プラズマ溶射コーティング膜に存在する欠陥と耐環境性の相関性

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455057
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Kogakuin University
• Principal Investigator: 木村 雄二 工学院大学, 工学部, 教授 (90107160)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤原 幸男 工学院大学, 工学部, 講師 (80100361)
• Keywords: プラズマ溶射コーティング / 耐食性 / 耐酸化性 / 腐食挙動 / 電気化学測定 / CPCD法 / 欠陥存在率 / 耐環境性

Research Abstract

プラズマ溶射コーティングは、大規模な真空チャンバーを必要とせず、成膜速度が大きく、膜厚制御が容易であり、また成膜する材料の選定が幅広く行えるなどの優れた特徴から、耐熱性ならびに耐摩耗性を付与するコーティングとして種々の分野で実用に供されてきた。しかしながら、本来、耐食性、耐熱性などに優れるセラミックコーティング膜自身は、これらの抵抗性が著しく大きいはずであるにもかかわらず、溶射皮膜生成のメカニズム上不可避的に膜中に存在する欠陥のために成膜された部材が必ずしも優れた特性を示さないなど、数多くの問題が解決されないままに残されている現状にある。
そこで、耐食性・耐酸化性などの種々の抵抗性と皮膜中に存在する欠陥の形態との相関性を明らかにし、減圧溶射することによる皮膜構造の緻密化がこれらの特性に及ぼす影響ならびに、CPCD法による溶射コーティング皮膜の欠陥評価の可能性を検討し、以下の結論を得た。
1.SUS304ステンレス鋼基材上に大気中ならびに減圧下でプラズマ溶射法により成膜されたイットリア安定化ジルコニア皮膜について、SEMならびにEPMA(概設)によりコーティング膜の微細構造ならびに膜中に存在する気孔などの欠陥の存在状態が大気ならびに減圧という成膜条件に対してどのような依存性を有するかについて明らかにした。
ポテンショスタット等を用いた電気化学的手法による3電極方式により、前述のコーティング皮膜に対して、1N-H_2SO_4ならびに3%NaCl水溶液中で分極曲線を求め、同環境におけるプラズマ溶射コーティング皮膜の耐食性に対し成膜条件すなわち欠陥の存在状態の差異がどのように影響を及ぼすかについて評価した。
3.H_2SO_4ならびにKSCNを含む水溶液中での臨界不働態化電流密度(DPCD)の測定結果から、CPCD法によりコーティング皮膜の貫通欠陥率を求めた。そして、求められた欠陥率と前述の分極測定より決定した孔食電位などの電気化学的な特性値との対応関係を示した。
4.多目的高温炉を用いた大気環境下高温の酸化試験より、プラズマ溶射コーティング皮膜の酸化劣化特性に及ぼす皮膜構造の影響を評価した。
5.測定済みの薄膜中に存在する欠陥の分布状態と、一方で電気化学的手法により求めた種々の特性値(孔食電位、自然腐食電位、腐食電流密度など)との対応関係を明らかにした。

Research Products

• [Publications] H. YAJIMA and Y. KIMURA: "Degradation Characteristics of Plasma-Spray Ceramic Coatings under Cyclic Heating Conditions" Proc. of Thermal Spraying(ITSC '95)-Current Status and Future Trends-. 621-626 (1995)
• [Publications] 新田誠司、木村雄二: "各種の電気化学的手法によるセラミックコーティング膜の欠陥評価" 日本機械学会論文集、A編. Vol.61. 1914-1920 (1995)