temperature sensor according to claim 1, further comprising forming a second thin-film thermocouple on the surface of the thermal barrier coating to measure the temperature of the surface of the thermal barrier coating.
熱コーティングの間に形成される薄膜熱電対の直上に形
成されていることを特徴とする請求項３記載の界面測定
薄膜温度センサ。4. The thin film thermometer according to claim 3, wherein the second thin film thermocouple is formed immediately above a thin film thermocouple formed between the component base material and the thermal barrier coating. Sensor.
された絶縁薄膜と第１の金属薄膜と第２の金属薄膜から
なることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載
の界面測定薄膜温度センサ。5. The thin-film thermocouple according to claim 1, wherein the thin-film thermocouple comprises an insulating thin film, a first metal thin film, and a second metal thin film formed by a vapor deposition method. Interface measurement thin film temperature sensor.
介して絶縁性の遮熱コーティングを施した耐熱部品であ
って、前記ボンドコーティングと前記遮熱コーティング
の界面に絶縁薄膜を介して薄膜熱電対を形成し、遮熱コ
ーティングの内側の温度を測定できるようにした耐熱部
品。6. A heat-resistant component in which an insulating thermal barrier coating is applied to the surface of a component substrate via a bond coating, wherein a thin film thermocouple is provided at an interface between the bond coating and the thermal barrier coating via an insulating thin film. A heat-resistant part that can be used to measure the temperature inside a thermal barrier coating.
介して絶縁性の遮熱コーティングを施した耐熱部品であ
って、前記ボンドコーティングと前記部品基材の界面に
絶縁薄膜に挟まれた薄膜熱電対を形成して、部品基材の
表面温度を測定できるようにした耐熱部品。7. A heat-resistant component in which an insulating heat-shielding coating is applied to the surface of a component substrate via a bond coating, wherein a thin-film thermoelectric sandwiched by an insulating thin film is provided at an interface between the bond coating and the component substrate. A heat-resistant component that forms a pair so that the surface temperature of the component substrate can be measured.
された絶縁薄膜と第１の金属薄膜と第２の金属薄膜から
なることを特徴とする請求項６または７記載の耐熱部
品。8. The heat-resistant component according to claim 6, wherein the thin-film thermocouple comprises an insulating thin film, a first metal thin film, and a second metal thin film formed by a vapor deposition method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3213398A JP2937989B2 (en) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | Interface measurement thin film temperature sensor and heat resistant parts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3213398A JP2937989B2 (en) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | Interface measurement thin film temperature sensor and heat resistant parts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211576A JPH11211576A (en) | 1999-08-06 |
| JP2937989B2 true JP2937989B2 (en) | 1999-08-23 |
Family
ID=12350406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3213398A Expired - Fee Related JP2937989B2 (en) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | Interface measurement thin film temperature sensor and heat resistant parts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2937989B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103017922A (en) * | 2011-09-26 | 2013-04-03 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | Quick-response film-thermocouple temperature sensor and manufacturing method thereof |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8004423B2 (en) * | 2004-06-21 | 2011-08-23 | Siemens Energy, Inc. | Instrumented component for use in an operating environment |
| US8961007B2 (en) * | 2011-03-15 | 2015-02-24 | Siemens Energy, Inc. | Thermocouple and method of forming a thermocouple on a contoured gas turbine engine component |
| CN102928460A (en) * | 2012-10-26 | 2013-02-13 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | Film heat flux sensor and preparation method thereof |
| CN110501085A (en) * | 2018-12-11 | 2019-11-26 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | A kind of thermal barrier coating heat-proof quality measurement method based on film thermometric |
| JP7278139B2 (en) * | 2019-04-19 | 2023-05-19 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate mounting table |
| JP7312626B2 (en) | 2019-07-02 | 2023-07-21 | 三菱重工業株式会社 | Thermal barrier coating part and method for manufacturing thermal barrier coating part |
-
1998
- 1998-01-29 JP JP3213398A patent/JP2937989B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 河合久孝（外４名），"産業用ガスタービン高温部品への熱遮へいコーティングの適用"，三菱重工技報，三菱重工業株式会社，平成９年７月３１日発行，第３４巻，第９号，ｐ．２３８−２４１ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103017922A (en) * | 2011-09-26 | 2013-04-03 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | Quick-response film-thermocouple temperature sensor and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11211576A (en) | 1999-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7004622B2 (en) | Systems and methods for determining conditions of articles and methods of making such systems | |
| KR101467178B1 (en) | Turbine component instrumented to provide thermal measurements | |
| EP2310819B1 (en) | Thermocouple for gas turbine environments | |
| Martin et al. | Thin film sensors for surface measurements [in aerospace simulation facilities] | |
| EP2008068A2 (en) | Thermocouples | |
| Lei et al. | Advances in thin film sensor technologies for engine applications | |
| Satish et al. | Functional validation of K-type (NiCr-NiMn) thin film thermocouple on low pressure turbine nozzle guide vane (LPT NGV) of gas turbine engine | |
| JP2937989B2 (en) | Interface measurement thin film temperature sensor and heat resistant parts | |
| US20170234739A1 (en) | Temperature and Thermal Gradient Sensor for Ceramic Matrix Composites and Methods of Preparation Thereof | |
| US10371588B2 (en) | High resolution strain gages for ceramic matrix composites and methods of manufacture thereof | |
| JPH01282401A (en) | Apparatus and method for measuring thickness of metal base body clad | |
| Wang et al. | In-Situ Integration of High-Temperature Thin-Film Sensor for Precise Measurement of Heat Flux and Temperature on Superalloy Substrate | |
| US10782190B1 (en) | Resistance temperature detector (RTD) for ceramic matrix composites | |
| WO2007130862A2 (en) | Thermoelectric properties of ceramic thin film thermocouples | |
| US6552536B2 (en) | Reference standard for inspection of dual-layered coatings | |
| Kreider et al. | Calibration of Radiation Thermometers in Rapid Thermal Processing Tools Using Si Wafers with Thin‐film Thermocouples | |
| Prakash et al. | Development of thin film temperature sensors for high performance turbo-jet engines | |
| Grant et al. | Thin film temperature sensors, phase 3 | |
| Liebert et al. | Turbine blade metal temperature measurement with a sputtered thin film chromel-alumel thermocouple | |
| Bennethum et al. | Sensors for ceramic components in advanced propulsion systems: Summary of literature survey and concept analysis, task 3 report | |
| Xie et al. | Fabrications of the Smart Thin Film Sensors on the Very Thin Oxidized Alumina of PtAl Substrate | |
| Wrbanek et al. | Thin film ceramic strain sensor development for harsh environments | |
| Wrbanek et al. | Novel thin film sensor technology for turbine engine hot section components | |
| Lei et al. | Thin film sensors for minimally-intrusive measurements in harsh high temperature environments | |
| Kayser et al. | Thin gradient heat fluxmeters developed at ONERA |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080611 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090611 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |