並列タイトル等Influence of Nozzle Jet in Electric Arc Spraying
一般注記type:Thesis
材料の表面改質に関する重要なコーティング技術に溶射があり，この中でも産業界で多用されるアーク溶射を本研究の対象とした．アーク溶射とは2本の金属ワイヤに電圧をかけワイヤを溶融し，ノズルから噴出したアトマイジングガス（エア）で被溶射物表面へ吹き付ける溶射法である．エアの状態（噴流現象）がアーク溶射に与える影響に着目し，簡単に溶融粒子の微細化をコントロールする手法を確立することを研究目的とした．本研究を進めるにあたって，初めに実験的手法であるシュリーレン法を用いてノズル（実ノズル）から出る噴流現象の解明を試みた．シュリーレン法による可視化から，実ノズル（以下“ノーマルノズル”とする．）から出た噴流は膨張・圧縮を繰り返し減衰する複雑な3次元構造であることを明らかにした．しかしながら，シュリーレン法による可視化では流れが不鮮明で噴流構造の詳細把握には困難が生じたため，数値解析手法であるCFDによる補完を試みた．補完を試みるにあたり，計算手法の妥当性を確認するためワイヤの無い単純ノズルの解析を行った． CFDによるシミュレーションでシュリーレン観察の結果を良好に再現でき，計算手法の妥当性が確認された．次にワイヤがあるノーマルノズルの解析を行った結果，ワイヤ部で流れが圧縮されノズルから出た流れは膨張・圧縮を繰り返して減衰していることを明らかにした．また，ワイヤの見える向きによって噴流幅や減衰パターンが違うことから，噴流が3次元構造をしていることも明らかにした．実溶射では溶融したワイヤ（溶融粒子）がこの噴流に乗って被溶射物へ吹き付けられ，この過程で溶融粒子はより微細化すると考えられる．この噴流状態が溶融粒子の微細化に関係があると考えられるため，アーク点上流の2本のワイヤ間にプレートを設置したスプリッターノズルを考案した．プレート設置によってプレート部で波（膨張波など）が発生し，その波のエネルギによりアーク熱で溶融し引き千切られる際のワイヤサイズに変化が現れることを本ノズルでは期待した．CFDによりプレート部で膨張波が発生しノーマルノズルの噴流とは異なることを明らかにすると共に，設置位置の変更でも噴流状態に違いが現れることを明らかにした．最後に，ハイスピードカメラによる可視化手法を構築し，実溶射時の溶融粒子の飛翔を解明することを試みた．本可視化から，ノーマルノズルではアーク熱でワイヤが溶融し，エアで吹き付けられる過程で微細化することを明らかにした．一方，スプリッターノズルでは，ノーマルノズルに比べアーク熱で溶融したワイヤのサイズが小さいことを明らかにした．また，プレートの設置位置の違いで上記ワイヤのサイズに変化が現れることも明らかにした．これら得られた知見から，“プレート設置の有無”や“プレートの設置位置変更”で溶融するワイヤのサイズを制御し，皮膜品質の制御ができる可能性があることを示した．
コレクション（個別）国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文
受理日（W3CDTF）2022-05-09T11:57:37+09:00
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