CN105492507A - 耐磨蚀性材料以及涡轮叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐磨蚀性材料，其具有连续部和不连续部。连续部具有连续的构造。不连续部被配置为在连续部的内部成为不连续构造。该不连续部由平均粒径为1μm以下的粒子构成。另外，该不连续部由表面硬度以及杨氏模量比连续部高的材料构成。

Description

耐磨蚀性材料以及涡轮叶片

技术领域

本发明的实施方式涉及耐磨蚀性(erosionresistant)材料以及涡轮叶片。

背景技术

以前，金属材料被用于由固体或者液体构成的粒子以高速发生碰撞的环境下。另一方面，在飞机、汽车、铁道等输送用设备中，为了以节能化为目的的轻量化，一般使用通过碳纤维、玻璃纤维等来强化了的纤维强化塑料。

关于纤维强化塑料，实现轻量化是可能的。但是，在由固体或者液体构成的粒子以高速发生碰撞时，纤维或者塑料容易受到侵蚀而使特性降低。于是，人们提出了在受到侵蚀的表面配置金属材料、陶瓷材料等强化材料的方法(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-169844号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在为将强化材料配置于表面的方法的情况下，将牺牲轻量化。另外，一旦表面的强化材料被侵蚀，特性的降低就容易发展。本发明的实施方式是为解决上述的课题而完成的，其目的在于提供一种轻量且耐磨蚀性良好的材料。

用于解决课题的手段

第1实施方式的耐磨蚀性材料具有连续部和不连续部。连续部具有连续的构造。不连续部被配置为在连续部的内部成为不连续构造。该不连续部由平均粒径为1μm以下的粒子构成。另外，该不连续部由表面硬度以及杨氏模量比连续部高的材料构成。

第2实施方式的耐磨蚀性材料具有连续部和不连续部。连续部具有连续的构造。不连续部被配置为在连续部的内部成为不连续构造。该不连续部由平均粒径为20μm以下的粒子构成。另外，该不连续部由表面硬度以及杨氏模量比连续部低的材料构成。

第3实施方式的耐磨蚀性材料具有树脂材料部。构成该树脂材料部的树脂材料具有亲水性基团。另外，构成该树脂材料部的树脂材料表面的水滴接触角在80度以下。

附图说明

图1是表示第1实施方式的耐磨蚀性材料的一个例子的剖视图。

图2是表示第1实施方式的耐磨蚀性材料的变形例的剖视图。

图3是表示第1实施方式的耐磨蚀性材料的其它变形例的剖视图。

图4是表示第2实施方式的耐磨蚀性材料的一个例子的剖视图。

图5是表示第3实施方式的耐磨蚀性材料的一个例子的剖视图。

图6是表示不连续部(氧化钨粒子)的含有比例和磨蚀量之间的关系的图。

图7是表示构成不连续部的粒子的形状和磨蚀量之间的关系的图。

图8是表示不连续部(橡胶粒子)的含有比例和磨蚀量之间的关系的图。

图9是表示表面的水滴接触角和磨蚀量之间的关系的图。

图10是表示不连续部的构成和磨蚀量之间的关系的图。

具体实施方式

下面参照附图，就耐磨蚀性材料的实施方式进行说明。

首先，就第1实施方式的耐磨蚀性材料进行说明。

图1是表示第1实施方式的耐磨蚀性材料的一个例子的剖视图。

此外，在图1中，一并图示了与耐磨蚀性材料10碰撞的碰撞粒子40。

第1实施方式的耐磨蚀性材料10具有连续部11和不连续部12。连续部11具有连续的构造，成为耐磨蚀性材料10的基体。在连续部11的内部配置有不连续部12。

不连续部12被配置为在连续部11的内部成为不连续构造。该不连续部12由平均粒径为1μm以下的粒子构成。另外，该不连续部12由表面硬度以及杨氏模量比连续部11高的材料构成。

在此，所谓不连续构造，意味着粒子彼此之间不会接触。但是，未必需要所有的粒子达到相互不接触的程度。例如，对于一部分粒子，也可以相互接触。在这样的不连续构造中，粒子被分散配置，该不连续构造通过使连续部11介于这些粒子间而形成。

根据本实施方式的耐磨蚀性材料10，通过具有上述的连续部11和不连续部12，使轻量化成为可能，而且使耐磨蚀性变得良好。

例如，在通常的树脂材料的情况下，表面硬度以及杨氏模量较低。在上述树脂材料的情况下，当碰撞粒子的入射角较大时，由于杨氏模量较低，因而碰撞粒子的冲击被吸收而使侵蚀受到抑制。但是，在碰撞粒子的入射角较小时，由于表面硬度较低，因而容易以刮擦的方式受到侵蚀。在此，所谓碰撞粒子的入射角较大的情况，意味着碰撞粒子以接近于垂直表面的角度入射的情况。另外，所谓碰撞粒子的入射角较小的情况，意味着碰撞粒子以刮擦表面的方式入射的情况。

与之相反，在为表面硬度以及杨氏模量较高的材料的情况下，当碰撞粒子的入射角较小时，由于表面硬度较高，因而可以抑制刮擦之类的侵蚀。但是，当碰撞粒子的入射角较大时，由于杨氏模量较高，因而冲击不会被充分吸收，所以容易受到侵蚀。

根据本实施方式的耐磨蚀性材料10，适当配置有由表面硬度以及杨氏模量相对较低的材料构成的连续部11、和由表面硬度以及杨氏模量相对较高的材料构成的不连续部12。由此，不取决于碰撞粒子40的入射角的大小而可以抑制侵蚀。

例如，在碰撞粒子40的入射角较小的情况下，碰撞粒子40以刮擦不连续部12的方式发生碰撞。在此，不连续部12由表面硬度以及杨氏模量相对较高的材料构成。由此，可以抑制刮擦之类的侵蚀。另一方面，在碰撞粒子40的入射角较大的情况下，碰撞粒子40即使与不连续部12发生碰撞，施加在该不连续部12上的冲击也被连续部11所吸收。在此，连续部11由表面硬度以及杨氏模量相对较低的材料构成。由此，碰撞粒子40的入射角较小时的刮擦之类的侵蚀、以及碰撞粒子40的入射角较大时的因冲击产生的侵蚀双方受到抑制。也就是说，不取决于碰撞粒子40的入射角的大小而可以抑制侵蚀。

在此，吸收冲击的效果在构成不连续部12的粒子的粒径比碰撞粒子40充分小时变得显著。作为碰撞粒子40，可以列举出固体或者液体。作为碰撞粒子40的代表例，可以列举出平均粒径为200μm左右的水滴。在本实施方式的耐磨蚀性材料10中，通过使构成不连续部12的粒子的平均粒径充分地小，为1μm以下，就可以有效地抑制因冲击产生的侵蚀。构成不连续部12的粒子的平均粒径优选为500nm以下，更优选为300nm以下。平均粒径的下限值未必加以限制，但通常为1nm左右。

另外，吸收冲击的效果通过使构成不连续部12的粒子彼此之间不接触而获得。在本实施方式的耐磨蚀性材料10中，通过设计为使粒子彼此之间不接触的不连续构造，就可以有效地抑制因冲击产生的侵蚀。从理论上说，如果连续部11和不连续部12中的连续部11的以体积计的比例达到1/3以上，则构成不连续部12的粒子处于相互不接触的不连续状态。

另外，根据本实施方式的耐磨蚀性材料10，作为连续部11的构成材料，可以使用树脂材料。由此，可以谋求轻量化。

再者，根据本实施方式的耐磨蚀性材料10，作为一个整体具有连续部11和不连续部12。由此，即使碰撞粒子40发生碰撞而削去表面10a，也因具有同样构造的表面相继出现而使耐磨蚀性的降低受到抑制。

此外，平均粒径、表面硬度、杨氏模量可以采用如下的方法进行测定。平均粒径可以采用激光衍射法进行测定。表面硬度可以就由构成各部的材料构成的块状物品进行测定。在表面硬度的测定中，可以使用与材料相适应的硬度计。例如，对于如构成连续部11的材料那样柔软的材料，可以使用洛氏硬度计。对于如构成不连续部12的材料那样坚硬的材料，可以使用维氏硬度计。对于橡胶材料，可以使用橡胶硬度计(durometer)。杨氏模量可以使用拉伸试验机，利用JISG0567J中规定的试验片而进行测定。

构成连续部11的材料的表面硬度以洛氏硬度(M标尺)计优选为130以下，更优选为120以下，进一步优选为110以下，特别优选为100以下。构成连续部11的材料的表面硬度的下限值未必加以限制，但以洛氏硬度(M标尺)计，通常为60左右。

构成连续部11的材料的杨氏模量优选为20GPa以下，更优选为10GPa以下，进一步优选为5GPa以下。当杨氏模量在上述范围内时，在碰撞粒子40的作用下，施加给不连续部12的冲击被吸收而使耐磨蚀性变得良好。构成连续部11的材料的杨氏模量的下限值未必加以限制，但通常为100MPa左右。

作为构成连续部11的材料，优选为树脂材料。作为树脂材料，优选含有选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂以及聚酯酰亚胺树脂之中的至少1种。作为树脂材料，特别优选含有环氧树脂。此外，在树脂材料中，也可以根据需要含有固化剂、分散介质、流平剂、消泡剂、颜料等。

作为环氧树脂，例如可以列举出通过表氯醇与双酚类等多元酚类或多元醇的缩合而得到的环氧树脂。具体地说，可以列举出双酚A型环氧树脂、溴化双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚AF型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、芴型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂、三(羟基苯基)甲烷型环氧树脂等。另外，还可以列举出四苯酚基乙烷(tetraphenylolethane)型环氧树脂等缩水甘油醚型环氧树脂、通过表氯醇与羧酸的缩合而得到的缩水甘油酯型环氧树脂、以及通过三缩水甘油基异氰酸酯或表氯醇与乙内酰脲类的反应而得到的乙内酰脲型环氧树脂之类的杂环式环氧树脂等。

构成连续部11的树脂材料优选表面的水滴接触角为80度以下。在树脂材料表面的水滴接触角为80度以下的情况下，耐磨蚀性进一步变得良好。这样的水滴接触角例如通过使树脂材料具有亲水性基团而得到。作为亲水性基团，例如可以列举出羟基、氨基、羧基、磺基、酰胺基。这样的效果特别在碰撞粒子40为水滴时可以发挥出来。

亲水性基团往树脂材料中的导入例如通过将具有亲水性基团的树脂用作树脂材料的制造中使用的树脂来进行。作为具有亲水性基团的树脂，可以在分子内具有至少1个亲水性基团，但在分子内具有重复单元的情况下，优选在各个重复单元中具有至少1个亲水性基团。

在耐磨蚀性材料10中，碰撞粒子40发生碰撞的表面10a的水滴接触角进一步优选为80度以下。通过使表面10a的水滴接触角在80度以下，耐磨蚀性进一步变得良好。在此，表面10a为具有连续部11和不连续部12的表面。

构成不连续部12的材料的表面硬度以维氏硬度计，优选为700以上，更优选为1000以上。构成不连续部12的材料的表面硬度越高，越可以抑制碰撞粒子40的入射角较小时的刮擦之类的侵蚀。构成不连续部12的材料的表面硬度的上限值未必加以限制，但通常为2500左右。

构成不连续部12的材料的杨氏模量优选为50GPa以上，更优选为100GPa以上，进一步优选为300GPa以上。构成不连续部12的材料的杨氏模量的上限值未必加以限制，但通常为500GPa左右。

作为不连续部12的构成材料，优选的是金属材料、陶瓷材料或者它们的复合材料。作为金属材料，优选包含选自铁、铜、铝、钛以及钨之中的至少1种。作为陶瓷材料，优选包含选自氧化铝、氧化钛、氧化钨以及层状硅酸盐矿物之中的至少1种。

不连续部12的含有比例在连续部11和不连续部12的合计中，优选为1体积％以上。在不连续部12的含有比例为1体积％以上的情况下，可有效地抑制因入射角较小的碰撞粒子40引起的刮擦之类的侵蚀。不连续部12的含有比例从抑制刮擦之类的侵蚀的角度考虑，更优选为5体积％以上，进一步优选为10体积％以上，又进一步优选为15体积％以上，再进一步优选为20体积％以上，特别优选为25体积％以上。

另一方面，如果不连续部12的含有比例升高，则因入射角较小的碰撞粒子40引起的刮擦之类的侵蚀不再受到抑制，反而因入射角较大的碰撞粒子40的冲击而容易受到侵蚀。因此，不连续部12的含有比例在连续部11和不连续部12的合计中，优选为40体积％以下，更优选为35体积％以下，进一步优选为30体积％以下。

图2是表示耐磨蚀性材料10的变形例的剖视图。

耐磨蚀性材料10也可以含有纤维13。例如，在结构件的情况下，优选其自身具有充分的机械强度。因此，在将耐磨蚀性材料10用作结构件的情况下，为了确保机械强度，优选含有纤维13。纤维13例如以由织布或者无纺布构成的基材的状态含有。作为构成纤维13的材料，例如可以列举出玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维。纤维13的长度可以根据材料的大小等而进行适当的变更。

在含有纤维13的情况下，其含有比例可以根据所需要的机械强度等而进行适当的选择。通常，纤维13的含有比例在整个耐磨蚀性材料10中，优选为50体积％以上，更优选为60体积％以上，进一步优选为70体积％以上。另一方面，如果增加纤维13的含有比例，则连续部11和不连续部12的含有比例相对降低，从而耐磨蚀性降低。因此，纤维13的含有比例在整个耐磨蚀性材料10中，优选为99体积％以下，更优选为95体积％以下。

此外，耐磨蚀性材料10中含有的连续部11、不连续部12、纤维13各自以体积计的比例通过将耐磨蚀性材料10中含有的连续部11、不连续部12、纤维13各自的以质量计的比例除以各自的比重而求出。

图3是表示耐磨蚀性材料10的其它变形例的剖视图。

构成不连续部12的粒子未必局限于球状的粒子，也可以是平板状、柱状等平均纵横尺寸比高于1的粒子。在为平均纵横尺寸比高于1的粒子的情况下，连续部11和不连续部12之间的键合力得以提高，因而尤其可以抑制因碰撞粒子40的入射角较大时的冲击引起的侵蚀。

构成不连续部12的粒子的平均纵横尺寸比优选为5以上，更优选为10以上。此外，构成不连续部12的粒子的平均纵横尺寸比通过SEM以及TEM观察而求出。

接着，就第2实施方式的耐磨蚀性材料进行说明。

图4是表示第2实施方式的耐磨蚀性材料20的一个例子的剖视图。

第2实施方式的耐磨蚀性材料20除了使连续部21和不连续部22中的表面硬度和杨氏模量的大小关系发生逆转以外，具有与第1实施方式的耐磨蚀性材料10大致同样的构造。

也就是说，耐磨蚀性材料20具有连续部21和不连续部22。连续部21具有连续的构造，成为耐磨蚀性材料20的基体。不连续部22被配置为在连续部21的内部成为不连续构造。该不连续部22由平均粒径为20μm以下的粒子构成。另外，该不连续部22由表面硬度以及杨氏模量比连续部21低的材料构成。

这样一来，即使对于不连续部22由表面硬度以及杨氏模量比连续部21低的材料构成的情况，也与不连续部22由表面硬度以及杨氏模量比连续部21高的材料构成的情况同样，耐磨蚀性变得良好。

构成连续部21的材料的表面硬度以洛氏硬度(M标尺)计优选为80以上，更优选为90以上，进一步优选为100以上。构成连续部21的材料的表面硬度的上限值未必加以限制，但以洛氏硬度(M标尺)计，通常为130左右。

构成连续部21的材料的杨氏模量优选为1GPa以上，更优选为2GPa以上，进一步优选为3GPa以上，也可以为10GPa以上。构成连续部21的材料的杨氏模量的上限值未必加以限制，但通常为50GPa左右。

作为构成连续部21的材料，优选为树脂材料。作为树脂材料，优选含有选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂以及聚酯酰亚胺树脂之中的至少1种。作为树脂材料，特别优选含有环氧树脂。此外，在这样的树脂材料中，也可以根据需要含有固化剂、分散介质、流平剂、消泡剂、颜料等。

作为环氧树脂，例如可以列举出通过表氯醇与双酚类等多元酚类或多元醇的缩合而得到的环氧树脂。具体地说，可以列举出双酚A型环氧树脂、溴化双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚AF型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、芴型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂、三(羟基苯基)甲烷型环氧树脂等。另外，还可以列举出四苯酚基乙烷型环氧树脂等缩水甘油醚型环氧树脂、通过表氯醇与羧酸的缩合而得到的缩水甘油酯型环氧树脂、以及通过三缩水甘油基异氰酸酯或表氯醇与乙内酰脲类的反应而得到的乙内酰脲型环氧树脂之类的杂环式环氧树脂等。

构成连续部21的树脂材料优选表面的水滴接触角为80度以下。在树脂材料表面的水滴接触角为80度以下的情况下，耐磨蚀性进一步变得良好。这样的水滴接触角例如通过使树脂材料具有亲水性基团而得到。作为亲水性基团，例如可以列举出羟基、氨基、羧基、磺基、酰胺基。

亲水性基团往树脂材料中的导入例如通过将具有亲水性基团的树脂用作树脂材料的制造中使用的树脂来进行。作为具有亲水性基团的树脂，可以在分子内具有至少1个亲水性基团，但在分子内具有重复单元的情况下，优选在各个重复单元中具有至少1个亲水性基团。

在耐磨蚀性材料20中，碰撞粒子40发生碰撞的表面20a即具有连续部21和不连续部22的表面20a的水滴接触角进一步优选为80度以下。通过使表面20a的水滴接触角在80度以下，耐磨蚀性进一步变得良好。

构成不连续部22的粒子的平均粒径优选为10μm以下，更优选为7μm以下，进一步优选为6μm以下，特别优选为0.5μm以下。平均粒径的下限值并没有特别的限制，但通常为10nm左右。

构成不连续部22的材料的表面硬度以洛氏硬度(M标尺)计，优选为130以下，更优选为100以下。

构成不连续部22的材料的杨氏模量优选为100MPa以下，更优选为10MPa以下，进一步优选为5MPa以下，特别优选为3MPa以下。构成不连续部22的材料的杨氏模量的下限值未必加以限制，但通常为0.1MPa左右。

不连续部22的构成材料优选为具有橡胶弹性的材料，优选为核壳橡胶、固体橡胶、液态橡胶等。

不连续部22的含有比例在连续部21和不连续部22的合计中，优选为1体积％以上，更优选为5体积％以上，进一步优选为10体积％以上，特别优选为15体积％以上。另外，不连续部22的含有比例在连续部21和不连续部22的合计中，优选为40体积％以下，更优选为35体积％以下，进一步优选为30体积％以下。

再者，作为不连续部22，也可以含有由平均粒径为1μm以下的粒子构成且表面硬度以及杨氏模量比连续部21高的第1材料(第1实施方式的耐磨蚀性材料10的不连续部12)、以及由平均粒径为20μm以下的粒子构成且表面硬度以及杨氏模量比连续部21低的第2材料(第2实施方式的耐磨蚀性材料20的不连续部22)这两者。在此情况下，第1材料优选含有5～30体积％，第2材料优选含有5～30体积％。进一步优选的是第1材料设定为5～20体积％，第2材料设定为5～20体积％，并将整个不连续部优选设定为40体积％以下。

关于耐磨蚀性材料20，虽然未图示，但与第1实施方式的耐磨蚀性材料10同样，可以含有纤维。含有纤维的情况下的纤维的种类、纤维的含有比例等与第1实施方式的耐磨蚀性材料10的情况同样。

第1、第2实施方式的耐磨蚀性材料例如可以采用如下的方法进行制造。首先，将构成连续部的树脂、构成不连续部的粒子、以及根据需要添加的固化剂、流平剂、消泡剂、颜料、分散介质等进行混合而调配原料混合物。然后，使其固化。由此，便可以制造出第1、第2实施方式的耐磨蚀性材料。另外，也可以在将该原料混合物浸渍于由织布或者无纺布构成的基材中之后使其固化。由此，可以制造出在连续部的内部具有纤维的材料。

例如，在使用环氧树脂的情况下，作为环氧树脂用固化剂，可以使用胺系固化剂、酸酐系固化剂、咪唑系固化剂、聚硫醇系固化剂、酚系固化剂、路易斯酸系固化剂、异氰酸酯系固化剂等。

作为胺系固化剂，例如可以列举出乙二胺、1,3-二氨基丙烷、1,4-二氨基丁烷、六亚甲基二胺、二亚丙基二胺(diproprenediamine)、聚醚二胺、2,5-二甲基六亚甲基二胺、三甲基六亚甲基二胺、二乙撑三胺、亚氨基双丙胺、双(六甲基)三胺、三乙撑四胺、四乙撑五胺、五乙撑六胺、氨基乙基乙醇胺、三(甲基氨基)己烷、二甲基氨基丙胺、二乙基氨基丙胺、甲基亚氨基双丙胺、萜烷二胺(menthanediamine)、异佛尔酮二胺、二(4-氨基-3-甲基二环己基)甲烷、二氨基二环己基甲烷、二(氨基甲基)环己烷、N-氨基乙基哌嗪、3,9-二(3-氨基丙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷、间二甲苯二胺、间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯砜、二氨基二乙基二苯基甲烷、双氰胺、有机酸二酰肼等。

作为酸酐系固化剂，例如可以列举出十二碳烯琥珀酸酐、聚己二酸酐、聚壬二酸酐、聚癸二酸酐、聚(乙基十八烷二酸)酐、聚(苯基十六烷二酸)酐、甲基四氢化邻苯二甲酸酐、甲基六氢化邻苯二甲酸酐、甲基降冰片烯二酸酐、六氢化邻苯二甲酸酐、四氢化邻苯二甲酸酐、三烷基四氢化邻苯二甲酸酐、甲基环己烯二羧酸酐、邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四酸二酐、二苯甲酮四羧酸、乙二醇双偏苯三酸酯、甘油三偏苯三酸酯、氯桥酸酐(Hetanhydride)、四溴邻苯二甲酸酐、降冰片烯二酸酐、甲基降冰片烯二酸酐、聚壬二酸酐等。

作为咪唑系固化剂，例如可以列举出2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十七烷基咪唑等。另外，作为聚硫醇系固化剂的具体例子，可以列举出多硫化物、硫酯等。

环氧树脂用固化剂的配合量可以根据固化剂的种类等而在有效量的范围内进行适当的设定，但一般地说，相对于环氧树脂的环氧当量优选为1/2～2当量。在低于1/2当量的情况下，环氧树脂的固化反应有可能不会充分地进行。另一方面，在超过2当量的情况下，耐磨蚀性材料10的耐热性等有可能降低。

另外，为了促进或者控制环氧树脂的固化反应，可以使用环氧树脂用固化促进剂。例如，在使用酸酐系固化剂的情况下，由于其固化反应比胺系固化剂等其它固化剂慢，因而优选使用环氧树脂用固化促进剂。作为酸酐系固化剂用固化促进剂，可以列举出叔胺或其盐、季铵化合物、咪唑、碱金属醇盐等。

另外，作为分散介质，可以使用反应性溶剂、非反应性溶剂。反应性溶剂是对于环氧树脂用固化剂具有反应性的溶剂，可以列举出每1分子中具有1个以上的环氧基的有机化合物等。在反应性溶剂的作用下，与环氧树脂用固化剂反应而吸收到环氧树脂固化物中，因而可以抑制耐热性等的降低。

作为反应性溶剂，例如可以列举出丁基缩水甘油醚、亚烷基单缩水甘油醚、烷基苯酚单缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、亚烷基二缩水甘油醚等。

作为非反应性溶剂，例如可以列举出甲苯、二甲苯、苯、丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙醇、异丙醇、己烷、环己烷、环戊烷、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙酸乙酯、乙腈、二乙基醚、四氢呋喃、四氯化碳、二氯甲烷、氯仿、氯苯等。

关于分散介质的配合量，例如相对于环氧树脂100质量份，优选为1～100质量份。在为1质量份以上的情况下，能够充分地提高成为不连续部12的填充材料的分散性。另一方面，在为100质量份以下的情况下，可以确保耐热性等。

接着，就第3实施方式的耐磨蚀性材料进行说明。

图5是表示第3实施方式的耐磨蚀性材料的一个例子的剖视图。

第3实施方式的耐磨蚀性材料30具有树脂材料部31。构成该树脂材料部31的树脂材料具有亲水性基团。另外，构成该树脂材料部31的树脂材料表面的水滴接触角在80度以下。

根据耐磨蚀性材料30，由于包含因具有亲水性基团而使表面的水滴接触角为80度以下的树脂材料，因而耐磨蚀性变得良好。作为亲水性基团，例如可以列举出羟基、氨基、羧基、磺基、酰胺基。为了使耐磨蚀性变得良好，水滴接触角优选为75度以下，更优选为70度以下。水滴接触角的下限值并没有特别的限制，也可以为0度，但通常只要为60度左右就很充分。

作为树脂材料，优选包含具有亲水性基团的树脂。作为具有亲水性基团的树脂，优选为选自具有亲水性基团的环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、以及聚酯酰亚胺树脂之中的至少1种。作为具有亲水性基团的树脂，特别优选为具有亲水性基团的环氧树脂。作为具有亲水性基团的树脂，可以在分子内具有至少1个亲水性基团，但在分子内具有重复单元的情况下，优选在各个重复单元中具有至少1个亲水性基团。此外，在树脂材料中，也可以根据需要含有固化剂、分散介质、流平剂、消泡剂、颜料等。

耐磨蚀性材料30既可以仅由树脂材料部31构成，虽然未图示，但也可以在树脂材料部31的内部含有纤维。作为构成纤维的材料，例如可以列举出玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维。

在含有纤维的情况下，纤维在整个耐磨蚀性材料30中优选为50体积％以上，更优选为60体积％以上，进一步优选为70体积％以上。另一方面，如果纤维的含有比例增加，则由于耐磨蚀性容易降低，因而纤维的含有比例在整个耐磨蚀性材料30中，优选为99体积％以下，更优选为95体积％以下。

耐磨蚀性材料30也可以在树脂材料部31的内部，含有第1实施方式的耐磨蚀性材料10中的不连续部12。在此情况下，耐磨蚀性材料30形成与第1实施方式的耐磨蚀性材料10同样的构造。也就是说，树脂材料部31成为第1实施方式的耐磨蚀性材料10中的连续部11。含有不连续部12时的不连续部12优选的特性、构成材料、含有比例等与第1实施方式的耐磨蚀性材料10的情况同样。

另外，耐磨蚀性材料30也可以在树脂材料部31的内部，含有第2实施方式的耐磨蚀性材料20中的不连续部22。在此情况下，耐磨蚀性材料30形成与第2实施方式的耐磨蚀性材料20同样的构造。也就是说，树脂材料部31成为第2实施方式的耐磨蚀性材料20中的连续部21。含有不连续部22时的不连续部22优选的特性、构成材料、含有比例等与第2实施方式的耐磨蚀性材料20的情况同样。

即使对于含有第1实施方式的耐磨蚀性材料10中的不连续部12、或者第2实施方式的耐磨蚀性材料20中的不连续部22的情况，表面30a的水滴接触角也优选为80度以下。在此，表面30a是耐磨蚀性材料30中，碰撞粒子40所碰撞的表面30a。也就是说，表面30a为具有树脂材料部31、和不连续部12或者不连续部22的表面。通过使表面30a的水滴接触角在80度以下，耐磨蚀性进一步变得良好。

耐磨蚀性材料30例如可以采用如下的方法进行制造。首先，将具有亲水性基团的树脂、以及根据需要添加的固化剂、流平剂、消泡剂、颜料、分散介质等进行混合而调配原料混合物。然后，使其固化。由此，可以制造出耐磨蚀性材料30。另外，也可以在将该原料混合物浸渍于由织布或者无纺布构成的基材中之后使其固化。由此，便可以制造出含有纤维的耐磨蚀性材料30。此外，关于固化剂等成分，可以使用已经说明的成分。

各实施方式的耐磨蚀性材料并无特别限制地用于碰撞粒子有可能以高速发生碰撞的环境。作为碰撞粒子，可以由固体、液体之中的任一种构成。作为使用这样的各实施方式的耐磨蚀性材料的结构件，例如可以列举出构成涡轮发电机、核能设备等产业用设备、飞机、汽车、铁道等输送用设备、建筑物等的各种结构件。各实施方式的耐磨蚀性材料可以用作这样的结构件的整体或者一部分。在用作结构件的一部分的情况下，例如可以用作被覆而保护表面的涂层。

例如，在汽轮机的低压涡轮中的末级附近，容易因蒸气压力的降低而产生水滴。该水滴在蒸气流的作用下，与涡轮叶片发生碰撞而侵蚀涡轮叶片。通过将各实施方式的耐磨蚀性材料用于这样的涡轮叶片的整体或者一部分，就可以实现轻量化，而且抑制因水滴的碰撞产生的侵蚀。

实施例

下面参照附图，就本发明的实施方式进行详细的说明。

(实施例1)

制造出了如下的评价用材料：连续部由双酚A型环氧树脂的固化物(表面硬度：洛氏硬度(M标尺)100、杨氏模量：3GPa)构成，不连续部由氧化钨粒子(表面硬度：维氏硬度1300、杨氏模量：500GPa)构成，连续部和不连续部中的不连续部的比例在5～40体积％的范围发生变更。该评价用材料具有第1实施方式的耐磨蚀性材料的构成。

此外，评价用材料由连续部和不连续部构成，其中并不含有纤维。构成不连续部的氧化钨粒子的粒径为100nm左右。双酚A型环氧树脂是通过双酚A和表氯醇的缩合反应而制造的，具有由双酚A和表氯醇构成的重复单元，且在该重复单元中具有作为亲水性基团的羟基。

另外，对构成连续部的材料表面的水滴接触角进行了测定，结果为88度。在此，水滴接触角的测定采用如下的方法进行。首先，将评价用材料切断成100mm见方后，在湿度50％、温度55℃的环境下保持12小时，然后在该湿度下并于温度25℃的环境下保持12小时。然后，将该评价用材料设置在协和界面化学生产的接触角计(CA-2型)上，向评价用材料的表面滴加2μl的水而测定水滴的接触角。

对于这样的评价用材料，就耐磨蚀性进行了评价。在评价中，使作为碰撞粒子的粒径为200nm左右的多个玻璃珠以0.5MPa的气压与评价用材料碰撞。然后，将评价用材料的容积(质量除以比重而算出)的减量作为磨蚀量进行了测量。此外，评价以将碰撞粒子的入射角设定为30度和90度这2种方式进行。关于入射角，将与评价用材料的表面平行的情况设定为0度，将与评价用材料的表面垂直的情况设定为90度。结果如图6所示。

由图6表明：在入射角为30度的情况下，磨蚀量随着不连续部的含有比例的增加而降低。但是，如果含有比例超过30体积％，则磨蚀量不再降低。另一方面，在入射角为90度的情况下，如果不连续部的含有比例超过30体积％，则磨蚀量快速增加。

可以推测上述结果是基于以下的理由。

在入射角较小的情况下，刮擦之类的侵蚀成为主体。可以推测如果不连续部的含有比例增加，则在评价用材料的表面出现的不连续部增多，因在该表面出现的不连续部而使磨蚀量降低。但是，如果不连续部的含有比例超过30体积％，则在评价用材料的表面出现的不连续部不再增多。因此，可以推测磨蚀量不再降低。

另一方面，在入射角较大的情况下，施加于不连续部的冲击被连续部所吸收。由此，可以推测磨蚀量降低。但是，如果不连续部的含有比例超过30体积％，则构成不连续部的粒子彼此之间的间隔缩短，从而介于它们之间的连续部减少。因此，可以推测冲击不会充分地吸收，结果成为耐冲击较弱的构造。

将粒子连接在一起称为渗滤现象(percolationphenomenon)。粒子连接在一起时的体积比例、即渗滤阈值在为随机系统的情况下，从理论上说为31％左右。入射角较大时的磨蚀量有可能与该值相呼应(一致)。

由上可知：连续部和不连续部中的不连续部的含有比例优选为40体积％以下。由此，可以降低因入射角较小时的划伤产生的磨蚀量。另外，还可以降低因入射角较大时的冲击产生的磨蚀量。再者，遍及整个构造材料而适当地配置耐划伤较强的部分和耐冲击较强的部分，从而对于整个构造材料来说，耐磨蚀性变得良好。

(实施例2)

由实施例1的结果表明：如果不连续部的含有比例增加，入射角较大时的磨蚀量增加。作为其主要原因之一，可以推测连续部和不连续部之间的键合力较弱，从而在这些界面遭到破坏。于是，为了提高连续部和不连续部的键合力，对变更构成不连续部的粒子的纵横尺寸比而增加界面的面积、从而使磨蚀量降低进行了尝试。

作为评价用材料，制造出了如下的材料：连续部由双酚A型环氧树脂的固化物(表面硬度：洛氏硬度(M标尺)100、杨氏模量：3GPa)构成，不连续部由粒径为100nm左右的球状氧化钨粒子(表面硬度：维氏硬度1300、杨氏模量：500GPa)、厚度为几nm左右且半径为100nm左右的扁平状硅酸盐粒子(表面硬度：维氏硬度500、杨氏模量：100GPa)、或者直径为15nm左右且长度为20～100nm左右的柱状氧化钛粒子(表面硬度：维氏硬度1600、杨氏模量：300GPa)构成，并且连续部和不连续部中的不连续部的含有比例为20体积％。此外，评价用材料根据粒子种类的不同，制作了球状氧化钨复合树脂、扁平状硅酸盐复合树脂、柱状氧化钛复合树脂这3种。

对于这些评价用材料，就耐磨蚀性进行了评价。在评价中，使作为碰撞粒子的粒径为100μm左右的多个玻璃珠(固体)或者粒径为180μm左右的多个水滴(液体)以0.5MPa的气压、且将碰撞粒子的入射角设定为90度而与评价用材料碰撞。然后，将评价用材料的质量的减量作为磨蚀量进行了测量。另外，为了进行比较，就仅由没有包含不连续部的连续部构成的材料(非复合树脂)进行了同样的测量。结果如图7所示。

由图7表明：在为构成不连续部的粒子的纵横尺寸比较大的扁平状硅酸盐复合树脂以及柱状氧化钛复合树脂的情况下，与非复合树脂或者球状氧化钨复合树脂相比，入射角较大时的磨蚀量得以降低。

(实施例3)

制造出了如下的多种评价用材料：连续部由双酚A型环氧树脂的固化物(表面硬度：洛氏硬度(M标尺)100、杨氏模量：3GPa)构成，不连续部由核壳橡胶粒子(表面硬度：邵氏A硬度60、杨氏模量：1MPa)构成，而且连续部和不连续部中的不连续部的含有比例在5～40体积％的范围变更。该评价用材料具有第2实施方式的耐磨蚀性材料的构成。此外，评价用材料由连续部和不连续部构成，其中并不含有纤维。另外，构成不连续部的粒子的粒径为500nm左右。

对于这样的评价用材料，就耐磨蚀性进行了评价。在评价中，使作为碰撞粒子的粒径为180μm左右的多个水滴以大约240m/sec与评价用材料碰撞。然后，将评价用材料的质量的减量作为磨蚀量进行了测量。评价将碰撞粒子的入射角设定为30～90度来进行。结果如图8所示。此外，在图8中，也一并表示了仅由连续部构成而没有不连续部的材料的结果。

由图8表明：对于由不连续部的表面硬度以及杨氏模量比连续部低的材料构成的情况，也与由不连续部的表面硬度以及杨氏模量比连续部高的材料构成的情况同样，耐磨蚀性变得良好。特别地，由图8表明：在由不连续部的表面硬度以及杨氏模量比连续部低的材料构成的情况下，但入射角如75度或者90度那样处于高角度侧时，耐磨蚀性变得良好。

(实施例4～7、比较例1～2)

作为实施例4的评价用材料，制作出如下的材料：其是通过让至少具有羟基作为亲水性基团的酯-丙烯酸单体树脂固化而得到的，且表面的水滴接触角为47度。

作为实施例5的评价用材料，制作出如下的材料：其是通过让至少具有羟基作为亲水性基团的环氧-酚醛树脂固化而得到的，且表面的水滴接触角为61度。

作为实施例6的评价用材料，制作出如下的材料：其是通过让至少具有羟基作为亲水性基团的环氧-酸酐-丙烯酸单体树脂固化而得到的，且表面的水滴接触角为67度。

作为实施例7的评价用材料，制作出如下的材料：其是通过让至少具有羟基作为亲水性基团的环氧-酯-丙烯酸单体树脂固化而得到的，且表面的水滴接触角为66.5度。

作为比较例1的评价用材料，制作出如下的材料：其是通过让不具有亲水性基团的环氧-氨基树脂固化而得到的，且表面的水滴接触角为71.5度。

作为比较例2的评价用材料，制作出如下的材料：其是通过让不具有亲水性基团的环氧-酸酐树脂固化而得到的，且表面的水滴接触角为88度。

此外，实施例4～7的评价用材料具有第3实施方式的耐磨蚀性材料的构成。

接着，就实施例4～7以及比较例1～2的评价用材料评价了耐磨蚀性。在评价中，使作为碰撞粒子的粒径为200μm左右的多个水滴以大约240m/秒的速度与评价用材料碰撞20分钟。然后，将评价用材料的质量的减量作为磨蚀量进行了测量。此外，评价将碰撞粒子的入射角设定为75度来进行。结果如图9所示。

由图9表明：在具有亲水性基团、且树脂材料表面的水滴接触角为80度以下的情况下，磨蚀量得以降低。另外，当树脂材料表面的水滴接触角在80度以下的范围时，水滴接触角越是减小，磨蚀量越是降低。由上可知：通过具有表面的水滴接触角在80度以下的树脂材料，可以得到良好的耐磨蚀性。

图10表示了将碰撞角度设定为90度时的磨蚀量随时间的变化。BR只是作为比较例的环氧树脂。LS10为使用环氧树脂作为连续部、且分散有10质量％的扁平状硅酸盐作为不连续部的材料。另外，RPLS10为使用润湿性良好的环氧-酚醛树脂作为连续部、且复合有10质量％的扁平状硅酸盐以及10质量％的核壳橡胶粒子作为不连续部的材料。由图表明：在润湿性高的树脂中分散硅酸盐、核壳橡胶粒子所得到的RPLS10表现出最高的磨蚀性。

此外，上述环氧树脂的比重为1.1～1.2，上述扁平状硅酸盐的比重为1.2，上述核壳橡胶粒子的比重为1.0～1.1。这样一来，各成分的比重由于大致相等，各成分的以质量计的比例与以体积计的比例大致相等。也就是说，上述LS10含有10体积％左右的扁平状硅酸盐作为不连续部。另外，RPLS10含有10体积％左右的扁平状硅酸盐、和10体积％左右的核壳橡胶粒子。

以上就本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子加以提示的，它并不谋求限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其它各种方式加以实施，在不脱离发明要旨的范围内，能够进行各种的省略、置换和变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和要旨内，而且包含在权利要求书中记载的发明及其等同置换的范围内。

符号说明：

10耐磨蚀性材料11连续部

12不连续部13纤维

20耐磨蚀性材料21连续部

22不连续部30耐磨蚀性材料

31树脂材料部40碰撞粒子

Claims (16)

1.一种耐磨蚀性材料，其特征在于，具有：

连续部，其具有连续的构造；和

不连续部，其被配置为在所述连续部的内部成为不连续构造，由平均粒径为1μm以下的粒子构成，且由表面硬度以及杨氏模量比所述连续部高的材料构成。

2.根据权利要求1所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：所述粒子的平均纵横尺寸比为5以上。

3.根据权利要求1或2所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：所述不连续部包含金属材料、陶瓷材料或者它们的复合材料。

4.根据权利要求3所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：所述金属材料包含选自铁、铜、铝、钛以及钨之中的至少1种。

5.根据权利要求3所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：所述陶瓷材料包含选自氧化铝、氧化钛、氧化钨以及层状硅酸盐矿物之中的至少1种。

6.一种耐磨蚀性材料，其特征在于，具有：

连续部，其具有连续的构造；和

不连续部，其被配置为在所述连续部的内部成为不连续构造，由平均粒径为20μm以下的粒子构成，且由表面硬度以及杨氏模量比所述连续部低的材料构成。

7.根据权利要求6所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：所述不连续部包含具有橡胶弹性的材料。

8.一种耐磨蚀性材料，其特征在于，具有：

连续部，其具有连续的构造；和

不连续部，其被配置为在所述连续部的内部成为不连续构造，含有由平均粒径为1μm以下的粒子构成且表面硬度以及杨氏模量比所述连续部高的第1材料、以及由平均粒径为20μm以下的粒子构成且表面硬度以及杨氏模量比所述连续部低的第2材料。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：在所述连续部和所述不连续部的合计中，含有1体积％～40体积％的所述不连续部。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：所述连续部包含树脂材料。

11.根据权利要求10所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：所述树脂材料含有选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂以及聚酯酰亚胺树脂之中的至少1种。

12.根据权利要求10或11所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：所述树脂材料具有亲水性基团，且表面的水滴接触角为80度以下。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：在所述连续部的内部含有纤维。

14.根据权利要求11所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：所述纤维含有选自玻璃纤维、碳纤维以及聚合物纤维之中的至少1种。

15.根据权利要求13或14所述的耐磨蚀性材料，其特征在于：在所述连续部、所述不连续部以及所述纤维的合计中，含有1体积％～40体积％的所述纤维。

16.一种涡轮叶片，其特征在于：至少在表面具有权利要求1～15中任一项所述的耐磨蚀性材料。