JP2009196066A

JP2009196066A - キャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法

Info

Publication number: JP2009196066A
Application number: JP2008043139A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Kageyama; 雅一影山
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2009-09-03

Abstract

【課題】キャビテーションを利用した被加工物表面の改質にあたっては、改質作用の利点とともに被加工物表面における発錆現象に対する対策が求められる。
【解決手段】清水中に浸漬した被加工物表面にキャビテーションを作用させて表面改質を行う工程と、前記清水中に陽極を浸漬して前記被加工物と前記陽極間に防食電流を流す工程とを備えたキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、キャビテーションによる被加工物表面改質時に生じる発錆を防止する方法に関する。

被加工物の表面改質を目的に、キャビテーションを伴うウォータジェットを対象面に衝突させ、対象面の応力改善を行うピーニング法が知られている（特許文献１を参照）。また、キャビテーションによる被加工物の表面改質の方法としては、高周波振動により振動子先端付近に発生したキャビテーションで被加工物表面改質を行う際、振動子先端付近に発生したキャビテーション泡の崩壊時に生じる衝撃波で被加工物表面の改質を行うことも知られている。

図５ならびに図６を参照して一般的なキャビテーションを利用した被加工物表面の改質作用について説明する。

図５はキャビテーション発生装置の概念図で、高周波電源１１に接続された振動子１２の先端のホーン１３は容器１４に満たされた清水１５中に配置されている。高周波電源１１により振動子１２を振動させると、振動子１２の先端のホーン１３先端付近からキャビテーション１６が発生し、被加工物１７の表面改質を行うことができる。

図６は図５の点線部分を拡大して示した模式図であるが、キャビテーション発生面１８が振動によって矢印１９に示した上方へ瞬時に移動すると、キャビテーション発生面１８の表面近傍は瞬間的に負圧となり清水１５の飽和蒸気圧以下の圧力場が形成され、キャビテーション泡２０と呼ばれる微細な泡が発生する。次にキャビテーション発生面１８が振動によって矢印２１に示した下方へ瞬時に移動すると、発生していたキャビテーション泡２０が圧力によって崩壊する。このとき、数百ＭＰａに達する衝撃波２２が発生する。

なお、このとき発生する衝撃波２２は距離が大きくなるに従って拡散、減衰するため、数十ｍｍ離れた施工面２３に対しては、ほとんど衝撃波２２としての作用が及ばない。キャビテーション発生面１８と施工面２３との間隙２４を１０ｍｍから数百μｍの値にすると、キャビテーション泡２０の崩壊によって生じた衝撃波２２は、他のキャビテーション泡２０と相互に作用し合いながら更に衝撃波２２を発生し、その一部はキャビテーション発生面１８と施工面２３の間において反射を繰り返す。キャビテーション泡２０を高密度に狭い空間へ閉じ込めると、この傾向は顕著に現れる。これにより、キャビテーション泡２０の崩壊によって生じた衝撃波２２を施工面２３に作用させることにより、施工面２３は衝撃波２２によって改質される。

しかしながら、被加工物への表面改質に必要なキャビテーションにより、被加工物には電位の高低差が生じ、この結果、キャビテーションの接触する部位に顕著な発錆が認められるとともに、被加工物全面においても発錆が認められ、この対策が求められている。

また、液中液噴流または液中超音波を用いてキャビテーション気泡を発生させて、これを被加工物の表面に衝突させ、キャビテーション気泡を圧壊させる際に生じる浸食の低減方法も提案されている（特許文献２を参照）。この特許文献２による具体的方法としては、キャビテーションを発生させる液体をアルカリ性となるようにｐＨ調整をすることが必要となる。
特許第３３７３９３８号公報特開２００２−１２９９０号公報

上記背景技術に示したように、キャビテーションを利用した被加工物表面の改質にあたっては、改質作用の利点とともに被加工物表面における発錆現象に対する対策が求められる。また、キャビテーション気泡を圧壊させる際に生じる浸食の低減方法として、キャビテーションを発生させる液体のｐＨを調整しなければならないという、付帯設備が必要となる。更に、ｐＨが調整された液体を用いなければならないことから、このような液体中に浸漬できる被加工物としても限定的となる。

本発明に係るキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法は、キャビテーションを発生させる液体を特殊なものとする必要もなく、付帯設備も簡素化された方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法は、清水中に浸漬した被加工物表面にキャビテーションを作用させて表面改質を行う工程と、前記清水中に陽極を浸漬して前記被加工物と前記陽極間に防食電流を流す工程とを具備することを特徴とする。

本発明の請求項２に係るキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法は、前記清水外に直流電源装置を設置し、前記直流電源装置を前記陽極ならびに前記被加工物に接続することを特徴とする。

本発明の請求項３に係るキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法は、前記陽極と前記被加工物間を接続し、前記陽極を前記被加工物よりもイオン化傾向の高い金属としたことを特徴とする。

本発明の請求項４に係るキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法は、前記キャビテーションを高周波振動によって形成することを特徴とする。

本発明に係るキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法は、キャビテーションを発生させる液体を特殊なものとする必要もなく、付帯設備も簡素化された方法を提供することを可能とした。

図１ならびに図２を参照して、本発明の原理を説明する。なお、説明に際しては図５、図６と同一箇所は同一符号を用いることとする。また、図２は図１の破線部を拡大して模式的に示したものである。振動子１２を高周波電源１１によって高周波振動させることで、清水１５中のホーン１３の付近にてキャビテーション１６が発生する。このキャビテーション１６により、被加工物１７には部分的に電位差２５が生じ、低電位部分２６から腐食電流２７が流れ出し腐食（イオン化）が生じて発錆が起こる。

そこで、キャビテーション１６によっても被加工物１７が腐食しない健全部２８および高電位部分に防食電流を流すことにより、電子の少ない部分に電子が供給され、この部分の電位が下がる。そして、防食電流を増加させていくと、やがて腐食対象部分と同じレベルまで電位が下がり、被加工物１７の電位の高低差がなくなって、防食電流２７が消滅する。この結果、被加工物１７の発錆は防止される。

図３は本発明を具体的に実施する一実施形態を説明するための図である。すなわち、本発明に係る電気防食の方式としては、外部電源方式と流電陽極方式があるが、図３では外部電源方式を用いたキャビテーションによる改質時の被加工物の防食方法について説明する。

すなわち、高周波電源１１によって振動子１２を高周波振動させて、ホーン１３と被加工物１７間にキャビテーション１６を発生させて、被加工物１７の表面を改質するにあたり、清水１５の中に補助陽極２９を設置する。そして、補助陽極２９には容器１４外に設置した直流電源装置３０のプラス電極が接続され、直流電源装置３０のマイナス電極は清水１５中の被加工物１７に接続されている。

このようにして、補助陽極２９と被加工物１７間に清水１５を介して電気回路を形成し、直流電源装置３０から防食電流３１を流出して、補助陽極２９を通して防食電流３１を被加工物１７へ流入させる。このようにして、キャビテーション１６により被加工物１７の表面改質に際しても、被加工物１７に発錆が起こることが防止される。

図４は本発明の他の実施形態を説明するための図であって、この実施形態では本発明に係る流電陽極方式について説明する。この流電陽極方式においては、金属のイオン化傾向の高低を利用したもので、鉄よりイオン化傾向が高い金属（Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇなど）を清水１５中に配置し、図４の例ではアルミニウムからなる流電陽極３２とし、この流電陽極３２と被加工物１７を接続する。

この結果、被加工物１７がイオン化（腐食）するのに代わって、流電陽極３２がイオン化することにより被加工物１７の腐食を防止することができる。すなわち、被加工物１７を陰極とし、被加工物１７よりもイオン化傾向の高い金属を陽極として電池を構成し、両極間の電位差によって防食電流３３を流すものである。

上述したような本発明によって、清水を用いることを維持した状態で簡単な付帯構成によって、被加工物の発錆を防止することを可能とした。また、被加工物と電極の位置関係は限定されるものではない。更に、防食効果は電流に依存し、電圧には依存しないことが確認されている。防食効果が得られる電流は、おおむね０．０２Ａであり、この電流を得るように電圧を制御する。電圧は、被加工物の表面積に依存し、表面積が広い場合は電圧値も高くする必要がある。

本発明の実施形態の原理を説明するための構成図。図１の破線部を拡大して模式的に示した図。本発明の一実施形態を説明するための構成図。本発明の他の実施形態を説明するための構成図。一般的なキャビテーションを利用した表面改質を説明するための概念図。図５の点線部分を拡大して示した模式図。

符号の説明

１１…高周波電源、１２…振動子、１３…ホーン、１４…容器、１５…清水、１６…キャビテーション、１７…被加工物、１８…キャビテーション発生面、１９、２１…矢印、２０…キャビテーション泡、２２…衝撃波、２３…施工面、２４…間隙、２５…電位差、２６…低電位部分、２７…腐食電流、２８…健全部、２９…補助陽極、３０…直流電源装置、３１、３３…防食電流、３２…流電陽極。

Claims

清水中に浸漬した被加工物表面にキャビテーションを作用させて表面改質を行う工程と、前記清水中に陽極を浸漬して前記被加工物と前記陽極間に防食電流を流す工程とを具備することを特徴とするキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法。
前記清水外に直流電源装置を設置し、前記直流電源装置を前記陽極ならびに前記被加工物に接続することを特徴とする請求項１記載のキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法。
前記陽極と前記被加工物間を接続し、前記陽極を前記被加工物よりもイオン化傾向の高い金属としたことを特徴とする請求項１記載のキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法。
前記キャビテーションは、高周波振動によって形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のキャビテーションによる表面改質被加工物の発錆防止方法。