(57)【要約】【課題】複数の種類の組成物を含む溶射膜の検査方法及び溶射加工品の製造方法の提供。【解決手段】溶射膜（Ｔ３）の検査方法である。第１波長を有する第１波長光、及び、第２波長を有する第２波長光に関して、第１材料（Ｍ１）と第２材料（Ｂ１）と酸化物（Ｏ１）とは、互いに異なる輻射率を有する。第１波長光を溶射膜（Ｔ３）に照射し、溶射膜（Ｔ３）から反射する第１反射光の第１反射光量を計測する（Ｓ３）。第２波長光を溶射膜（Ｔ３）に照射し、溶射膜（Ｔ３）から反射する第２反射光の第２反射光量を計測する（Ｓ４）。第１材料（Ｍ１）と第２材料（Ｂ１）と酸化物（Ｏ１）との輻射率、及び、第１反射光量と第２反射光量とに基づいて、溶射膜における第１材料（Ｍ１）と第２材料（Ｂ１）と酸化物（Ｏ１）との含有率をそれぞれ算出する（Ｓ５）。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１材料と、第２材料と、を含み、さらに酸化物を含み得る溶射膜の検査方法であって、
第１波長光を前記溶射膜に照射し、前記溶射膜から反射する第１反射光の第１反射光量を計測し、第２波長光を前記溶射膜に照射し、前記溶射膜から反射する第２反射光の第２反射光量を計測するステップと、
前記第１材料の輻射率、前記第２材料の輻射率、前記酸化物の輻射率、前記第１反射光量、及び、前記第２反射光量に基づいて、前記溶射膜における前記第１材料、前記第２材料及び前記酸化物の含有率をそれぞれ算出するステップと、
を含み、
前記第１波長光は第１波長を有し、
前記第２波長光は第２波長を有し、
前記第１材料と前記第２材料と前記酸化物とは、前記第１波長光に関して互いに異なる輻射率を有し、前記第２波長光に関して互いに異なる輻射率を有する、
溶射膜の検査方法。
【請求項２】
前記第１波長及び前記第２波長を少なくとも含む複数の波長の光を前記溶射膜に照射して、前記第１材料及び前記第２材料の輻射率をそれぞれ測定するステップと、
同じ波長における前記第１材料及び前記第２材料の輻射率の差分を算出し、前記差分に基づいて第１波長と第２波長とを選択するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の溶射膜の検査方法。
【請求項３】
前記第１材料と前記第２材料と前記酸化物との輻射率、及び、前記第１反射光と前記第２反射光の光量に基づいて、
前記第１波長光及び前記第２波長光が照射された照射領域における、前記第１材料と前記第２材料と前記酸化物との表面積率をそれぞれ算出する表面積率算出ステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶射膜の検査方法。
【請求項４】
前記第１材料と前記第２材料と前記酸化物との表面積率と断面積率との相関を表す検量線を用いて、断面積率を求めるステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の溶射膜の検査方法。
【請求項５】
前記溶射膜は、マトリックスと、前記マトリックスに分散する分散相とを含み、
前記マトリックスは、前記第１材料からなり、
前記分散相は、前記第２材料からなる、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の溶射膜の検査方法。
【請求項６】
前記第１材料は、Ｎｉ−５０Ｃｒ合金を含み、
前記第２材料は、ベントナイトを含むことを特徴する請求項１〜５のいずれか１つに記載の溶射膜の検査方法。
【請求項７】
溶射加工品の製造方法であって、
前記溶射加工品は、前記溶射膜と、前記溶射膜に少なくとも一部覆われる基材とを含み、
溶射材を前記基材に溶射して、前記溶射膜を前記基材の上に形成するステップと、
請求項１〜６のいずれか１つに記載の溶射膜の検査方法を用いて、前記溶射膜を検査するステップと、
を含む溶射加工品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射膜の検査方法及び溶射加工品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体の酸化膜の状態を検査するための評価方法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１では、被検体の表面を撮像し、得られた画像を画像処理して、評価する評価方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、被検体の表面の色に影響を与える組成物が、被検体に複数含まれることがある。特許文献１で開示される方法では、酸化物と、被検体の表面の色に影響を与える材料とを判別して評価することが困難であった。
【０００６】
例えば、ＥＨＣ（Electrically-Heated-Catalyst）の電極において、溶射膜は、マトリックスとしての合金と、分散相としての鉱物とが含む。また、溶射膜には、酸化の度合いに応じて、酸化物が含むことがある。溶射膜における合金と鉱物と酸化物との含有率を測定することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、複数の種類の組成物を含む溶射膜の検査方法及び溶射加工品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる溶射膜の検査方法は、
第１材料と、第２材料と、を含み、さらに酸化物を含み得る溶射膜の検査方法であって、
第１波長光を前記溶射膜に照射し、前記溶射膜から反射する第１反射光の第１反射光量を計測し、第２波長光を前記溶射膜に照射し、前記溶射膜から反射する第２反射光の第２反射光量を計測するステップと、
前記第１材料の輻射率、前記第２材料の輻射率、前記酸化物の輻射率、前記第１反射光量、及び、前記第２反射光量に基づいて、前記溶射膜における前記第１材料、前記第２材料及び前記酸化物の含有率をそれぞれ算出するステップと、
を含み、
前記第１波長光は第１波長を有し、
前記第２波長光は第２波長を有し、
前記第１材料と前記第２材料と前記酸化物とは、前記第１波長光に関して互いに異なる輻射率を有し、前記第２波長光に関して互いに異なる輻射率を有する。
【０００９】
このような構成によれば、複数の種類の組成物を含む溶射膜を検査することができる。
【００１０】
また、前記第１波長及び前記第２波長を少なくとも含む複数の波長の光を前記溶射膜に照射して、前記第１材料及び前記第２材料の輻射率をそれぞれ測定するステップと、同じ波長における前記第１材料及び前記第２材料の輻射率の差分を算出し、前記差分に基づいて第１波長と第２波長とを選択するステップと、を含むことを特徴としてもよい。また、前記第１材料と前記第２材料と前記酸化物との輻射率、及び、前記第１反射光と前記第２反射光の光量に基づいて、前記第１波長光及び前記第２波長光が照射された照射領域における、前記第１材料と前記第２材料と前記酸化物との表面積率をそれぞれ算出する表面積率算出ステップと、をさらに含むことを特徴としてもよい。さらに、前記第１材料と前記第２材料と前記酸化物との表面積率と断面積率との相関を表す検量線を用いて、断面積率を求める断面積率換算ステップをさらに含むことを特徴としてもよい。また、前記溶射膜は、マトリックスと、前記マトリックスに分散する分散相とを含み、前記マトリックスは、前記第１材料からなり、前記分散相は、前記第２材料からなる、ことを特徴としてもよい。また、前記第１材料は、Ｎｉ‐５０Ｃｒ合金を含み、前記第２材料は、ベントナイトを含むことを特徴としてもよい。
【００１１】
他方、本発明にかかる溶射加工品の製造方法は、前記溶射加工品は、前記溶射膜と、前記溶射膜に少なくとも一部覆われる基材とを含み、溶射材を前記基材に溶射して、前記溶射膜を前記基材の上に形成するステップと、上記した溶射膜の検査方法を用いて、前記溶射膜を検査するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の組成物を含む溶射膜の検査方法及び溶射加工品の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】検査装置の模式図である。
【図２】被検体の一例の断面組織の写真である。
【図３】波長に対する輻射率を示すグラフである。
【図４】実施の形態１にかかる検査方法のフローチャートである。
【図５】実施の形態２にかかる製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、図１〜４を参照して実施の形態１にかかる検査方法について説明する。実施の形態１にかかる検査方法では、検査装置を用いて、被検体を検査する。実施の形態１にかかる検査方法に先立って、被検体と検査装置とについて説明する。
【００１５】
図１及び２を用いて被検体の一例について説明する。図１は、検査方法の模式図である。図２は、被検体の一例の断面組織写真である。図１に示すように、被検体Ｔ１は、基材Ｔ２と、溶射膜Ｔ３とを有する。基材Ｔ２は、セラミックスからなる。このようなセラミックスとして、例えば、ＳｉＣが挙げられる。溶射膜Ｔ３は、基材Ｔ２の表面上に形成されている。図２に示すように、溶射膜Ｔ３は、マトリックスＭ１としてＮｉ−５０Ｃｒと、分散相Ｂ１としてベントナイトと、を含む。なお、Ｎｉ−５０Ｃｒ合金は、質量％でＣｒを４６〜５４％含み、残部がＮｉ及び不可避的不純物である合金である。また、溶射膜Ｔ３は、酸化物Ｏ１としてＣｒＯをさらに含み得る。分散相Ｂ１はマトリックスＭ１に分散する。分散相Ｂ１及び酸化物Ｏ１は、溶射膜Ｔ３の色に影響を独立に与える。
【００１６】
次に、図１を用いて検査装置１０について説明する。図１に示すように、検査装置１０は、光源１と、受光器２と、カバー３と、情報処理装置４と、を含む。検査装置１０は、例えば、ＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）である。光源１は、所定の範囲の波長の光を出射することができる。受光器２は、光源１の隣に設置されている。受光器２は、光を受光し、光量を測定し、信号に変換して送ることができる。受光器２は、例えば、光量計である。カバー３は、その一端に、光源１と受光器２とを設けられた筒体である。カバー３として、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる円筒体を利用することができる。また、電解研磨処理がカバー３の内周面３１に施されていると、光源１からの出射光による反射光の拡散をより抑制することができて、好ましい。情報処理装置４は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、ディスプレイ、キーボード、マウス等を有する。特にハードディスクには、各材料の含有率を算出するための演算処理プログラムが格納されている。情報処理装置４は、光源１と受光器２とにケーブル等に接続されている。
【００１７】
次に、図３及び図４を用いて、実施の形態１にかかる検査方法について説明する。図３は、波長に対する輻射率を示すグラフである。図４は、実施の形態１にかかる検査方法のフローチャートである。
【００１８】
溶射膜Ｔ３に含まれる材料について、各波長に対する輻射率を測定する（輻射率測定ステップＳ１）。ここで、溶射膜Ｔ３に材料Ａ，Ｂが含まれるとすると、例えば、図３に示すように、材料Ａ、Ｂについて、所定範囲の波長に対する輻射率αを示すグラフが作成される。本実施の形態１にかかる検査方法では、Ｎｉ−５０Ｃｒ合金、ベントナイト、ＣｒＯについて所定範囲の波長に対する輻射率αを示すグラフが作成される。例えば、Ｎｉ−５０Ｃｒ合金、ベントナイト、ＣｒＯについて検査装置１０を用いて、所定範囲の波長に対する輻射率を測定する。
【００１９】
続いて、得られた各材料の輻射率の差が大きい波長を選択する（輻射率差算出ステップＳ２）。さらに、選択した各波長における各材料の輻射率から反射率を算出する。詳細には、図４に示すように、波長λ１と波長λ２とにおいて、輻射率の差が大きい。したがって、波長λ１と波長λ２とを選択する。選択する波長の数は、溶射膜に含まれる材料の数よりも１つ少ない数であればよい。本実施の形態１にかかる検査方法では、溶射膜に含まれる材料の数が３なので、選択する波長の数は２でよい。選択した各波長における各材料の輻射率から反射率を算出する。すると、波長λ１では、Ｎｉ−５０Ｃｒは反射率αＮｉＣｒ−１、ベントナイトは反射率αＢ１、ＣｒＯは反射率αＣｒＯ−１であった。また、波長λ２では、Ｎｉ−５０Ｃｒは反射率αＮｉＣｒ−２、ベントナイトは反射率αＢ２、ＣｒＯは反射率αＣｒＯ−２であった。
【００２０】
続いて、波長λ１、光量Ｑｉｎ−１の光を光源１から溶射膜Ｔ３に照射し、受光器２により反射光の光量Ｑｏｕｔ−１を計測する（第１選択光照射ステップＳ３）。
【００２１】
続いて、第１選択波長光ステップＳ３と同様に、波長λ２、光量Ｑｉｎ−２の光を光源１から溶射膜Ｔ３に照射し、受光器２により反射光の光量Ｑｏｕｔ−２を計測する。（第２選択光照射ステップＳ４）。
【００２２】
続いて、各材料の表面積率を算出する（表面積率算出ステップＳ５）。詳細には、溶射膜Ｔ３の照射面において、照射面積に対して材料Ａが露出する面積率［％］をＸＡとすると、以下の数式１〜３が立式される。
Ｑｏｕｔ−１＝Ｑｉｎ−１（ＸＮｉＣｒαＮｉＣｒ−１＋ＸＢαＢ−１＋ＸＣｒＯαＣｒｏ−１）  （数式１）
Ｑｏｕｔ−２＝Ｑｉｎ−２（ＸＮｉＣｒαＮｉＣｒ−２＋ＸＢαＢ−２＋ＸＣｒＯαＣｒｏ−２）  （数式２）
ＸＮｉＣｒ＋ＸＢ＋ＸＣｒＯ＝１      （数式３）
なお、ここでは、ＸＮｉＣｒは、Ｎｉ−５０Ｃｒが照射面に露出する面積率である。上記したように、Ｑｏｕｔ−１、Ｑｉｎ−１、αＮｉＣｒ−１、αＢ−１、αＣｒｏ−１、Ｑｏｕｔ−２、Ｑｉｎ−２、αＮｉＣｒ−２、αＢ−２、αＣｒｏ−２の値を上記した数式１〜３にそれぞれ代入する。すると、各材料の表面積率ＸＮｉＣｒ、ＸＢ、ＸＣｒＯについての連立方程式ができる。この連立方程式を解くと、各材料の表面積率ＸＮｉＣｒ、ＸＢ、ＸＣｒＯが求められる。
【００２３】
続いて、検量線を用いて、断面積率を求める。（断面積率換算ステップＳ６）。具体的に、溶射膜に含まれる各材料の断面組織における面積率と表面積率との相関を調査しておく。例えば、各材料からなる試料の表面を示す画像と、各試料の断面組織を示す画像とについて画像解析を行い、検量線を作成する。このような検量線を用いると、各材料の表面積率から断面積率が１つに求められる。ここでは、検量線を用いて、表面積率ＸＮｉＣｒ、ＸＢ、ＸＣｒＯを断面積率に換算し、断面積率ＹＮｉＣｒ、ＹＢ、ＹＣｒＯを求める。
【００２４】
以上の工程を経ると、断面積率ＹＮｉＣｒ、ＹＢ、ＹＣｒＯが求められる。さらに、断面積率ＹＮｉＣｒ、ＹＢ、ＹＣｒＯを各材料の含有率として用いることができる。これにより、例えば、酸化物の含有率から溶射膜Ｔ３の耐高温酸化性について推測できる。また、得られたベントナイトの含有率から溶射膜Ｔ３のヤング率、強度、体積抵抗率を求めることができる。
【００２５】
以上、実施の形態１にかかる検査方法によれば、所定の波長を有する光を溶射膜に照射して、光量、輻射率を計測し、これらに基づいて、溶射膜における各組成物の含有率を測定することができる。すなわち、複数の組成物を含む溶射膜の検査を行うことができる。
【００２６】
また、実施の形態１にかかる検査方法によれば、検量線を用いて、各組成物の表面積率から断面積率を求めている。これにより、切断することなく、断面積率を求めることができる。また、各組成物の含有率を高い精度で求め得る。
【００２７】
ところで、溶射膜Ｔ３の断面を画像解析して、酸化膜の状態を検査する検査方法がある。上記した実施の形態１にかかる検査方法は、このような検査方法と比較して、溶射膜Ｔ３を切断することなく、つまり、溶射膜Ｔ３を破壊することなく、検査することができる。
【００２８】
なお、実施の形態１では、輻射率測定ステップＳ１と、輻射率差算出ステップＳ２とを含めたが、必要に応じて省略してもよい。同じ種類の組成物を有する溶射膜について、輻射率測定ステップＳ１と、輻射率差算出ステップＳ２とを一度行うと、同じ複数の種類の組成物を有する溶射膜を有する被検体について、繰り返して使用できる。
【００２９】
また、実施の形態１では、第１選択光照射ステップＳ３と、第２選択光照射ステップＳ４とを含めたが、溶射膜に含まれる材料の種類の数をｎとすると、溶射膜に含まれる材料の種類の数に応じて、第３選択光照射ステップと、…、第ｎ−１選択光照射ステップとを含める、つまり、ｎ−１回の選択光照射ステップを含めてもよい。
【００３０】
また、実施の形態１では、断面積率換算ステップＳ６を含めたが、必要に応じて省略してもよい。例えば、各材料の含有率が、各材料の表面積率と十分に相関を有する場合、断面積率換算ステップＳ６を省略することができる。
【００３１】
また、実施の形態１では、溶射膜Ｔ３は、マトリックスＭ１としてＮｉ−５０Ｃｒと、分散相Ｂ１としてベントナイトとを含むとしたが、マトリックスＭ１及び分散相Ｂ１として他の材料を含んでもよい。マトリックスＭ１の材料として、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ合金、ＭＣｒＡｌＹ合金が挙げられる。なお、Ｎｉ−Ｃｒ合金は、質量％でＣｒを２０〜６０％含み、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる合金である。また、ＭＣｒＡｌＹ合金において、Ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種である。また、マトリックスＭ１は、他の合金元素を含んでもよい。また、分散相Ｂ１として、鉱物を利用することができる。このような鉱物としては、例えば、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの酸化物を主な主成分とする酸化物鉱物があり、より具体的には、マイカ、これとベントナイトとの混合物が挙げられる。また、分散相Ｂ１として、積層構造を有するものも利用し得る。積層構造を有するものとしては、例えば、グラファイト、ＭｏＳ（二硫化モリブデン）、ＷＳ２（二硫化タングステン）、ｈ−ＢＮ（六方晶窒化ホウ素）が挙げられる。
【００３２】
実施の形態２．
次に、図５を用いて、実施の形態２にかかる製造方法について説明する。
【００３３】
溶射装置などを用いて、溶射材を基材Ｔ２（図１参照）に溶射して、溶射膜Ｔ３を基材Ｔ２の表面上に形成する（溶射膜形成ステップＳ２１）。被検体Ｔ１を得ることができる。溶射材としては、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ合金が挙げられる。
【００３４】
続いて、第１選択光照射ステップＳ３〜断面積率換算ステップＳ６を、実施の形態１にかかる検査方法と同様に行う。所定の評価を得られた被検体Ｔ１は、溶射加工品として用いられる。
【００３５】
以上、実施の形態２によれば、形成した溶射膜を有する被検体について、溶射膜を破壊することなく、溶射膜の酸化状態を評価することができる。つまり、溶射膜の品質をより確実に保証して、溶射加工品を製造することができる。このような溶射加工品としては、例えば、ＥＨＣの電極が挙げられる。
【００３６】
なお、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、断面積率換算ステップＳ６を必要に応じて省略してもよい。また、実施の形態１及び２では、分散相Ｂ１として鉱物や積層構造を有するものを利用したが、分散相Ｂ１として樹脂や有機系材料を利用してもよい。このような有機系材料として、例えば、ポリエステルが挙げられる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…検査装置、      、１…光源、      ２…受光器、      ３…カバー、      
４…情報処理装置、
Ｂ１…分散相、      Ｍ１…マトリックス、      Ｏ１…酸化物、
Ｓ１…輻射率測定ステップ、      Ｓ２…輻射率差算出ステップ、      
Ｓ３、Ｓ４…選択光照射ステップ、      Ｓ５…表面積率算出ステップ、      
Ｓ６…断面積率換算ステップ、Ｓ２１…溶射ステップ、      
Ｔ１…被検体、      Ｔ２…基材、      Ｔ３…溶射膜。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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