AE・超音波によるマイクロクラックと局所応力場の動的観察装置の試作

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セラミックコーティング材の、AE・超音波によるマイクロクラックと局所応力場の動的観察装置の試作を行った。セラミックコーティングでは、コーティング層の剥離の原因となる界面のせん断応力と初期欠陥の評価が重要となる。そこで本研究では、セラミックスコーティング材の欠陥検出を熱サイクル試験機による熱AEを用いて検出し,併せて超音波Cスコープを用いてその形状・寸法評価することで、初期欠陥検出を動的に観察しようとしたものである。実験に用いた試験片のセラミックコーティング材は、基材にはSUS304の丸棒を用い層厚300μmのY_2O_3添加ZrO_2及び、層厚100μmのNiCoCrAlY結合層を各々プラズマ溶射で作成した。この試験片に熱衝撃(水中急冷法:ΔT=1453K)を与え、目視による損傷検出まで熱衝撃-熱AE-超音波探傷を繰り返した。熱AE試験では、試作した波形収録解析型熱サイクルAE試験機を用い、試験片を大気中で1073Kまで加熱・冷却を行い、導波棒を介してAE計測を行った。その後、25MHz点収束型探触子を用いた波形収録型超音波Cスコープにより、AE欠陥検出位置の超音波探傷を行った。その結果、熱AE試験では、AEの縦波初動波形を抽出して位置標定を行うことで、目視による最終表面割れ位置を、受取材の段階で高精度に標定できた。また、超音波探傷では、AEの集中発生位置の表面エコーリンギング波形中の界面欠陥エコーを抽出することで、界面損傷の大きさに対応するCスコープ欠陥像を得ることができた。これより、AEと超音波の波形解析を行うことで、欠陥の位置、大きさが定量的に検出可能となった。一方、熱ひずみにより発生するき裂面のフリクションAEの定量評価には、欠陥位置における界面の熱せん断応力及び破壊モードを定量評価することが必要であるが、今後の課題として残された。