異 0.0

UIU∠Uju

応 力 σ(MPa)

図4.13Al試 験片にお けるAE発 生累積 個数 加 と 応 力 σとの関係

(2)AE法 お よ び 超 音 波 検 査 法 に よ る は く 離 の 検 出 状 態 の 比 較

超 音 波 検 査 法 に よ っ て 得 られ た 醐 こつ い て 検 討 し た 。 図4.14はFe試 験 片 に っ い て, 図4.15はAl試 験 片 に っ い てnと 冊 と の 関 係 を示 した もの で あ る 。 図4.14に 示 すFe試 験 片 の 場 合,η=1で 研 が 高 く な っ て お り,す で に は く離 が 発 生 し て い る こ と が 確 認 で き る 。 さ ら に,η=2〜3で 珊 が さ ら に 高 く な り,は く離 が 進 行 して い く こ と が 確 認 で き る。 し か し,n=4〜5に お い て は 朋 の 変 化 は あ ま りみ られ な く な る 。1茄に 変 化 が な い の は,す で に は く 離 が 終 了 した か,あ る い は こ の 負 荷 応 力 で は,そ れ 以 上,は く離 し な い た め と考 え られ る。 な お,Fe試 験 片 とAl試 験 片 の 珊 の 変 化 は 両 試 験 片 で あ ま り差 が な か っ た 。

こ れ ら の こ と か ら,AE法 お よび 超 音 波 検 査 法 に よ る 溶 射 皮 膜 の は く 離 の 検 出 状 況 に つ い て 考 察 す る と,図4.11,図4.12と 図4.14,図4.15と の 対 比 か ら,超 音 波 検 査 法 で は 溶 射 皮 膜 の は く離 の 程 度 に 応 じて は く離 を 検 出 す る こ と が で き る が,AE法 で は 一 定 以 上 の は く離 が 終 了 す る と検 出 が 困 難 に な る と い え る

。 ま た,材 質 の 相 違 に よ る 検 出 状 態 を 比 較 す る と,超 音 波 検 査 法 で はFe試 験 片 お よびA1試 験 片 と も は く離 を 明 確 に確 認 で き た の に 対 し,AE法 で は 材 質 の 相 違 に よ っ てAEの 発 生 状 態 が 異 な る の で, そ の 特 性 を 前 も っ て 調 査 し て お く必 要 が あ る こ と が わ か っ た 。 っ ぎ に,EHに つ い て 引 張 試 験 お よ び 疲 労 試 験 を 比 較 す る と,疲 労 試 験 で は,引 張 試 験 の よ うに 疲 労 破 壊 寸 前 ま で 基 材 が 極 端 に 変 形 しな い の で,そ れ ま で 留 が 低 く な らず,比 較 的 は く離 の 検 出 は

一122一

(口で)亀国掬煙‑昼H

u

図4。14

1と 」 彊

繰 り返 し回 数 η(回)

Fe試 験 片 に お け る エ コ ー 高 さ朋 と 繰 返 し数 η との 関 係

o

11

(㊤℃)轟拍櫨‑目H

0

図4.15

1234

繰 り返 し回 数 刀(回)

Al試 験 片 に お け る エ コ ー 高 さ 研 と 繰 返 し数 五 と の 関 係

5

容 易 で あ る。 一 方,ERに つ い て 両 試 験 を 比 較 す る と,引 張 試 験 で は,σ の 増 加 に と も な っ てEπ が 増 加 し,は く離 の 検 出 は 容 易 で あ る が,疲 労 試 験 で は,疲 労 初 期 で η の 増 加 に と も な っ て 凸 が 増 加 す る が,そ の 後,最 大 のEしπが 得 られ た の ち,再 び 小 さ く な る の で,は く離 の 検 出 は 困 難 と な る。 こ の よ うに して 検 出 され た 溶 射 皮 膜 の は く 離 状 態 を 引 張 お よび 疲 労 試 験 に っ い て 比 較 す る と,繰 返 し応 力 に よ る は く離 は,引 張

一123〜

応 力 に よ る は く離 か ら推 定 され る よ り小 さ い 応 力 で 発 生 す る こ と が わ か る 。

以 上 の こ とか ら,超 音 波 検 査 法 は す で に 存 在 す る 基 材 と溶 射 皮 膜 の は く離 を観 察 す る静 的 な 検 査 法 で あ る の に 対 し,AE法 は 成 長 しつ つ あ る は く離 か らのAEを と ら え る こ と に よ っ て は く 離 を 検 出 す る動 的 な 検 査 法 で あ る とい え る 。 しか し な が ら,は く 離 の 検 出 に 対 して は,そ れ ぞ れ 特 徴 を 有 し て お り,両 検 査 法 を 組 み 合 わ せ る こ と に よ

っ て 溶 射 皮 膜 の は く離 を よ り確 実 に 検 出 す る こ とが 可 能 で あ る 。

4.5結 言

AE法 を 用 い て,Fe試 験 片 お よ びAl試 験 片 に 引 張 応 力 並 び に 繰 返 し応 力 を 作 用 させ た 場 合 に つ い て,基 材 と溶 射 皮 膜 と の は く離 状 態 の 検 出 を 検 討 す る と と も に,超 音 波 検 査 法 と 比 較 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.引 張 試 験

(1)Fe試 験 片 に っ い て,ERは σの 増 加 に と も な っ て σ=150〜220MPa近 傍 で 急 激 に 増 加 し,そ の 後,一 定 に な る 。 こ の こ と か ら,は く離 が 急 激 に 進 展 した 時 期 と は く離 が 終 了 した 時 期 を 推 定 す る こ と が で き た 。

(2)超 音 波 検 査 法 に よ る 晶 は,σ=50MPa程 度 と小 さ い σで あ っ て も は く 離 を 検 出 す る こ と が で き た 。

(3)A1試 験 片 に 対 して,AE法 お よび 超 音 波 検 査 法 に よ る は く1離の 検 出 状 態 は,Fe 試 験 片 に 対 す る は く離 の 検 出 状 態 と ほ ぼ 同 様 で あ っ た 。

2.疲 労 試 験

(1)Fe試 験 片 で は,σ の 増 加 に と も な っ てERは 増 加 した 。 ま た,ERは η の 増 加 に と も な っ て 大 き く な り,n=3で 最 大 とな っ た の ち,減 少 し た 。

(2)加 は σ を 増 加 す る こ と に よ っ て 得 ら れ た.疎 の 結 果 と ほ ぼ 同 様 の 傾 向 を 示 した 。 (3)超 音 波 検 査 法 に お い て,れ=3以 後 は 同 じ班 で あ り,は く離 の 有 無 を 確 認 で き た 。

(4)超 音 波 検 査 法 で は,溶 射 皮 膜 の は く離 が 小 さ くて も検 出 で き,さ らに,は く離 が 終 了 し て もHに よ り は く離 の 有 無 を 検 出 す る こ と が で き た 。 こ れ に 対 してAE法 で は,ど の 時 期 に 大 き な は く離 が 発 生 した か の 推 定 は で き る が,は く離 が 完 全 に 終 了 す る と検 出 が 不 可 能 に な っ た 。

一124一

(5)以 上 の こ とか ら,超 音 波 検 査 法 は す で に 存 在 す る は く離 を 観 察 す る 静 的 な 検 査 法 で あ る の に 対 し,AE法 は 成 長 しつ つ あ る は く 離 か ら のAEを と ら え る こ と が で き る 動 的 な 検 査 法 で あ る とい え る。 しか し な が ら,は く離 の 検 出 に 対 して そ れ ぞ れ 特 徴 を有 して お り,両 検 査 法 を 組 み 合 わ せ る こ と に よ っ て溶 射 皮 膜 の は く離 を よ り確 実 に 検 出 す る こ とが 可 能 で あ る こ と が わ か っ た 。

4.6参 考 文 献

1)尾 上 守 夫 他:ア コ ー ス テ ィ ッ ク ・エ ミ ッ シ ョ ン の 基 礎 と 応 用,コ ロ ナ 社(1977).

2)小 林 浩 一,小 幡 義 彦,青 木 顕 一 郎,山 口 拓 郎,柴 田 公 博:浸 炭 焼 入 れ 鋼 の 疲 労 破 壊 に お け るAE,第8回AE総 合 コ ン フ ァ レ ン ス 論 文 集,非 破 壊 検 査 協 会,19(1990), 3)日 本 非 破 壊 検 査 協 会 編:新 非 破 壊 検 査 便 覧,p.336,日 刊 工 業 新 聞 社(1992).

4)日 本 学 術 振 興 会 編:超 音 波 探 傷 法,p.1,p.293,日 刊 工 業 新 聞 社(1974).

5)加 藤 一,杜 澤 達 美,高 山 美 国,藤 沼 努:AZ91マ グ ネ シ ウ ム 合 金 切 欠 き 材 の 繰 り 返 し 応 力 に よ るAE,第8回AE総 合 コ ン フ ァ レ ン ス 論 文 集,非 破 壊 検 査 協 会,147 (1990>.

第5章 溶 射 皮 膜 の 機 械 的 強 さ

5.1緒 言

ブ ラ ス ト加 工 面 に お け る 溶 射 皮 膜 の 密 着 性 を 評 価 す る場 合,溶 射 皮 膜 の機 械 的 強 さ を把 握 し て お く こ と が 重 要 で あ る。 溶 射 は,大 気 中 で 溶 射 材 料 を 溶 融 し,ブ ラ ス ト加 工 さ れ た 基 材 に そ の 溶 融 粒 子 を 噴 射 し,被 覆 す る 方 法 で あ る た め,ノ ズ ル か ら噴 射 さ れ た 溶 射 粒 子 は,大 気 中 で 非 常 に活 性 で,そ の 粒 子 の 性 状 は 複 雑 で,多 孔 質 的 性 格 を 有 し て い る と考 え られ る1)'2)。 そ の た め,溶 射 皮 膜 の 機 械 的 強 さ は 素 材 の そ れ と は 異

な る こ とが 予 想 さ れ る 。

本 章 で は,溶 射 が 比 較 的 容 易 で,一 般 に溶 射 材 料 と して 用 い られ て い るA1,Fe,Ni, Mo,Fe‑13Cr,SUS304お よ びSUS3163)な どの 各 素 材 と,そ れ ら の 溶 射 皮 膜 に つ い て, 密 度 測 定,硬 さ試 験,引 張 試 験 お よ び 破 面 観 察 を 行 っ た 結 果 を ま と め た 。

5.2実 験 方 法

5.2.1材 料 お よ び 溶 射 装 置

溶 射 材 料 と し て は,A1,Fe,Ni,Mo,Fe‑13Cr,SUS304お よ びSUS316を そ れ ぞ れ 使 用 し た 。 そ れ ら の 化 学 成 分 は 表5.1の と お り で あ る 。 使 用 し た 溶 射 装 置 は メ テ コ 社 製

表5.1溶 射材料の化学成 分

材 料 化 学 成 分(wt%)

A且

Al S1 Fe Cu T1 Mn ^{一 一 一}

999く く005 〈007 く001 く001 く001 ^{一 一 一}

Fe Fe Mn C P S ^{一 一 一 一}

Ba1 005 010 004 004 ^{一 一 一 一}

Ni ^{N1 S1 Fe Co C} Cu S ^{一 一}

Ba1 015 060 10 025 025 004 ^{一 一}

Mo Mo Sl Fe Cu Tl Mn ^{一 一 一}

999〈 〈005 く007 く001 〈0。01 く001 ^{一 一 一}

Fe‑13Cr Fe Cr Sh N直 Mn C P S ^一

Ba1 130 05 05 035 035 02 02 ^一

SUS304 Fe Cr S亘 M Mn C P S ^一

Bal 180 10 50 850 015 006 003 ^一

SUS316 Fe Cr S1 N1 Mn C P S Mn

Ba1 170 10 120 20 008 004 003 25

一126一

METCO‑10Eで,溶 射 距 離 は200mm,溶 射 角 度 は 基 材 に 対 して θ;90° ±10° と した 。 基 材 はSS400で あ る。

5.2.2溶 射 皮 膜 試 験 片

溶 射 皮 膜 は,基 材SS400上 に は く離 剤 を 塗 布 した の ち,各 素 材 を5mm厚 ま で 溶 射 し, そ れ を 基 材 か ら は く離 させ,ワ イ ヤ カ ッ ト方 式 の 放 電 加 工 に よ り得 た 。 な お,顕 微 鏡 観 察 用 試 験 片 に つ い て は,皮 膜 の 表 面 を エ メ リー ペ ー パ ー(粒 度#1600)を 用 い て 研 磨 した の ち,パ フ 仕 上 げ した 。

5,2.3密 度 測 定

密 度 測 定 は ア ル キ メ デ ス 法4)に よ っ て 行 っ た 。 溶 射 皮 膜 は 測 定 誤 差 を で き る だ け少 な くす る た め に10×10×4mmの 大 き さ に 統 一 して 実 験 を行 っ た 。 っ ぎ に,溶 射 皮 膜 中 に 占 め る 金 属,酸 化 物 お よ び 気 孔 の 割 合 を 調 べ る た め に,試 料 を 真 空 容 器 中 で 油(密 度0.97)の 中 に 長 時 間(1Pa,1.3Ms以 上)浸 漬 した の ち,重 量 を 測 定 し,金 属,酸 化 物 お よび 気 孔 の 各 体 積 を 求 め た 。 な お,気 孔 に は 開 口気 孔 と密 閉 気 孔 と が あ る5)が, 油 の 浸 透 す る気 孔 は 開 口 気 孔 で あ り,そ の 体 積(見 か け の 体 積)を 気 孔 の 体 積 と し た 。

今,全 体 積 脇 は,金 属 酸 化 物,油 の 重 量 お よび 密 度 を,そ れ ぞ れ 防,確 。,研Pお よ び ρM,ρ 。,ρ 。とす る と,式(5.1)か ら求 め る こ とが で き る 。 ま た,浸 漬 前 お よ び 浸 漬 後 の 重 量 を 隅 お よ び 罪 。とす る と,シ7pはB/。‑W、 で あ る の で,式(5.1)を 変 形 す る こ

と に よ り式(5.2)が 得 られ,1γ 。を 求 め る こ と が で き る 。

γ オ=

防 〃 πo

十 ρMρo

十

レレ「p

ρP

(5.1)

PFo=

ρMρo

ρM一 ρo

(γ 遵+

レpz1躍2‑〃 「1

十 ρMρP

) (5.2)

し た が っ て,金 属,酸 化 物 お よ び 油(気 孔)の 各 体 積 γ妬 レF。お よ び レpは,式(5.3), (5.4),(5.5)で 求 め ら れ る 。

yM=

防

ρM ρM

(5.3)

一127一

レFo γo=

ρo

(5.4)

π2一 躍1

1/P= (5.5)

ρP

5.2.4試 験 法

機 械 的 強 さを 検 討 す る た め に,各 素 材 を 用 い て 作 製 し た 試 験 片(以 下,単 に 素 材 と 略 称)と 溶 射 皮 膜 に 対 し て,硬 さ試 験 お よび 引 張 試 験 を 実 施 した 。

引 張 試 験 は 引 張 速 度0.5mm/minで 行 っ た 。 引 張 試 験 終 了 後,破 壊 状 況 の 観 察 を 光 学 顕 微 鏡 お よび 走 査 形 電 子 顕 微 鏡(SEM)を 用 い て 行 っ た 。 試 験 片 の 形 状 はJIS規 定 に 準 拠 し た 。

硬 さ は ロ ッ ク ウ ェル 硬 さ試 験 機 を 用 い て 測 定 し た 。

5。3実 験 結 果 お よび 考 察 5.3.1密 度

溶 射 皮 膜 の 密 度 が 素 材 に 比 べ て ど の 程 度 低 下 して い る か を調 べ る た め に,素 材 と溶 射 皮 膜 の 密 度 差(ρy一 ρ 。),相 対 密 度(ρ 。/ρv)お よ び 気 孔 率 を 表5.2に 示 す 。 ρy に 比 較 し て ρ ・は 小 さ く な っ て お り,気 孔 お よび 酸 化 物 が 存 在 して い る こ と を 示 唆 し て い る 。 ま た,材 料 に よ っ て 差 は あ る が 相 対 密 度 は85〜93%と な っ て お り,気 孔 率 は7

〜15%程 度 と思 わ れ る。

表5.2密 度差,相 対密度お よび気 孔率

材 料

(A)

素 材 の

密 度

ρv(Mglm3)

(B>

溶 射 皮 膜 の 密 度 ρs(M蜘3)

(A‑B)

ρv一ρs

(B!A)

ρs/ρv

気 孔 率 (%)

A1 2,622 2,4正2 0,210 0,920 8.0

Fe 7,678 6,671 LOO7 0,869 13」

Ni 8,722 8,032 0,690 0,921 7.9

Mo 9,844 8,424 1,420 0,856 14.4

Fe‑13Cr 7,569 6,577 0,992 0,869 13.1

SUS304 7,393 6,821 0,572 0,923 7.7

SUS3董6 7,925 7,125 0,800 0,899 10.1

〜128一