(57)【要約】【課題】環境条件を容易に変更することが可能な腐食疲労試験装置を提供する。【解決手段】試験装置１００は、腐食液Ｌを保持する容器１１を有し、腐食液Ｌ中に試験片Ｓを固定し、試験片Ｓに任意の電圧を付与する装置本体１と、試験片Ｓに対向し、腐食液Ｌ中に設けられた対極２と、装置本体１に設けられ、試験片Ｓに曲げによる引っ張り応力を生じさせるレバー部３と、装置本体１及びレバー部３と、試験片Ｓとの間に設けられた絶縁部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食液を保持する容器を有し、該腐食液中に試験片を固定し、該試験片に任意の電圧もしくは任意の電流を付与する装置本体と、
前記試験片に対向し、前記腐食液中に設けられた対極と、
前記装置本体に設けられ前記試験片に引っ張り応力を生じさせる応力付与部と、
前記装置本体及び前記レバー部と、前記試験片との間に設けられた絶縁部と、
を備える腐食疲労試験装置。
【請求項２】
前記絶縁部は、前記試験片における前記装置本体に固定された部分を覆う試験片絶縁体を有する請求項１に記載の腐食疲労試験装置。
【請求項３】
前記試験片の少なくとも一部は、前記容器から外部に露出し、
前記絶縁部は、前記容器と前記試験片との間に設けられたＯリングを有する請求項１または２に記載の腐食疲労試験装置。
【請求項４】
前記装置本体は、台板に固定され、
前記装置本体は、前記台板との間に設けられた装置絶縁部を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の腐食疲労試験装置。
【請求項５】
前記応力付与部は、前記試験片に曲げによる引っ張り応力生じさせるレバー部である請求項１から４のいずれか一項に記載の腐食疲労試験装置。
【請求項６】
前記容器には、該容器から外部に露出した前記試験片の少なくとも一部を外側から覆い、前記レバー部による前記試験片の曲げ変形に伴って変形する変形部が設けられている請求項５に記載の腐食疲労試験装置。
【請求項７】
前記容器は、前記腐食液を保持する内側容器と、該内側容器を外側から覆うとともに該内側容器との間に、温度調節された流体が流通する温調空間を形成する外側容器と、を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の腐食疲労試験装置。
【請求項８】
前記容器は、樹脂で形成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の腐食疲労試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食疲労試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度鋼を含む金属材料の損傷モードの一形態として、環境助長割れが知られている。環境助長割れは、周辺雰囲気の影響によって、材料の耐久性が不活性環境中よりも低下して損傷を生じる現象である。材料と環境の組み合わせによって、環境助長割れの起こりやすさには差異があることが知られている。このような環境助長割れを試験するための装置として、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０６８８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、環境助長割れに対する環境因子は主として、腐食電位、温度、ｐＨによって影響されることが知られている。即ち、材料の特性を詳しく知るためには、これらの条件を種々に変えて多数のケースで試験を行う必要がある。このため、環境条件を容易に変更することが可能な試験装置に対する要請が高まっている。
【０００５】
そこで本発明では、環境条件を容易に変更することが可能な腐食疲労試験装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の態様によれば、腐食疲労試験装置は、腐食液を保持する容器を有し、該腐食液中に試験片を固定し、該試験片に任意の電圧（電位）もしくは任意の電流を付与する装置本体と、前記試験片に対向し、前記腐食液中に設けられた対極と、前記装置本体に設けられ前記試験片に引っ張り応力を生じさせる応力付与部と、前記装置本体及び前記レバー部と、前記試験片との間に設けられた絶縁部とを備える。
【０００７】
この構成によれば、腐食液中に固定された試験片に対して任意の電圧もしくは任意の電流を付与した状態で、レバー部による引っ張り応力を生じさせることができる。これにより、種々の腐食環境を任意に再現して試験を行うことができる。さらに、装置本体及びレバー部と、試験片との間に絶縁部が設けられていることから、装置本体やレバー部との間で電気的な接続が生じて意図せぬ電圧もしくは電流が試験片に付与されることによる試験結果の精度低下を回避することができる。即ち絶縁部によって、設定した通りの電圧が試験片に付与されることで、試験結果の精度向上が可能である。
【０００８】
本発明の第二の態様によれば、前記絶縁部は、前記試験片における前記装置本体に固定された部分を覆う試験片絶縁体を有してもよい。
【０００９】
この構成によれば、試験片における装置本体に固定される部分は試験片絶縁体によって覆われている。言い換えると、腐食液に曝される部分以外は、試験片絶縁体によって覆われている。これにより、意図せぬ電圧もしくは電流が試験片に付与されることによる試験結果の精度低下を回避することができる。
【００１０】
本発明の第三の態様によれば、前記試験片の少なくとも一部は、前記容器から外部に露出し、前記絶縁部は、前記容器と前記試験片との間に設けられたＯリングを有していてもよい。
【００１１】
この構成によれば、容器と試験片との間に絶縁部としてのＯリングが設けられていることから、容器と試験片との間を電気的に絶縁することができる。これにより、意図せぬ電圧もしくは電流が試験片に付与されることによる試験結果の精度低下を回避することができる。さらに容器と試験片との間からの腐食液の漏洩を回避することができる。
【００１２】
本発明の第四の態様によれば、前記装置本体は、台板に固定され、前記装置本体は、前記台板との間に設けられた装置絶縁部を有していてもよい。
【００１３】
このような装置絶縁部を設けることで、装置本体を通じて試験片と台板との間を電気的に絶縁することができる。これにより、意図せぬ電圧もしくは電流が試験片に付与されることによる試験結果の精度低下を回避することができる。
【００１４】
本発明の第五の態様によれば、前記応力付与部は、前記試験片に曲げによる引っ張り応力生じさせるレバー部であってもよい。
【００１５】
このように応力付与部としてレバー部を用いることで、小型かつ安価な構造で試験片に引っ張り応力を生じさせることが可能となる。
【００１６】
本発明の第六の態様によれば、前記容器には、該容器から外部に露出した前記試験片の少なくとも一部を外側から覆い、前記レバー部による前記試験片の曲げ変形に伴って変形する変形部が設けられていてもよい。
【００１７】
この構成によれば、容器から露出した試験片の一部が変形部によって覆われていることから、試験片に曲げによる引っ張り応力が生じた状態であっても、変形部がこの曲げに追従して変形する。これにより、変形部を設けずに容器全体を変形しにくい部材で構成した場合に比べて、容器と試験片との間から腐食液の漏洩が生じる可能性を低減することができる。
【００１８】
本発明の第七の態様によれば、前記容器は、前記腐食液を保持する内側容器と、該内側容器を外側から覆うとともに該内側容器との間に、温度調節された流体が流通する温調空間を形成する外側容器と、を有してもよい。
【００１９】
この構成によれば、容器が内側容器と外側容器によって二重壁構造を有している。さらに、両者の間には温度調節された流体が流通する温調空間が形成されている。これにより、腐食液の温度を任意に設定し、保持することができる。また、腐食液中にヒーター等の熱源を直接投入した場合に比べて、腐食液の対流が生じる可能性が低い。このため、腐食液の対流によって試験の結果の精度が低下してしまうことを回避しつつ、試験を行うことができる。
【００２０】
本発明の第八の態様によれば、前記容器は、樹脂で形成されていてもよい。
【００２１】
この構成によれば、容器が合成樹脂で形成されていることから、強酸性や強アルカリ性の腐食液を用いることが可能となる。即ち、任意の腐食液を使用できる。よって任意のｐＨ環境下で試験を行うことができる。さらに、試験片との間の絶縁性も担保可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、環境条件を容易に変更することが可能な腐食疲労試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る試験装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る試験装置の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る試験装置の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る試験装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。本実施形態に係る腐食疲労試験装置（以下、単に試験装置とする）１００は、高強度鋼等で形成された試験片Ｓに対して、任意の腐食電位のもとで曲げによる引っ張り応力を生じさせることで、割れの進行を試験・監視するために用いられる。
図１に示すように、試験装置１００は、試験片Ｓを固定して試験片Ｓに電圧を付与する装置本体１と、対極（電極）２と、レバー部（応力付与部）３と、絶縁部４と、を備えている。
【００２５】
試験片Ｓは、概ね棒状をなしており、試験対象となる金属材料によって形成されている。例えば、試験片Ｓは蒸気タービンのタービン翼、ロータ、及びディスク等に用いられる高強度鋼等で形成されている。
試験片Ｓは、上下方向に延びている。試験片Ｓの上下方向における中央部は、試験対象領域Ｓ１とされている。詳しくは後述するが、試験対象領域Ｓ１が腐食液Ｌ中に曝されるとともに、曲げによる引っ張り応力が生じるように試験が行われる。試験対象領域Ｓ１にはひずみゲージＧが設けられている。
【００２６】
対極２は、例えば白金等の電極であって、容器１１内の腐食液Ｌ中で、試験片Ｓの試験対象領域Ｓ１に対向するように配置されている。
【００２７】
装置本体１は試験片Ｓを固定している。装置本体１は、試験片Ｓを覆うように設けられて腐食液Ｌを保持する容器１１と、試験片Ｓを固定する固定治具５と、固定治具５を固定する台板６との間に設けられた絶縁シート（装置絶縁部）８とを有している。
【００２８】
容器１１は、腐食液Ｌを内部に保持するとともに、試験片Ｓを外側から覆っている。本実施形態では、容器１１は金属材料によって形成されている。腐食液Ｌは、所望の温度、ｐＨを呈するように、予め調製されている。試験片Ｓの上下方向における少なくとも両端部を含む各部分は、容器１１から外部に露出している。
【００２９】
容器１１と試験片Ｓとの間には、試験片Ｓに曲げ負荷をかけた場合に、当該曲げに追従して変形する変形部１２が設けられている。
図２及び図３に示すように変形部１２は上下に一対が設けられている。各々の変形部１２は、円環状の板部材を上下方向に重ねるとともに、上下に隣接する板部材同士を内周側の端縁同士と外周側の端縁同士で交互に接続することで、蛇腹状をなす蛇腹部１２ａを有している。さらに試験片Ｓの上方の蛇腹部１２ａの上部に設けられ、及び、試験片Ｓの下方の蛇腹部の下部に設けられて試験片Ｓを支持する支持部１２ｂを有している。支持部１２ｂには上下方向に延びる貫通孔Ｈが形成されており、この貫通孔Ｈを試験片Ｓが挿通された状態で試験片Ｓを支持部１２ｂが支持している。
これにより、変形部１２は試験片Ｓを支持した状態で、上下方向に交差する方向に向かって曲がるように変形することが可能となっている。
【００３０】
固定治具５は、容器１１の下方に配置されて台板６上に固定されている。固定治具５は試験片Ｓの下端を固定している。固定治具５には、外周面から水平方向に広がるつば状のフランジ部９が下部に設けられている。このフランジ部９には、固定治具５を台板６上に固定するボルト１０が上方から挿通されている。
【００３１】
絶縁シート８は、ポリイミドやセラミック等の樹脂で形成されている。絶縁シート８は、固定治具５の下面全域、ボルト１０と固定治具５との間、及びボルト１０と台板６との間に介在されている。よって、固定治具５及びボルト１０と、台板６との間は電気的に絶縁されている。
【００３２】
ここで装置本体１は、不活性ガス充填ライン７０、ポテンショスタット８０、及びデータロガー９０をさらに有している。
【００３３】
不活性ガス充填ライン７０は、容器１１内に外部から不活性ガスを導入し充填する。
【００３４】
ポテンショスタット８０は、試験片Ｓに対して電圧を付与し、電流を供給する。即ち、試験片Ｓは、腐食液Ｌ中で、作用極１４（Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）として機能する。さらに、腐食液Ｌ中における試験片Ｓ（試験対象領域Ｓ１）に対向する領域には、上記の対極２（Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）が配置されている。対極２はポテンショスタット８０に接続されている。また、腐食液Ｌ中には、ポテンショスタット８０に接続された参照電極１５（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）が配置されている。ポテンショスタット８０を適宜操作することによって、作用極１４と対極２との間に、任意の電位差を生じさせることができる。これにより、試験片Ｓと腐食液Ｌとの間で電気化学反応が生じ、試験片Ｓ（試験対象領域Ｓ１）に腐食を再現することができる。
【００３５】
データロガー９０は、電気化学反応の進行に伴ってポテンショスタット８０で得られた電流値・電圧値の変化を記録する。同時に腐食液Ｌの温度も、熱伝対を通して計測し、データロガー９０に蓄積してもよい。
【００３６】
レバー部３は、上部の変形部１２の上方で、試験片Ｓの上端部に取り付けられている。レバー部３は、試験片Ｓの上端部に、片持ち状に取り付けられている。レバー部３における試験片Ｓに接続された側とは反対側の端部に上下方向に力をかけることで、試験片Ｓに対して曲げによる引っ張り応力を生じさせる。
【００３７】
絶縁部４は、装置本体１及びレバー部３と、試験片Ｓとの間に設けられた試験片絶縁体７と、レバー部３と試験片Ｓとの間に設けられたＯリング１３とを有している。
【００３８】
試験片絶縁体７は、絶縁シート８同様に、ポリイミドやセラミック等の樹脂で形成されている。試験片絶縁体７は、試験片Ｓの外面のうち、試験対象領域Ｓ１を除く領域を覆うことで、装置本体１における容器１１と試験片Ｓとの間、及びレバー部３と試験片Ｓとの間を電気的に絶縁している。
【００３９】
Ｏリング１３は、容器１１の変形部１２の支持部の貫通孔の内周面と、試験片Ｓの外面との間にはめ込まれている。Ｏリング１３は、フッ素ゴム等の樹脂で形成されている。Ｏリング１３は、腐食液Ｌを容器１１内に密閉するように設けられている。
【００４０】
以上説明した本実施形態の構成によれば、腐食液Ｌ中に固定された試験片Ｓに対して任意の電圧（任意の電流であってもよい）を付与した状態で、レバー部３による引っ張り応力を生じさせることができる。これにより、種々の腐食環境を任意に再現して試験を行うことができる。即ち、環境条件を容易に変更することが可能な試験装置１００を提供することができる。
【００４１】
さらに、装置本体１及びレバー部３と試験片Ｓとの間に試験片絶縁体７が設けられ、かつ、容器１１と試験片Ｓとの間にＯリング１３が設けられている。よって試験片Ｓにおける装置本体１に固定される部分は試験片Ｓ絶縁部４によって覆われている。言い換えると、腐食液Ｌに曝される部分以外は、試験片Ｓが絶縁部４によって覆われている。
【００４２】
これにより、例えば大きな曲げ力をレバー部３にて付与するため、強度を担保するために装置本体１及びレバー部３を金属製としても、試験片Ｓと装置本体１及びレバー部３との間の電気的な接続を回避でき、意図せぬ電圧が試験片Ｓに付与されることによる試験結果の精度低下を回避することができる。即ち絶縁部４によって、設定した通りの電圧が試験片Ｓに付与されることで、試験結果の精度向上が可能である。
【００４３】
加えて、上記の構成によれば、容器１１と試験片Ｓとの間にＯリング１３が設けられていることから、容器１１と試験片Ｓとの間の絶縁に加え、容器１１と試験片Ｓとの間からの腐食液Ｌの漏洩が生じる可能性を低減することができる。
【００４４】
さらに、上記の構成によれば、容器１１から露出した試験片Ｓの一部が変形部１２によって覆われていることから、レバー部３による曲げの力が試験片Ｓに作用した際に、変形部１２の蛇腹部がこの曲げに追従して変形する。これにより、レバー部３による曲げの力が作用したとしても、Ｏリング１３と試験片Ｓとの間に隙間ができることを回避できる。よって、容器１１全体を変形しにくい部材で構成した場合に比べて、腐食液Ｌの漏洩が生じる可能性を低減することができる。
【００４５】
また、絶縁シート８が固定治具５の下面全域、ボルト１０と固定治具５との間、及びボルト１０と台板６との間に介在されている。このため、台板６と試験片Ｓとが電気的に接続されてしまうことを回避できる。よって試験結果の精度向上が可能である。
【００４６】
またレバー部３を用いることで、小型かつ安価な構造で試験片Ｓに引っ張り応力を生じさせることが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
例えば、必ずしもレバー部３によって試験片Ｓに引っ張り応力を生じさせなくともよく、レバー部３に代えて応力付与部として試験片Ｓを単に引っ張るような部材を設けてもよい。
【００４８】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態では、容器１１が、内側容器１１Ａと、外側容器１１Ｂと、を有している。
【００４９】
内側容器１１Ａは、腐食液Ｌを保持する。外側容器１１Ｂは、内側容器１１Ａを外側から覆うとともに、内側容器１１Ａとの間に温調空間Ｖを画成する。温調空間Ｖには、外部から供給された温度調節水（流体）Ｗが流通する。温度調節水Ｗは、予め腐食に適した所望の温度に調節されている。詳しくは図示しないが、温度調節水Ｗは、外部の供給源（タンク等）から、ポンプによって温調空間Ｖ内に継続的に圧送されている。即ち、温度調節水Ｗは、供給源と温調空間Ｖとの間を循環している。温度調節水Ｗに代えて、他の流体を用いてもよい。
【００５０】
この構成によれば、容器１１が内側容器１１Ａと外側容器１１Ｂによって二重壁構造を有している。さらに、両者の間には温度調節水Ｗが流通する温調空間Ｖが形成されている。これにより、腐食液Ｌの温度を任意に設定することができる。また、腐食液Ｌ中にヒーター等の熱源を直接投入した場合に比べて、腐食液Ｌの対流が生じる可能性が低い。このため、対流等による影響を受けることなく、試験を行うことができる。
【００５１】
以上、本発明の第二実施形態について、図面を参照して説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
例えば、腐食液Ｌの温度を調節するための手段としては、本実施形態に係る構成の他、試験装置１００を設置する室内の温度を予め所望の値に調節する方法や、容器１１の外面にヒーターやクーラー等の冷熱源を配置する方法などが考えられる。
しかしながら、室温を調節する方法は、温度の応答性が低下するばかりでなく、装置全体が大型化してしまう可能性がある。また、容器１１の外面付近には、他の装置や配線が配置されることが多いため、容器１１外面に冷熱源を近づける方法は現実的ではない。この点で、本実施形態に係る二重壁構造を有する容器１１を用いるとよい。
【００５２】
［第三実施形態］
本発明の第三実施形態について説明する。本実施形態では、試験装置１００の構成は上述の第一実施形態（図１）と同様であるが、容器１１を形成する材料が樹脂とされている。具体的には、樹脂としてテフロン（登録商標）等を使用可能である。樹脂として、腐食液Ｌが強酸性や強アルカリ性である場合に、これら強酸性・強アルカリ性に耐える材料が適宜選択される。
【００５３】
この構成によれば、容器１１が樹脂で形成されていることから、強酸性や強アルカリ性の腐食液Ｌを用いることが可能となる。即ち、任意のｐＨ環境下で試験を行うことができる。
【００５４】
さらに、容器１１が樹脂で形成されていることから、試験片Ｓとの間の絶縁の効果を向上することができる。
【００５５】
以上、本発明の第三実施形態について、図面を参照して説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１…装置本体
２…対極
３…レバー部（応力付与部）
４…絶縁部
５…固定治具
６…台板
７…試験片絶縁体
８…絶縁シート（装置絶縁部）
９…フランジ部
１０…ボルト
１１…容器
１１Ａ…内側容器
１１Ｂ…外側容器
１２…変形部
１２ａ…蛇腹部
１２ｂ…支持部
１３…Ｏリング
１４…作用極
１５…参照電極
７０…不活性ガス充填ライン
８０…ポテンショスタット
９０…データロガー
１００…試験装置
Ｌ…腐食液
Ｓ…試験片
Ｓ１…試験対象領域
Ｖ…温調空間
Ｗ…温度調節水（流体）
Ｈ…貫通孔
Ｇ…ひずみゲージ
【図１】
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【図２】
2019082404.tif 000004
【図３】
2019082404.tif 000005
【図４】
2019082404.tif 000006