(57)【要約】【課題】比較的簡易な作業にて、電子顕微鏡で容易に観察することができる電子顕微鏡観察用試料の作製方法を提供することにある。【解決手段】基材に溶射皮膜を施した製品本体から当該溶射皮膜の一部を採取する工程（ステップＳ１）と、採取した溶射皮膜を溶融粒子に分離する工程（ステップＳ２）と、前記溶融粒子と溶液を容器に投入し当該溶液を攪拌する工程（ステップＳ３）と、前記溶液を攪拌して所定時間経過後に、複数の孔が設けられた試料支持体により当該溶液内に浮遊する溶融粒子を掬う工程（ステップＳ４）と、前記試料支持体に固定膜を形成する工程（ステップＳ５）を順番に行うことにより電子顕微鏡観察用試料を作製するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に溶射皮膜を施した製品本体から当該溶射皮膜の一部を採取する工程と、
採取した溶射皮膜を溶融粒子に分離する工程と、
前記溶融粒子と溶液を容器に投入し当該溶液を攪拌する工程と、
前記溶液を攪拌して所定時間経過後に、複数の孔が設けられた試料支持体により当該溶液内に浮遊する溶融粒子を掬う工程と、
前記試料支持体に固定膜を形成する工程を順番に行うことにより電子顕微鏡観察用試料を作製する
ことを特徴とする電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【請求項２】
請求項１に記載された電子顕微鏡観察用試料の作製方法であって、
前記溶液として揮発性溶液を用いる
ことを特徴とする電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【請求項３】
請求項１に記載された電子顕微鏡観察用試料の作製方法であって、
前記溶液として揮発性溶液に水を添加した水溶液を用いる
ことを特徴とする電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載された電子顕微鏡観察用試料の作製方法であって、
前記製品本体がタービンである
ことを特徴とする電子顕微鏡観察用試料の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡観察用試料の作製方法に関し、詳細にはガスタービンや蒸気タービンなどのタービンの基材に形成した溶射皮膜を直接観察するための電子顕微鏡観察用試料を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンや蒸気タービンなどのタービンでは、従来から、耐酸化性などの耐食性、耐磨耗性、耐高温性などを高めるために、各種の原料粉末（金属粉末）が溶融した溶融粒子からなる溶射皮膜を基材の表面に形成したものが用いられている。
【０００３】
ところで、上述した各種の原料粉末による上述した各特性について研究が進められ、溶射皮膜などセラミックスの特性を明らかにしようとする観点から、種々の分析が行われている。例えば、特許文献１に記載のマイクログリット付メッシュを用いた透過型電子顕微鏡でのその場観察や、走査型電子顕微鏡観察などの電子顕微鏡観察などによる分析が行われている。
これら電子顕微鏡観察では、タービンの製品群から抜き取った試験体や、タービンの製品と一緒に作製されたダミーの試験体を破壊（壁開）したり粉砕したりして作製した電子顕微鏡観察用試料が用いられている。そして、この試料を電子顕微鏡で観察することにより、溶融皮膜そのものの分析や溶融皮膜を構成する溶融粒子の分析などが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１５９７３１号公報（例えば、明細書の段落［０００８］−［００１１］、［図１］−［図３］など参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した電子顕微鏡観察用試料の作製方法では、電子顕微鏡観察用試料を作製することができるものの、この作製方法で得られた電子顕微鏡観察用試料には、様々な大きさの溶融粒子が含まれ、例えば電子顕微鏡観察に適さない大きさの溶融粒子も含まれる。そのため、この作製方法で得られた試料を電子顕微鏡で観察するときに、電子顕微鏡観察に適さない大きさの溶融粒子により電子顕微鏡の観察視野が狭くなりその分電子顕微鏡観察に多大な労力を要していた。
【０００６】
したがって、本発明は上述したような課題を解決するために為されたものであって、比較的簡易な作業にて、電子顕微鏡で容易に観察することができる電子顕微鏡観察用試料を作製する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決する第１の発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法は、
基材に溶射皮膜を施した製品本体から当該溶射皮膜の一部を採取する工程と、
採取した溶射皮膜を溶融粒子に分離する工程と、
前記溶融粒子と溶液を容器に投入し当該溶液を攪拌する工程と、
前記溶液を攪拌して所定時間経過後に、複数の孔が設けられた試料支持体により当該溶液内に浮遊する溶融粒子を掬う工程と、
前記試料支持体に固定膜を形成する工程を順番に行うことにより電子顕微鏡観察用試料を作製する
ことを特徴とする。
【０００８】
上述した課題を解決する第２の発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法は、
第１の発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法であって、
前記溶液として揮発性溶液を用いる
ことを特徴とする。
前記揮発性溶液としては、エタノールやアセトンなどが挙げられる。
【０００９】
上述した課題を解決する第３の発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法は、
第１の発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法であって、
前記溶液として揮発性溶液に水を添加した水溶液を用いる
ことを特徴とする。
【００１０】
上述した課題を解決する第４の発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法は、
第１乃至第３の発明の何れか一つに係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法であって、
前記製品本体がタービンである
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法によれば、試料支持体により溶液内に浮遊する溶融粒子を掬う作業を、溶液を攪拌して所定時間経過後に行うことにより、電子顕微鏡観察に適さない大きさの溶融粒子、すなわち大きな粒子径の溶融粒子が容器の底に沈殿する一方、電子顕微鏡観察に適した大きさの溶融粒子が溶液内に浮遊するため、電子顕微鏡観察に適した大きさの溶融粒子を試料支持体に付着させることができる。また、試料支持体に固定膜を形成することで、試料支持体に付着した溶融粒子を当該試料支持体に固定することができる。これにより、電子顕微鏡観察に適さない大きさの溶融粒子が試料支持体に無く電子顕微鏡の観察視野を狭くすることがないため、電子顕微鏡を用いて、溶融粒子を容易に観察することが可能となり、溶融粒子の大きさを測定することができる。その結果、製品本体の特性の試験を別途行っておくことで、製品本体の特性と溶融粒子の大きさとの関係を評価することができる。また、上述した各工程を比較的簡易な作業で行うことができる。
【００１２】
本発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法によれば、前記溶液として揮発性溶液を用いることにより、試料支持体により溶液内に浮遊する溶融粒子を掬う作業を行った後に、当該試料支持体に付着する溶液が直ぐに揮発していく。そのため、電子顕微鏡観察用試料の作製に要する時間を短くすることができる。
【００１３】
本発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法によれば、前記溶液として揮発性溶液に水を添加した水溶液を用いることにより、当該溶液の粘度を調整し、溶融粒子の試料支持体への付着力を高めることができる。これにより、揮発性溶液のみの場合と比べて、より小さい粒子径の溶融粒子を試料支持体へ付着させることができる。また、前記溶液の粘度の調整により、溶融粒子の沈殿速度を調整することができる。これにより、試料支持体に付着させる溶融粒子の大きさを調整することができる。
【００１４】
本発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法によれば、前記製品本体がタービンであることにより、当該タービンの特性の試験を別途に行っておくことで、タービンの特性と溶融粒子との関係を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一番目の実施形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法の作業フローを示す図である。
【図２】電子顕微鏡観察用試料の作製方法で用いられる試料支持体の一例を模式的に示す図である。
【図３】攪拌後の放置時間と電子顕微鏡で観察可能な溶融粒子の試料支持体への付着割合との関係の一例を示す図である。
【図４】攪拌後の放置時間と電子顕微鏡で観察可能な溶融粒子の試料支持体への付着割合との関係の他例を示す図である。
【図５】電子顕微鏡観察用試料を透過型電子顕微鏡で観察した図である。
【図６】電子顕微鏡観察用試料の作製方法で用いられる試料の一例を説明するための図である。
【図７】本発明の第二番目の実施形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法における攪拌後の放置時間と電子顕微鏡で観察可能な溶融粒子の試料支持体への付着割合との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法について、各実施形態にて説明する。
【００１７】
［第一番目の実施形態］
本発明の第一番目の実施形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法について、図１〜図６を用いて具体的に説明する。
本実施形態では、ガスタービンや蒸気タービンなどのタービンの基材の表面に形成された溶射皮膜から電子顕微鏡観察用試料を作製する方法に適用した場合について説明する。
【００１８】
タービンの基材１７の表面１７ａには、図６に示すように、溶射皮膜１８が形成される。この溶射皮膜１８は、プラズマ溶射トーチ１０を用いて形成される。プラズマ溶射トーチ１０は、陰極１１と陽極１２とを具備する装置である。陽極１２には、プラズマ溶射トーチ１０内へプラズマ作動ガスである高圧高温ガス１３を供給するガス供給穴１２ａと、当該ガス供給穴１２ａに連通し、各種の原料粉末（金属粉末）１５を供給する原料供給穴１２ｂとが形成されている。ガス供給穴１２ａには陰極１１が配置される。
【００１９】
高圧高温ガス１３をガス供給穴１２ａに供給し、陰極１１と陽極１２との間に電源（図示せず）によりアーク放電を発生することでプラズマジェット１４が生成する。各種の原料粉末１５を、原料供給穴１２ｂを介してプラズマジェット１４中へ供給する。各種の原料粉末１５はプラズマジェット１５により酸化・溶融して当該各種の原料粉末１５と異なった大きさの溶融粒子１６となり、基材１７の表面１７ａに付着して溶融皮膜１８を形成する。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、まず、電子顕微鏡観察用試料である試験片を採取する（ステップＳ１）。この試験片としては、ガスタービンや蒸気タービンなどタービンの基材の表面に形成した溶射皮膜の皮膜厚さを調整するために研削や研磨など成形処理したときに得られる溶射皮膜が挙げられる。すなわち、タービンの製品本体から溶射皮膜の一部を採取する。
【００２１】
続いて、得られた試験片（溶射皮膜）を溶融粒子に分離する（ステップＳ２）。この分離作業方法としては、試験片を乳鉢に入れ乳棒で磨り潰したり、２枚のガラスプレパラートの間に試験片を挟み擦り合わせたりする方法が挙げられる。また、これら作業で細かくなったものをエタノール液で満たされた超音波洗浄器に入れ当該超音波洗浄器により振動を付与する方法も挙げられる。これにより、溶融粒子を確実に分離することができる。ステップＳ１にて得られた試験片である溶射皮膜は、溶融粒子がそれぞれ付着した塊状となっているので、本ステップＳ２の作業を行うことにより、各溶融粒子に分離する。なお、磨り潰す作業や擦り合わせる作業などの作業時間や超音波洗浄器により振動を付与する時間は適宜に調整される。
【００２２】
ステップＳ２で得られた溶融粒子と溶液を容器に投入し、溶液および溶融粒子を攪拌する（ステップＳ３）。これにより、溶融粒子が溶液内にて浮遊する。溶液としては、エタノール液やアセトン液などの揮発性溶液が挙げられる。
【００２３】
攪拌作業を行い所定時間経過した後に、試料支持体により溶液内に浮遊する溶融粒子を掬う（ステップＳ４）。試料支持体としては、図２に示すように、外形が板状の略円形状物であり、所定の大きさの孔１ａが複数設けられた試料支持体（メッシュ）１であって、例えば、５０メッシュ〜２００メッシュの試料支持体が挙げられる。溶融粒子を掬う作業方法としては、溶液における上澄み部分に試料支持体を通過させて溶液内に浮遊する溶融粒子を試料支持体に付着させる方法などが挙げられる。
【００２４】
これにより、電子顕微鏡に適さない大きさの溶融粒子、すなわち大きな粒子径の溶融粒子が容器の底に沈殿する一方、電子顕微鏡観察に適した大きさ、すなわち所定の粒子径の溶融粒子が溶液内に浮遊するため、当該所定の粒子径の溶融粒子を試料支持体に付着させることができる。攪拌後の放置時間が短すぎると、電子顕微鏡観察に適さない大きさの溶融粒子が容器の底に沈殿せず、溶液内で浮遊してしまう。他方、攪拌後の放置時間が長すぎると、電子顕微鏡観察に適した大きさの溶融粒子も容器の底に沈殿するため、この溶融粒子を試料支持体に付着させることができない。すなわち、攪拌後の放置時間は、電子顕微鏡観察に適さない大きさの溶融粒子が容器の底に沈殿してから、電子顕微鏡観察に適した大きさであって、目的とする大きさの溶融粒子が容器の底に沈殿する前の長さで適宜に調整される。
【００２５】
ここで、攪拌後の放置時間（秒）と電子顕微鏡で観察可能な溶融粒子の試料支持体への付着割合（％）（観察可能な粒子の面積／サンプルの視野面積）との関係について図３および図４を用いて説明する。図３では、１５０メッシュの試料支持体を用いた場合を示し、図４では、２００メッシュの試料支持体を用いた場合を示す。図３から分かるように、攪拌後の放置時間を約３０秒〜約６５秒の範囲にすることで、溶融粒子の試料支持体への付着割合を約４０％以上とすることができる。また、図４から分かるように、攪拌後の放置時間を約９０秒〜約１２０秒の範囲にすることで、溶融粒子の試料支持体への付着割合を約３０％以上とすることができる。よって、試料支持体のメッシュ数に応じて攪拌後の放置時間を調整することにより、試料支持体への溶融粒子の付着割合を適切に調整できる。その結果、電子顕微鏡での観察が容易になる。
【００２６】
続いて、試料支持体に炭素や金などを蒸着させて固定膜を形成する（ステップＳ５）。これにより、試料支持体に溶融粒子が固定される。なお、前記固定膜は、電子顕微鏡観察に影響が無く、試料支持体に溶融粒子を固定できる厚さで形成される。
【００２７】
上述した手順で作業を行うことで、所定の大きさの粒子径の溶融粒子を試料支持体に固定した電子顕微鏡観察用試料を得ることができる。
【００２８】
ここで、得られた電子顕微鏡観察用試料を透過型電子顕微鏡で観察したところ、図５に示すような観察写真を得ることができた。この図に示すように、溶融粒子が完全に分離できていないが、溶融粒子が囲み線Ｖで囲まれる領域に存在することを観察でき、溶融粒子の粒子径を測定することができた。
【００２９】
したがって、本実施形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法によれば、試料支持体により溶液内に浮遊する溶融粒子を掬う作業を、溶液を攪拌して所定時間経過後に行うことにより、電子顕微鏡観察に適さない大きさの溶融粒子、すなわち大きな粒子径の溶融粒子が容器の底に沈殿する一方、電子顕微鏡観察に適した大きさの溶融粒子が溶液内に浮遊するため、電子顕微鏡観察に適した大きさの溶融粒子を試料支持体に付着させることができる。また、試料支持体に固定膜を形成することで、試料支持体に付着した溶融粒子を当該試料支持体に固定することができる。これにより、電子顕微鏡観察に適さない大きさの溶融粒子が試料支持体に無く電子顕微鏡の観察視野を狭くすることがないため、電子顕微鏡を用いて、溶融粒子を容易に観察することが可能となり、溶融粒子の大きさを測定することができる。その結果、製品本体であるタービンの特性の試験を別途行っておくことで、タービンの特性と溶融粒子の大きさとの関係について分析することができる。また、上述した各工程を比較的簡易な作業で行うことができる。
【００３０】
前記溶液として揮発性溶液を用いることにより、試料支持体により溶液内に浮遊する溶融粒子を掬う作業を行った後に、当該試料支持体に付着する溶液が直ぐに揮発していく。そのため、電子顕微鏡観察用試料の作製に要する時間を短くすることができる。
【００３１】
［第二番目の実施形態］
本発明の第二番目の実施形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法について、図７を用いて具体的に説明する。
本実施形態では、試料支持体に溶融粒子を付着させるときに使用する溶液のみを変更し、それ以外は上述した第一番目の実施形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法と同一の方法で、電子顕微鏡観察用試料を作製する。
【００３２】
本実施形態では、ステップＳ２にて容器に投入する溶液として、エタノール液やアセトン液などの揮発性溶液に純水を加えた水溶液が用いられる。これにより、純エタノール液や純アセトン液と比べ粘度が高くなり、電子顕微鏡観察に適した大きさの溶融粒子の沈殿速度が遅くなる。また、溶融粒子の試料支持体への付着力も高められる。
【００３３】
揮発性溶液への純水の添加量は０．１％〜２％である。この添加量の上限値は、粘度が高くなって溶融粒子の沈殿速度が遅くなりすぎない範囲で、且つ、試料支持体により溶液内に浮遊する溶融粒子を掬った後に、試料支持体および溶融粒子に付着する溶液の揮発速度を低下させない程度の範囲で調整される。
【００３４】
攪拌後の放置時間（秒）と電子顕微鏡で観察可能な溶融粒子の試料支持体への付着割合（％）（観察可能な粒子の面積／サンプルの視野面積）との関係について図７を用いて説明する。図７では、揮発性溶液に水を添加した水溶液を用いた場合を示す。図７から分かるように、攪拌後の放置時間を約５０秒〜約１１０秒の範囲にすることで、溶融粒子の試料支持体への付着割合を約４０％以上とすることができる。また、図３の場合と比較して、試料支持体へ付着させる溶融粒子の溶液内での浮遊時間が長くなることが分かる。よって、電子顕微鏡で観察可能な大きさであって、比較的早くに容器の底に沈殿する大きさの溶融粒子であっても、試料支持体へ比較的容易に付着させることができる。
【００３５】
したがって、本実施形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法によれば、上述した第一番目の実施形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法と同様な作用効果を奏する上に、溶液の粘度を調整し、溶融粒子の試料支持体への付着力を高めることができる。これにより、揮発性溶液のみの場合と比べて、より小さい粒子径の溶融粒子を試料支持体へ付着させることができる。また、溶液の粘度の調整により、溶融粒子の沈殿速度を調整することができる。これにより、試料支持体に付着させる溶融粒子の大きさを調整することができる。
【００３６】
なお、上記では、透過型電子顕微鏡で観察するための電子顕微鏡観察用試料を作製する電子顕微鏡観察用試料の作製方法を用いて説明したが、走査型電子顕微鏡で観察するための電子顕微鏡観察用試料の作製方法とすることも可能である。このような電子顕微鏡観察用試料の作製方法であっても、上述した第一番目および第二番目の実施形態に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法と同様な作用効果を奏する。
【００３７】
上記では、ガスタービンや蒸気タービンなどタービンの基材に形成した溶射皮膜の一部を試験片として採取し、これから電子顕微鏡観察用試料を作製する方法として説明したが、タービン以外の基材に形成した溶射皮膜の一部を採取し、これから電子顕微鏡で観察するための電子顕微鏡観察用試料を作製する方法とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る電子顕微鏡観察用試料の作製方法は、比較的簡易な作業にて、電子顕微鏡で容易に観察することができるため、製造産業などにおいて、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１            試料支持体
１０          プラズマ溶射トーチ
１１          陰極
１２          陽極
１３          高圧高温ガス
１４          プラズマジェット
１５          原料粉末
１６          溶融粒子
１７          基材
１８          溶射皮膜
【図１】
2011185687.tif 000003
【図２】
2011185687.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図６】
2011185687.tif 000007
【図７】
2011185687.tif 000008
【図５】
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