JP2005077403A - 自溶合金溶射皮膜の評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 皮膜の緻密性や母材との結合性などに基づく自溶合金溶射皮膜の良否は製品性能に大きく影響を与えるが、この皮膜の状態を簡便且つ非破壊的に評価する方法は従来存在しなかった。
【解決手段】 本発明は、自溶合金皮膜の表面に磁石を接触、あるいは近づけ、その際の吸着性の有無、あるいは吸着力の強弱など磁性の違いを調べることにより、または透磁率測定装置により透磁率の大小を調べることにより、皮膜の良否を評価するものである。
【選択図】 図１および図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は、自溶合金溶射皮膜の磁石など磁気に対する吸着特性が、加熱・溶融処理の履歴、すなわち、皮膜の組織（基地組織、析出物の粒径、形状、数など）、緻密性（気孔や酸化膜の多数）、母材との結合性等の違いによって変化することに着目し、吸着性の有無、吸着力の強弱、透磁率の大小から皮膜の良否を評価し、更に性状を推測する技術に関する。

自溶合金溶射皮膜の組織、緻密性、母材との結合性等は、溶射前のブラスト処理、溶射、溶融処理の各履歴によって異なるが、最も大きな影響を及ぼすのは溶融処理条件である。適正な温度、時間、雰囲気等の条件で溶融された皮膜は、気孔や酸化膜がほとんど無く、細かい析出物が均等に分散した緻密な組織を呈し、母材との界面も欠陥の無い強固な金属的結合状態を示すが、低温度、短時間、不均一加熱、酸化性雰囲気等の不適正な溶融処理条件では、溶融不足となり、気孔や酸化膜が多く、母材との結合も不完全となる。また、一方で、加熱温度や時間が過剰の条件では、析出物や母材の結晶粒が粗大化し、皮膜と母材間の元素拡散が過剰に進行し皮膜の硬さ低下や耐食性等の劣化を招くことになる。

自溶合金溶射における溶融処理には、真空や不活性雰囲気炉での加熱、高周波加熱、抵抗加熱などがあるが、ほとんどは酸素ーアセチレンガス炎を用いた加熱が適用されており、温度や時間などは作業者の勘と経験によっている。この場合、皮膜の性状、良否を評価する方法としては、製品の一部をサンプルとしたり、あらかじめ用意した検査用母材等に同一条件で皮膜を形成して、その断面組織を観察したり、硬さを測定している。また、皮膜と母材との結合状態の評価も文献（日本溶射協会誌、第２６巻、第２号；自溶合金溶射層の密着性）で提案されているが、この場合も特別な治具、試験片を用いて、破断試験する方法となっている。すなわち、従来技術としては、破壊による評価技術のみである。また、破壊試験においては、大型、複雑形状品などの製品全体にわたる皮膜の評価を行う場合は、あらゆる箇所からサンプルを切り出して評価せざるを得ず、莫大な時間と、経費を要することとなり、現実的にはほとんど不可能である。したがって、溶融が不均一になり易いものを、全体の皮膜状態を把握せずに提供した場合、思いがけない剥離や短寿命、あるいは本来あるべき特性の劣化を引き起こす結果となる。

本発明が解決しようとする課題

従来の破壊評価法では、製品そのものを評価することができなく、評価に高価な機器と長時間を要し、経費も高くなっている。また、全体にわたっての皮膜評価がほとんど不可能であった。これに対し、本発明は、製品そのものの必要箇所を非破壊でピンポイント的に評価できるもので、高価な装置や機器を必要とせず、測定にわずかな時間しか要しない。また、小面積から大面積に至るまで、更には製品形状に左右されることなく皮膜評価を可能としたものである。

課題を解決するための手段

本発明は、自溶合金皮膜の表面に磁石を接触させ、あるいは近づけ、その際の吸着性の有無、あるいは吸着力の強弱など磁性の違いを調べることにより、または透磁率測定装置により透磁率の大小を調べることにより、皮膜の良否を評価し、更に性状を推測するものである。

前述の通り、自溶合金溶射皮膜の組織、緻密性、母材との結合性等は溶融処理履歴で大きく異なり、不適正な条件での皮膜は組織、緻密性が悪く、母材との結合性も低くなる。したがって、適正な溶融条件での皮膜と不適正な皮膜とにおいて、何らかの物理的違いが生じていれば、これらの違いを分けることができ、良好な条件であったか否かを判断することができる。発明人らは、種々の実験を重ねた結果、この物理的違いが磁性であることを見いだした。すなわち、溶融不足によって組織や緻密性が悪く、母材との結合性が低い皮膜では磁石への吸着性を全く示さないか、低い吸着性しか示さなく、透磁率も小さくなる。細かい析出物が均一に分散し、気孔も無い緻密な皮膜では、強磁性体となり、磁石への吸着性を示し、透磁率も大きくなる。一方、溶融過多による皮膜では、粗大な析出物が散在、あるいは結合した状態となっており、このような皮膜は上記の良好な皮膜と同様に強磁性体となるが、より強い吸着力を有することから、吸着力の強さの違いでこれらを区分することができる。

本発明による実施の形態は、端部に永久磁石または電磁石を有し、端部を試料（皮膜）に接触あるいは接近させ、これを引き離した際の吸着力を読みとれるばね秤などの荷重測定装置からなる吸着力測定器具を用いる。他段階に溶融処理温度、保持時間など熱履歴を変えて作製した自溶合金溶射皮膜について、吸着力を測定しておき、従来の破壊的手法による皮膜の良否判断と対応させたデータベースを予め作成しておく。吸着力を示さない皮膜については透磁率測定装置により透磁率を測定し、この結果も従来の破壊的手法による皮膜の良否判断と対応させたデータベースを作成しておく。次に、実際に良否判断したい皮膜について吸着力及び又は透磁率を測定し、データベースと照らし合わせることで良否判断を行う。このように一度、データベースを作成すれば、自溶合金溶射製品の皮膜を破壊することなく、簡便且つ迅速に皮膜の良否を判断できる。ここで、吸着力の測定は上記手法に限定されるものではなく、端部に設置した永久磁石または電磁石を試料に所定距離接近させた際の吸引力の測定、あるいは心材に巻いたコイルを電流を流さず試料に所定距離接近させ、コイルに流す電流を徐々に大きくした際のコイルが試料に引き寄せられる電流値を測定する方法など、他の方法での評価も可能である。

以下に実施の一例を示す。オーステナイト系ステンレス鋼からなる母材にニッケル基自溶合金（ＳＥＮｉ４）を溶射被覆し、９６０℃から１２５５℃まで多段階に溶融処理温を変えた試料をシリコニット炉を用いて作製し（保持時間１０分）、実施の形態で示す方法により磁気特性を測定した結果、図３に示すように溶融処理温度１１００℃より高い温度で吸着力を示し１１５５℃以上では２５０ｇ以上の強い吸着力を示した。次に吸着力を示さなかった、１１００℃以下で溶融処理した試料を透磁率測定装置で透磁率を測定したところ、図４に示すように１０４０℃以上で１．０２２Ｈ／ｍ以上の透磁率を示した。本溶射材料の適正皮膜は破壊的手法（断面の組織観察）により１０４０℃〜１１３５℃付近であることが分かっており、吸着力が２５０ｇより小さく、且つ、透磁率が１．０２２Ｈ／ｍより大きい皮膜は適正皮膜と判断できる。このように本発明は、各々の溶射材料における適正皮膜の得られる溶融処理条件と皮膜の磁気特性との関係を把握しておけば、簡便な磁気特性の測定で自溶合金溶射皮膜の良否を非破壊的に判断することができる。

発明の効果

本発明は従来極めて困難とされていた自溶合金溶射皮膜の非破壊評価を可能とするものである。これにより、溶射施工業者においては自溶合金溶射製品の品質保証、性能安定化が図られ、溶射部品ユーザーにおいては自溶合金溶射部品の性能安定化によるメンテナンス管理の容易化および安定操業が保証される。また、検査会社においては新規事業への展開の可能も秘めており、各工業界における経済効果は多大である。

本図は、吸着力測定方法の一例である。 本図は、透磁率測定法法の一例である。 本図は、ニッケル基自溶合金（ＳＦＮｉ４）の溶融処理温度と吸着力との関係を示したものである。 本図は、ニッケル基自溶合金（ＳＦＮｉ４）の溶融処理温度と透磁率との関係を示したものである。

Claims (6)

1. 自溶合金を母材表面に溶射被覆し、その後、溶融処理された皮膜の緻密性や母材との結合性などに基づく良否を磁性（透磁率及び又は吸着性）の違いによって非破壊で評価する方法。
2. 自溶合金を母材表面に溶射被覆し、その後、溶融処理された皮膜の表面に磁石を接触させ、あるいは近づけ、その際の吸着性の有無、あるいは吸着力の強さを調べることにより皮膜の良否を評価する方法。
3. 自溶合金を母材表面に溶射被覆し、その後、溶融処理された皮膜の表面を透磁率測定装置により透磁率を測定し、その値の大小により皮膜の良否を評価する方法。
4. 請求項２の方法により皮膜の吸着力を示さなかった場合、請求項３の方法で皮膜の良否を評価する方法。
5. 請求項１及び２において、自溶合金溶射皮膜は、ＪＩＳ Ｈ８３０３に規格されているＳＦＮｉ１〜５、ＳＦＣｏ１、２、ＳＦＷＣ１〜４、あるいはこれらに準拠した組成、性状、特性を有した粉末を原材料として溶射被覆され、その後、ガス炎、加熱炉、高周波、抵抗加熱装置などの熱源によって加熱・溶融された皮膜を対象とすることを特徴とした自溶合金溶射皮膜の非破壊評価方法。
6. 請求項１及び２において、母材として、鉄鋼材料、非鉄材料等、自溶合金溶射皮膜の溶融温度よりも高い融点を有する金属材料を対象とすることを特徴とする自溶合金溶射皮膜の非破壊評価方法。

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