Research on a technique of restraining fatigue crack growth using wedge effects of corrosion products

利用腐蚀产物楔形效应抑制疲劳裂纹扩展技术的研究

基本信息

批准号：
20K04677
负责人：
高橋一比古
金额：
$ 2.5万
依托单位：
National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

疲労き裂の内部に腐食生成物が生じると、所謂くさび効果によってき裂進展速度が大幅に抑制される場合がある。腐食環境下におけるき裂の進展挙動は、くさび効果による抑制作用と腐食溶解等による加速作用のせめぎ合いとなるため、前者が相対的に卓越するような湿潤環境をき裂内に作り出すことができれば、き裂進展を効果的に抑制することが可能となる。そこで本研究では、湿潤環境をき裂内で局所限定的に実現する手段として高含水率の含水ジェルを用いたき裂進展抑制シートを試作し、その有効性について検証を行う。2022年度は、前年度に引き続き鋼平板試験片を用いたき裂進展試験を実施し、試作したき裂進展抑制シートの性能評価を行った。具体的には、市販の含水ジェルシートに蒸留水、塩水または人工海水を含浸させたものを用いて含水成分の影響をみるとともに、流電陰極層や流電陽極層の効果についても比較検討を行った。その結果、試験片の片側にき裂進展抑制シートを適用し、反対側は通気口とした場合、試作したすべての進展抑制シートについて有意な進展抑制効果、ひいては寿命延伸効果を有することがわかった。母材ままの場合と破断寿命で比較すると、蒸留水を用いた場合で2.1～2.4倍、3%食塩水を用いた場合で4.1～5.5倍、人工海水を用いた場合で6.5～9.6倍となった。含水ジェルシートの上から流電陰極層として銅箔テープを適用して試験片と適宜導通させた場合、蒸留水を用いた場合には有意な差異が認められなかったが、3%食塩水または人工海水を用いた場合には陰極層の効果が現れ、前者で35%、後者で47%の更なる寿命延伸がそれぞれ認められた。含水ジェル及び上記の流電陽極層を用いた、き裂内析出物のくさび効果によるき裂進展抑制方法については前年度に特許出願済みだが、今年度は更に実施例データを追加した上で請求項を整理し、国内優先権主張出願を行った。

当疲劳裂纹内部出现腐蚀产物时，由于所谓的楔效应，裂纹扩展速率可能会被显着抑制。腐蚀环境中裂纹的扩展行为是楔子效应的抑制作用与腐蚀溶解等加速作用之间的冲突，因此是否能够在裂纹内部创造一个湿润的环境，使前者相对占主导地位，可以有效抑制裂纹扩展。因此，在本研究中，我们将使用高含水量的水凝胶作为裂纹扩展控制片的原型，作为在裂纹内局部创建潮湿环境的手段，并验证其有效性。 2022年度，继上年度的基础上，使用钢平板试验片进行了裂纹扩展试验，并对试制的裂纹扩展抑制板的性能进行了评价。具体来说，我们使用市售的含水凝胶片浸渍蒸馏水、盐水或人造海水来检查含水量的影响，并对原电池阴极层和原电池阳极层的影响进行了比较研究去了。结果发现，当将裂纹生长抑制片应用到试验件的一侧并在另一侧放置通气孔时，所有原型生长抑制片都具有显着的生长抑制效果，进而，有延年益寿的作用。与原基材相比，使用蒸馏水时断裂寿命延长至2.1～2.4倍，使用3%盐水时断裂寿命延长至4.1～5.5倍，使用人造海水时断裂寿命延长至6.5～9.6倍。当将铜箔带作为电阴极层施加在含水凝胶片上并用测试片建立适当的导电性时，当使用蒸馏水时没有观察到显着差异，但是当使用3％盐水或人工水时使用海水，阴极层的效果显现，寿命进一步延长了35%，后者延长了47%。使用含水凝胶和上述牺牲阳极层，利用裂纹内析出物的楔形效应来抑制裂纹扩展的方法，在上一年度申请了专利，但今年将提交专利申请。添加更多示例数据后，我组织了这些部分并提交了一份要求国内优先权的申请。