JPH10227730A - 人工孔食作製方法 - Google Patents

人工孔食作製方法

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JPH10227730A
JPH10227730A JP3072897A JP3072897A JPH10227730A JP H10227730 A JPH10227730 A JP H10227730A JP 3072897 A JP3072897 A JP 3072897A JP 3072897 A JP3072897 A JP 3072897A JP H10227730 A JPH10227730 A JP H10227730A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不必要な傷をつけることなく、孔食部表層金
属に組成変形の影響を受けず、また、加工面の精度を向
上することによって、孔食モデルの標準として適する孔
食を作製し、しかも短時間で作業できる人工孔食作製方
法を提供すること。 【解決手段】 人工孔食作製方法は、金属表面に陽極電
解を施すことによっ孔食が作製されるものであり、試験
片1に形成された保護膜2の一部にピンホール2aを形
成し、試験片1の一部表面に、ピンホール2aより大き
な孔9aが形成されたビニールテープ9を貼着する。そ
して、ピンホール2aに合わせるように電気ペン3が配
置される。電気ペン3には、電解液4が浸透されたガラ
ス綿5が収納され、電気ペン3に直流電源の陰極を接続
し、試験片1に直流電源の陽極を接続することによっ
て、電解液4がピンホール2aから試験片1に侵食し、
数分間の電解時間で孔食が作製される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、金属の人工欠陥
材の強度評価や耐久性・強度試験を行なったり、腐食試
験等を行なうために、金属に人工孔食を作製する方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般的に、各種機械や装置を長期間使用
していると、さまざまな条件下のもとで孔食が発生する
ことがあり、この孔食に対応するために、各種機械や装
置に使用されている金属材料を検査することが行なわれ
る。孔食とは、金属が安定した保護膜の条件下のもとで
皮膜の欠陥箇所から発生する局部的な点状の腐食をい
い、試験片を使ってこの孔食と同様な人工孔食を作製
し、この試験片で疲労試験、腐食試験等を行ない、寿命
予測等の評価をする。
【0003】従来、この人工孔食を作製する方法は、ド
リル等による機械的な方法、放電加工を利用して行なう
方法、陽極分極法等によって行なわれていた。
【0004】ドリル等による機械的な方法は、試験片を
ボール盤に装着しドリル等の工具で試験片に孔食を作製
することによって行なわれていた。この方法では容易な
作業で行なうことができるので、短時間で作業すること
ができる。
【0005】また、放電加工による人工孔食作製方法
は、放電加工機の加工液の中に試験片をおき、電極工具
と試験片との間に放電を発生させスパークを繰り返して
孔食を作製するものであり、試験片に作製される孔食の
面精度が良く正確な検査を行なうことができる。
【0006】陽極分極法による人工孔食作製方法は、求
めた陽極分曲線から条件を設定し、試験片の孔食発生予
定域を直接分極することによって、孔食を発生させる電
気化学的方法の1つであり、図11に示されるように、
照合電極21と試料電極22をそれぞれポテンションス
タット23に接続するとともに試料溶液24中に浸し、
電位掃引装置25で電圧を所定時間上昇させ、所定電位
に達すると電流値が急激に上昇し、試料電極22に配置
された試験片に孔食を発生させるようにしたものであ
る。この方法では、微小な孔については短時間で精度良
い孔食が作製できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のそれぞ
れの人工孔食作製方法には、次のような課題が挙げられ
ている。例えば、ドリル等による機械的な方法では、微
小な孔食を形成する場合に加工しにくく、また、油によ
って表面が汚くなったり、切り粉等により試験片表面に
不必要な傷をつけたり、さらに、孔の表層金属に機械加
工による組成変形層が形成され、正確な孔食を作製でき
ないおそれがある。
【0008】また、放電加工による孔食作製方法では、
放電加工機そのものが大規模な装置のため、設置スペー
スが必要となり、また、加工面に放電に伴う熱が加わる
ため、部分的に金属の溶融が発生して他の部分と金属組
成が異なってくるおそれがある。
【0009】さらに、陽極分極法による孔食作製方法で
は、その手法が複雑で深く大きい孔食を形成する場合に
はかなりの時間がかかり、不必要な部分に腐食が発生し
やすい。
【0010】この発明は、上述の課題を解決するもので
あり、不必要な傷をつけることなく、深く大きな孔食を
形成する場合でも孔食加工面の精度が良く、しかも短時
間で正確な孔食を作製できる人工孔食作製方法を提供す
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明にかかわる人工
孔食作製方法は、上記の課題を解決するために以下の方
法によるものである。即ち、金属材料の試験・検査を行
なうために、前記金属の試験片表面に人工孔食を作製す
る人工孔食作製方法であって、前記金属表面に陽極電解
を施すことを特徴とするものである。
【0012】さらに、この人工孔食作製方法は、金属材
料の試験・検査を行なうために、前記金属の試験片表面
に人工孔食を作製する人工孔食作製方法であって、前記
試験片表面に、電気絶縁性の保護膜を形成し、前記保護
膜にピンホールを形成し、電解液が浸透された電解ペン
を前記ピンホール部に当接させて陽極電解を行なった
後、溶剤で前記保護膜を除去するようにして、孔食を作
製することを特徴とするものである。
【0013】また、前記保護膜が、前記金属表面に形成
される薄膜と、前記薄膜上に形成されるピンホール回り
に貼着される絶縁テープと、を有し、前記絶縁テープに
前記ピンホールの孔径以上に設定された孔が形成されて
いることを特徴とするものであれば好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図面に基づいて説明する。図1は、電解人工孔食作製装
置Mの模式図を示すものであり、タービンロータの腐食
疲労試験における、孔食の形状・深さ等が破談寿命に及
ぼす影響について調査するために行なうものである。試
験片1は鉄クロムニッケル合金で形成され、両端部に雄
ねじ中央部が丸棒で形成されている。試験片1の表面に
は、電気絶縁性塗膜(以下、保護膜という)2が付着さ
れ、保護膜2上に電気ペン3が配置されている。電気ペ
ン3内には電解液4を浸透したガラス綿5が充填されて
いる。電気ペン3は、直流電源6の(−)側に接続さ
れ、直流電源6の(+)側は試験片1に接続されてい
る。
【0015】この装置の詳細と孔食を作製する手順を図
2〜5によって示す。まず、図2に示されるように、試
験片1の丸棒表面上にニトロセルロース、または、アク
リル樹脂を主成分として形成されるマニュキュア等のコ
ーティング材を塗布して、電気絶縁性の保護膜2を形成
する。
【0016】次に、図3に示されるように、予め所定の
位置に孔8aが形成されたプラスティック製のフィルム
版8を保護膜2の上に載置する。フィルム版8は厚さ
0.1〜0.2mmで、図4に示されるように、H形に
形成され中央の渡り部に微小の孔8aが複数個形成され
ている。フィルム版8は治具として使用されるため、そ
の材料はプラスティックに限るものではない。フィルム
版8に形成された孔8aに沿って、試験片1の表面上に
形成された保護膜2を針7等で削り落として除去する。
フィルム版8を取り外すと、試験片1にはフィルム版8
に形成された孔8aと同様な形状をした孔(以下、ピン
ホールという)2aが保護膜2に複数個形成されること
になる。従って、ピンホール2a部には試験片1の表面
が表れることになる。なお、ピンホール2aの孔径は孔
深さと相関関係にあり、その詳細は後述する。
【0017】続いて、図5〜6に示されるように、1c
m□の孔9aが形成された絶縁状のビニールテープ9
を、ピンホール2aを中心として試験片1の丸棒表面を
覆うように保護膜2上に貼着する。ビニールテープ9
は、保護膜としての役割をするとともに、特に、電解液
3が丸状の試験片1から外部に流れることを防止するた
めに貼着されるものであり、試験片1が平面状に形成さ
れているものについては、貼着しない場合もある。
【0018】そして、電解液4が浸透されたガラス綿5
を内部に含んだ電気ペン3を、直流電源6の陰極(−)
側に接続させ、試験片1を直流電源6の陽極(+)側に
接続させた状態で、図7のように、電気ペン3をガラス
綿4がピンホール2a内に表れた試験片1の表面に当接
するように配置させる。
【0019】電解液4は、試験片の材料によってそれぞ
れ適合されたものが使用され、本形態のように鉄系の場
合、主に塩化アンモニア(約12%)、グリセリン(約
37%)、水(約51%)から構成される電解液4が使
用されている。本形態の場合、リン酸(約63%)、硫
酸(約15%)、無水クロム酸(約10%)及び水(約
12%)から構成されるものであっても良い。
【0020】なお、試験片がアルミあるいはアルミ合金
の場合は、炭酸ナトリウム(約15%)、りん酸三ナト
リウム(約5%)、水(約80%)で構成された電解液
でも良く、また、りん酸(約75%)、硫酸(約4.7
%)、無水クロム酸(約6.5%)、AL&Cr(約6
%)、水(約7.8%)で構成された電解液でも良い。
さらに、銅や銅合金、あるいはニッケルあるいはニッケ
ル合金等で形成される試験片も、それぞれ適合した電解
液を使用することになる。
【0021】電解液3が浸透されたガラス綿5は、細か
い網目状に形成され電気ペン3の先端部に充填されてい
る。しかし、電解液3を電気ペン3内に直接充填するこ
とができればガラス綿を特に必要とすることはない。
【0022】なお、本装置Mによって作製される孔食の
径は50μm以下のものから500μm以上のものまで
適用され、孔食深さは500μm以上のものまで適用さ
れる。本形態においては、孔食深さを250μmで行な
うものとする。孔食深さは電界時間とともに上昇し、孔
食径は孔食深さが深くなるとともに広がる。この関係は
図8〜9のグラフによって示される。このグラフでは電
圧は20Vに設定されたもので、孔食深さは電界時間約
72秒で250μmになり、孔食深さ250μmの時に
孔食の径は300μm広がることがわかる。従って、保
護膜2に形成されるピンホール2aの径は、作製される
孔食径より300μm小さくなるように形成され、アス
ペクト比(孔食深さ/孔食半径)を0.7に設定する
と、孔食の径は714μmになり、ピンポールの径は4
14μmになる。
【0023】人工孔食作製装置Mは、直流電源6を試験
片1と電気ペン3に接続することによって、ガラス綿5
に浸された電解液4が、保護膜2のピンホール2aを通
って試験片1に侵入するとともに、電解液4内で電解が
行なわれ、塩化物イオンが試験片1側に移動し、アンモ
ニウムイオンが電気ペン3に移動して電流が流れ、試験
片1に孔食が作製される。そして上述のように電界時間
1〜2分で陽極電解を行なうと、深さ250μm、外径
約714μmの孔食が作製される。なお、図7における
電気ペン3とビニールテープ9との間には、リング状の
ゴムパッキン10が挿入され電解液4の外部への洩れを
防止している。そして、ピンホール2aが形成された他
の部分においても同様に陽極電極を行なった後、ビニー
ルテープ9をすべて剥し、保護膜2をアセトン等の溶剤
で除去する。
【0024】このように作製された孔食12は、図10
(a)、(b)のように、顕微鏡写真によって撮影され
た拡大断面で示される。(a)は100倍に拡大された
もので(b)は孔食12の底部中央部12bの880倍
に拡大したものである。これによると、作製された孔食
面12aは極めて明瞭に表されていて、その組成は孔食
されていない試験片の他部とほぼ同様の状態を示してい
る。従って、従来でのドリルによって加工形成する際に
生じる傷等が発生せず、また、放電加工する際に生じる
孔食面付近の溶融を発生することがないため、実際に腐
食によって生じる孔食に近く孔食モデルの標準として適
している。
【0025】
【発明の効果】本発明の人工孔食作製方法は、陽極電解
法によって試験片に孔食を作製するため、作製された孔
食面が精度良く形成され、また、50μm以下の径の孔
食から500μm以上の径の孔食まで幅広く作製するこ
とができる。しかも、試験の際に他の要素で試験片を変
化させることがないので、孔食の標準モデルとして極め
て適している。
【0026】さらに、陽極電解する際に、前記試験片表
面に、電気絶縁性の保護膜を形成し、前記保護膜にピン
ホールを形成し、電解液が浸透された電解ペンを前記ピ
ンホール部に当接させて陽極電解を行なった後、溶剤で
前記保護膜を除去する方法で行なわれるため、大きな装
置を必要とせず、極めて容易な手順でしかも極めて短時
間で孔食を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の人工孔食作製方法の一形態による装置
を示す模式図
【図2】図1の装置によって孔食を作製する手順を示す
【図3】図2の次の手順を示す図
【図4】図3で使用されるフィルム版を示す斜視図
【図5】図3の次の手順を示す図
【図6】図5の斜視図
【図7】図5の次の手順を示す図
【図8】孔食の深さと電界時間の関係を示すグラフ
【図9】孔食の深さと孔径の広がりの関係を示すグラフ
【図10】作製された孔食の顕微鏡写真((a)は10
0倍、(b)は880倍の拡大顕微鏡写真)
【図11】従来の陽極電極法を示す概略図
【符号の説明】
1…試験片 2…保護膜 2a…ピンホール 3…電気ペン 4…電解液 5…ガラス面 6…直流電源 8…フィルム版 9…ビニールテープ M…電解人工孔食作製方法

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属材料の試験・検査を行なうために、
    前記金属の試験片表面に人工孔食を作製する人工孔食作
    製方法であって、 前記金属表面に陽極電解を施すことを特徴とする人工孔
    食作製方法。
  2. 【請求項2】 金属材料の試験・検査を行なうために、
    前記金属の試験片表面に人工孔食を作製する人工孔食作
    製方法であって、 前記試験片表面に、電気絶縁性の保護膜を形成し、 前記保護膜にピンホールを形成し、 電解液が浸透された電解ペンを前記ピンホール部に当接
    させて陽極電解を行なった後、 溶剤で前記保護膜を除去するようにして、 孔食を作製することを特徴とする人工孔食作製方法。
  3. 【請求項3】 前記保護膜が、前記金属表面に形成され
    る薄膜と、前記薄膜上に形成されるピンホール回りに貼
    着される絶縁テープと、を有し、前記絶縁テープに前記
    ピンホールの孔径以上で設定された孔が形成されている
    ことを特徴とする請求項2記載の人工孔食作製方法。
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