塵
＼1、 冒
● ＼
ブ ラ ス ト加 工 条 件 ブ ラ ス ト材 スト βン.,卜
粒 径 S40
噴 射 距 離 2・250■6 ノ ズ ル 直 径 φ4。0開
噴 射 角 度 90°
月 「=aHVb H=6.0×102HV‑1・61
H=4.3×102HV'1'64
H=3.4×102HV雪L72
紀 号 !材 質
一 〇 一 Am
̲■̲ Fe
一 ▲ 一 A1
一 ● 一 Cu
Am l 董 0
;＼
0100s l＼
62・ ・
1、10s
(a)'=5s
(b)'=10s
4682468 1001000
硬 さHV
図3.28硬 さ11Vと ア ー ク ハ イ ト 〃 と の 関 係 (c)'=20s
図3.29試 験 片 の 外 観 写 真
3.4結 言
正 方 形 試 験 片 に ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合 の 基 材 の 変 形 や ひ ず み 挙 動 を 追 跡 し,試 験 片 の 寸 法 形 状 に よ る 影 響 や 鉱に よ る影 響 につ い て 検 討 した 。 ま た,Am試 験 片 を 用 い, ブ ラ ス ト材 の 粒 度 に よ る 影 響 や ￡に よ る影 響 に つ い て 検 討 し た 。 得 られ た 結 果 を 要 約 す る と以 下 の よ うに な る 。
(1)正 方 形 試 験 片 の 変 位 δは,オ=20sま で に 急 激 な 増 加 を 示 した 。
(2)旦 の 減 少 に と も な い 破 損 時 間 は 短 く な る が,鮎;20mmで は 破 損 せ ず 負 の δに な っ た 。
(3)δ はhが 増 加 す る ほ ど ブ ラ ス ト加 工 の影 響 を 受 け に く く な っ た 。
(4)正 方 形 試 験 片 に お い て,rが 試 験 片 の 中 心 か ら端 部 ま で の 長 さ の 約80%以 上 に 達 す る と,δ は 角 部 の 変 形 の た め 急 激 に 大 き くな っ た 。
(5)各 試 験 片 と も 孟の 増 加 に 伴 っ てRyは 周 期 的 に 変 化 し た 。 特 に,A1お よ びCu試 験 片 で は そ の 変 化 は 大 き か っ た 。
(6)ブ ラ ス ト材 の 粒 度 が 大 きい ほ ど σは 大 き く な っ た 。
(7)ブ ラ ス ト材 の 粒 度 に よ り,σ が 最 大 に な る ￡が 存 在 し た 。 例 え ば,粒 度S100 で は,鉱=150mmで σ が 最 大 に な っ た 。
(8)試 験 片 の 内 部 応 力 分 布 状 態 は̀の 増 加 に よ り徐 徐 に 変 化 し た 。
(9)Am試 験 片 の σは,ブ ラ ス ト材 の粒 度,鉱,オ に 関 係 な く,Hを 測 定 す る こ とに よ り求 め る こ と が で き た 。
(10)Aln試 験 片 を 保 持 具 に 取 り付 け て ブ ラ ス ト加 工 を 行 っ た 場 合,フ リ ー の 場 合 と 全 く異 な っ た σの 挙 動 を 示 した 。
(11)6,を 測 定 した 結 果,∬ お よびoの 変 化 と ほ ぼ 対 応 し て い る こ とが 明 らか に な っ た 。
(12)Am,Fe,Al,Cu試 験 片 を 同 一 条 件 で ブ ラ ス ト加 工 し た 結 果,基 材 の 材 質 に よ り Hは 大 き く異 っ た 。
3.5参 考 文 献
1)窪 堀 俊 文,生 田 稔 郎,乾 保 之,速 水 尚:ブ ラ ス ト加 工 に 関 す る 研 究(第1報)一 ア ル メ ン ス ト リ ッ プ の 変 形 と 残 留 応 カ ー 非 破 壊 検 査,37,829(1988).
一62一
2)蓮 井 淳:新 版 溶 射 工 学,産 報 出 版(1986).
3)堀 内 敏 夫:測 定 工 学,p.48,朝 倉 書 店(1972), 4)B.D.Cullity:ElementsofX‑raydiffraction,P.412,Addison‑Wesley
publishingcompany(1980).
5)日 本 材 料 学 会 編:X線 応 力 測 定 法,養 賢 堂(1966).
6)広 瀬 正 吉:シ ョ ッ ト ピ ー一ニ ン グ,P.113,P.157,誠 文 堂 新 光 社(1955).
7)金 属 表 面 技 術 協 会 編:金 属 表 面 技 術 便 覧,p.396,日 刊 工 業 新 聞 社(1967)
第2編 ブ ラ ス ト加 工 が 溶 射 皮 膜 の
密 着 性 に お よ ぼ す 影 響
第1章 基材 の 熱変 形
1.1緒 言
ブ ラ ス ト加 工 を行 う と,基 材 に は 種 々 の 変 形 や 残 留 応 力 が 生 じ る 。 第1編 第3章 に お い て,そ れ ら の 挙 動 はAm試 験 片 を 用 い て 明 ら か に す る こ と が で き た 。
ブ ラ ス ト加 工 に よ り生 じた 残 留 応 力 や 変 形 は 溶 射 加 工 時 に 基 材 の 変 形 に 影 響 を お よ ぼ す こ と が 考 え られ る 。 例 え ば,ブ ラ ス ト加 工 後 に プ ラ ズ マ 溶 射 を施 し た 場 合,プ ラ ズ マ 溶 射 に よ っ て 熱 変 形 を 受 け,基 材 に よ っ て は 溶 射 皮 膜 の 密 着 性 が 阻 害 さ れ,は く 離 に ま で 至 る こ と が あ る1)。
そ こ で,本 章 で は,プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び 加 熱 に よ る,基 材 の 変 形 とひ ず み の 挙 動 な らび に 溶 射 皮 膜 の は く 離 の 原 因 を 究 明 す る た め に,舳 試 験 片 お よび こ れ と 寸 法 が 同 一 なFe,Cu,A1試 験 片 を 用 い て,溶 射 に よ る変 形 とひ ず み の状 態 を 追 跡 お よ び 検 討 し た 。
1.2実 験 装 置 お よ び 方 法
1.2.1ブ ラ ス ト加 工 お よび 溶 射 加 工 本 実 験 に は,第1編 第2章 と 同 様 の 直 圧 式 ブ ラ ス ト加 工 装 置(厚 地 鉄 工 製BA‑1型)
を 用 い た 。 表1.1は,ブ ラ ス ト加 工 条 件 を 示 した も の で あ る 。 ま た,用 い た プ ラ ズ マ 溶 射 装 置 は,プ ラ ズ マ トロ ン ・ス プ レ ー シ ス テ ム(プ ラ ズ マ ダ イ ン 社 製)で,溶 射 ガ ン は ハ ン ドス プ レ ー ガ ン(プ ラ ズ マ ダ イ ン 社 製SP‑1B‑6斑 一R)で あ る。 プ ラ ズ マ 溶 射 条 件 は,溶 射 材 と し て は 表1.2に 示 す 化 学 成 分 の 粉 末 ホ ワ イ トア ル ミナ(A1・0・)
を 用 い,パ ウ ダ ー 供 給 量 は4.Og/minで
表1.1ブ ラ ス ト加 工 条 件 ブ ラ ス ト材 種 類 ス チ ー ル シ ョ ッ ト
粒 度 S40,S70,S100
ノ ズ ル ロ 径 4.Omm
噴 射 角 度 90°
噴 射 距 離 50〜250mm
表1.2溶 射 材 の 化 学 成 分
溶 射 材
化 学 成 分(沿
ム1203 sio2 FeO2 CaO HgO
ホ ワ イ トア ル ミナ 98.73 0.13 0.06 0.36 0.35
あ る 。 プ ラ ズ マ 溶 射 条 件 は 表1.3の と お りで あ る。 プ ラ ズ マ 溶 射 実 験 は 溶 射 材 供 給 状 態 と未 供 給 状 態 で 行 っ た 。 以 下,A1、0・ を 溶 射 した も の を プ ラ ズ マ 溶 射,未 供 給 状 態
一67一
で プ ラ ズ マ 単 独 加 熱 を 行 っ た も の を プ ラ ズ マ 加 熱 と略 称 す る。
表1.3プ ラ ズ マ 溶 射 条 件 ア ー ク ガ ス 量 Ar:50〃min パ ウ ダ ー ガ ス 量 Ar:13〃min
ア ー ク 電 流 400A
ア ー ク 電 圧 58V
パ ウ ダ ー の 種 類 A1203 パ ウ ダ ー 送 給 量 4.09∠min
溶 射 距 離 65mm〜400mm
1.2.2試 験 片
本 実 験 に 用 い た 試 験 片 の 材 質 は,第1編 第2章 で 用 い た も の と 同 様 で あ る。 表1.4は そ れ らの 密 度 と 比 熱 を ま と め て 示 した も の で あ る 。 ま た,試 験 片 の 形 状 寸 法 は,Am試 験 片 と 同 寸 法 で,76×19×1.3凱 田で あ る 。
表1.4材 料 の 密 度 お よ び 比 熱
試 験 片 密 度
(Mg/m3)
比 熱
(J1(kg・K))
Am 7,830 464,733
Fe 7,900 452,174
A1 2,710 895,975
Cu 8,960 383,092
1.2.3ア ー ク ハ イ トの 測 定
各 試 験 片 の ア ー ク ハ イ トHは 第1編 第1章 で 示 した よ うに 定 義 し,測 定 に はJSMA規 格 に 基 づ い た ア ル メ ン ゲ ー ジ を 用 い た 。
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1.2.4温 度 測 定
試 験 片 温 度 の 測 定 は,デ ジ タ ル ・サ ー モ メ ー タ ー(横 川 電 気 製TYPE2572)を 用 い て,ク ロ メ ル ・ア ル メ ル 線 を試 験 片 裏 面 に ス ポ ッ ト溶 接 し て 行 っ た 。 な お,試 験 片 の 温 度 測 定 に お い て,溶 射 面 とそ の 裏 面 と の 間 に は 温 度 勾 配 が あ る と考 え られ る が, 実 際 の 測 定 で は 試 験 片 の 厚 み が 薄 い た め,温 度 勾 配 は ほ と ん ど認 め られ な か っ た 。 し た が っ て,試 験 片 温 度 の 測 定 位 置 は 試 験 片 裏 面 中 央 と した 。 以 下,こ の 位 置 で 測 定 し た 温 度 を試 験 片 温 度 丁 と呼 称 す る。
1.2.5ひ ず み 測 定
ひ ず み の 測 定 は 高 温 用 ひ ず み ゲ ー ジ(共 和 電 業 製KFH‑2‑CH1)を 試 験 片 裏 面 中 央 に 貼 り付 け て 行 っ た 。 ま た,静 ひ ず み 計 は 第1編 第3章 で 用 い た も の と 同 様 で あ る。
な お,温 度 補 正 は,2ゲ ー ジ 法,す な わ ち,石 英 板 に ひ ず み ゲ ー ジ を 貼 り付 け た も の を ダ ミー ゲ ー ジ と し,試 験 片 と 同 温 度 に す る 方 法 に よ り行 っ た 。
1.3実 験 結 果 お よび 考 察 1.3.1試 験 片 の 温 度
溶 射 お よ び 加 熱 条 件 を 一 定 に し て プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び プ ラ ズ マ 加 熱 し た 場 合 の τの 変 化 を 検 討 し た 。 図1.1は,溶 射 お よ び 加 熱 距 離 ￡s=100mmに お け る経 過 時 間 孟とTの
関 係 を示 した も の で あ る。
0 20406080100120140160180200
経 過 時 間 ご(s)
図1.1経 過 時 間 オ と 試 験 片 温 度rと の 関 係
一69一
同 図 よ り,A1試 験 片 で は,Am,Fe,Cuの 各 試 験 片 と比 較 して 急 激 に 上 昇 して い る の が わ か る 。 ま た,プ ラ ズ マ 溶 射 を行 っ た 場 合 の試 験 片 の 一 定 温 度7'oは,診=60〜90s
で 各 試 験 片 と も ほ ぼ 同 一 温 度 で あ る。 こ の 温 度 は,￡sに お い て,溶 射 粒 子 が 試 験 片 に 到 達 し た と き の 温 度 に 近 い 温 度 と考 え られ るD。 しか し,プ ラ ズ マ 加 熱 に お け る7'̀
は 各 試 験 片 に よ り異 な っ て い る。 こ の こ とか ら,プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 の 各 試 験 片 の 温 度 は,溶 射 材(A1,0・)の 温 度 の 影 響 を受 け て い る も の と考 え られ る。 ま た,
プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 のAm,Fe試 験 片 の τoは ほ ぼ 同 一 で,Al試 験 片 の7'oが 最 も 高 く な っ て い る 。 こ の 場 合 のA1試 験 片 のTcはAm,Fe試 験 片 よ り も約100℃ 高 く,Cu試 験 片 よ り 約30℃ 高 い 。 ま た,プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 の 温 度 を 比 較 す る と,プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 のToは プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 と比 較 し て,Am,Fe試 験 片 で 約130℃,Cu試 験 片 で 約100℃,Al試 験 片 で 約80℃ 高 い 値 を 示 し て い る 。
図1.2は,2sを65〜350mmま で 変 化 させ,̀=10sに 達 し た と き の 試 験 片 温 度7'加 を 測 定 し,7'π と 尼sと の 関 係 を 示 し た も の で あ る。 こ こ で,溶 射 お よ び 加 熱 時 間 を10sに 設 定 した 理 由 は,溶 射 皮 膜 の は く 離 が 生 じな い よ うに す る た め と,試 験 片 の 金 属 組 織 へ の 影 響,例 え ば,各 種 試 験 片 の 融 点 が 異 な る こ と に よ る 影 響,あ る い は 再 結 晶 の影 響 な ど を で き る だ け 少 な くす る た め で あ る。
UO50100150200250300350
プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び 加 熱 距 離2s(mm>
図1.2プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び 加 熱 距 離 Ωsと 温 度7功 と の 関 係
一70一
同 図 よ り,丁 盈は ￡sが 小 さ い 場 合 急 激 に 上 昇 し,￡s=100mm以 下 で は わ ず か の 亘sの 差 で も7吻 は 相 当 異 な る の で 温 度 管 理 を 十 分 に 行 う必 要 が あ っ た 。Am,Fe,Cuの 各 試 験 片 の 温 度 曲 線 は ほ ぼ 同 一 で あ る が,Al試 験 片 で は 高 く な っ て い る。 これ は プ ラ ズ マ 加 熱 を 行 っ た 場 合 も 同 様 で あ る 。 こ の 理 由 は,プ ラ ズ マ 溶 射 に よ る入 熱 量 を ムQと し た と き,温 度 上 昇 ムTは 式(1.1)で 示 さ れ る 。 な お,入 熱 量 は 電 流 と 電 圧 値 を 測 定 す る こ と に よ っ て 求 め た 。 式 中,wは 質 量(=ρ ・η),ρ は 密 度,"は 体 積,cは 比 熱 で あ る。 式(1.1)に お い て,プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び プ ラ ズ マ 加 熱 に よ る 入 熱 量 が 各 試 験 片 と も 同 一 と仮 定 す る と,Al試 験 片 の 質 量 と比 熱 の 積 が,Am,Fe,Cu試 験 片 に 比 較 し て 小 さい た め と考 え られ る 。
△7=ムQ/w・c (1.1)
1.3.2プ ラ ズ マ 溶 射 お よ び 加 熱 に よ る変 形
実 験 は,各 試 験 片 に ブ ラ ス ト加 工 し た の ち に,図1.2で 求 め た 温 度 曲 線 を 利 用 し て
￡sを 変 化 させ,所 定 の7'四 ま で プ ラ ズ マ 溶 射 あ る い は プ ラ ズ マ 加 熱 を10s間 行 っ た 。 具 体 的 に は,ま ず 初 め に,ブ ラ ス ト加 工 を 行 い,つ い で,1回 目 の プ ラ ズ マ 溶 射 あ る い は プ ラ ズ マ 加 熱 を10s間 行 い,そ の 後,Hが ま っ た く変 化 し な く な っ て か ら,2回
目 の プ ラ ズ マ 溶 射 あ る い は プ ラ ズ マ 加 熱 を10s間 行 っ た 。 さ らにHが 変 化 し な く な っ て か ら,同 様 に3回 目 の 操 作 を 行 っ た 。 な お,7勿 は50℃ か ら600°Cま で 変 化 させ た 。 図1.3は,こ の よ うに して プ ラ ズ マ 溶 射 を 行 っ た 場 合 のHの 変 化 を,Am試 験 片 に っ い て 示 した も の で あ る 。 同 図 よ り,Hは プ ラ ズ マ 溶 射 に よ る温 度 上 昇 時 に 減 少 す る が, そ の 程 度 は,本 実 験 の 条 件 内 で は,溶 射 温 度 が 高 い ほ ど大 き い の が わ か る。 こ の よ う な傾 向 が 得 られ る 理 由 は,Am試 験 片 の よ うに 熱 膨 張 係 数 が 小 さい も の は,応 力 除 去 効 果 に よ り応 力 が 解 放 され る た め と考 え られ る。 例 え ば,Am試 験 片 に お け るHは,τ 四
=600℃ ,3回 溶 射 で 溶 射 前 の ∬ の 約45%減 少 し て い る 。 な お,プ ラ ズ マ 溶 射 終 了 後 の 温 度 降 下 時 に お け るAm試 験 片 のHは ほ とん ど変 化 が み られ な か っ た 。
図1.4は,Fe試 験 片 に つ い て 図1.3と 同 様 に 繰 返 し溶 射 を 行 っ た 場 合 のHと̀の 関 係 で あ る。 図1.3に 示 すAm試 験 片 と比 較 し て,万 の 減 少 量 は 少 な く,τ 加・=600℃,3回 溶 射 に お け るHの 減 少 量 は,溶 射 前 のHの 約12%で あ る 。
図1.5はCu試 験 片 に つ い て の そ れ で あ る 。 温 度 上 昇 時 の 傾 向 は,図1.3お よ び 図1.4
一71一