(57)【要約】【課題】表面に形成された皮膜におけるき裂や剥離の発生を抑制し、耐壊食性に優れた、水力機械用構成部材、水力機械用構成部材の製造方法および水力機械を提供する。【解決手段】実施形態の水力機械用構成部材４０は、土砂を含む河川水が流動する水力機械を構成する。この水力機械用構成部材４０の河川水に接触する少なくとも一部の表面には、高速フレーム溶射により、タングステン炭化物と、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金とを含む硬質皮膜層４２が形成されている。この硬質皮膜層４２の破壊時のひずみである破壊ひずみは０．３〜０．７％であり、硬質皮膜層４２のビッカース硬さＨＶ０．５が８００以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土砂を含む河川水が流動する水力機械を構成する水力機械用構成部材において、
前記河川水に接触する少なくとも一部の表面に、高速フレーム溶射または超高速フレーム溶射により形成された、タングステン炭化物と、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金とを含む硬質皮膜層を備え、
前記硬質皮膜層の破壊時におけるひずみである破壊ひずみが０．３〜０．７％であり、前記硬質皮膜層のビッカース硬さＨＶ０．５が８００以上であることを特徴とする水力機械用構成部材。
【請求項２】
前記硬質皮膜層の気孔率が１％以下であることを特徴とする請求項１記載の水力機械用構成部材。
【請求項３】
前記硬質皮膜層がＮｉＣｒ合金を含む場合、ＮｉＣｒ合金の含有率が２０〜６５質量％であり、前記硬質皮膜層がＮｉＣｏＣｒ合金を含む場合、ＮｉＣｏＣｒ合金の含有率が４０〜７５質量％であることを特徴とする請求項１または２記載の水力機械用構成部材。
【請求項４】
前記硬質皮膜層の厚さが０．２５〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の水力機械用構成部材。
【請求項５】
前記硬質皮膜層に作用する残留応力が圧縮応力またはゼロであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の水力機械用構成部材。
【請求項６】
前記高速フレーム溶射または前記超高速フレーム溶射において使用される、タングステン炭化物と、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金とを含む粉末粒子の粒径が１５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の水力機械用構成部材。
【請求項７】
前記高速フレーム溶射または前記超高速フレーム溶射を行う際の溶射ガンの燃焼室の圧力が０．５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の水力機械用構成部材。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載の水力機械用構成部材を備えたことを特徴とする水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水力機械用構成部材、この水力機械用構成部材の製造方法およびこの水力機械用構成部材を備えた水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、既設水力発電所の長寿命化が課題であり、特に、現地での補修費用を低く抑えながらも機器の長寿命化を図ることが重要な課題となっている。
【０００３】
水力機械である、例えばフランシス形ポンプ水車において、発電方向の運転の場合、ケーシングに導水された、土砂を含む高速の河川水は、ステーベーン、ガイドベーンを通じてランナに向かって流れ、エネルギ授受を行ったのち、吸出し管へ流出される。一方、揚水運転の場合、土砂を含む高速の河川水は、吸出し管からランナによって揚水され、ガイドベーン、ステーベーンを通じてケーシングへ流出される。
【０００４】
高速の河川水がステーベーンに流入した場合、渦巻き状のケーシングの内側にステーベーンが配置されているために、河川水は、高速でステーベーンに衝突する。これによって、ステーベーンの出口先端では、キャビテーションが発生し、減肉損傷が生じる。また、ケーシング、ステーベーン、ガイドベーンなどの流路を構成する構成部材は、河川水により腐食されたり、土砂を含む噴流によって摩耗損傷したりする。そのため、水力機械の流路面の耐食性や耐摩耗性の向上を図るため、種々の対策が検討されている
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】松縄朗、レーザによる表面改質、レーザ研究第１６巻第８号、ｐ４６６〜４７５、１９８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の、例えばフランシス形ポンプ水車などにおけるステーベーンは、上方および下方に備えられたステーリングによって支持されている。このステーベーンには、水車運転起動時や、土砂を含む高速の河川水が流れる際、大きな圧力が作用し、引張応力や曲げ応力が生じる。これによって、ひずみが発生し、ステーベーンが変形することがある。
【０００７】
このようなステーベーンなどの水力機械用構成部材に発生する変形やひずみによって、水力機械用構成部材の表面に形成された、耐食性や耐摩耗性を図るための皮膜には、き裂や剥離が生じる。このき裂や剥離によって、水力機械用構成部材の基材が露出され、腐食やキャビテーションによる損傷が加速される。
【０００８】
従来における水力機械用構成部材に形成された、耐食性や耐摩耗性を図るための皮膜では、上記した水力機械用構成部材に発生する変形やひずみによって生じる、き裂や剥離の発生を抑制する十分な効果を得ることはできなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、表面に形成された皮膜におけるき裂や剥離の発生を抑制し、耐壊食性に優れた、水力機械用構成部材、水力機械用構成部材の製造方法および水力機械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】
【００１０】
本発明の実施形態の水力機械用構成部材は、土砂を含む河川水が流動する水力機械を構成するものである。この水力機械用構成部材の、河川水に接触する少なくとも一部の表面には、高速フレーム溶射または超高速フレーム溶射により、タングステン炭化物と、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金とを含む硬質皮膜層が形成されている。この硬質皮膜層の破壊時におけるひずみである破壊ひずみは０．３〜０．７％であり、硬質皮膜層のビッカース硬さＨＶ０．５が８００以上である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る一実施の形態の水力機械用構成部材を備えた水車の一部を子午断面で示した図である。
【図２】本発明に係る一実施の形態の水力機械用構成部材の断面を示す図である。
【図３】本発明に係る一実施の形態に係る高速フレーム溶射において使用される粉末粒子の断面形状を模式的に示した図である。
【図４】破壊ひずみおよびビッカース硬さの測定結果を示す図である。
【図５】本発明に係る一実施の形態の硬質皮膜層の断面の様子を示す図である。
【図６】耐壊食性の評価試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る一実施の形態の水力機械用構成部材を備えた水車１０の一部を子午断面で示した図である。なお、ここでは、水力機械である水車１０としてフランシス形ポンプ水車を例示して説明する。
【００１４】
図１に示すように、図示しない上池から導水する鉄管に接続されたケーシング２０の内周部には、上ステーリング２１と下ステーリング２２が設けられている。上ステーリング２１と下ステーリング２２との間には、周状に翼列をなすように複数のステーベーン２３が配設されている。ステーベーン２３の内周側には、上カバー２４と下カバー２５との間の流路に挟持され、周状に翼列をなすように複数のガイドベーン２６が配設されている。このガイドベーン２６は、流量を調節する機能を備えている。
【００１５】
また、主軸２７の下端部には、水の圧力を受けて回転するランナ２８が取付けられている。このランナ２８の下方には、ランナ２８からの水流を図示しない下池に導く吸出し管２９が設けられている。
【００１６】
なお、上記したケーシング２０、上ステーリング２１、下ステーリング２２の周囲は、コンクリートなどによって覆われている。
【００１７】
上記した水車１０では、発電方向の運転の場合、ケーシング２０に導水された、土砂を含む高速の河川水は、ステーベーン２３、ガイドベーン２６を通り、ランナ２８に導入され、ランナ２８を回転させたのち、吸出し管２９へ導出される。
【００１８】
一方、揚水運転の場合、土砂を含む高速の河川水は、吸出し管２９を介してランナ２８によって揚水され、ガイドベーン２６、ステーベーン２３を通りケーシング２０内に導出される。
【００１９】
ここで、ケーシング２０からランナ２８へ流れる、もしくはランナ２８からケーシング２０へ流れる河川水の速度は、ステーベーン２３の形状や配置構成、上ステーリング２１と下ステーリング２２とを備えて形成される流路の流路断面積などによって調整される。
【００２０】
次に、本発明に係る一実施の形態の水力機械用構成部材について説明する。
【００２１】
この水力機械用構成部材で構成される部位として、例えば、土砂を含む高速の河川水に接する、ステーベーン２３、ガイドベーン２６、ランナ２８などが例示される。なお、これら以外にも土砂を含む高速の河川水に接する構成部位であれば水力機械用構成部材で構成されることが好ましい。
【００２２】
図２は、本発明に係る一実施の形態の水力機械用構成部材４０の断面を示す図である。水力機械用構成部材４０は、基材部４１と、この基材部４１の表面に形成された硬質皮膜層４２とを備えている。
【００２３】
基材部４１は、ステーベーン２３、ガイドベーン２６、ランナ２８などを構成する基材であり、例えば、炭素鋼、溶接構造用炭素鋼、機械構造用炭素鋼・合金鋼、ステンレス鋼鋳鋼などで構成される。
【００２４】
硬質皮膜層４２は、タングステン炭化物と、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金を有する材料で構成されている。タングステン炭化物として、ＷＣ（タングステンカーバイド）などを用いることができる。また、硬質皮膜層４２の破壊時におけるひずみである破壊ひずみは、０．３〜０．７％であることが好ましい。また、硬質皮膜層４２のビッカース硬さＨＶ０．５は８００以上であることが好ましい。なお、破壊ひずみは、破壊に至ったときの変形長さ（破壊に至ったときの長さから力を負荷する前の長さを減じたもの）を力を負荷する前の長さで除して、百分率で示したものである。
【００２５】
ここで、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金の含有率が増加すると延性が増加し、破壊ひずみが増加する。一方、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金の含有率が増加すると、硬質皮膜層４２の硬さが低下する。そのため、河川水に含まれる土砂による摩耗損傷を抑制できるビッカース硬さＨＶ０．５を８００とし、これ以上のビッカース硬さを得るために破壊ひずみを０．７％以下とした。また、通常、水車１０を構成する水力機械用構成部材の破壊ひずみは０．２５％以上であることが好ましいため、硬質皮膜層４２の破壊ひずみを０．３％以上とした。特に、上ステーリング２１と下ステーリング２２との間に支持されたステーベーン２３などは、ひずみが発生しやすく、破壊ひずみ値は大きい方が好ましい。そこで、破壊ひずみを０．５〜０．７％とすることがさらに好ましい。
【００２６】
硬質皮膜層４２がＮｉＣｒ合金を含む場合、ＮｉＣｒ合金の含有率を２０〜６５質量％とすることが好ましい。また、硬質皮膜層４２がＮｉＣｏＣｒ合金を含む場合、ＮｉＣｏＣｒ合金の含有率を４０〜７５質量％とすることが好ましい。これらの含有率とすることで、上記した破壊ひずみおよび硬質皮膜層４２の硬さを実現することができる。また、破壊ひずみを０．５〜０．７％とする際には、ＮｉＣｒ合金の含有率を５０質量％よりも大きく、６５質量％以下とし、ＮｉＣｏＣｒ合金の含有率を６０〜７５質量％とすることが好ましい。
【００２７】
上記した破壊ひずみは、例えば三点曲げ試験（ＪＩＳ Ｚ ２２０４）などによって測定される。また、上記した硬質皮膜層４２の硬さは、ビッカース硬度試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４４）などによって測定される。
【００２８】
硬質皮膜層４２の厚さは、０．２５〜１ｍｍであることが好ましい。この厚さの範囲が好ましいのは、厚さが０．２５ｍｍよりも薄いと、耐摩耗性、耐キャビテーション性の寿命が短く、厚さが１ｍｍよりも厚いと、皮膜はく離が発生し易いからである。
【００２９】
また、硬質皮膜層４２の気孔率は、１％以下であることが好ましい。硬質皮膜層４２の気孔率が１％を超えると、緻密で、基材部４１への密着性に優れ、かつ耐壊食性に優れた皮膜が得られないからである。
【００３０】
ここで、気孔率は、例えば、硬質皮膜層４２の断面の画像を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡などにより撮影し、２値化の画像処理によって測定される。なお、ここでいう気孔率は、硬質皮膜層４２の断面の画像によって得られるものであり、硬質皮膜層４２の断面面積に対する、その硬質皮膜層４２の断面の気孔の面積の割合（気孔の面積を硬質皮膜層４２の断面面積で除したもの）を百分率で示したものである。
【００３１】
また、硬質皮膜層４２に作用する残留応力は、圧縮応力またはゼロであることが好ましい。硬質皮膜層４２に作用する残留応力は、皮膜の割れ、剥離に関して重要な因子であり、残留応力を圧縮応力またはゼロにすることで、き裂の発生を抑制できるとともに、硬質皮膜層４２に発生したき裂の進展を抑制することができる。なお、残留応力は、例えば、Ｘ線応力測定などによって求められる。
【００３２】
ここで、上記した水力機械用構成部材４０には、既に使用されている水力機械用構成部材（基材部）の表面に硬質皮膜層４２を形成したもの、および表面にすでに硬質皮膜層４２が形成された水力機械用構成部材を含む。
【００３３】
次に、硬質皮膜層４２の形成方法について説明する。
【００３４】
図３は、本発明に係る一実施の形態に係る高速フレーム溶射において使用される粉末粒子５０の断面形状を模式的に示した図である。
【００３５】
硬質皮膜層４２は、硬質皮膜層４２を形成する材料からなる粉末粒子を基材部４１の表面に高速フレーム溶射ＨＶＯＦ（超高速フレーム溶射ＨＰ／ＨＶＯＦを含む）することで形成される。
【００３６】
図３に示すように、粉末粒子５０は、タングステン炭化物からなる粒子５１の周囲にＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金からなる粒子５２が付着したものが、複数付着して構成されている。この粉末粒子５０の粒径は、１５〜５０μｍであることが好ましい。また、タングステン炭化物からなる粒子５１の粒径は、０．４〜０．７μｍであることが好ましい。なお、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金からなる粒子５２の粒径は、タングステン炭化物からなる粒子５１の粒径よりも小さな粒径である。
【００３７】
ここで、粒子５１の粒径を０．４〜０．７μｍとし、粉末粒子５０の粒径を１５〜５０μｍとすることで、硬質皮膜層４２中に、タングステン炭化物からなる微細な粒子を均一に分散することができるため、高硬度となり耐壊食性および耐摩耗性に優れ、かつ延性に優れた皮膜が得られる。さらに、粉末粒子５０の粒径を１５〜５０μｍとすることで、高速フレーム溶射の際、溶射ガンのバレル（円筒ノズル）に溶射された粉末粒子が付着することを抑制できる。これによって、上記した気孔率が得られ、緻密で、基材部４１への密着性に優れた皮膜が得られる。
【００３８】
なお、粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−２０００Ａ（島津製作所製）等により測定される。
【００３９】
粉末粒子５０は、例えば、造粒粉砕、造粒焼結、スプレードライ、焼結粉砕、電融粉砕のいずれか一種またはいずれかを複合した方法によって作製される。造粒粉砕においては、ミキサーに粉末粒子成分と水とアルコールとを注入して混合攪拌し、乾燥後、専用の粉砕機で粉砕することで粉末粒子５０が作製される。造粒焼結においては、ミキサーに粉末粒子成分と水とアルコールとを注入して混合攪拌し、乾燥後、高温で熱処理することで粉末粒子５０が作製される。スプレードライにおいては、ミキサーに粉末粒子成分と水とアルコールとを注入して混合攪拌し、混合液体をドライヤー中にスプレーすることで粉末粒子５０が作製される。焼結粉砕においては、ミキサーに粉末粒子成分と水とアルコールとを注入して混合攪拌し、乾燥後、高温で熱処理して、専用の粉砕機で粉砕することで粉末粒子５０が作製される。電融粉砕においては、粉末粒子成分を専用の電気炉で溶解し、固化した後、専用の粉砕機で粉砕することで粉末粒子５０が作製される。
【００４０】
これらの作製方法によって、タングステン炭化物からなる粒子５１の周囲に、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金からなる粒子５２を付着させ、さらに、粒子５２が付着した粒子５１どうしを付着させて、上記した粒径の粉末粒子５０が作製される。
【００４１】
このように作製された粉末粒子５０は、溶射ガンに供給され、バレルを通って超音速流となった燃焼ガス流に運ばれて加速され、基材部４１の表面に衝突する。これによって、酸化や組成変化などを生じずに、基材部４１の表面に硬質皮膜層４２が形成される。
【００４２】
ここで、高速フレーム溶射を行う際の溶射ガンの燃焼室の圧力は、０．５ＭＰａ以上であることが好ましい。溶射ガンの燃焼室の圧力を０．５ＭＰａ以上とすることで、硬質皮膜層４２に作用する残留応力を圧縮応力またはゼロとすることができるからである。具体的には、例えば、溶射ガンの燃焼室の圧力を０．５ＭＰａ以上、燃焼温度を２７００℃以上とし、粉末粒子５０を音速の２倍以上の速度で基材部４１の表面に衝突させて溶射することが好ましい。この際、燃料として灯油、酸化剤として酸素を用い、高圧作動型内燃燃焼方式の溶射ガンを用いて溶射することが好ましい。
【００４３】
上記したように、本発明に係る一実施の形態の水力機械用構成部材、およびこの水力機械用構成部材を備えた水力機械によれば、水力機械用構成部材の変形、ひずみに対して十分な延性を有するため、硬質皮膜層４２におけるき裂やはく離の発生を抑制できるとともに、硬質皮膜層４２中の粒子間結合力が強いため耐壊食性に優れている。また、硬質皮膜層４２のビッカース硬さＨＶ０．５が８００以上であるため、土砂を含む高速の河川水に接する構成部位においても、損傷寿命を延命することができる。
【００４４】
次に、本発明に係る実施例について説明する。
【００４５】
（ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金の含有率の影響）
ここでは、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金の含有率が、硬質皮膜層４２の、破壊ひずみおよびビッカース硬さに及ぼす影響について説明する。
【００４６】
ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｏＣｒ合金の含有率を変化させたときの、硬質皮膜層４２の、破壊ひずみおよびビッカース硬さ（ＨＶ０．５）を測定した。タングステン炭化物として、ＷＣ（タングステンカーバイド）を使用した。また、溶射ガンに供給される粉末粒子５０の仕様は、前述した範囲とし、ＮｉＣｒ合金を使用する場合のＮｉとＣｒの質量比を７５：２５（Ｎｉ：Ｃｒ）とし、ＮｉＣｏＣｒ合金を使用する場合のＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒの質量比を６５：１０：２５（Ｎｉ：Ｃｏ：Ｃｒ）とした。
【００４７】
高速フレーム溶射装置としてＴＡＦＡ社製ＪＰ−５０００を用い、酸素圧力を０．８８〜１．０３ＭＰａ、酸素供給量を５．２４〜５．５ｍ３／時間、燃料圧力を０．６８〜０．８３ＭＰａ、燃料（灯油）供給量が０．１１３〜０．１４ｍ３／時間、燃焼圧力（溶射ガンの燃焼室の圧力）が０．５３〜０．６８ＭＰａ、溶射距離が３５０〜３８０ｍｍ、粉末供給量が７０〜１１０ｇ／分の条件で、長さが１５０ｍｍ、幅が２５ｍｍ、厚さが１．５ｍｍの炭素鋼材料の試験片の一方の表面に硬質皮膜層を形成した。硬質皮膜層の厚さを０．２５ｍｍとした。
【００４８】
形成された硬質皮膜層の中央にゲージレングス５ｍｍのストレンゲージを貼付して、三点曲げ試験（ＪＩＳ Ｚ ２２０４）を行い、破壊ひずみを測定した。また、形成された硬質皮膜層についてビッカース硬度試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４４）を行い、ビッカース硬さ（ＨＶ０．５）を測定した。図４は、破壊ひずみおよびビッカース硬さの測定結果を示す図である。
【００４９】
図４に示すように、ＮｉＣｒ合金を使用する場合、ＮｉＣｒ合金の含有率が２０〜６５質量％の範囲で、破壊ひずみが０．３％以上、およびビッカース硬さＨＶ０．５が８００以上となっており、硬質で延性に優れた硬質皮膜層であることがわかる。
【００５０】
また、ＮｉＣｏＣｒ合金を使用する場合、ＮｉＣｏＣｒ合金の含有率が４０〜７５質量％の範囲で、破壊ひずみが０．３％以上、およびビッカース硬さＨＶ０．５が８００以上となっており、硬質で延性に優れた硬質皮膜層であることがわかる。
【００５１】
また、ＮｉＣｒ合金の含有率が５０質量％よりも大きく、６５質量％以下の範囲、およびＮｉＣｏＣｒ合金の含有率が６０〜７５質量％の範囲で、破壊ひずみが０．５〜０．７％となっており、ビッカース硬さＨＶ０．５が８００以上を維持しつつ、より延性に優れていることがわかる。
【００５２】
また、破壊ひずみが０．３〜０．７％の範囲の試料について、硬質皮膜層に作用する残留応力をＸ線応力測定（Ｘ線応力測定標準、社団法人日本材料学会Ｘ線材料強度部門委員会発行）によって測定したところ、残留応力は、いずれも圧縮応力またはゼロであった。
【００５３】
また、上記した試験片のうち、ＮｉＣｏＣｒ合金の含有率が６０質量％の硬質皮膜層の断面の観察を行った。断面の観察は、走査型電子顕微鏡により行った。図５は、本発明に係る一実施の形態の硬質皮膜層の断面の様子を示す図である。図５に示すように、硬質皮膜層中には、微細なＷＣ粒子６０が均一に分散していることがわかる。
【００５４】
また、破壊ひずみが０．３〜０．７％の範囲の試料について、気孔率を測定したところ、気孔率は、いずれの試料においても１％以下であった。
【００５５】
（粉末粒子５０の粒径の影響）
ここでは、溶射ガンに供給される粉末粒子５０の粒径を変化させたときに、溶射ガンのバレル（円筒ノズル）に溶射された粉末粒子が付着するか否かを調べた。
【００５６】
高速フレーム溶射装置における各条件は上記した条件と同じである。粉末粒子５０として、上記した粉末粒子５０において、ＮｉＣｒ合金を６０質量％含有したものを使用し、粉末粒子５０の粒径を変化させた。表１には、粉末粒子の付着の有無を調べた結果を示している。なお、粉末粒子の付着の有無は、目視により判定し、表１において、付着があった場合には、「有り」と示し、判定を「×」とし、付着がなかった場合には、「無し」と示し、判定を「○」とした。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１に示すように、粉末粒子５０の粒径が１５〜５０μｍのときには、溶射ガンのバレル内部における粉末粒子の付着は無かった。
【００５９】
（耐壊食性の評価）
ここでは、耐壊食性（耐キャビテーション性）を評価した。高速フレーム溶射装置における各条件は上記した条件と同じである。粉末粒子５０として、上記した粉末粒子５０において、ＮｉＣｒ合金を６０質量％含有し、粉末粒子５０の粒径が１５〜５０μｍのものを使用した。上記と同様に、長さが１５０ｍｍ、幅が２５ｍｍ、厚さが１．５ｍｍの炭素鋼材料の試験片の一方の表面に、厚さが１ｍｍの硬質皮膜層を形成した。
【００６０】
また、比較のため、試験片の一方の表面に、同様の高速フレーム溶射装置にて、タングステンカーバイドマトリックス中に、ＣｏＣｒ合金を１４％含有し、粉末粒子の粒径が１５〜５０μｍのものを使用したものによって厚さが１ｍｍの従来の硬質皮膜層を形成したものについても耐壊食性の評価を行った。さらに、試験片の一方の表面に硬質皮膜層を形成しないものについても耐壊食性の評価を行った。
【００６１】
耐壊食性は、ＪＩＳ Ｒ １６４６に準ずるセラミックスのキャビテーション・エロージョン試験の結果に基づいて評価した。本キャビテーション・エロージョン試験において、振動ホーン先端に試験片（硬質皮膜層）を取り付け、室温の下、水道水中において、振動ホーン先端を、振動周波数１８ｋＨｚ、振幅４０μｍ（全振幅ｐ−ｐ）で振動させた。
【００６２】
図６は、耐壊食性の評価試験の結果を示す図である。図６の縦軸は、キャビテーション壊食量を示しており、この値が小さいほど耐壊食性に優れている。
【００６３】
図６に示すように、本実施形態に係る硬質皮膜層を備えた試験片においては、硬質皮膜層を備えない試験片に比べて、キャビテーション壊食量が１／５程度であることがわかった。また、本実施の形態に係る硬質皮膜層を備えた試験片においては、従来の硬質皮膜層を備えた試験片に比べて、キャビテーション壊食量が１／２程度であることがわかった。これらの結果から、本実施形態に係る硬質皮膜層を備えた試験片は、耐壊食性に優れていることが明らかとなった。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６５】
１０…水車、２０…ケーシング、２１…上ステーリング、２２…下ステーリング、２３…ステーベーン、２４…上カバー、２５…下カバー、２６…ガイドベーン、２７…主軸、２８…ランナ、２９…吸出し管、４０…水力機械用構成部材、４１…基材部、４２…硬質皮膜層、５０…粉末粒子、５１、５２…粒子、６０…ＷＣ粒子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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