●
鳶
一 『
# 2回溶 射
9 .年
3回溶射 1回 溶 射
■ 講己 号 滋 度
■ 一
一
● 繭幽門 駐
1
」1
ブラスト材 の 種類
ブラスト加 工条 件 一 一 ▼一 ◆一一 50℃
スチ沸 シヨット 一 ▽一 】00℃
粒 度 S100 一 ▲一 200℃塵50℃
ノズ,しの 口 径 φ4.0踊m 一 圏一 250℃
噴 射 角 度 0=90° 一 △一 400℃
噴 射 距 離 慮=250m冊
1)}奮
一 〇一 500℃
111011})11響
一 〇一 600℃
.塵 巳" 1
5蓬0。50竃00150))50005010055。))§00。5010015の)5。O
経 過 時間 孟(s)
図1.3Am試 験 片 に プ ラ ズ マ 溶 射 し た 場 合 の ア ー ク ハ イ トHの 変 化
1.0
oρ
0,6
ブ ラスト加工 条 件 ブ ラスト材 の 種 類 スチールショット
粒 度 S40
ノズ,}の 口 径 φ4.Omm
噴 射 角 度 θ=go°
噴 射 距 離 2=250m珊
祀 弓 識 度
一 ▼ 一
■
50℃ ¶
一 ◆ 一 100℃
一 ▽一 150℃
一 ▲一 200℃
一 闘一 250℃
一 △一 400℃
一 ロー 500℃
一 〇 一 600℃
経過 時 間 以s)
図1.4Fe試 験 片 に プ ラ ズ マ 溶 射 し た 場 合 の ア ー ク ハ イ トHの 変 化
一72一
ソ リv畢w.四 」uvuリvwOUIUUIOり 闘,W
経過時間 駁s)
図1・5Cu試 験片 にプ ラズマ 溶射 した場合の アークハ イ トHの 変化
図1.6はA1試 験 片 に っ い て の 結 果 で あ る 。 同 図 よ り,温 度 上 昇 時 に お け るA1試 験 片 のHは,Cu試 験 片 と 同 様 の 傾 向 を 示 し て い る の が わ か る。 し か し,温 度 降 下 時 に お け るAl試 験 片 のHの 増 加 は 顕 著 で,τ 卯が 高 い 場 合 のHは,ブ ラ ス ト加 工 時 以 上 に な っ て い る。 特 に,7初=400℃ 以 上 と した 場 合 のHは,溶 射 回 数 を 増 す た び に 急 激 に 増 加
し,例 え ば,7盈=600℃ に お け るHは,1回 溶 射 で 溶 射 前 のHの 約15%増 加 し,2回 溶 射 で は 約50%,3回 溶 射 で は 約70%も 増 加 した 。 つ ぎ に,溶 射 終 了 後 に 再 びAl試 験 片 のHが 増 加 す る理 由 に つ い て 検 討 した 。
u巳 ■幽 ▼
経 過 時 間 孟(s)
図1.6A1試 験 片 に プ ラ ズ マ 溶 射 し た 場 合 の ア ー ク ハ イ トHの 変 化
一73一
ま ず,図1.7は 異 種 材 接 合 変 形 の モ デ ル 図 で あ る 。 同 図 よ り,材 料1に 材 料2が 接 合 さ れ て い る 異 種 材 接 合 変 形 を 考 え た 場 合,試 験 片 の 曲 率 半 径 ρ は 理 論 式(1.2)に
よ り 示 さ れ る2)。 ρ は 曲 率 半 径,∠ 、7'は 温 度 の 変 化,h=ゐ 、+ゐ 。,m・=ゐ 、/ゐ 。, n.=E、/E・,h、 は 材 料1の 厚 さ,α ・は 材 料1の 熱 膨 張 係 数,E、 は 材 料1の 縦 弾 性 係 数,ゐ 。は 材 料2の 厚 さ,α ・は 材 料2の 熱 膨 張 係 数,E・ は 材 料2の 縦 弾 性 係 数 で
あ る 。 ま た,Hは 式(1.3)に よ り 求 め ら れ る3>。 式 中,Hは ア ー ク ハ イ ト,∫ は 測 定 問 距 離 で あ る 。
こ こ で,式(1.2)を 式(1.3)に 代 入 す る と 式(1.4)が 得 ら れ る 。
ゐ[3(1十m)2十(1十mn){m2十(mn)‑1}]
ρ=
6(α 、一 α 、)(1+m)2∠Lτ
・ ・ …(1
.2)
f2
H= (1.3)
2ρ
3∫2(α2一 α1)(1十m)2、47'
H= ・…(1 .4)
ゐ[3(1+m)2+(1+mn)({m2+(mn)‑1}]
材 料2(α2,E2)
一
h:板 厚 E:縦 弾性係数 α:熱 膨張係数
コ リ コ
材 料1(αhE1)
図1.7異 種 材 接 合 変 形 の モ デ ル 図
本 実 験 で は,材 料1は 基 材 で あ り,材 料2は 溶 射 皮 膜 で あ る 。 ま た,ム τは 試 験 片 温 度 τと 常 温(20℃)と の 温 度 差,ゐ 、は 基 材 の 厚 さ で1。3mm,ゐ 。は 溶 射 皮 膜 の 厚 さ で,1回 の 溶 射 で 約50μrn増 加 させ た の で,計 算 に は こ の 値 を 用 い た 。
ま た,図1.8はAl試 験 片 に 対 してAl,03を 溶 射 した 場 合 の 式(1.4)に よ る 計 算 結 果 を 示 した も の で あ る 。 同 図 よ り,溶 射 が 開 始 され る と 同 時 にHは,急 激 に 減 少 し,そ
一74一
の 後,温 度 降 下 に と も な い 遅 は 再 び 増 加 す る 。 こ の 場 合,冷 却 後 のHは,7'加 が 高 け れ ば 高 い ほ ど大 き く な り,ま た,溶 射 回 数 が 増 加 す る の に と も な いHは 次 第 に 大 き く な る こ と が わ か る 。
012050100150500050100150500050100150500 経 過 時 間 凝s)
図1.8プ ラ ズ マ 溶 射 に よ る 理 論 ア ー ク ハ イ トHの 変 化(A1試 験 片)
。L⊥̲̲4← ⊥鏑 一一
これ を 図1.6のA1試 験 片 の 結 果 と 比 較 して み る と,溶 射 終 了 後 の 理 論Hは,急 激 に 変 化 す る が,実 際 のHは そ れ に 追 従 せ ず,途 中 か らHは,再 び 大 き く な り,結 果 と し て 図1.6に 示 した ア ー ク ハ イ ト線 図 の よ うに な る も の と考 え られ る。
一 例 と し て
,図1.9は,7'r500℃ に つ い て 理 論 値 と実 験 値 とを 比 較 し た も の で あ る 。 同 図 よ り,理 論 値 と実 験 値 と の 差 は,ブ ラ ス ト加 工 に よ る残 留 応 力 や 溶 射 皮 膜 が,多 孔 性 で あ る た め に 生 じた と考 え られ る が,全 体 的 に は ほ ぼ 同 様 な 傾 向 を 示 し て い る 。
これ に対 して,Amお よびFe試 験 片 で 温 度 降 下 時 に 再 びHが 増 加 す る と い う傾 向 が ほ と ん ど見 られ な い の は,熱 膨 張 係 数 α4)の 立 場 か らす る と,Am試 験 片(α ニ10.0×10‑6 /℃),Fe試 験 片(α ニ11.76×10‑6/℃)の αが,A1試 験 片(α=23.6×10‑6/℃)と 比 較 し てA1、0,(α=7.58×10‑6/℃)に 近 い た め に,異 種 材 接 合 変 形 は あ ま り 問 題 に な ら ず,む
し ろ試 験 片 に 生 じた 残 留 応 力 に よ る 変 形 が 支 配 的 に な る た め と考 え られ る 。
以 上 の こ とか ら,プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合,異 種 材 接 合 に よ る変 形 は,試 験 片 の 種 類 に よ り,変 形 が 残 留 応 力 の 変 化 に 起 因 し て 発 生 す る 場 合 と,基 材 と溶 射 皮 膜 と の
一75一
熱 膨 張 の 差 に 起 因 し て 発 生 す る 場 合 と が あ り,こ れ ら の 影 響 が 重 ね 合 わ さ っ て 決 定 さ れ る も の と 考 え られ る。 し た が っ て,ブ ラ ス ト加 工 お よび プ ラ ズ マ 溶 射 に よ るHの 変 化 の 状 態 は,材 料 に よ り相 当 異 な り,試 験 片 が 何 で あ る か に よ っ て そ の 変 形 挙 動 を 把 握 し て お く 必 要 が あ る 。
V」 ・ 乙UOU⊥VUユUUりVVVリVよ りUU
経過時間 ご(s)
図1.9Al試 験片のア ークハイ トHの 変化(7炉500℃)
プ ラ ズ マ 加 熱 を行 っ た 場 合 のHの 変 化 を 検 討 した 。 図1.10(a),(b),(c),(d)は,
Am,Fe,Cu,Al試 験 片 に プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 のHの 変 化 に つ い て 示 した も の で あ る 。 こ れ らの 図 に お い て,プ ラ ズ マ 加 熱 に よ る温 度 上 昇 時 に お け るHは,プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 と 同 様 に 減 少 して い る。
ま た,基 材 に1回 目の 加 熱 を行 っ た 場 合 のHの 減 少 量 は,各 試 験 片 と も異 な っ て い る が,2回 目以 降 に お け るHは,加 熱 ご とに ほ ぼ 同 量 ず っ 減 少 し て お り,そ の 減 少 の 程 度 も加 熱 温 度 が 高 い ほ ど 大 き い 。 同 図(a)に 示 すAm試 験 片 のHは,τ 加=600℃,1 回 加 熱 で は 加 熱 前 の 約38%,2回 加 熱 で は 約54%,3回 加 熱 で は 約72%と 大 き く減 少
し,加 熱 回 数 が 多 く な る ほ どHは 減 少 し て い る 。 こ れ は,プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 と異 な っ て い る 。 ま た,同 図(b),(c),(d)に 示 すFe,Cu,A1試 験 片 のHの 加 熱 に よ る影 響 に つ い て 比 較 す る と,1回 加 熱 に お け る 各 試 験 片 のHの 減 少 量 はFe試 験 片 が 最 も少 な い 。 な お,プ ラ ズ マ 加 熱 終 了 後 の 温 度 降 下 時 に お け るHは,プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 と は 異 な り,ほ と ん ど変 化 が 認 め ら れ な か っ た 。
一76一
^0.30 容 ζ、 ム ヤ0.20
く へ
f O.10
むL698ハ)0
(曙日)㌔＼4ヤノ︑へート
ブ ラ ス ト / o.●
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●
oo246 1回 加 熱
紀 号
一 ● 一 一 ① 一 一 〇 一 一 〇 一 一 〇 一 一e‑
一 θ 一 一 〇 一
温 度
50℃
100℃
150℃
200℃
250'C 400℃
500℃
600℃
(擢)ミ 01 a
ゐヤくへート 8ロ0
050100150
ラス ト
../
00
1
5000501001505000 経 過 時 間 亡(5)
(b)Fe試 験 片
1↓1回加熱
50100150500
記 場 瓢 度
句 ● 一 50℃
一①・・ 】00℃
一 〇 一 150℃
一 〇 一 200℃
一 〇 一 250℃
一e一 400℃
一 〇 一 50n℃
一 〇 一 600℃
050100150 5000501001505000 経 過 時 間 凝s)
(c)Cu試 験 片
50100150500
(屋ζ噛ムヤくへー Oヒー 90
o.8
ブ ラス トll
灘9ヨ 鵠轍 珊
/籔 蓑灘 響 饗66鑓
5
煽
一
a ●
/.
f
灘::鷲 脚 → 円
012 , 1回加熱
畷
2回加熱 綴
e㎜ 一fH3
0GQ・Q一 炉一●
13回加熱
シ ← ξ
記 号 温 度 1 う
一 ● 燭 50℃
一 Φ 一
一一 !oo℃
一 〇 一 150℃
一 〇 一 200℃ ブラスト加工条 件
一 〇 一
250℃ プラス ト材の種盟 スチ ー ル シ ョッ ト
一e一 400℃ 粒 度 S40
一 θ 一 500℃ ノ ズル の 【コ提 φ4.o闇
噴 射 角 度 0=90' 一 〇 噌 600℃
噴 射 距 諏 ̀=250鷹・ 1
0501001505000501001505000
経 過 時 間 亡(s}
(d)Al試 験 片
図1.10プ ラ ズ マ 加 熱 した 場 合 の ア
50100150500
一 ク ハ イ ト却の 変 化
一77一
っ ぎ に,プ ラ ズ マ 溶 射 お よび プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 のHの 変 化 を 比 較 した 。 図 1.11(a),(b),(c),(d)は,各 試 験 片 の τ〃=500℃ で プ ラ ズ マ 溶 射 お よび プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 の 冴 の 変 化 を示 した も の で あ る 。 これ らの 図 よ り,プ ラ ズ マ 加 熱 を行 っ た 場 合 のHは,プ ラ ズ マ 溶 射 を行 っ た 場 合 よ り大 き く減 少 して い る 。 例 え ば ,同 図 (a)に 示 すAm試 験 片 に つ い て,プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 の 〃 は,7加=500℃,1回
加 熱 で 加 熱 前 のHの 約28%,2回 加 熱 で37%,3回 加 熱 で54%と そ れ ぞ れ 減 少 し て い る 。 これ に 対 して,プ ラ ズ マ 溶 射 を行 っ た 場 合 のHは,約28%,30%,32%と1回 目 の 溶 射 でHの 減 少 量 は ほ ぼ 決 定 され,Hは 溶 射 回 数 が 増 加 し て も ほ とん ど減 少 し な い 。
これ は,冷 却 過 程 中 に お い て プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 ,基 材 の 変 形 が 溶 射 皮 膜 の 存 在 に よ り妨 げ られ る た め と 思 わ れ る。
一一 ⊥」⊥ 」v‑⊥ ⊥」VM」v心
050100150500050100150500050100150500012050100150500050100150500050100150500
経 過 時 聞 亡(s)経 過 時 間 古(s)
(b)Fe試 験 片 {d)A1試 験 片
図1.11プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び プ ラ ズ マ 加 熱 し た 場 合 の ア ー ク ハ イ トHの 変 化
一78一
一 方 ,温 度 降 下 時 に お い て,プ ラ ズ マ 加 熱 を行 っ た 場 合 のAm試 験 片 お よび 同 図(b) に 示 すFe試 験 片 のHは,プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 と 同 様 に 変 化 して い な い 。 しか し, 同 図(c),(d)に 示 すCuお よ びAl試 験 片 のHは,プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 と は 異 な り,温 度 降 下 時 に 再 び 増 加 し な い 。 ま た,A1試 験 片 は,プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 の 差 が 最 も顕 著 で,プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 のHは,3回 加 熱 で 加 熱 前 の 約9%減 少 す る の に 対 し,プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 のHは,溶 射 前 よ り逆 に 約28%増 加 す る。
1.3.3プ ラ ズ マ 溶 射 お よび 加 熱 に よ るひ ず み
1.3.2項 で 述 べ た よ う な 変 形 挙 動 を 示 す 試 験 片 に つ い て,プ ラ ズ マ 溶 射 中 お よ び 溶 射 後 の試 験 片 裏 面 の ひ ず み εを 求 め た 。 ま ず,各 試 験 片 を ブ ラ ス ト加 工 に よ り同 じひ ず み 量 ま で 加 工 し,1回 目の 溶 射 お よび 加 熱 は,そ の 後 に 行 っ た 。2回 目 以 降 の 溶 射 お よ び 加 熱 はHの 場 合 と 同 様,ひ ず み 量 が 変 化 しな く な っ た の ち に 行 っ た 。 な お,測 定 温 度 は50〜250℃ で あ る 。
図1.12はAm試 験 片 に つ い て の オと ε と の 関 係 を 示 した も の で あ る 。 ま ず,ブ ラ ス ト 加 工 に よ り εは マ イ ナ ス(圧 縮)方 向 に 増 加 す る。 そ の 後 の1回 溶 射 に よ り εは プ ラ ス 方 向 に 転 じ,プ ラ ズ マ 溶 射 開 始 後 約15sで 最 大 に な る。 こ の 傾 向 は,7初 に 関 係 な くほ ぼ 同 じで あ っ た 。 溶 射 終 了 後,温 度 降 下 と共 に εは 減 少 す る 。 こ の 傾 向 は2回 お よ び3回 溶 射 に よ っ て も 同 様 で,徐 徐 に 常 温 に お け る εは 減 少 し て い く こ とが わ か る。
図1.12
05亀OO501003004COO5010039040コ050100300500709
経過時間t(s)
プ ラ ズ マ 溶 射 し た 場 合 の ひ ず み εの 変 化(Am試 験 片 〉
一79一
図1.13は プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 のAm試 験 片 に つ い て の6と ε と の 関 係 を 示 した も の で あ る 。 プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 の εの 変 化 は,プ ラ ズ マ 溶 射 を行 っ た 場 合 と 同様 な 傾 向 を示 し て い る 。 ま た,常 温 に な っ た 後 の εは,両 場 合 と も ブ ラ ス ト加 工 時 とあ ま り変 化 が な く,溶 射 お よ び 加 熱 に よ る εの 減 少 は 少 な い こ とが わ か る 。 前 述 し たAm試 験 片 に お け るHの 変 化 と ε との 変 化 と を 比 較 す る と,常 温 に お け る そ れ ら の 変 化 は,両 場 合 と も ほ ぼ 同 様 な 傾 向 を示 して い る。 ま た,溶 射 お よび 加 熱 時 に 発 生 した Hは,温 度 降 下 中 も 変 化 が な く,ひ ず み だ け が 変 化 して い る こ と が わ か る 。 こ の こ とか ら,溶 射 皮 膜 の は く離 の 原 因 は,熱 膨 張 に よ っ て 生 じた ひ ず み の 回 復 に よ る 影 響 が 大 き い こ とが わ か る 。
VU↓vVUV⊥ り、」UVVVUV↓VVUUVVりV↓VV
経 過 時 間t(s)
図1.13プ ラ ズ マ 加 熱 した 場 合 の ひ ず み εの 変 化(Am試 験 片)
図1.14はAln試 験 片 に 対 し,τ 忽=250℃ と して プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び プ ラ ズ マ 加 熱 し た 場 合 の εの 変 化 を 示 し た も の で あ る。 同 図 よ り,プ ラ ズ マ 加 熱 で は,プ ラ ズ マ 溶 射 し た 場 合 よ り小 さい の が わ か る 。 これ は,溶 射 お よ び 加 熱 時 に お い て は,ε は 膨 張 し て 大 き な 値 を 示 す が,冷 却 過 程 中 に お い て は,プ ラ ズ マ 溶 射 し た 場 合 の 溶 射 部 材 は 溶 射 皮 膜 の 存 在 に よ り収 縮 を 妨 げ られ た た め と考 え られ る 。 こ の よ うな εの 内 訳 は,試 験 片 が 変 形 して い る の で 単 純 に 熱 膨 張 係 数 を 用 い て εを 分 け る こ とは で き な い が,全 ε は 熱 膨 張 に よ る ε と,回 復 に よ る εの 合 計 が 示 され て い る と い う こ と で あ る 。 す な わ
一80一