(57)【要約】【課題】溶射皮膜のアブレーダブル特性をより正確に評価することができる評価方法を提供する。【解決手段】基材１１の表面に被覆された、アブレーダブル特性を有した溶射皮膜１２に、溶射皮膜１２よりも硬質のピン２２の先端２２ａを一定の荷重で押し当てながら、一定の速度で一定時間、溶射皮膜１２に対してピンを摺動させて、溶射皮膜１２に傷を形成する工程と、傷の深さを測定し、測定した前記傷の深さから、溶射皮膜１２が適用される部位における、溶射皮膜１２のアブレーダブル特性を評価する工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に被覆された、アブレーダブル特性を有した溶射皮膜に、前記溶射皮膜よりも硬質のピンの先端を一定の荷重で押し当てながら、一定の速度で一定時間、前記溶射皮膜に対して前記ピンを摺動させて、前記溶射皮膜に傷を形成する工程と、
前記傷の深さを測定し、測定した前記傷の深さから、前記溶射皮膜が適用される部位における、前記溶射皮膜の前記アブレーダブル特性を評価する工程と、を含むことを特徴とする溶射皮膜のアブレーダブル特性の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材に被覆された溶射皮膜のアブレーダブル特性の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アブレーダブル特性を有した溶射皮膜には、航空機エンジンなどの規格に基づいて、一定の仕様の材料が用いられてきた。ここで、アブレーダブル特性とは、自身を摩耗させて相手材を保護する特性のことである。近年では、例えばガスタービン、ジェットエンジンに、例えば耐熱温度が５００℃を超すような耐熱性を有した溶射皮膜の開発がされてきた。
【０００３】
このような溶射皮膜が適用される箇所は、上述したように、溶射皮膜の表面に対して直接摺動することを想定した箇所ではなく、溶射皮膜に接触する荷重等、溶射皮膜のアブレーダブル特性が発現する条件を見出し難い。
【０００４】
そこで、例えば、溶射皮膜のアブレーダブル特性を評価する方法として、被膜のロックウェル硬さを測定している（特許文献１参照）。具体的には、ロックウェル硬さが高い場合には、溶射皮膜が削れ難いため溶射皮膜のアブレーダブル特性が低く、ロックウェル硬さが低い場合には、溶射皮膜が削れ易いため溶射皮膜のアブレーダブル特性が高いと評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６９３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アブレーダブル特性は、上述した如く、自身を摩耗させて相手材を保護する特性であり、溶射皮膜の表面に、相手材の圧縮応力とせん断応力の影響を受けるときの皮膜の摩耗特性である。したがって、ロックウェル硬さの如く、皮膜の厚さ方向に、圧縮荷重のみを印加した場合には、ロックウェル硬さであっても、皮膜の膜厚および材料組成等に依存して、溶射皮膜のアブレーダブル特性を正確に評価することができない。
【０００７】
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、溶射皮膜のアブレーダブル特性をより正確に評価することができる評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を鑑みて、本発明に係る溶射皮膜のアブレーダブル特性の評価方法は、基材の表面に被覆された、アブレーダブル特性を有した溶射皮膜に、前記溶射皮膜よりも硬質のピンの先端を一定の荷重で押し当てながら、一定の速度で一定時間、前記溶射皮膜に対してピンを摺動させて、前記溶射皮膜に傷を形成する工程と、前記傷の深さを測定し、測定した前記傷の深さから、前記溶射皮膜が適用される部位における、前記溶射皮膜の前記アブレーダブル特性を評価する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
溶射皮膜のアブレーダブル特性は、溶射皮膜の骨格となる粒子の硬さ、これらの粒子間強度、溶射皮膜の気孔率等で決まると考えられている。溶射皮膜の硬さを測定した場合、溶射皮膜には圧縮荷重のみが作用するため、この硬さの値は、溶射皮膜の骨格となる粒子の硬さ、溶射皮膜の気孔率に依存するが、溶射皮膜の粒子間強度の影響を捉えることができない。
【００１０】
しかしながら、本発明では、硬質のピンの先端を一定の荷重で押し当てながら、一定の速度で一定時間、溶射皮膜に対してピンを摺動させて、溶射皮膜に傷を形成するので、溶射皮膜にせん断力が作用する。このため、溶射皮膜の骨格となる粒子の硬さおよび、溶射皮膜の気孔率の影響ばかりでなく、溶射皮膜の粒子間強度の影響も捉えることができる。したがって、溶射皮膜の傷の深さを測定すれば、この傷の深さから、溶射皮膜が適用される部位における、溶射皮膜のアブレーダブル特性をより正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る溶射皮膜のアブレーダブル特性の評価方法により、溶射皮膜に傷を形成する方法を説明するための図である。
【図２】溶射皮膜の傷深さと、アブレーダブル性指標を示したグラフである。
【図３】溶射皮膜のロックウェル硬さと、アブレーダブル性指標を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図１を参照しながら、本実施形態に係る溶射皮膜のアブレーダブル特性の評価方法を説明する。
【００１３】
図１に示すように、アブレーダブル特性を有した溶射皮膜（アブレーダブル溶射皮膜）１２は、基材１１の表面に被覆された皮膜である。基材１１の材質は、溶射皮膜を形成することができるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ニッケル合金、アルミニウム合金、鋼などの金属材料を挙げることができる。
【００１４】
溶射皮膜１２は、Ｎｉ−Ｃｒ合金など、基材１１の材料とは異なる骨格粒子と、溶射皮膜にアブレーダブル特性を付与するアブレーダブル粒子と、を混合して造粒した造粒粉末を溶射粉末とし、この溶射粉末を基材に溶射することにより被覆される皮膜である。
【００１５】
溶射皮膜１２の骨格となる粒子は金属粒子であり、溶射時に溶融して基材１１に付着することができるものであれば、特に限定されるものではない。アブレーダブル粒子としては、合成マイカ粒子、アルミナ粒子、または、六方晶系の窒化ホウ素粒子等を挙げることができる。合成マイカ粒子を構成する合成マイカとしては、フッ素金雲母、Ｋ四珪素雲母、または、Ｎａ四珪素雲母等を挙げることができる。
【００１６】
本実施形態では、図１に示す基材１１は、タービンハウジングのシュラウド部を想定しており、この内周面に溶射皮膜１２が形成されている。基材１１に溶射皮膜１２が被覆された部材（例えば、ターボチャージャのタービンハウジング）に対して、相手材（例えば、タービンホイール翼）が接触した際には、溶射皮膜１２が相手材に削られる。
【００１７】
このような溶射皮膜１２のアブレーダブル特性を評価する際には、まず、図１に示すように、ピン２２の先端２２ａを溶射皮膜１２に押し当てる。ピン２２は、溶射皮膜１２よりも硬質であり、固定スタンド２５で固定されたピンケース２１に収容されている。
【００１８】
ピン２２の基端側には、ばね２３が配置されており、ピン２２の先端２２ａを溶射皮膜１２に押し当てる際に、ピン２２を一定のストロークで押し込む。これにより、ばね２３の復元力により、溶射皮膜１２に、ピン２２の先端２２ａを一定の荷重で押し当てることができる。
【００１９】
基材１１は、一方側の直径が拡大した筒状の基材であり、その内周面に溶射皮膜１２が形成されている。基材１１は、モータ３２の出力側に回転自在に保持されており、モータ３２は、基台３４に固定されている。
【００２０】
本実施形態では、まず、溶射皮膜１２が形成された基材１１をモータ３２に取付ける。次に、溶射皮膜１２にピン２２の先端２２ａを当接させて、一定のストロークで押し込むことで、溶射皮膜１２に対してピン２２を一定の荷重で押し込む。
【００２１】
この状態で、モータ３２を一定の速度で一定時間回転させる。この際、溶射皮膜１２に対して、ピン２２の角度を一定の角度に保持する。これにより、溶射皮膜１２に対してピン２２の先端２２ａを相対的に摺動させ、溶射皮膜１２に環状の傷（溝）を形成する。
【００２２】
次に、溶射皮膜１２の傷深さを測定し、測定した傷深さから、溶射皮膜１２が適用される部位における、溶射皮膜１２のアブレーダブル特性を評価する。本実施形態では、傷深さとして、形成された傷の最大深さを測定するが、この傷深さは、例えば、粗度計等により測定することができる。
【００２３】
溶射皮膜１２のアブレーダブル特性とは、溶射皮膜１２の削れ易さであり、相手材と接触したときの、溶射皮膜１２のアブレーダブル粒子による骨格粒子の脱落のし易さのことである。したがって、傷深さが大きいほど、アブレ―ダブル特性に優れていると評価することができ、傷深さに応じて、アブレーダブル特性を数値化してもよい。
【００２４】
一般的に、溶射皮膜１２のアブレーダブル特性は、溶射皮膜１２の骨格となる骨格粒子の硬さ、アブレーダブル粒子を介した骨格粒子間の強度、溶射皮膜の気孔率等で決まると考えられている。
【００２５】
これまでは、溶射皮膜の硬さを測定した場合、溶射皮膜１２には圧縮荷重のみが作用するため、この硬さの値は、溶射皮膜１２の骨格粒子の硬さ、溶射皮膜の気孔率には依存するが、溶射皮膜１２の骨格粒子間強度の影響を捉えることができなかった。
【００２６】
しかしながら、本実施形態では、ピン２２の先端２２ａを一定の荷重で押し当てながら、一定の速度で一定時間、溶射皮膜１２に対してピン２２の先端２２ａを摺動させて、溶射皮膜１２に傷を形成するので、溶射皮膜１２にせん断力が作用する。このため、溶射皮膜１２の骨格粒子の硬さ、および、溶射皮膜１２の気孔率の影響ばかりでなく、溶射皮膜１２の骨格粒子間強度の影響も捉えることができる。したがって、本実施形態では、溶射皮膜１２の傷の深さを測定すれば、この傷の深さから、溶射皮膜１２が適用される部位における、溶射皮膜１２のアブレーダブル特性をより正確に評価することができる。
【実施例】
【００２７】
以下に本発明の実施例を説明する。
【００２８】
（実施例）
タービンハウジングのシュラウド部を模したインコネル（Ｎｉ合金）製の試験体を準備した。これに、エリコンメテコ製のフレーム溶射装置を用いて、Ａ〜Ｅの５種類の溶射粉末を用いて、表１に示す条件で、フレーム溶射により、基材の表面に溶射皮膜を成膜したＮｏ.１〜Ｎｏ.９の９体の試験体を作製した。なお、フレーム溶射では、酸素ガスと燃料ガスを表１に示す流量で混合したものを燃焼させて用いた。
【００２９】
Ａ〜Ｅの溶射粉末は、Ｎｉ−Ｃｒ系合金からなる骨格粒子を構成する粉末と、上述したアブレーダブル粉末を所定の割合で混合した造粒粉末であり、これらは、溶射粉末に対するアブレーダブル粒子の材質、含有量等を変化させたものである。
【００３０】
基材に被覆された溶射皮膜に対して、図１に示すようにして、室温条件下（非加熱条件下）において、先端径を直径１ｍｍ、押し付け荷重を３０Ｎ（一定）とし、引っ掻き速度５ｍｍ／秒（一定）で、一定時間、溶射皮膜に傷を形成した。各試験体の溶射皮膜に形成された傷の深さ（最大深さ）を粗度計を用いて測定した。この結果を表１に示す。
【００３１】
（比較例１）
実施例１で作製した９体の試験体の溶射皮膜のロックウェル硬さを測定した。この結果を、表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
実施例１で測定した溶射皮膜の傷の深さと、比較例１で測定した溶射皮膜のロックウェル硬さとに対して、溶射皮膜のアブレーダブル特性との相関性を確認するために、実機相当の試験体を作製し、実際の適用箇所と同じ温度条件５００℃の加熱条件下において、溶射皮膜に対して切削試験を行い、アブレーダブル性指標を算出した。このアブレーダブル性指標とは、切削試験時の溶射皮膜の摩耗量の逆数の値であり、アブレーダブル性指標が低いほど、溶射皮膜のアブレ―ダブル特性が高いことを意味する。この結果を表１に示す。
【００３４】
さらに、表１の数値から、実施例１の溶射皮膜の傷の深さと、アブレーダブル性指標との関係をプロットした。この結果を図２に示す。比較例１の溶射皮膜のロックウェル硬さと、アブレーダブル性指標との関係をプロットした。この結果を図３に示す。
【００３５】
図２および図３からも明らかなように、実施例１の如くに、溶射皮膜の傷の深さと、アブレーダブル性指標との相関の方が、溶射皮膜のロックウェル硬さと、アブレーダブル性指標との相関よりも高いことがわかった。このように、実施例１の如き簡易的な試験で、実際に適用される部位の溶射皮膜のアブレーダブル特性と同等の評価を行うことができる。
【００３６】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００３７】
１１：基材、１２：溶射皮膜、２２：ピン、２２ａ：ピンの先端
【図１】
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【図２】
2020090714.tif 000005
【図３】
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