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JP6827352B2 - Method for measuring physical characteristics of test pieces and method for measuring Young's modulus of thermal barrier coating layer - Google Patents
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JP6827352B2 - Method for measuring physical characteristics of test pieces and method for measuring Young's modulus of thermal barrier coating layer - Google Patents

Method for measuring physical characteristics of test pieces and method for measuring Young's modulus of thermal barrier coating layer Download PDF

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Description

この発明は、試験片の物性値測定方法及び遮熱コーティング層のヤング率測定方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring physical characteristics of a test piece and a method for measuring Young's modulus of a heat shield coating layer.

高温のガスに晒されるタービン部材等の表面には、遮熱コーティング(Thermal Barrier Coating:TBC)が施されている。この遮熱コーティングは、母材上に溶射される金属接着層と、金属接着層上に溶射されるセラミック層からなる。この遮熱コーティングを形成することでタービン部材等の遮熱性および耐久性を向上させている。 Thermal Barrier Coating (TBC) is applied to the surface of turbine members and the like exposed to high-temperature gas. This thermal barrier coating consists of a metal adhesive layer that is sprayed onto the base metal and a ceramic layer that is sprayed onto the metal adhesive layer. By forming this heat-shielding coating, the heat-shielding property and durability of the turbine member and the like are improved.

このような遮熱コーティングのヤング率等の物性値は、耐久性や余寿命に影響する。そのため、遮熱コーティングのヤング率の計測は、例えば、4点曲げ法(JIS H 8454)により規格化されている。
特許文献1には、遮熱コーティング層の耐久性や余寿命を推定するために、セラミック層の耐久性や余寿命に影響する物性値を推定する方法が記載されている。この特許文献1では、セラミック層の加熱時間と加熱温度とからラーソンミラーパラメータを算出し、ラーソンミラーパラメータと気孔率との相関図、及び気孔率とセラミックの物性値との相関図から、セラミック層の物性値を求めている。
Physical property values such as Young's modulus of such a heat-shielding coating affect durability and remaining life. Therefore, the measurement of Young's modulus of the heat shield coating is standardized by, for example, a four-point bending method (JIS H 8454).
Patent Document 1 describes a method of estimating a physical property value that affects the durability and the remaining life of the ceramic layer in order to estimate the durability and the remaining life of the heat shield coating layer. In Patent Document 1, the Larson mirror parameter is calculated from the heating time and the heating temperature of the ceramic layer, and the ceramic layer is calculated from the correlation diagram between the Larson mirror parameter and the porosity and the correlation diagram between the porosity and the physical property value of the ceramic. We are looking for the physical properties of.

特開2009−236630号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-236630

しかしながら、特許文献1に記載された技術は、加熱時間と加熱温度とからセラミック層の室温下の物性値を推定する方法であるため、高温環境下の物性値を推定できないという課題がある。
また、4点曲げ法で物性値を取得する場合、遮熱コーティング層を有する試験片に対してひずみゲージを取り付ける必要が有るが、高温環境下ではひずみゲージが使用できないため、高温環境下の測定が行えないという課題がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高温環境下であっても物性値を精度よく測定可能な試験片の物性値測定方法及び遮熱コーティング層のヤング率測定方法を提供するものである。
However, since the technique described in Patent Document 1 is a method of estimating the physical property value of the ceramic layer at room temperature from the heating time and the heating temperature, there is a problem that the physical property value under a high temperature environment cannot be estimated.
In addition, when acquiring physical property values by the 4-point bending method, it is necessary to attach a strain gauge to the test piece having a heat shield coating layer, but since the strain gauge cannot be used in a high temperature environment, measurement in a high temperature environment There is a problem that it cannot be done.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for measuring the physical property value of a test piece and a method for measuring the Young's modulus of a heat shield coating layer, which can accurately measure the physical property value even in a high temperature environment. It is a thing.

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明の第一態様によれば、試験片の物性値測定方法は、遮熱コーティング層と基材層とを備える試験片に対して4点曲げ法を行いストローク量とひずみとの関係を取得するストローク−ひずみ関係取得工程と、前記試験片を昇温した状態で4点曲げ法を行いストローク量と荷重との関係を取得するストローク−荷重関係取得工程と、前記ストローク−ひずみ関係取得工程で取得したストローク量とひずみとの関係と、前記ストローク−荷重関係取得工程で取得したストローク量と荷重との関係と、に基づいて前記試験片のひずみと荷重との関係を取得するひずみ−荷重関係取得工程と、を含む。
ここで、弾性域におけるストローク量とひずみとの関係は、高温環境下でも変化しないため、例えば、室温で測定することができる。ストローク量および荷重は、試験片から離れた場所で測定できるため、試験片が高温環境下にあっても測定することができる。そして、ストローク量とひずみとの関係と、ストローク量と荷重との関係とから、ひずみと荷重との関係を求めることができる。そのため、高温環境下でひずみの測定を行わずに、試験片のひずみと荷重との関係を取得することができる。
その結果、高温環境下であっても試験片の物性値を精度よく測定可能できる。
The following configuration is adopted to solve the above problems.
According to the first aspect of the present invention, the method for measuring the physical property value of the test piece is to obtain the relationship between the stroke amount and the strain by performing a four-point bending method on the test piece provided with the heat shield coating layer and the base material layer. In the stroke-strain relationship acquisition step, the stroke-load relationship acquisition step for acquiring the relationship between the stroke amount and the load by performing a four-point bending method with the test piece heated, and the stroke-strain relationship acquisition step. Strain-load relationship to acquire the relationship between the strain and load of the test piece based on the relationship between the acquired stroke amount and strain and the relationship between the stroke amount and load acquired in the stroke-load relationship acquisition process. Including the acquisition process.
Here, since the relationship between the stroke amount and the strain in the elastic region does not change even in a high temperature environment, it can be measured at room temperature, for example. Since the stroke amount and the load can be measured at a place away from the test piece, the test piece can be measured even in a high temperature environment. Then, the relationship between the strain and the load can be obtained from the relationship between the stroke amount and the strain and the relationship between the stroke amount and the load. Therefore, the relationship between the strain of the test piece and the load can be obtained without measuring the strain in a high temperature environment.
As a result, the physical characteristics of the test piece can be measured accurately even in a high temperature environment.

この発明の第二態様によれば、第一態様に係る試験片の物性値測定方法において、第一の方向に間隔をあけて配置された2つの支持ロールを備え、前記支持ロールにより前記第一の方向と直交する第二の方向から前記試験片を支持する支持台と、前記2つの支持ロールの内側に配置されて前記第一の方向に間隔をあけて配置された2つの荷重ロールを備え、前記第二の方向で前記試験片を挟んで前記支持台とは反対側から前記荷重ロールにより前記試験片に荷重を加える荷重台と、前記第二の方向で前記支持台と前記荷重台とを近づける方向に前記支持台と前記荷重台との少なくとも一方を押し込む押し込み機構と、前記支持台又は前記荷重台に加わる荷重を検出する荷重検出器と、前記押し込み機構による前記第二の方向への前記支持台に対する前記荷重台の相対的な変位量を検出するストローク検出器と、前記試験片のひずみを検出するひずみ検出器と、前記支持台及び前記荷重台を収容して内部空間を昇温可能な昇温炉と、を備える4点曲げ試験装置を用いて、前記試験片の前記荷重、前記ストローク量、及び前記ひずみを取得するようにしてもよい。
このように構成することで、4点曲げ試験装置を用いた4点曲げ法により、例えば、室温で試験片に対するストローク量とひずみとの関係を求めることができる。さらに、昇温炉により昇温された試験片に対して4点曲げ法によりストローク量と荷重との関係を求めることができる。
According to the second aspect of the present invention, in the method for measuring the physical property value of the test piece according to the first aspect, two support rolls arranged at intervals in the first direction are provided, and the first support roll is used. A support base for supporting the test piece from a second direction orthogonal to the direction of the above, and two load rolls arranged inside the two support rolls and spaced apart from each other in the first direction. A load table that sandwiches the test piece in the second direction and applies a load to the test piece by the load roll from a side opposite to the support table, and the support table and the load table in the second direction. A pushing mechanism that pushes at least one of the support base and the load base in the direction of approaching the support base, a load detector that detects the load applied to the support base or the load base, and the pushing mechanism in the second direction. A stroke detector that detects the relative displacement of the load platform with respect to the support platform, a strain detector that detects the strain of the test piece, and the support platform and the load platform are accommodated to raise the internal space. A four-point bending test apparatus including a possible heating furnace may be used to acquire the load, the stroke amount, and the strain of the test piece.
With this configuration, the relationship between the stroke amount and the strain with respect to the test piece can be obtained, for example, by the 4-point bending method using the 4-point bending test apparatus. Further, the relationship between the stroke amount and the load can be obtained by the four-point bending method for the test piece heated by the heating furnace.

この発明の第三態様によれば、第二態様に係る試験片の物性値測定方法において、前記支持台と前記荷重台との少なくとも一方は、セラミックにより形成されていてもよい。
このように構成することで、支持台や荷重台の温度特性により物性値の測定結果に影響を及ぼすことを抑制できる。
According to the third aspect of the present invention, in the method for measuring the physical characteristic value of the test piece according to the second aspect, at least one of the support base and the load base may be formed of ceramic.
With this configuration, it is possible to suppress the influence of the temperature characteristics of the support base and the load base on the measurement result of the physical property value.

この発明の第四態様によれば、第二又は第三態様に係る試験片の物性値測定方法において、前記ストローク検出器は、レーザー変位計であってもよい。
このように構成することで、ストローク量をより正確に検出することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, in the method for measuring the physical characteristics of the test piece according to the second or third aspect, the stroke detector may be a laser displacement meter.
With this configuration, the stroke amount can be detected more accurately.

この発明の第五態様によれば、第一から第四態様の何れか一つの態様に係る試験片の物性値測定方法において、前記ひずみ−荷重関係取得工程により取得したひずみと荷重との関係に基づいて前記試験片のヤング率を算出するヤング率算出工程を含んでもよい。
このように構成することで、高温環境下における試験片のひずみを測定せずに試験片のヤング率を算出することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, in the method for measuring the physical property value of the test piece according to any one of the first to fourth aspects, the relationship between the strain and the load acquired by the strain-load relationship acquisition step is determined. A Young's modulus calculation step of calculating the Young's modulus of the test piece based on the test piece may be included.
With this configuration, the Young's modulus of the test piece can be calculated without measuring the strain of the test piece in a high temperature environment.

この発明の第六態様によれば、第五態様に係る試験片の物性値測定方法を含む遮熱コーティング層のヤング率測定方法であって、前記ひずみ−荷重関係取得工程によりひずみと荷重との関係を取得した前記試験片から前記遮熱コーティング層のみを除去して除去後試験片を得る除去工程と、前記除去後試験片に対して4点曲げ法を行いストローク量とひずみとの関係を取得する除去後ストローク−ひずみ関係取得工程と、前記除去後試験片を昇温した状態で4点曲げ法を行いストローク量と荷重との関係を取得する除去後ストローク−荷重関係取得工程と、前記除去後ストローク−ひずみ関係取得工程で取得したストローク量とひずみとの関係と、前記除去後ストローク−荷重関係取得工程で取得したストローク量と荷重との関係と、に基づいて前記除去後試験片のひずみと荷重との関係を取得する除去後ひずみ−荷重関係取得工程と、前記ひずみ−荷重関係取得工程により取得したひずみと荷重との関係に基づいて前記除去後試験片のヤング率を算出する除去後ヤング率算出工程と、前記ヤング率算出工程により算出された前記試験片のヤング率と、前記除去後ヤング率算出工程により算出された前記除去後試験片のヤング率と、に基づいて、前記遮熱コーティング層のヤング率を求める遮熱コーティングヤング率算出工程と、を含んでもよい。
このように構成することで、遮熱コーティング層を有する試験片のヤング率と、遮熱コーティング層を有していない試験片のヤング率とに基づいて、試験片の遮熱コーティング層のみのヤング率を求めることができる。つまり、高温環境下におけるひずみの測定を行わずに試験片の遮熱コーティング層のヤング率を精度よく求めることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, it is a method for measuring the Youngness ratio of the heat shield coating layer including the method for measuring the physical property value of the test piece according to the fifth aspect, and the strain and the load are combined by the strain-load relationship acquisition step. A removal step of removing only the heat-shielding coating layer from the test piece for which a relationship has been obtained to obtain a test piece after removal, and a four-point bending method for the test piece after removal are performed to determine the relationship between the stroke amount and strain. The post-removal stroke-strain relationship acquisition step to be acquired, the post-removal stroke-load relationship acquisition step to acquire the relationship between the stroke amount and the load by performing a 4-point bending method with the post-removal test piece heated, and the above. Post-removal stroke-strain relationship The relationship between the stroke amount and strain acquired in the acquisition process and the relationship between the stroke amount and load acquired in the post-removal stroke-load relationship acquisition process, and the post-removal test piece Removal that calculates the Young's ratio of the post-removal test piece based on the relationship between the post-removal strain-load relationship acquisition process that acquires the relationship between strain and load and the strain and load acquired in the above-mentioned strain-load relationship acquisition process. The young rate of the test piece calculated by the post-young rate calculation step, the young rate calculation step, and the young rate of the post-removal test piece calculated by the removal young rate calculation step. It may include a step of calculating the heat shield coating young rate for obtaining the young rate of the heat shield coating layer.
With this configuration, based on the Young's modulus of the test piece having the heat shield coating layer and the Young's modulus of the test piece not having the heat shield coating layer, the Young's modulus of only the heat shield coating layer of the test piece You can find the rate. That is, the Young's modulus of the heat shield coating layer of the test piece can be accurately obtained without measuring the strain in a high temperature environment.

上記試験片の物性値測定方法によれば、高温環境下であっても物性値を精度よく測定できる。 According to the method for measuring the physical characteristic value of the test piece, the physical characteristic value can be measured accurately even in a high temperature environment.

この発明の実施形態における第一試験片の部分断面斜視図である。It is a partial cross-sectional perspective view of the 1st test piece in embodiment of this invention. この発明の実施形態における4点曲げ試験装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the 4-point bending test apparatus in embodiment of this invention. この発明の実施形態におけるトップコート層のヤング率測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the Young's modulus measurement method of the top coat layer in embodiment of this invention. 縦軸をひずみ(ε)、横軸をストローク量(mm)としたグラフである。It is a graph in which the vertical axis is strain (ε) and the horizontal axis is stroke amount (mm). 縦軸を荷重(kgf)、横軸をストローク量(mm)としたグラフである。It is a graph in which the vertical axis is a load (kgf) and the horizontal axis is a stroke amount (mm). 縦軸を荷重(kgf)、横軸をひずみ(ε)としたグラフである。It is a graph in which the vertical axis is a load (kgf) and the horizontal axis is a strain (ε). この発明の実施形態の変形例における図2に相当する図である。It is a figure corresponding to FIG. 2 in the modification of the embodiment of this invention.

次に、この発明の実施形態における試験片の物性値測定方法及び遮熱コーティング層のヤング率測定方法を図面に基づき説明する。なお、この実施形態における試験片は、第一試験片1Aと第二試験片1Bとの2種類の試験片がある。以下の説明において、第一試験片1Aと第二試験片1Bとを区別する必要のない場合、単に「試験片1」と称する場合がある。 Next, a method for measuring the physical characteristics of the test piece and a method for measuring the Young's modulus of the heat shield coating layer according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. There are two types of test pieces in this embodiment, the first test piece 1A and the second test piece 1B. In the following description, when it is not necessary to distinguish between the first test piece 1A and the second test piece 1B, it may be simply referred to as "test piece 1".

図1は、この発明の実施形態における第一試験片の部分断面斜視図である。
図1に示すように、第一試験片1Aは、ガスタービンのタービン翼等の表面を模擬して形成されている。この第一試験片1Aは、基材層10と、コート層11とを備えている。
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of the first test piece according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the first test piece 1A is formed by simulating the surface of a turbine blade or the like of a gas turbine. The first test piece 1A includes a base material layer 10 and a coat layer 11.

基材層10は、ニッケル(Ni)基合金等の耐熱合金を用いることができる。基材層10としては、後述する試験中に塑性変形を生じない十分な剛性を有するものであればよい。
コート層11は、基材層10の片方の面(図1中、下面)に形成されている。このコート層11は、ボンドコート層12と、トップコート層13とを備えている。
A heat-resistant alloy such as a nickel (Ni) -based alloy can be used for the base material layer 10. The base material layer 10 may have sufficient rigidity so as not to cause plastic deformation during the test described later.
The coat layer 11 is formed on one surface (lower surface in FIG. 1) of the base material layer 10. The coat layer 11 includes a bond coat layer 12 and a top coat layer 13.

ボンドコート層12は、基材層10からトップコート層13が剥離することを抑制する。このボンドコート層12は、耐食性および耐酸化性に優れた金属結合層である。ボンドコート層12は、例えば、溶射材としてMCrAlY合金の金属溶射粉を基材層10の表面に対して溶射することで形成することができる。ここで、ボンドコート層12を構成するMCrAlY合金の「M」は、金属元素を示している。この金属元素「M」は、例えば,Ni、Co等の単独の金属元素、又は、これらのうち2種以上の組み合わせからなる。 The bond coat layer 12 suppresses the top coat layer 13 from peeling off from the base material layer 10. The bond coat layer 12 is a metal bonding layer having excellent corrosion resistance and oxidation resistance. The bond coat layer 12 can be formed, for example, by spraying a metal spray powder of MCrAlY alloy as a spray material onto the surface of the base material layer 10. Here, "M" of the MCrAlY alloy constituting the bond coat layer 12 indicates a metal element. The metal element "M" is composed of, for example, a single metal element such as Ni or Co, or a combination of two or more of these.

トップコート層13は、ボンドコート層12の表面に積層されている。このトップコート層13は、セラミックを含む溶射材をボンドコート層12の表面に溶射することで形成することができる。トップコート層13を形成する際に用いられる溶射材としては、ジルコニア系セラミックを用いることができる。ジルコニア系セラミックとしては、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、および、酸化イッテルビウム(Yb)で部分安定化させたジルコニア(ZrO)であるイッテルビア安定化ジルコニア(YbSZ)等が挙げられる。 The top coat layer 13 is laminated on the surface of the bond coat layer 12. The top coat layer 13 can be formed by spraying a thermal spray material containing ceramic onto the surface of the bond coat layer 12. A zirconia-based ceramic can be used as the thermal spraying material used when forming the top coat layer 13. Examples of the zirconia-based ceramic include yttria-stabilized zirconia (YSZ) and ytterbium-stabilized zirconia (YbSZ), which is zirconia (ZrO 2 ) partially stabilized with ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ).

この実施形態で例示する第一試験片1Aは、その裏面(図1中、下面)にコート層11が配置され、その表面(図1中、上面)に基材層10が配置されている。つまり、第一試験片1Aの表面側には、基材層10を形成する金属が露出した状態となっている。この実施形態における基材層10の厚さは、例えば、実機であるガスタービンのタービン翼の基材等と同等の厚さに形成してもよい。 In the first test piece 1A illustrated in this embodiment, the coat layer 11 is arranged on the back surface (lower surface in FIG. 1), and the base material layer 10 is arranged on the front surface (upper surface in FIG. 1). That is, the metal forming the base material layer 10 is exposed on the surface side of the first test piece 1A. The thickness of the base material layer 10 in this embodiment may be formed to be, for example, the same thickness as the base material of the turbine blade of the gas turbine which is an actual machine.

第二試験片1Bは、上述した第一試験片1Aからトップコート層13を除去したものである。つまり、第二試験片1Bは、トップコート層13が除去されている点を除き、第一試験片1Aと同じ構成となっている。そのため、第二試験片1Bの詳細説明は省略する。
この実施形態で例示する試験片1は、矩形の板状に形成されている。
The second test piece 1B is obtained by removing the top coat layer 13 from the first test piece 1A described above. That is, the second test piece 1B has the same configuration as the first test piece 1A except that the top coat layer 13 is removed. Therefore, the detailed description of the second test piece 1B will be omitted.
The test piece 1 illustrated in this embodiment is formed in the shape of a rectangular plate.

図2は、この発明の実施形態における4点曲げ試験装置の概略構成を示す図である。
図2に示すように、4点曲げ試験装置20は、4点曲げ治具部21と、押し込み機構22と、荷重検出器23と、ストローク検出器24と、ひずみ検出器25と、昇温炉26と、をそれぞれ備えている。
この4点曲げ試験装置20は、上述した第一試験片1A及び、第二試験片1Bについて、高温環境下のひずみと荷重との関係を、4点曲げ法(例えば、JIS H 8454)により求める各種測定が可能となっている。この実施形態では、4点曲げ試験装置20の試験結果により求められた高温環境下のひずみと荷重との関係から、高温環境下における第一試験片1Aのヤング率と、高温環境下における第二試験片1Bのヤング率と、をそれぞれ求めている。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a four-point bending test apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the four-point bending test apparatus 20 includes a four-point bending jig portion 21, a pushing mechanism 22, a load detector 23, a stroke detector 24, a strain detector 25, and a heating furnace. 26 and, respectively.
The four-point bending test apparatus 20 determines the relationship between strain and load in a high temperature environment for the above-mentioned first test piece 1A and second test piece 1B by a four-point bending method (for example, JIS H 8454). Various measurements are possible. In this embodiment, the Young's modulus of the first test piece 1A in the high temperature environment and the second in the high temperature environment are obtained from the relationship between the strain and the load in the high temperature environment obtained from the test results of the 4-point bending test apparatus 20. The Young's modulus of the test piece 1B is calculated respectively.

4点曲げ治具部21は、試験片1を挟み込んで支持可能となっている。この4点曲げ治具部21は、支持台30と、荷重台31と、第一ロッドR1と、第二ロッドR2と、を備えている。4点曲げ治具部21は、例えば、トップコート層13と同様に、セラミック等、昇温時の影響が少ない材料で形成しても良い。この実施形態における4点曲げ治具部21は、試験片1を、その表裏面が水平方向に広がる姿勢で支持する。また、この実施形態においては、支持台30が下方に配置され、荷重台31が上方に配置される場合を例示しているが、この配置に限られない。 The 4-point bending jig portion 21 can support the test piece 1 by sandwiching it. The four-point bending jig portion 21 includes a support base 30, a load base 31, a first rod R1, and a second rod R2. The 4-point bending jig portion 21 may be formed of, for example, a material such as ceramic, which is less affected by the temperature rise, like the top coat layer 13. The four-point bending jig portion 21 in this embodiment supports the test piece 1 in a posture in which the front and back surfaces thereof spread in the horizontal direction. Further, in this embodiment, the case where the support base 30 is arranged below and the load base 31 is arranged above is illustrated, but the arrangement is not limited to this.

この実施形態における支持台30は、試験片1を下方から支持する。支持台30は、支持台本体32と、2つの支持ロール33と、を備えている。
支持台本体32は、図2に示す正面視において、上方に向かって開口するU字状に形成されている。言い換えれば、支持台本体32は、上方に向かって突出し、水平方向Dhのうちの第一の方向D1に離間した2つの支持腕部32aを備えている。これら支持腕部32aの上端面32bは、鉛直方向Dvにおいて同一の位置に配置されている。
The support base 30 in this embodiment supports the test piece 1 from below. The support base 30 includes a support base main body 32 and two support rolls 33.
The support base main body 32 is formed in a U shape that opens upward in the front view shown in FIG. In other words, the support base main body 32 includes two support arm portions 32a that project upward and are separated from each other in the first direction D1 of the horizontal direction Dh. The upper end surfaces 32b of these support arm portions 32a are arranged at the same positions in the vertical direction Dv.

支持ロール33は、2つの支持腕部32aの上端面32bにそれぞれ一つずつ形成され、第一の方向D1で所定距離L1だけ間隔をあけて配置されている。これら支持ロール33は、後述する荷重ロール35とともに試験片1を、第一の方向D1と直交する第二の方向D2から支持する。この実施形態における第二の方向D2は、鉛直方向Dvと一致している。 One support roll 33 is formed on each of the upper end surfaces 32b of the two support arm portions 32a, and the support rolls 33 are arranged at intervals of a predetermined distance L1 in the first direction D1. These support rolls 33, together with the load roll 35 described later, support the test piece 1 from the second direction D2 orthogonal to the first direction D1. The second direction D2 in this embodiment coincides with the vertical direction Dv.

これら支持ロール33は、上端面32bから第二の方向D2に突出し、水平方向Dhのうち第一の方向D1に直交する第三の方向D3(図2の紙面表裏方向)に延びている。支持ロール33は、図2に示す正面視において、その上端部33aが上方に向かって凸となる半円状になっている。この実施形態で例示する支持ロール33は、2本の支持腕部32aの上端面32bのうち最も内側に配置されているが、この配置に限られるものではない。 These support rolls 33 project from the upper end surface 32b in the second direction D2 and extend in the third direction D3 (the front and back directions of the paper surface of FIG. 2) orthogonal to the first direction D1 in the horizontal direction Dh. The support roll 33 has a semicircular shape in which the upper end portion 33a thereof is convex upward in the front view shown in FIG. The support roll 33 illustrated in this embodiment is arranged on the innermost side of the upper end surfaces 32b of the two support arm portions 32a, but is not limited to this arrangement.

荷重台31は、試験片1を挟んで支持台30とは第二の方向D2で反対側となる上方から試験片1に荷重を加えることが可能となっている。この荷重台31は、荷重台本体34と、2つの荷重ロール35と、を備えている。
荷重台本体34は、図2に示す正面視において、下方に向かって開口するU字状に形成されている。言い換えれば、荷重台本体34は、下方に向かって突出し、第一の方向D1に離間した2つの荷重腕部34aを備えている。これら荷重腕部34aの下端面34bは、鉛直方向Dvにおいて同一の位置に配置されている。
The load base 31 can apply a load to the test piece 1 from above, which is opposite to the support base 30 in the second direction D2 with the test piece 1 in between. The load base 31 includes a load base main body 34 and two load rolls 35.
The load base main body 34 is formed in a U shape that opens downward in the front view shown in FIG. In other words, the load base body 34 includes two load arm portions 34a that project downward and are separated from each other in the first direction D1. The lower end surfaces 34b of these load arm portions 34a are arranged at the same positions in the vertical direction Dv.

荷重ロール35は、2つの荷重腕部34aの下端面34bにそれぞれ一つずつ形成されている。これら荷重ロール35は、第一の方向D1で所定距離L1よりも小さい所定距離L2(例えば、所定距離L1の1/3程度)だけ離間して配置されている。第一の方向D1における2つの荷重ロール35の中心線O2は、第一の方向D1における2つの支持ロール33の中心線O1に対して、第一の方向D1で同一の位置に配置されている。 One load roll 35 is formed on each of the lower end surfaces 34b of the two load arm portions 34a. These load rolls 35 are arranged apart by a predetermined distance L2 (for example, about 1/3 of the predetermined distance L1) smaller than the predetermined distance L1 in the first direction D1. The center lines O2 of the two load rolls 35 in the first direction D1 are arranged at the same positions in the first direction D1 with respect to the center lines O1 of the two support rolls 33 in the first direction D1. ..

これら荷重ロール35は、下端面34bから第二の方向D2に突出し、水平方向Dhのうち第一の方向D1に直交する第三の方向D3に延びている。荷重ロール35は、図2に示す正面視において、その下端部35aが下方に向かって凸となる半円状になっている。荷重ロール35の半円と、上述した支持ロールの半円とは、それぞれ同一半径(2.0mmから3.0mm程度)で形成されている。この実施形態で例示する支持ロール33は、2つの荷重腕部34aの下端面34bのうち最も内側に配置されているが、この配置に限られるものではない。 These load rolls 35 project from the lower end surface 34b in the second direction D2 and extend in the third direction D3 orthogonal to the first direction D1 in the horizontal direction Dh. In the front view shown in FIG. 2, the load roll 35 has a semicircular shape in which the lower end portion 35a thereof is convex downward. The semicircle of the load roll 35 and the semicircle of the support roll described above are formed with the same radius (about 2.0 mm to 3.0 mm), respectively. The support roll 33 illustrated in this embodiment is arranged on the innermost side of the lower end surfaces 34b of the two load arm portions 34a, but is not limited to this arrangement.

押し込み機構22は、第二の方向D2で支持台30と荷重台31とを近づける方向に支持台30と荷重台31との少なくとも一方を押し込むことが可能となっている。この実施形態における押し込み機構22は、荷重台31の位置を保持したまま、支持台30を荷重台31に近付く方向すなわち上方に向かって押圧する。この実施形態における押し込み機構22は、支持台30から下方に向かって延びる第一ロッドR1と、荷重台31から上方に向かって延びる第二ロッドR2とにそれぞれ接続されている。この押し込み機構22によって、支持台30と荷重台31とが第二の方向D2で接近する方向に押し込まれて、試験片1に対して、第二の方向D2に荷重をかけることができる。この押し込み機構22による押し込み動作は、例えば、ストローク量を制御(例えば、1/200mmピッチ)することで行われる。 The pushing mechanism 22 is capable of pushing at least one of the support base 30 and the load base 31 in the direction in which the support base 30 and the load base 31 are brought closer to each other in the second direction D2. The pushing mechanism 22 in this embodiment presses the support base 30 in the direction approaching the load base 31, that is, upward, while maintaining the position of the load base 31. The pushing mechanism 22 in this embodiment is connected to a first rod R1 extending downward from the support base 30 and a second rod R2 extending upward from the load base 31, respectively. By this pushing mechanism 22, the support base 30 and the load base 31 are pushed in the direction of approaching each other in the second direction D2, and a load can be applied to the test piece 1 in the second direction D2. The pushing operation by the pushing mechanism 22 is performed, for example, by controlling the stroke amount (for example, 1/200 mm pitch).

荷重検出器23は、支持台30又は荷重台31に加わる荷重を検出する。より具体的は、荷重検出器23は、支持台30又は荷重台31に加わる第二の方向D2の荷重を検出する。この実施形態で例示する荷重検出器23は、荷重台31を支持する第一ロッドR1に取り付けられている。荷重検出器23としては、ロードセルを用いることができる。荷重検出器23による荷重の検出結果は、例えば、荷重検出器23に接続されたディスプレイ(図示せず)に表示させたり、印刷機で印字させたりしても良い。また、荷重検出器23による荷重の検出結果は、記録媒体に記録するようにしても良い(以下、ストローク検出器24も同様)。 The load detector 23 detects the load applied to the support base 30 or the load base 31. More specifically, the load detector 23 detects the load applied to the support base 30 or the load base 31 in the second direction D2. The load detector 23 illustrated in this embodiment is attached to the first rod R1 that supports the load base 31. A load cell can be used as the load detector 23. The load detection result by the load detector 23 may be displayed on a display (not shown) connected to the load detector 23, or may be printed by a printing machine, for example. Further, the load detection result by the load detector 23 may be recorded on a recording medium (hereinafter, the same applies to the stroke detector 24).

ストローク検出器24は、押し込み機構22の押し込み動作によるストローク量を検出する。ストローク検出器24としては、例えば、差動トランス式伸び計(DTF)を用いることができる。この実施形態で例示するストローク検出器24は、押し込み機構22に取り付けられて、押し込み機構22の押し込み動作によるストローク量を検出している。このストローク量は、第二の方向D2における、荷重台31と支持台30との相対的な変位量ということもできる。 The stroke detector 24 detects the stroke amount due to the pushing operation of the pushing mechanism 22. As the stroke detector 24, for example, a differential transformer type extensometer (DTF) can be used. The stroke detector 24 illustrated in this embodiment is attached to the pushing mechanism 22 to detect the stroke amount due to the pushing operation of the pushing mechanism 22. This stroke amount can also be said to be the relative displacement amount between the load base 31 and the support base 30 in the second direction D2.

ひずみ検出器25は、試験片1のひずみを検出する。ひずみ検出器25は、ひずみゲージ25aと、動ひずみ計(図示せず)と、を備えている。ひずみゲージ25aは、第一試験片1Aのトップコート層13の表面に貼り付けられている。このひずみゲージ25aは、トップコート層13の表面の中央付近に貼り付けるのが好ましい。このひずみゲージ25aは、ゲージ用配線(図示せず)を介して動ひずみ計(図示せず)に接続されている。動ひずみ計(図示せず)は、ひずみゲージ25aの出力を増幅して、試験片1のひずみ(言い換えれば、動ひずみ)を求め、データ表示やデータ記録等を行う。 The strain detector 25 detects the strain of the test piece 1. The strain detector 25 includes a strain gauge 25a and a dynamic strain gauge (not shown). The strain gauge 25a is attached to the surface of the top coat layer 13 of the first test piece 1A. The strain gauge 25a is preferably attached near the center of the surface of the top coat layer 13. The strain gauge 25a is connected to a dynamic strain gauge (not shown) via gauge wiring (not shown). The dynamic strain gauge (not shown) amplifies the output of the strain gauge 25a to obtain the strain (in other words, dynamic strain) of the test piece 1, and displays data, records data, and the like.

昇温炉26は、支持台30及び前記荷重台31を内部空間36に収容する。昇温炉26は、その内部空間36を昇温することで支持台30及び荷重台31に挟まれた試験片1を昇温可能となっている(例えば、1000℃以上)。昇温炉26としては、電気炉等を用いることができる。昇温炉26は、上下に第一ロッドR1及び第二ロッドR2が貫通可能な貫通部26aを有している。これにより、試験片1を昇温炉26の内部空間36で昇温しつつ、押し込み機構22によって支持台30及び荷重台31を第二の方向D2で近づくように変位させることができる。
上述した荷重検出器23と、ストローク検出器24とは、この昇温炉26の外部に設置されている。なお、上述した4点曲げ試験装置は、昇温炉26の内部の温度、すなわち試験片1の温度を監視するために、荷重台31に熱電対37が取り付けられている場合を例示している。しかし、試験片1の温度の検出は、熱電対37に限られない。例えば、レーザー温度計やサーモビュア等を用いても良い。
The heating furnace 26 accommodates the support base 30 and the load base 31 in the internal space 36. The heating furnace 26 can raise the temperature of the test piece 1 sandwiched between the support base 30 and the load base 31 by raising the temperature of the internal space 36 (for example, 1000 ° C. or higher). As the heating furnace 26, an electric furnace or the like can be used. The heating furnace 26 has a penetrating portion 26a through which the first rod R1 and the second rod R2 can penetrate, above and below. As a result, while the test piece 1 is heated in the internal space 36 of the heating furnace 26, the support base 30 and the load base 31 can be displaced so as to approach each other in the second direction D2 by the pushing mechanism 22.
The load detector 23 and the stroke detector 24 described above are installed outside the heating furnace 26. The above-mentioned four-point bending test apparatus illustrates a case where a thermocouple 37 is attached to the load table 31 in order to monitor the temperature inside the heating furnace 26, that is, the temperature of the test piece 1. .. However, the detection of the temperature of the test piece 1 is not limited to the thermocouple 37. For example, a laser thermometer, a thermoviewer, or the like may be used.

この実施形態における4点曲げ試験装置20は、上述した構成を備えている。次に、この4点曲げ試験装置20を用いた試験片の物性値測定方法及び遮熱コーティング層のヤング率測定方法について図面を参照しながら説明する。
図3は、この発明の実施形態におけるトップコート層のヤング率測定方法のフローチャートである。
まず図示しない準備工程として、ひずみゲージ25aを第一試験片1Aに取り付けて、支持台30及び荷重台31により第一試験片1Aを挟み込む。この際、例えば、低圧力用のプレスケール等を用いて、第一試験片1Aと支持台30、及び第一試験片1Aと荷重台31のそれぞれの接触状態を確認するようにしても良い。
The four-point bending test apparatus 20 in this embodiment has the above-described configuration. Next, a method for measuring the physical characteristics of the test piece and a method for measuring the Young's modulus of the heat shield coating layer using the four-point bending test apparatus 20 will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a flowchart of a method for measuring Young's modulus of the top coat layer according to the embodiment of the present invention.
First, as a preparatory step (not shown), a strain gauge 25a is attached to the first test piece 1A, and the first test piece 1A is sandwiched between the support base 30 and the load base 31. At this time, for example, a low pressure prescale or the like may be used to check the contact state of the first test piece 1A and the support base 30, and the contact state of the first test piece 1A and the load base 31.

次に、図3に示すように、第一試験片1Aに対して4点曲げ法を行い、ストローク量とひずみとの関係を取得するストローク−ひずみ関係取得工程を行う(ステップS01)。このストローク−ひずみ関係取得工程においては、例えば、室温等、ひずみゲージを使用できる温度環境にて行う。このストローク−ひずみ関係取得工程においては、押し込み機構22による押し込み動作を行いつつ、ストローク検出器24によって検出されたストローク量と、ひずみ検出器25によって検出されたひずみとの関係を取得する。 Next, as shown in FIG. 3, a 4-point bending method is performed on the first test piece 1A, and a stroke-strain relationship acquisition step for acquiring the relationship between the stroke amount and the strain is performed (step S01). This stroke-strain relationship acquisition step is performed in a temperature environment where a strain gauge can be used, such as room temperature. In this stroke-strain relationship acquisition step, the relationship between the stroke amount detected by the stroke detector 24 and the strain detected by the strain detector 25 is acquired while performing the pushing operation by the pushing mechanism 22.

図4は、縦軸をひずみ(ε)、横軸をストローク量(mm)としたグラフである。
図4に示すように、ストローク−ひずみ関係取得工程で取得したひずみとストローク量との関係は、ストローク量が大きくなるにつれてひずみが大きくなるリニア(線形)な関係となっている。
FIG. 4 is a graph in which the vertical axis is strain (ε) and the horizontal axis is stroke amount (mm).
As shown in FIG. 4, the relationship between the strain acquired in the stroke-strain relationship acquisition step and the stroke amount is a linear relationship in which the strain increases as the stroke amount increases.

次に、昇温炉26によって第一試験片1Aを昇温した状態(例えば、1000℃以上)で、再度、4点曲げ法を行い、ストローク量と荷重との関係を取得するストローク−荷重関係取得工程を行う(ステップS02)。このストローク−荷重関係取得工程においては、押し込み機構22による押し込み動作を行いつつ、ストローク検出器24によって検出されたストローク量と、荷重検出器23とによって検出された荷重との関係を取得する。なお、昇温炉26により第一試験片1Aの昇温を行う前に、ひずみゲージ25aからゲージ用配線を取り外して、ストローク−荷重関係取得工程を行う。 Next, in a state where the temperature of the first test piece 1A is raised by the heating furnace 26 (for example, 1000 ° C. or higher), the 4-point bending method is performed again to acquire the relationship between the stroke amount and the load. Stroke-load relationship The acquisition step is performed (step S02). In this stroke-load relationship acquisition step, the relationship between the stroke amount detected by the stroke detector 24 and the load detected by the load detector 23 is acquired while performing the pushing operation by the pushing mechanism 22. Before raising the temperature of the first test piece 1A by the heating furnace 26, the gauge wiring is removed from the strain gauge 25a, and the stroke-load relationship acquisition step is performed.

図5は、縦軸を荷重(kgf)、横軸をストローク量(mm)としたグラフである。
図5に示すように、ストローク−荷重関係取得工程で取得したストローク量と荷重との関係は、ストローク量が大きくなるにつれて荷重の値が小さくなる関係となっている。そして、ストローク−荷重関係取得工程で取得したストローク量と荷重との関係は、リニア(線形)な関係になっている。
ここで、この実施形態における荷重検出器23は、圧縮方向に作用する荷重がマイナスの値として検出される。つまり、ストローク−荷重関係取得工程で取得したストローク量と荷重との関係は、実際には、荷重が大きいほど荷重検出器23に作用する荷重も大きくなっている。
FIG. 5 is a graph in which the vertical axis is the load (kgf) and the horizontal axis is the stroke amount (mm).
As shown in FIG. 5, the relationship between the stroke amount acquired in the stroke-load relationship acquisition step and the load is such that the load value decreases as the stroke amount increases. The relationship between the stroke amount acquired in the stroke-load relationship acquisition process and the load is linear.
Here, in the load detector 23 in this embodiment, the load acting in the compression direction is detected as a negative value. That is, as for the relationship between the stroke amount acquired in the stroke-load relationship acquisition step and the load, in reality, the larger the load, the larger the load acting on the load detector 23.

次に、ストローク−ひずみ関係取得工程で取得したストローク量とひずみとの関係と、ストローク−荷重関係取得工程で取得したストローク量と荷重との関係と、に基づいて第一試験片1Aのひずみと荷重との関係を取得するひずみ−荷重関係取得工程を行う(ステップS03)。このひずみ−荷重関係取得工程においては、例えば、高温中で取得したストローク量と荷重との関係に、室温等で取得したストローク量とひずみとの関係を適用して、荷重とひずみとの関係を取得する。言い換えれば、ストローク量と荷重との関係、及びストローク量とひずみとの関係を用いて、例えば、互いのストローク量を荷重又はひずみに置き換えて荷重とひずみとの関係を取得している。ここで、上述したストローク量とひずみとの関係は、弾性域においては温度に応じて変化しない。そのため、仮に高温環境下においてストローク量とひずみとの関係を取得したとしても、室温等で取得したストローク量とひずみとの関係と同じ結果になる。 Next, the strain of the first test piece 1A is based on the relationship between the stroke amount and the strain acquired in the stroke-strain relationship acquisition process and the relationship between the stroke amount and the load acquired in the stroke-load relationship acquisition process. The strain-load relationship acquisition step for acquiring the relationship with the load is performed (step S03). In this strain-load relationship acquisition process, for example, the relationship between the stroke amount acquired at room temperature and the strain is applied to the relationship between the stroke amount acquired at high temperature and the load, and the relationship between the load and the strain is obtained. get. In other words, using the relationship between the stroke amount and the load and the relationship between the stroke amount and the strain, for example, the stroke amounts of each other are replaced with the load or the strain to obtain the relationship between the load and the strain. Here, the relationship between the stroke amount and the strain described above does not change with temperature in the elastic region. Therefore, even if the relationship between the stroke amount and the strain is acquired in a high temperature environment, the result is the same as the relationship between the stroke amount and the strain acquired at room temperature or the like.

図6は、縦軸を荷重(kgf)、横軸をひずみ(ε)としたグラフである。
図6に示す荷重とひずみとのグラフは、図4に示すグラフと図5に示すグラフとから求めることができる。ここで、図6においても図5と同様に、試験片1を圧縮する方向の荷重がマイナスの値で検出されている。そのため、図6においても、ひずみが大きくなるほど荷重の値が小さくなっている。つまり、実際には、荷重の値が小さいほど荷重検出器23に作用する荷重は大きくなっている。図6に示すように、これら荷重とひずみとの関係は、リニア(線形)な関係になっている。
FIG. 6 is a graph in which the vertical axis is the load (kgf) and the horizontal axis is the strain (ε).
The graph of the load and the strain shown in FIG. 6 can be obtained from the graph shown in FIG. 4 and the graph shown in FIG. Here, in FIG. 6, as in FIG. 5, the load in the direction of compressing the test piece 1 is detected as a negative value. Therefore, also in FIG. 6, the load value becomes smaller as the strain becomes larger. That is, in reality, the smaller the load value, the larger the load acting on the load detector 23. As shown in FIG. 6, the relationship between these loads and strains is linear.

次に、ひずみ−荷重関係取得工程により取得したひずみと荷重との関係に基づいて第一試験片1Aのヤング率を算出するヤング率算出工程を行う(ステップS04)。より具体的には、ひずみ−荷重関係取得工程によって取得したひずみと荷重との関係から、梁理論により第一試験片1Aのヤング率を算出する(例えば、JIS H8454参照)。 Next, a Young's modulus calculation step of calculating the Young's modulus of the first test piece 1A based on the relationship between the strain and the load acquired in the strain-load relationship acquisition step is performed (step S04). More specifically, the Young's modulus of the first test piece 1A is calculated by the beam theory from the relationship between the strain and the load acquired in the strain-load relationship acquisition step (see, for example, JIS H8454).

さらに、昇温炉26による昇温を停止して第一試験片1Aの温度を低下させた後、第一試験片1Aを4点曲げ試験装置から取り出して、第一試験片1Aのトップコート層13のみを除去する除去工程を行う(ステップS05)。この除去工程においては、例えば、ブラスト処理によってトップコート層13を除去して、第二試験片1Bを得る。その後、第二試験片1Bに対しても、上述した第一試験片1Aと同様の工程を経てヤング率を算出する。 Further, after stopping the temperature rise by the heating furnace 26 to lower the temperature of the first test piece 1A, the first test piece 1A is taken out from the 4-point bending test apparatus, and the top coat layer of the first test piece 1A is taken out. A removal step of removing only 13 is performed (step S05). In this removing step, for example, the top coat layer 13 is removed by a blast treatment to obtain a second test piece 1B. After that, the Young's modulus is calculated for the second test piece 1B through the same steps as for the first test piece 1A described above.

すなわち、まず、ひずみゲージ25aを第二試験片1Bに取り付けて、支持台30及び荷重台31により第二試験片1Bを挟み込む。この際、ひずみゲージ25aは、トップコート層13ではなく、ボンドコート層12又は基材層10に取り付ける。
次いで、第二試験片1Bに対して4点曲げ法を行い、ストローク量とひずみとの関係を取得する除去後ストローク−ひずみ関係取得工程を行う(ステップS06)。この除去後ストローク−ひずみ関係取得工程においては、例えば、室温等、ひずみゲージを使用できる温度環境において行う。この除去後ストローク−ひずみ関係取得工程においては、押し込み機構22による押し込み動作を行いつつ、ストローク検出器24によって検出されたストローク量と、ひずみ検出器25によって検出されたひずみとの関係を取得する。
That is, first, the strain gauge 25a is attached to the second test piece 1B, and the second test piece 1B is sandwiched between the support base 30 and the load base 31. At this time, the strain gauge 25a is attached to the bond coat layer 12 or the base material layer 10 instead of the top coat layer 13.
Next, a 4-point bending method is performed on the second test piece 1B, and a post-removal stroke-strain relationship acquisition step for acquiring the relationship between the stroke amount and the strain is performed (step S06). This post-removal stroke-strain relationship acquisition step is performed in a temperature environment where a strain gauge can be used, such as room temperature. In this post-removal stroke-strain relationship acquisition step, the relationship between the stroke amount detected by the stroke detector 24 and the strain detected by the strain detector 25 is acquired while performing the pushing operation by the pushing mechanism 22.

次に、昇温炉26によって第二試験片1Bを昇温した状態(例えば、1000℃以上)で、再度、4点曲げ法を行い、ストローク量と荷重との関係を取得する除去後ストローク−荷重関係取得工程を行う(ステップS07)。この除去後ストローク−荷重関係取得工程においては、押し込み機構22による押し込み動作を行いつつ、ストローク検出器24によって検出されたストローク量と、荷重検出器23とによって検出された荷重との関係を取得する。 Next, in a state where the temperature of the second test piece 1B is raised by the heating furnace 26 (for example, 1000 ° C. or higher), the four-point bending method is performed again to obtain the relationship between the stroke amount and the load. The load relationship acquisition step is performed (step S07). In this post-removal stroke-load relationship acquisition step, the relationship between the stroke amount detected by the stroke detector 24 and the load detected by the load detector 23 is acquired while performing the pushing operation by the pushing mechanism 22. ..

次に、除去後ストローク−ひずみ関係取得工程で取得したストローク量とひずみとの関係と、除去後ストローク−荷重関係取得工程で取得したストローク量と荷重との関係と、に基づいて第二試験片1Bのひずみと荷重との関係を取得する除去後ひずみ−荷重関係取得工程を行う(ステップS08)。 Next, the second test piece is based on the relationship between the stroke amount and the strain acquired in the post-removal stroke-strain relationship acquisition process and the relationship between the stroke amount and the load acquired in the post-removal stroke-load relationship acquisition process. The post-removal strain-load relationship acquisition step of acquiring the relationship between the strain and the load of 1B is performed (step S08).

さらに、除去後ひずみ−荷重関係取得工程により取得したひずみと荷重との関係に基づいて第二試験片1Bのヤング率を算出する除去後ヤング率算出工程を行う(ステップS09)。より具体的には、除去後ひずみ−荷重関係取得工程によって取得したひずみと荷重との関係から、梁理論により第二試験片1Bのヤング率を算出する(例えば、JIS H8454参照)。 Further, a post-removal Young's modulus calculation step of calculating the Young's modulus of the second test piece 1B based on the relationship between the strain and the load acquired in the post-removal strain-load relationship acquisition step is performed (step S09). More specifically, the Young's modulus of the second test piece 1B is calculated by the beam theory from the relationship between the strain and the load acquired in the post-removal strain-load relationship acquisition step (see, for example, JIS H8454).

その後、ヤング率算出工程(ステップS04)により算出された第一試験片1Aのヤング率と、除去後ヤング率算出工程(ステップS09)により算出されたトップコート層13のみを除去した第二試験片1Bのヤング率とに基づいて、トップコート層13のヤング率を求める遮熱コーティングヤング率算出工程(ステップS10)を行う。このトップコート層13のヤング率は、JIS H8454の(2)式により求めることができる。この場合、トップコート層13を有さない第二試験片1Bを「基材」とし、トップコート層13を含む第一試験片1Aを「BC」とする。 After that, only the Young's modulus of the first test piece 1A calculated in the Young's modulus calculation step (step S04) and the top coat layer 13 calculated in the post-removal Young's modulus calculation step (step S09) were removed. A heat shield coating Young's modulus calculation step (step S10) for obtaining the Young's modulus of the top coat layer 13 is performed based on the Young's modulus of 1B. The Young's modulus of the top coat layer 13 can be obtained by the equation (2) of JIS H8454. In this case, the second test piece 1B having no top coat layer 13 is referred to as a "base material", and the first test piece 1A including the top coat layer 13 is referred to as "BC".

したがって、上述した実施形態によれば、室温で測定できるストローク量とひずみとの関係と、高温環境下にある試験片1から離れた場所で測定できるストローク量および荷重との関係から、ひずみと荷重との関係を求めることができる。そのため、高温環境下で試験片1のひずみの測定を行わずに、試験片1のひずみと荷重との関係を取得することができる。その結果、高温環境下であっても試験片1の物性値を精度よく測定可能できる。 Therefore, according to the above-described embodiment, the strain and the load are based on the relationship between the stroke amount and the strain that can be measured at room temperature and the stroke amount and the load that can be measured at a place away from the test piece 1 in a high temperature environment. The relationship with can be found. Therefore, the relationship between the strain of the test piece 1 and the load can be obtained without measuring the strain of the test piece 1 in a high temperature environment. As a result, the physical property value of the test piece 1 can be accurately measured even in a high temperature environment.

また、取得したひずみと荷重との関係に基づいて試験片1のヤング率を算出することができるため、高温環境下における試験片1のひずみを測定せずに試験片1のヤング率を精度よく算出することができる。 Further, since the Young's modulus of the test piece 1 can be calculated based on the relationship between the acquired strain and the load, the Young's modulus of the test piece 1 can be accurately measured without measuring the strain of the test piece 1 in a high temperature environment. Can be calculated.

さらに、4点曲げ試験装置を用いた4点曲げ法により、例えば、室温で試験片1に対するストローク量とひずみとの関係を容易に求めることができる。さらに、4点曲げ試験装置を用いた4点曲げ法により、昇温炉26により昇温された試験片1に対するストローク量と荷重との関係を求めることができる。 Further, by the 4-point bending method using a 4-point bending test apparatus, for example, the relationship between the stroke amount and the strain with respect to the test piece 1 can be easily obtained at room temperature. Further, the relationship between the stroke amount and the load with respect to the test piece 1 heated by the heating furnace 26 can be obtained by the 4-point bending method using the 4-point bending test apparatus.

さらに、4点曲げ治具部21をセラミックにより形成した場合には、支持台30や荷重台31の温度特性により物性値の測定結果に影響を及ぼすことを抑制できる。 Further, when the four-point bending jig portion 21 is made of ceramic, it is possible to suppress the influence of the temperature characteristics of the support base 30 and the load base 31 on the measurement result of the physical property value.

また、トップコート層13を有する第一試験片1Aのヤング率と、トップコート層13を有していない第二試験片1Bのヤング率とに基づいて、トップコート層13のみのヤング率を求めることができる。つまり、高温環境下におけるひずみの測定を行わずに第一試験片1Aのトップコート層13のみのヤング率を精度よく求めることができる。 Further, the Young's modulus of only the top coat layer 13 is obtained based on the Young's modulus of the first test piece 1A having the top coat layer 13 and the Young's modulus of the second test piece 1B having no top coat layer 13. be able to. That is, the Young's modulus of only the top coat layer 13 of the first test piece 1A can be accurately obtained without measuring the strain in a high temperature environment.

(実施形態の変形例)
図7は、この発明の実施形態の変形例における図2に相当する図である。
例えば、上述した実施形態においては、ストローク検出器24として差動トランス式伸び計(DTF)を用いる場合について説明した。
しかし、図7に示すように、例えば、ストローク検出器24Bとしてレーザー変位計を用いても良い。このストローク検出器24Bは、例えば、昇温炉26の外面に配置されたターゲット40に対してレーザー光を照射してその反射光を検出することで、押し込み機構22のストローク量を検出する。
このようにストローク検出器24Bとしてレーザー変位計を用いることで、より正確にストローク量を検出することができる。その結果、トップコート層13のヤング率をより正確に測定することができる。
(Modified example of embodiment)
FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 2 in a modified example of the embodiment of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, a case where a differential transformer type extensometer (DTF) is used as the stroke detector 24 has been described.
However, as shown in FIG. 7, for example, a laser displacement meter may be used as the stroke detector 24B. The stroke detector 24B detects the stroke amount of the pushing mechanism 22 by, for example, irradiating the target 40 arranged on the outer surface of the heating furnace 26 with a laser beam and detecting the reflected light.
By using the laser displacement meter as the stroke detector 24B in this way, the stroke amount can be detected more accurately. As a result, the Young's modulus of the topcoat layer 13 can be measured more accurately.

この発明は上述した実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。 The present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and the design can be changed without departing from the gist thereof.

1 試験片
10 基材層
11 コート層
12 ボンドコート層
13 トップコート層(遮熱コーティング層)
20 4点曲げ試験装置
21 4点曲げ治具部
22 押し込み機構
23 荷重検出器
24,24B ストローク検出器
25 ひずみ検出器
25a ひずみゲージ
26 昇温炉
26a 貫通部
30 支持台
31 荷重台
32 支持台本体
32a 支持腕部
32b 上端面
33 支持ロール
33a 上端部
34 荷重台本体
34a 荷重腕部
34b 下端面
35 荷重ロール
35a 下端部
36 内部空間
40 ターゲット
R1 第一ロッド
R2 第二ロッド
1 Test piece 10 Base material layer 11 Coat layer 12 Bond coat layer 13 Top coat layer (heat shield coating layer)
20 4-point bending test device 21 4-point bending jig 22 Pushing mechanism 23 Load detector 24, 24B Stroke detector 25 Strain detector 25a Strain gauge 26 Heating furnace 26a Penetration part 30 Support base 31 Load base 32 Support base body 32a Support arm 32b Upper end surface 33 Support roll 33a Upper end 34 Load base body 34a Load arm 34b Lower end surface 35 Load roll 35a Lower end 36 Internal space 40 Target R1 First rod R2 Second rod

Claims (6)

遮熱コーティング層と基材層とを備える試験片に対して4点曲げ法を行いストローク量とひずみとの関係を取得するストローク−ひずみ関係取得工程と、
前記試験片を昇温した状態で4点曲げ法を行いストローク量と荷重との関係を取得するストローク−荷重関係取得工程と、
前記ストローク−ひずみ関係取得工程で取得したストローク量とひずみとの関係と、前記ストローク−荷重関係取得工程で取得したストローク量と荷重との関係と、に基づいて前記試験片のひずみと荷重との関係を取得するひずみ−荷重関係取得工程と、
を含む試験片の物性値測定方法。
A stroke-strain relationship acquisition process for acquiring the relationship between stroke amount and strain by performing a 4-point bending method on a test piece having a heat shield coating layer and a base material layer.
A stroke-load relationship acquisition process for acquiring the relationship between the stroke amount and the load by performing a four-point bending method with the test piece heated.
The strain and load of the test piece are based on the relationship between the stroke amount and the strain acquired in the stroke-strain relationship acquisition step and the relationship between the stroke amount and the load acquired in the stroke-load relationship acquisition step. Strain-load relationship acquisition process to acquire relationship and
A method for measuring physical characteristics of a test piece including.
第一の方向に間隔をあけて配置された2つの支持ロールを備え、前記支持ロールにより前記第一の方向と直交する第二の方向から前記試験片を支持する支持台と、
前記2つの支持ロールの内側に配置されて前記第一の方向に間隔をあけて配置された2つの荷重ロールを備え、前記第二の方向で前記試験片を挟んで前記支持台とは反対側から前記荷重ロールにより前記試験片に荷重を加える荷重台と、
前記第二の方向で前記支持台と前記荷重台とを近づける方向に前記支持台と前記荷重台との少なくとも一方を押し込む押し込み機構と、
前記支持台又は前記荷重台に加わる荷重を検出する荷重検出器と、
前記押し込み機構による前記第二の方向への前記支持台に対する前記荷重台の相対的な変位量を検出するストローク検出器と、
前記試験片のひずみを検出するひずみ検出器と、
前記支持台及び前記荷重台を収容して内部空間を昇温可能な昇温炉と、
を備える4点曲げ試験装置を用いて、前記試験片の前記荷重、前記ストローク量、及び前記ひずみを取得する請求項1に記載の試験片の物性値測定方法。
A support base provided with two support rolls spaced apart from each other in the first direction and supporting the test piece from a second direction orthogonal to the first direction by the support rolls.
It includes two load rolls arranged inside the two support rolls and spaced apart from each other in the first direction, with the test piece sandwiched in the second direction and opposite to the support base. With a load table that applies a load to the test piece with the load roll
A pushing mechanism that pushes at least one of the support base and the load base in a direction that brings the support base and the load base closer to each other in the second direction.
A load detector that detects the load applied to the support base or the load base, and
A stroke detector that detects the relative displacement of the load platform with respect to the support platform in the second direction by the pushing mechanism, and
A strain detector that detects the strain of the test piece and
A heating furnace capable of accommodating the support base and the load base and raising the temperature of the internal space,
The method for measuring a physical characteristic value of a test piece according to claim 1, wherein the load, the stroke amount, and the strain of the test piece are acquired by using a four-point bending test device.
前記支持台と前記荷重台との少なくとも一方は、セラミックにより形成されている請求項2に記載の試験片の物性値測定方法。 The method for measuring a physical characteristic value of a test piece according to claim 2, wherein at least one of the support base and the load base is made of ceramic. 前記ストローク検出器は、レーザー変位計である請求項2又は3に記載の試験片の物性値測定方法。 The method for measuring a physical characteristic value of a test piece according to claim 2 or 3, wherein the stroke detector is a laser displacement meter. 前記ひずみ−荷重関係取得工程により取得したひずみと荷重との関係に基づいて前記試験片のヤング率を算出するヤング率算出工程を含む請求項1から4の何れか一項に記載の試験片の物性値測定方法。 The test piece according to any one of claims 1 to 4, which includes a Young's modulus calculation step of calculating the Young's modulus of the test piece based on the relationship between the strain and the load acquired in the strain-load relationship acquisition step. Physical property value measurement method. 請求項5に記載の試験片の物性値測定方法を含む遮熱コーティング層のヤング率測定方法であって、
前記ひずみ−荷重関係取得工程によりひずみと荷重との関係を取得した前記試験片から前記遮熱コーティング層のみを除去した試験片を得る除去工程と、
前記遮熱コーティング層のみを除去した試験片に対して4点曲げ法を行いストローク量とひずみとの関係を取得する除去後ストローク−ひずみ関係取得工程と、
前記遮熱コーティング層のみを除去した試験片を昇温した状態で4点曲げ法を行いストローク量と荷重との関係を取得する除去後ストローク−荷重関係取得工程と、
前記除去後ストローク−ひずみ関係取得工程で取得したストローク量とひずみとの関係と、前記除去後ストローク−荷重関係取得工程で取得したストローク量と荷重との関係と、に基づいて前記遮熱コーティング層のみを除去した試験片のひずみと荷重との関係を取得する除去後ひずみ−荷重関係取得工程と、
前記ひずみ−荷重関係取得工程により取得したひずみと荷重との関係に基づいて前記遮熱コーティング層のみを除去した試験片のヤング率を算出する除去後ヤング率算出工程と、
前記ヤング率算出工程により算出された前記試験片のヤング率と、前記除去後ヤング率算出工程により算出された前記遮熱コーティング層のみを除去した試験片のヤング率と、に基づいて、前記遮熱コーティング層のヤング率を求める遮熱コーティングヤング率算出工程と、
を含む遮熱コーティング層のヤング率測定方法。
A method for measuring Young's modulus of a heat-shielding coating layer, which comprises the method for measuring physical characteristics of a test piece according to claim 5.
A removal step of obtaining a test piece obtained by removing only the heat shield coating layer from the test piece obtained by acquiring the relationship between strain and load by the strain-load relationship acquisition step.
A post-removal stroke-strain relationship acquisition step for acquiring the relationship between the stroke amount and strain by performing a 4-point bending method on the test piece from which only the heat shield coating layer has been removed,
A post-removal stroke-load relationship acquisition step for acquiring the relationship between the stroke amount and the load by performing a 4-point bending method in a state where the temperature of the test piece from which only the heat shield coating layer has been removed has been raised.
The heat shield coating layer is based on the relationship between the stroke amount and the strain acquired in the post-removal stroke-strain relationship acquisition step and the relationship between the stroke amount and the load acquired in the post-removal stroke-load relationship acquisition step. The post-removal strain-load relationship acquisition process to acquire the relationship between the strain and load of the test piece from which only the test piece has been removed,
A post-removal Young's modulus calculation step of calculating the Young's modulus of a test piece from which only the heat shield coating layer has been removed based on the relationship between the strain and the load acquired in the strain-load relationship acquisition step.
Based on the Young's modulus of the test piece calculated by the Young's modulus calculation step and the Young's modulus of the test piece obtained by removing only the thermal barrier coating layer calculated by the Young's modulus calculation step after removal, the shield. The process of calculating the Young's modulus of the thermal barrier coating to obtain the Young's modulus of the thermal coating layer, and
A method for measuring Young's modulus of a heat shield coating layer including.
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