JP4918253B2 - 表面平滑化皮膜を有する回転機械 - Google Patents
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Description
本発明における表面平滑化皮膜2の供試材、比較材、及び従来材の各試験片10を、以下のように作製し、粒子付着装置30によりシリカを付着させ、その後、付着粒子除去評価試験装置40を用いて付着粒子除去率を得て、それぞれの粒子除去性を評価した。なお、下記供試材、比較材、従来材はともに、基材の窒化硬質処理は行っていない。
(1)試験片
a)試験片の基材;
材質:SUS410J1
寸法:20mm長×20mm幅×5mm厚
b)供試材;
●供試材A1、A2、A3
3つの基材の表面粗さをバフ研磨により、それぞれ最大高さRy=0.1、0.3、0.5μmに仕上げ、マグネトロンスパッタ法(物理蒸着法)によりCrN皮膜21を2μm成膜し、それぞれ供試材A1、A2、A3とした。成膜後の供試材A1〜A3の表面粗さは、それぞれ基材と同様の最大高さRy=0.1、0.3、0.5μmであった。
2つの基材の表面粗さをバフ研磨および砥石研磨により、それぞれ最大高さRy=0.7、1.0μmに仕上げ、マグネトロンスパッタ法によりCrN皮膜21を2μm成膜し、それぞれ供試材A4、A5とした。成膜後の供試材A4、A5の表面粗さは、それぞれ基材と同様の最大高さRy=0.7、1.0μmであった。
3つの基材の表面粗さをバフ研磨により、それぞれ最大高さRy=0.1、0.3、0.5μmに仕上げ、イオン化蒸着法(化学蒸着法)によりダイヤモンドライクカーボン皮膜22を1μm成膜し、それぞれ供試材B1、B2、B3とした。成膜後の供試材B1〜B3の表面粗さは、それぞれ基材と同様の最大高さRy=0.1、0.3、0.5μmであった。
2つの基材の表面粗さをバフ研磨および砥石研磨により、それぞれ最大高さRy=0.7、1.0μmに仕上げ、イオン化蒸着法によりダイヤモンドライクカーボン皮膜22を1μm成膜し、それぞれ供試材B4、B5とした。成膜後の供試材B4、B5の表面粗さは、それぞれ基材と同様の最大高さRy=0.7、1.0μmであった。
●比較材A6、A7
2つの基材の表面粗さをバフ研磨および砥石研磨により、それぞれ最大高さRy=1.5、3.0μmに仕上げ、マグネトロンスパッタ法によりCrN皮膜21を2μm成膜し、それぞれ比較材A6、A7とした。成膜後の比較材A6、A7の表面粗さは、それぞれ基材と同様の最大高さRy=1.5、3.0μmであった。
2つの基材の表面粗さをバフ研磨により、それぞれ最大高さRy=1.5、3.0μmに仕上げ、イオン化蒸着法によりダイヤモンドライクカーボン皮膜22を1μm成膜し、それぞれ比較材B6、B7とした。成膜後の比較材B6、B7の表面粗さは、それぞれ基材と同様の最大高さRy=1.5、3.0μmであった。
△従来材C1
1つの基材の表面粗さをバフ研磨および砥石研磨により、最大高さRy=3.0μmに仕上げ、従来材C1とした。
(2)粒子付着試験
図2に示す粒子付着装置30により、以下のごとく粒子付着試験を行なった。
a)試験片10を固定用ドラム31の周面の凹部31aに嵌め込み裏側から固定した。
・固定ドラム回転数:10rpm
・シリカ粒子:日本アエロジル製 フュームドシリカ グレード50
・試験片温度:80℃
・シリカ衝突速度:300m/s
・シリカ付着厚み:0.1mm
(3)付着粒子除去性の評価試験
図3に示す付着粒子除去評価試験装置40を用い、以下のごとく付着粒子除去性の評価試験を行った。
付着粒子除去率=1−シリカ粒子残存率
として、付着粒子除去性を評価した。
付着粒子除去性の評価を行なった結果を示すものであり、横軸に各試験片の表面粗さの最大高さRy(μm)、縦軸に付着粒子除去率(%)をとっている。
・供試材B1〜B5、および比較材B6、B7については、□印
・従来材C1については、△印
なお、シリカ粒子残存率として付着堆積シリカの体積(質量)の残存率によらずシリカ粒子残存面の面積率をとったのは、付着堆積したシリカ粒子の除去においてコーティング(表面平滑化皮膜2)の影響があるのは、シリカ粒子付着層のうちコーティング面に直接接する部分であり、それよりも上部のシリカ粒子付着層の除去はコーティングによる違いがほとんど無いので、面積率を取る方が付着粒子除去性を的確に表せるためである。
表面平滑化皮膜2の供試材、及び従来材の各試験片10を、以下のように作製し、本実施例における表面平滑化皮膜2(CrN皮膜21、ダイヤモンドライクカーボン皮膜22)が、水蒸気中で表面粗さが変化しないかを以下のように確認した。なお、下記供試材、比較材、従来材はともに、基材の窒化硬質処理は行っていない。
(1)試験片
a)試験片の基材;
材質:SUS410J1
寸法:20mm長×20mm幅×5mm厚
b)供試材;
●供試材A8
1つの基材の表面粗さをバフ研磨により、最大高さRy=0.5μmに仕上げ、マグネトロンスパッタ法によりCrN皮膜21を2μm成膜し、供試材A8とした。成膜後の供試材8の表面粗さは、基材と同様の最大高さRy=0.5μmであった。
1つの基材の表面粗さをバフ研磨により、最大高さRy=0.5μmに仕上げ、イオン化蒸着法によりダイヤモンドライクカーボン皮膜22を1μm成膜し、供試材B8とした。成膜後の供試材B8の表面粗さは、基材と同様の最大高さRy=0.5μmであった。
△従来材C2
1つの基材の表面粗さをバフ研磨および砥石研磨により、最大高さRy=0.5μmに仕上げ、従来材C2とした。
(2)試験方法
試験片を挿入した図示しないチャンバーを温度80℃に保持し、同チャンバー内に蒸気を2L/分で連続的に200時間流した。
(3)結果
200時間後の各試験片の表面粗さを測定結果、供試材A8のCrN皮膜21、供試材B8のダイヤモンドライクカーボン皮膜22はともに最大高さRy=0.5μmであり、試験前と同じで変化は認められなかった。
1a 表面
1b 表層
2 表面平滑化皮膜
2a 表面
21 CrN皮膜(セラミックス層)
22 ダイヤモンドライクカーボン層(炭素層)
3 窒化硬質層
10 試験片
30 粒子付着装置
31 固定用ドラム
31a 凹部
32 粒子供給装置
33 水タンク
40 付着粒子除去評価試験装置
41 スチームクリーナー
Claims (7)
- 気体が流通し同気体が直接接する部位に表面平滑化皮膜を有する回転機械において、前記表面平滑化皮膜は、基材の表面を研磨した後に形成され、その表面粗さの最大高さRyが1.0μmを超えない炭素層であることを特徴とする表面平滑化皮膜を有する回転機械。
- 請求項1に記載の表面平滑化皮膜を有する回転機械において、前記表面平滑化皮膜の表面粗さの最大高さRyが0.5μmを超えないことを特徴とする表面平滑化皮膜を有する回転機械。
- 請求項2に記載の表面平滑化皮膜を有する回転機械において、前記表面平滑化皮膜の表面粗さの最大高さRyが0.1μm以上0.3μm以下であることを特徴とする表面平滑化皮膜を有する回転機械。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の表面平滑化皮膜を有する回転機械において、前記表面平滑化皮膜は前記気体が直接接する部位の基材上に物理蒸着により成膜されてなることを特徴とする表面平滑化皮膜を有する回転機械。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の表面平滑化皮膜を有する回転機械において、前記表面平滑化皮膜は前記気体が直接接する部位の基材上に化学蒸着により成膜されてなることを特徴とする表面平滑化皮膜を有する回転機械。
- 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の表面平滑化皮膜を有する回転機械において、前記表面平滑化皮膜は、同表面平滑化皮膜が設けられる部位の基材の表層に窒化硬質処理をして後、その窒化硬質層の上に設けられてなることを特徴とする表面平滑化皮膜を有する回転機械。
- 前記回転機械は蒸気タービンであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の表面平滑化皮膜を有する回転機械。
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