JP2006337310A

JP2006337310A - 金属表面の酸化膜厚さ測定方法

Info

Publication number: JP2006337310A
Application number: JP2005165278A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ishimoto; 本慎二石
Original assignee: Global Nuclear Fuel Japan Co Ltd
Current assignee: Global Nuclear Fuel Japan Co Ltd
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】酸化膜が形成される前に重量や表面積を評価することを必要とせず、また、酸化膜形成後も、重量の評価や、切断、研磨をすることなく、局所的な領域、または広い範囲の領域における酸化膜厚さを簡便にかつ非破壊的に測定することができる方法を得ること。
【解決手段】金属表面に生成する酸化膜の厚さに対応する輝度を有する複数のスケール１を、表面に酸化膜が形成された測定対象物２に隣接して配置し、上記測定対象物の表面輝度を上記スケールの輝度と照合し、上記測定対象物の表面輝度と一致する輝度を有するスケールを選定することにより、酸化膜の厚さを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属表面に形成された酸化膜の厚さを測定する方法に係り、特に、外観観察により非破壊的に酸化膜の厚さを測定する金属表面の酸化膜厚さ測定方法に関する。

一般に、金属表面に生成した酸化膜の厚さの評価方法としては、酸化に伴って増加した重量から求める方法や、材料を切断、研磨し、切断面の光学顕微鏡観察から酸化膜の厚さを求める方法等がある。

上記酸化に伴って増加した重量から酸化膜の厚さを求める方法は、酸化前の材料の表面積と重量を予め評価しておき、酸化後の重量を評価することにより、単位面積当たりの重量増加を酸化膜の厚さに換算する方法である。ところが、この方法で求められるのは、材料全体の平均の酸化膜の厚さであり、例えば材料の端部で酸化が進行した場合は端部以外の領域の酸化膜の厚さの評価は困難である。また、材料の形状が複雑な場合の表面積の評価は困難であり、評価誤差が大きくなる可能性がある。また、同じ重量増加においても酸化膜の密度によっても厚さが異なる等の問題がある。

一方、後者の材料を切断、研磨し、切断面の光学顕微鏡観察から酸化膜の厚さを求める方法は、直接的に酸化膜の厚さを測定できるけれども、切断、研磨には多くの時間がかかり、切断時に酸化膜が剥離した場合には、酸化膜の厚さの評価は不可能であり、また、切断面の情報しか得られないため、広い領域の平均的な酸化膜の厚さを求めることは困難である等の問題がある。

また、例えばジルコニウム合金の腐食試験後の外観は、酸化膜厚さが厚くなるにつれ、黒色から灰色に変わり、この色の変化はジルコニウム酸化物の不定比性と関連することが知られているけれども、それを客観的に数値で表すことは困難とされていた。

本発明は、このような点に鑑み、酸化膜が形成される前に重量や表面積を評価することを必要とせず、また、酸化膜形成後も、重量の評価や、切断、研磨をすることなく、局所的な領域、または広い範囲の領域における酸化膜厚さを簡便にかつ非破壊的に測定することができる方法を得ることを目的とする。

請求項１に係る発明は、金属表面に生成する酸化膜の厚さに対応する輝度を有する複数のスケールを、表面に酸化膜が形成された測定対象物に隣接して配置し、上記測定対象物の表面輝度を上記スケールの輝度と照合し、上記測定対象物の表面輝度と一致する輝度を有するスケールを選定することにより、酸化膜の厚さを検出することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、スケールは、酸化膜の厚さに対応する輝度を印刷した紙であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、スケールは、上記測定対象物と同一の金属であり、表面に形成された酸化膜の厚さが既知の金属であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において、測定対象物はジルコニウムまたはジルコニウムを主成分とする合金であることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに係る発明において、スケールは測定対象物と同様な形状を有することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに係る発明において、スケールと測定対象物を同時に含むように撮影し、その外観写真により上記測定対象物の表面輝度と上記スケールの輝度とを照合することを特徴とする。

本発明は、上述のように構成したので、表面に酸化膜が形成された金属の輝度とその酸化膜の厚さとの間の定量的な相関関係を利用して、表面に酸化膜が形成された測定対象物の酸化膜の厚さを外観観察により評価することができ、従来の方法のように、酸化膜が形成される前に重量や表面積を評価することを必要とせず、また、酸化膜形成後も、重量の評価や、切断、研磨をすることなく、局所的な領域、または広い範囲の領域における酸化膜厚さを簡便にかつ非破壊的に測定することができる等の効果を奏する。

以下添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

酸化物においては、定比性からのずれや不純物の添加によって色の変化が生じることがあり、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２及びこれらに類似した材料の色は不定比が増すにしたがって色が濃くなることが知られている。例えば、ジルコニウム合金の腐食試験後の外観は、酸化膜が厚くなるにつれて黒色から灰色へと変化し、さらに酸化膜が厚くなると白色へと変わる。

そこで、金属表面に生成する酸化膜の厚さに対応する輝度すなわち色を有する複数種のスケールを作成しておき、その複数種のスケール１を表面に酸化膜が形成された測定対象物２に隣接して配置し、上記スケール１と測定対象物２とを同時に含むように撮影する。すなわち、上記スケール１は測定対象物２に平行になるように近接して配置する（Ｓ１）。上記スケール１は広い範囲の輝度のものを含むように選定することが望ましい。また、スケール１は輝度を印刷した紙その他の材料でよく、或いは上記測定対象物２と同一の金属の表面にそれぞれ厚さが異なる酸化膜を形成した複数個の金属を用いることもできる。

そこで、上記Ｓ１で撮影された外観写真の画像データをデータ解析用の計算機に取り込み、上記画像データにおける測定対象物２の任意の領域における輝度とスケール１中の輝度とを対比し、測定対象物２の表面輝度と一致する輝度を有するスケールを選定し、測定対象物２の輝度を評価する（Ｓ２）。

次に、測定対象物における酸化膜の厚さと輝度との関係を収録したデータベースに、上記Ｓ１で得られた測定対象物２の輝度を照合して測定対象物２の酸化膜の厚さを検出する（Ｓ３）。

この実施の形態におけるように、スケール１と測定対象物２とを同時に含むように撮影することにより、両者の輝度が光源や撮影方法に依存することなく、測定対象物２の輝度を評価することができる。

このように、本発明によれば、金属表面に形成された酸化膜について、簡便に非破壊的に酸化膜の厚さを測定することができ、酸化膜が形成される前に重量や表面積を評価することを必要とせず、また、酸化膜形成後も、重量の評価や、切断、研磨をすることなく、局所的な領域、または広い範囲の領域における酸化膜厚さを測定することができる。

図２は、ジルコニウム合金であるジルカロイ−２からなる板状の材料について、５３０℃の水蒸気中にて、金属の表面にほぼ一様な厚さの酸化膜を形成させ、少なくとも２種類の輝度を有するスケールとともに上記酸化膜が形成された金属の外観写真を撮影し、酸化膜の外観観察から得られた輝度と、測定後にその板状の材料（板材）を金相観察して求めた酸化膜の厚さをプロットしたものであり、酸化膜の輝度と酸化膜の厚さとの間に相関関係があることが示されている。

図３は、図２に示したジルカロイ−２とほぼ同じ化学組成のジルコニウム合金からなる板状の材料について、５３０℃の水蒸気中にて、金属の表面にほぼ一様な厚さの酸化膜を形成させ、少なくとも２種類の輝度を有するスケールとともに上記酸化膜が形成された金属の外観写真を撮影し、酸化膜の外観観察から得られた輝度と、効果の検証のため測定後にその板状の材料（板材）を金相観察して求めた酸化膜の厚さをプロットしたものであり、実線は図２で示したフィッティング曲線である。しかして、図２に示した相関関係は、図３で示した材料にも適合することが示されており、外観観察で測定された輝度から、酸化膜の厚さが評価できることが示されている。

また、図４は、図２に示したジルカロイ−２とほぼ同じ化学組成のジルコニウム合金からなる管状の材料について、５３０℃の水蒸気中にて、金属の表面にほぼ一様な厚さの酸化膜を形成させ、少なくとも２種類の輝度を有するスケールとともに上記酸化膜が形成された金属の外観写真を撮影し、酸化膜の外観観察から得られた輝度と、効果の検証のため測定後にその管状の材料（管材）を金相観察して求めた酸化膜の厚さをプロットしたものであり、実線は図２で示したフィッティング曲線である。しかして、図２に示した板材について示した相関関係は、図４で示した管材にも適合することが示されており、外観観察で測定された輝度から、酸化膜の厚さが評価できることが示されている。

以上のように、本発明によれば、外観観察により金属表面に形成された酸化膜の厚さを測定することができる。

本発明の酸化膜の厚さ測定方法のフローチャート。本発明の効果を説明するための、酸化膜の厚さと輝度との関係の測定結果を示す図。本発明の効果を説明するための、板材について酸化膜の厚さと輝度との関係の測定結果を示す図。本発明の効果を説明するための、管材について酸化膜の厚さと輝度との関係の測定結果を示す図。

符号の説明

１スケール
２測定対象物

Claims

金属表面に生成する酸化膜の厚さに対応する輝度を有する複数のスケールを、表面に酸化膜が形成された測定対象物に隣接して配置し、上記測定対象物の表面輝度を上記スケールの輝度と照合し、上記測定対象物の表面輝度と一致する輝度を有するスケールを選定することにより、酸化膜の厚さを検出することを特徴とする、金属表面の酸化膜厚さ測定方法。
スケールは、酸化膜の厚さに対応する輝度を印刷した紙であることを特徴とする、請求項１記載の金属表面の酸化膜厚さ測定方法。
スケールは、上記測定対象物と同一の金属であり、表面に形成された酸化膜の厚さが既知の金属であることを特徴とする、請求項１記載の金属表面の酸化膜厚さ測定方法。
測定対象物はジルコニウムまたはジルコニウムを主成分とする合金であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の金属表面の酸化膜厚さ測定方法。
スケールは測定対象物と同様な形状を有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の金属表面の酸化膜厚さ測定方法。
スケールと測定対象物を同時に含むように撮影し、その外観写真により上記測定対象物の表面輝度と上記スケールの輝度とを照合することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の金属表面の酸化膜厚さ測定方法。