(57)【要約】【課題】  評価する皮膜の形状が曲面形状の場合であっても、実際の部材における正確な皮膜の密着強度を測定できる皮膜の密着強度評価方法及び強度評価装置を提供する。【解決手段】  試験片３の位置を保持し、試験片３の表面を被覆する皮膜４に接着させた試験治具１を試験片３に対して反対方向に引張って、試験片３に対する皮膜４の密着強度を測定する密着強度評価方法であって、皮膜４の接着面が曲面形状の場合に、試験治具１の接着面の形状を皮膜４の接着面の曲面形状に沿った曲面形状に形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片の位置を保持し、当該試験片の表面を被覆する皮膜に接着させた試験治具を前記試験片に対して反対方向に引張って、前記試験片に対する前記皮膜の密着強度を測定する密着強度評価方法であって、
前記皮膜の接着面が曲面形状の場合に、前記試験治具の接着面の形状を前記皮膜の接着面の曲面形状に沿った曲面形状に形成する皮膜の密着強度評価方法。
【請求項２】
試験片の位置を保持する保持部と、前記試験片の表面を被覆する皮膜に接着させる試験治具とを有し、前記試験片を保持しつつ、前記試験治具を前記試験片に対して反対方向に引張って、前記部材に対する前記皮膜の密着強度を測定する強度評価装置であって、
前記皮膜の接着面が曲面形状の場合に、前記試験治具の接着面の形状が前記皮膜の接着面の曲面形状に沿った曲面形状に形成してある強度評価装置。
【請求項３】
前記保持部は、前記試験片の前記試験治具の引張方向への移動を係止する係止部を備える請求項２に記載の強度評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片の位置を保持し、当該試験片の表面を被覆する皮膜に接着させた試験治具を前記試験片に対して反対方向に引張って、前記試験片に対する前記皮膜の密着強度を測定する密着強度評価方法及び強度評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、皮膜の密着強度評価方法としては、ＪＩＳ  Ｈ  ８６６６のセラミック溶射皮膜試験方法（例えば、非特許文献１参照）が知られている。この方法は、径２５〜４０ｍｍ、長さ４０ｍｍの円柱型試験治具を２本用い、１本の試験治具の一方の端面に皮膜を形成させ、その皮膜の面ともう１本の試験治具の一方の端面とを接着剤によって接着させる。そして、それぞれの試験治具の他方の端を引張試験機に取り付け、反対方向に引張ることによって、引張破断荷重を求め、密着強度を評価するものである。
【０００３】
一方、例えば、産業用のガスタービンやジェットエンジン等は、高温雰囲気下で使用する場合が多いため、その動翼、静翼等の特に高温となる部材では、その表面にサーマルバリアコーティングが施され、セラミックスの皮膜が形成されている。このため、部材の耐熱性を把握する上において皮膜の耐久性や密着強度を正確に知ることは重要なこととなっている。
【０００４】
しかし、例えば、上述のガスタービンの静翼の場合は、部材本体と皮膜との間には両者の熱膨張の差を緩和するための中間層が設けられている。このため、従来のセラミック溶射皮膜試験方法では、中間層の存在が考慮されておらず、実情に即した正確な密着強度が評価できなかった。
【０００５】
このような課題に対しては、実際の部材から直接皮膜の密着強度を評価するという試みがなされている。すなわち、図２に示すように、実際の部材から試験片１３を切り出し、その皮膜１４と前記従来の試験治具１１とを接着剤１５によって接着させ、試験片１３の位置を保持部１２で保持しつつ、試験治具１１を試験片１３に対して反対方向に引張ることによって、引張破断荷重を求め、密着強度を評価するものである。
なお、この方法は本発明者が従来の試験方法の代替案として試みたものであるので、先行技術文献は記載できない。
【０００６】
【非特許文献１】「日本工業規格セラミック溶射皮膜試験方法」、財団法人日本規格協会、平成６年１１月３０日、ｐ．２−５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の実際の部材から直接皮膜１４の密着強度を評価する方法では、実際の部材の形状はその種類によって様々であるため、評価する皮膜１４の形状が曲面形状の場合もあり得る。これに対し、前記試験治具１１の端面は平坦であるため、この試験治具１１を曲面形状の皮膜１４の面と接着させる場合においては、両者の間に隙間が生じる。このため、接着剤１５を充填し、乾燥させている間に試験治具１１が皮膜１４の面のいずれかの方向に傾き、全面接着ができない場合が生じる。また、試験治具１１と皮膜１４との間に接着剤１５を充填すると、接着剤１５の層の厚みが不均一になるため、収縮率の違いにより、接着剤１５の層の中に部分的な空隙が発生する。
したがって、上記方法では、皮膜の試験治具との接着面の形状が曲面形状の場合には、試験治具１１と皮膜との接着力が低下し、皮膜１４と接着剤１５の層との間で剥離してしまうため、実際の部材における皮膜の正確な密着強度が評価できなかった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、評価する皮膜の形状が曲面形状の場合であっても、実際の部材における皮膜の正確な密着強度を測定できる皮膜の密着強度評価方法及び強度評価装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る皮膜の密着強度評価方法の特徴手段は、試験片の位置を保持し、当該試験片の表面を被覆する皮膜に接着させた試験治具を前記試験片に対して反対方向に引張って、前記試験片に対する前記皮膜の密着強度を測定する密着強度評価方法であって、
前記皮膜の接着面が曲面形状の場合に、前記試験治具の接着面の形状を前記皮膜の接着面の曲面形状に沿った曲面形状に形成する点にある。
【００１０】
つまり、この手段によれば、試験治具の接着面の形状は皮膜の接着面の形状に対応しているため、試験治具と皮膜とを接着させる際に試験治具が皮膜の接着面に対して傾くことがなく、全面接着させることができる。また、試験治具と皮膜との間の接着剤の層の厚みを均一にすることができるため、接着剤の層の中に収縮率の違いによる部分的な空隙が発生することを防ぐことができる。このため、高い接着強度を得ることができる。
したがって、皮膜の接着面が曲面形状の場合であっても密着強度を測定することができるため、実際の部材における皮膜の正確な密着強度を評価することができる。
なお、本発明において、皮膜の接着面の曲面形状に沿った曲面形状とは、試験治具と皮膜とを接着させた時に、皮膜の接着面との間隔が略一定となる形状を示すものであり、厳密な形状の同一性は必要としない。
【００１１】
本発明に係る強度評価装置の第１特徴構成は、試験片の位置を保持する保持部と、前記試験片の表面を被覆する皮膜に接着させる試験治具とを有し、前記試験片を保持しつつ、前記試験治具を前記試験片に対して反対方向に引張って、前記部材に対する前記皮膜の密着強度を測定する強度評価装置であって、
前記皮膜の接着面が曲面形状の場合に、前記試験治具の接着面の形状が前記皮膜の接着面の曲面形状に沿った曲面形状に形成してある点にある。
【００１２】
つまり、この構成によれば、皮膜の接着面の形状に対応した接着面の形状を有する試験治具を用いるため、試験治具の接着面の全面を皮膜と接着させることができる。また、皮膜と均一な厚みの接着剤の層を形成させることができるため、接着剤の層の中の空隙の発生を防止し、接着強度を高くすることができる。
したがって、皮膜の接着面が曲面形状の場合であっても実際の部材における皮膜の正確な密着強度を評価することが可能な強度評価装置を提供することができる。
【００１３】
本発明に係る強度評価装置の第２特徴構成は、前記保持部は、前記試験片の前記試験治具の引張方向への移動を係止する係止部を備える点にある。
【００１４】
つまり、この構成によれば、複雑な形状の試験片であっても、皮膜の密着強度を評価する際に試験片の位置を確実に保持することができるため、様々な形状を有する部材における皮膜の正確な密着強度を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る強度評価装置は、図１に示すように試験片３に対する皮膜４の密着強度を評価するものであり、試験治具１と保持部２とを備えて構成される。試験治具１、保持部２は、それぞれ引張試験機（図示せず）の上部チャック、下部チャックと連結して使用される。引張試験機は、ＪＩＳ  Ｂ  ７７２１に準じた従来公知のものが適用可能である。
そして、保持部２によって試験片３の位置を保持しつつ、皮膜４と接着させた試験治具１を試験片３に対して反対方向に引張ることによって、引張破断荷重が求められ、密着強度を評価することができる。
【００１６】
試験治具１は、径２５〜４０ｍｍ、長さ４０ｍｍ程度の樹脂製の円柱形状を有しており、一方の端には引張試験機の上部チャックと連結するための従来公知の連結部(図示せず)が設けられている。そして、他方の端面は、図１（ｂ）に示すように皮膜４の形状に沿った形状となるように形成されている。これにより、皮膜４の接着面の形状がどのような形状であっても、試験治具１の接着面の全面を皮膜４と接着させることがきる。そして、試験治具１と皮膜４との間に均一な厚みの接着剤５の層を形成させることができるため、接着剤５の層の中の空隙の発生を防止して、接着強度を高くすることができる。このため、試験治具１を引っ張ることによって、皮膜４に均等に引張荷重を掛けることが可能となり、試験片３に対する皮膜４の正確な密着強度を評価することができる。もちろん、試験治具１は円柱形状に限らず、直方体形状等任意の形状が適用できる。
【００１７】
保持部２は、上述の通り、皮膜４と接着させた試験治具１を引張る際に、試験片３の位置を保持するためのもので、図１（ａ）に示すように、試験片３が引張方向へ移動しないように、試験片３を係止する２つの係止部６を備えて構成される。これにより、試験片３の形状に関わらず、試験治具１を上方へ引張った際にも、試験片３を係止して位置を保持することができる。
【００１８】
また、保持部２の下部には、引張試験機の下部チャックと連結するための従来公知の連結部（図示しない）が設けられている。そして、保持部２は従来のセラミック溶射皮膜試験方法で使用する試験治具と同様な金属製のものであり、２つの係止部６の間は、試験治具が通過可能なように、３０〜５０ｍｍ程度の間隔が設けられている。
なお、保持部２は、試験片３の位置を保持することができれば、必ずしも係止部６を設ける必要はなく、例えば試験片３を複数方向から挟んで保持する把持部を設けることもできる。また、保持部２は金属製のものに限らず、樹脂製のものであっても適用可能である。
【００１９】
以上のように構成された本実施形態の強度評価装置により、皮膜の密着強度を評価する方法の一例は、次の通りである。すなわち、端面が皮膜４の形状に沿った形状となるように試験治具１を作製し、試験治具１と皮膜４とを接着剤５により接着面全体が均一な厚みの接着剤５の層となるように接着させる。そして、試験片３の位置を保持しつつ、試験治具１を試験片３に対して反対方向に引張って、引張破断荷重を求める。これにより、皮膜４の接着面が曲面形状の場合であっても密着強度を測定することができるため、実際の部材における皮膜４の正確な密着強度を評価することができる。
【００２０】
試験治具１は、成型加工、切削加工等の任意の方法によって作製することができる。例えば、試験治具１の他方の端面は、石膏やシリコン樹脂等で皮膜４の形状を模ったものを用いて、成型加工することによって皮膜４の形状に沿った形状となるように作製することが可能である。この方法によれば、評価する部材毎に、皮膜４の形状に対応した試験治具１をその都度容易に作製することがきる。
なお、試験治具１の材料は、成型加工できるものであれば、特に限定されないが、例えば、繊維強化プラスチックや無発泡ポリウレタン樹脂等の機械的強度が高い有機系材料が適用できる。また、より強度が高い試験治具１が必要な場合は、従来公知のロストワックス法によって金属製のものを作製することも可能である。
【００２１】
試験治具１と皮膜４とを接着させる接着剤５は、両者を接着させることができれば、特に限定はされないが、例えば、エポキシ系樹脂を主成分とする接着剤５が好ましく適用できる。この接着剤５を用いた場合は、塗布後、４０℃の雰囲気下で３時間放置し、さらに室温で２４時間放置することによって、試験治具１と皮膜４との接着面の間に良好な接着強度を有する接着剤５の層を形成することができる。そして、試験治具１の接着面の形状は皮膜４の接着面の形状に沿った形状となっているため、上述の通り接着時間が長くても試験治具１が皮膜４に対して傾くことを防止でき、接着面の全面を接着させることができる。
【００２２】
試験治具１は、皮膜４と接着させた後、引張試験機の上部チャックに取り付ける。上部チャックの位置は、予め下部チャックに取り付けられている保持部２の２つの係止部６の間に試験治具１が位置するように調節する。そして、下部チャックを固定した状態で上部チャックを上方へ移動させると、試験片３が２つの係止部６に係止され、位置を保持することができる。さらにその状態で、上部チャックを介して試験治具１を一定の荷重速度又は引張速度で上方へ引張ることによって皮膜４に均一な引張荷重が掛けられ、皮膜４の引張破断荷重を測定することができる。なお、荷重速度や引張速度等の詳細な測定条件や引張破断荷重からの密着強度評価方法等については、従来公知のＪＩＳ  Ｈ  ８６６６に準じて行うことができる。
【００２３】
本発明に係る皮膜の密着強度評価方法及び強度評価装置は、実際の部材そのものでも、その部材から切り出したものでも、特に制限はなく、良好に測定することができる。また、試験片の大きさは、試験治具１及び保持部２の設定によって任意に選択可能であるが、上述の本実施形態の場合では、幅４０〜１００ｍｍ、長さ４０〜１００ｍｍ程度のものの評価が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明に係る皮膜の密着強度評価方法及び強度評価装置は、セラミックスのサーマルバリアコーティングによる皮膜だけでなく、様々な皮膜の密着強度評価に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る皮膜の密着強度評価方法及び強度測定装置を説明する図
【図２】従来の皮膜の密着強度評価方法を説明する図
【符号の説明】
【００２６】
１  試験治具
２  保持部
３  試験片
４  皮膜
５  接着剤
６  係止部
【図１】
2005274423.tif 000003
【図２】
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