キャビテーション損傷とキャビテーションによる表面改質法

祖山均; Hitoshi SOYAMA

摘要

流体潤滑下で用いられるすべり軸受は，機械的振動によりキャビテーション気泡が発生し，損傷を生じる．これまでに軸受に生じるキャビテーションを取り上げ，軸受材料の耐キャビテーション損傷などの研究が行なわれている．そもそもキャビテ-ション損傷は，キャビテーション気泡が崩壊するときに生じるマイクロジェットや衝撃波に起因する衝撃力により生じる．本報でのキャビテーション損傷は，物理的な衝撃力により短時間で機械材料が損傷するエロージョンを対象とし，比較的長時間使用して生じる電気化学的作用により生じる腐食（コロージョン）は対象としていない． Fig.1にはキャビテーション気泡の崩壊によりアルミニウムに生じた塑性変形ピットを示す．一般にキャビテ-ション損傷は，このような塑性変形が繰り返し負荷されて疲労破壊的に損傷を生じる．軸受や流体機械に生じるキャビテーションばかりでなく，現在，米国，日本，欧州でそれぞれ個別に開発中のメガWクラスの中性子発生装置においても，キャビテーション損傷の定量的予測が重要課題となっている．同装置では，水銀に陽子を打ち込み，核破砕によって生じる中性子を利用するので，水銀に陽子を打ち込むたびに水銀の容器内に圧力波が生じてキャビテーション気泡が発生して損傷が生じる．以上のごとく，キャビテーション衝撃力は流体機器に損傷を生じる害悪であるが，逆転的発想により，キャビテーション衝撃力をショット·ピーニング(SP, Shot Peening)のごとく，金属材料の表面改質に有効利用できる．この方法は，ショットを用いずにピーニングできるので，キャビテーション·ショットレス·ピーニング(CSP, Cavitation Shotless Peening)と呼ばれる．本稿では，キャビテーション損傷の材料試験法ならびにキャビテーション損傷の定量的予測法について解説する．さらに，CSPについて概説する．

キャビテーション損傷とキャビテーションによる表面改質法

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