溶射粒子偏平における動的ぬれ挙動およびぬれ/初期凝固支配関係の解明

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650707
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 福本 昌宏 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (80173368)
• Keywords: 溶射 / 溶射粒子 / 基材温度 / スプラッシュ / 偏平・凝固 / 表面張力 / 遷移温度 / 動的ぬれ性

Research Abstract

基材温度変化に伴う溶射粒子偏平挙動変化において、一定の粒子関連因子条件下では、粒子偏平に対し凝固および界面ぬれ性の影響はともに甚大であるが、両因子の影響の支配関係は十分に解明されていない。木来溶射粒子の偏平は、運動し、かつ熱的に非平衡な動的ぬれ現象であることから、本研究では、溶射粒子の偏平における動的ぬれ挙動ならびにぬれ/凝固両因子の支配関係の実験的解明を試みた。
このため初年度は、まずプラズマ溶射粒子の偏平における動的ぬれ挙動の系統的調査データの蓄積を行った。具体的には、Ni,Al,Al_2O_3,およびYSZの各粉末材料と、表面を鏡面仕上げしたSUS304,真鍮,Al_2O_3およびYSZの各基材を用い、室温および所定の加熱温度に保持した各基材上に溶射粒子を捕集し、基材温度の上昇に伴う粒子偏平形態遷移挙動または偏平率変化を調査した。その結果、各種セラミックス粒子の溶射において、粒子熱伝導率と遷移温度との間には明確な直線関係が成立することが分かった。この事実からは、初期凝固層越しの熱伝導によって初めてこのような関係性が説明可能なことから、セラミックス粒子においても粒子は基材衝突時に急速に初期凝固することがわかった。ただしセラミックス溶射粒子の場合、基材へのぬれ性の悪い場合には、初期凝固を伴うことなくスプラッシュを発生する場合も同時に観察されたことから、溶射粒子の偏平現象の最も根幹の影響因子はぬれ性である可能性が示唆された。
一方、溶射現象を模擬可能な金属液滴の自由落下実験において、急速凝固層に特徴的な多孔質組織形成原因の解明を試みた。このため既設の装置を、真空条件下での落下試験を可能とするべく改良を施した。得られた結果において、真空条件下でのスプラット裏面には、室温基材上においても気孔の少ない凝固組織が認められたことから、かかる多孔質組織は周囲のガスの物理的取り込みによる可能性が大きいことがわかった。溶射現象における動的ぬれ挙動を推測するための、模擬実験における自由落下溶融金属液滴の偏平挙動のその場計測は、次年度に継続して行う。

Research Products

• [Publications] 西岡 映二: "平滑基材上に自由落下させた金属液滴の偏平挙動" 溶接学会論文集. 16. 437-444 (1998)
• [Publications] 福本 昌宏: "自由落下金属液滴の偏平・凝固に及ぼす基材温度の影響" 溶接学会論文集. 17(掲載決定). (1999)
• [Publications] 田中 康徳: "セラミックス溶射粒子の偏平挙動における支配因子の特定" 溶接学会論文集. 17(掲載決定). (1999)
• [Publications] Masahiro Fukumoto: "Flattening mechanism in thermal sprayed Ni particle impinging on flat substrate surface" J.of Thermal Spray Technology. 8(掲載決定). (1999)