ISO 20267:2017 溶射—インデントによるセラミックコーティングの界面靭性の決定 | ページ 2

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

序文

ISO (国際標準化機構) は、各国の標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合です。国際規格の作成作業は、通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。 ISOと連携して、政府および非政府の国際機関もこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するすべての問題について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。

この文書の開発に使用された手順と、今後の維持のために意図された手順は、ISO/IEC 指令で説明されています。 1. 特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令の編集規則に従って作成されました。 2 ( www.iso.org/directives を参照)

このドキュメントの要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、そのような特許権の一部または全部を特定する責任を負わないものとします。ドキュメントの開発中に特定された特許権の詳細は、序文および/または受信した特許宣言の ISO リストに記載されます ( www.iso.org/patents を参照)

このドキュメントで使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、保証を構成するものではありません。

規格の自主的な性質に関する説明、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および技術的貿易障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) の原則への ISO の準拠に関する情報については、次を参照してください。次の URL: www.iso.org/iso/foreword.html

この文書は、技術委員会 ISO/TC 107, メタリックおよびその他の無機コーティングによって作成されました。

序章

溶射セラミック コーティングの界面靭性は、次の 2 つの理由で必要とされます。

  • a)使用中の接着力の低下を定量的に理解する。
  • b)コーティングされたコンポーネントの寿命評価。

溶射皮膜の密着強度は、通常 ISO 14916 で規定された引張法に準拠して測定されます。しかし、ISO 14916 の適用には技術的な制限があります。接着剤よりも高い接着強度を持つコーティングは、定量的に評価できません。その単純さと実用性のおかげで、インデンテーション法は、このようなコーティングの接着性を評価する有望な方法です。この方法では、ビッカース硬さ試験機が使用されます。界面靭性値は、圧子をコーティング界面に押し付けた後に形成されたクラックの長さを測定することによって評価される。この文書で指定された方法を適用すると、コーティングの接着強度評価に関する不確実性を減らすことができ、より簡単な方法で接着強度を評価することが可能になります。

結果は、応力拡大係数 (MN∙m -3/2 ) または破面エネルギー (J∙m -2 ) として表すことができます。

「界面靭性」にはいくつかの意味があります。

  • a) MN・m -3/2 単位の界面破壊靭性KIcは、コーティングが基板からどれだけ簡単に剥がれるかを示す材料定数です。
  • b)エネルギー解放率 (または破壊するために行われる仕事)、 Gは、多くの場合、 KtoGに変換することによって得られる、界面破壊靭性の別の表現です [つまり、 G = K2 (1 - ν2 )/ E 、ここで、 Eはヤングのモジュラスとνはポアソン比 Gの単位は J∙m -2です。

試験方法を開発する目的で、押し込み界面靭性KIFCという用語は、界面破壊靭性KIcとは別に定義される。圧痕界面靱性は、ビッカース硬さ試験機を用いて求めた値であり、圧痕により界面に生じたクラックの全長から算出される。亀裂の長さが短いほど、亀裂が長い他のサンプルよりもコーティングの界面靭性または接着強度が高いことを示します。溶射セラミックコーティングのこのような界面靭性を決定する標準的な方法はなく、現在、さまざまな組織やグループが独自の評価手順を使用しています。

このドキュメントで定義されている方法に従って測定を慎重に実行すると、亀裂の長さ、したがって界面の靭性の評価に多くの労力を必要とせず、システムの接着特性 (基板の化学的性質、基板表面の前処理/粗さ) を説明できます。 、コーティングの化学および特性)このドキュメントでは、測定手順の不確実性を最小限に抑えるための優れた方法を推奨しています。

1 スコープ

この文書は、押し込み法に基づいて室温で溶射セラミックコーティングの界面靭性を測定する方法を規定しています。界面靭性は、ビッカース硬さ試験機によって誘発された印象のコーナーから発生するクラックの平均長さから計算され、単層または多層のセラミックコーティングでの使用を目的としています。このドキュメントで提案されているテスト手順は、周囲環境での使用を意図しています。

このドキュメントは、遮熱コーティング、耐摩耗コーティング、電気絶縁コーティングなどの溶射セラミック コーティングに推奨されます。

2 参考文献

以下のドキュメントは、その内容の一部またはすべてがこのドキュメントの要件を構成するように、本文で参照されています。日付のある参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。

  • ISO 6507-1, 金属材料 — ビッカース硬さ試験 — 1: 試験方法
  • ISO 6507-2, 金属材料 — ビッカース硬さ試験 — 2: 試験機の検証と校正

3 用語と定義

このドキュメントには、用語と定義は記載されていません。

ISO と IEC は、次のアドレスで標準化に使用する用語データベースを維持しています。

参考文献

[1]ISO 14577-4, 金属材料 — 硬度および材料パラメータの計装押込試験 — 4: 金属および非金属コーティングの試験方法
[2]ISO 14916, 溶射 — 引張接着強度の測定
[3]ISO 17561, ファイン セラミックス (アドバンスド セラミックス、アドバンスト テクニカル セラミックス) — 音波共鳴による室温でのモノリシック セラミックスの弾性率の試験方法
[4]ISO 19477, 金属およびその他の無機コーティング — ビーム曲げによる遮熱コーティングのヤング率の測定
[5]Heinonen MT, サーメット材料の破壊靭性値の比較。修士論文。 UMIST, マンチェスター、英国、1996
[6]Roebuck B, Bennett EG, Lay LA, Morrell R硬くて脆い材料の Palmqvist 靭性の測定。国立物理学研究所 (NPL, GPD) 009, 1998 年 6 月
[7]Arai M 押し込み試験法に基づくセラミック遮熱コーティングの界面破壊靭性評価。日本材料学会誌. 2009, 58 pp. 917–923
[8]Yamazaki Y, Suzuki M, Arai M, Miyashita Y, Waki H,現在、日本における溶射皮膜の密着強度を評価するためのインデント法に関する標準化活動,国際溶射会議および展示会 2013 の議事録, 2013 年 5 月

Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, 1. In particular the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, 2 (see www.iso.org/directives ).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents ).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html .

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 107, Metallic and other inorganic coatings.

Introduction

The interfacial toughness of thermal spray ceramic coatings is required for two reasons:

  • a) to understand quantitatively degradation of adhesion in service;
  • b) for life assessment of the coated components.

Adhesion strength of thermal spray coatings is usually measured in accordance with the tensile method specified by ISO 14916. However, there is a technical limitation in the application of ISO 14916. It requires preparation of a tensile adhesion test specimen using glue and, as such, coatings with higher adhesion strength than glue cannot be quantitatively evaluated. By virtue of its simplicity and practicality, an indentation method is a promising method to evaluate the adhesion of such coatings. In this method, a Vickers hardness tester is used. An interfacial toughness value is evaluated by measuring a length of the crack formed after pushing the indenter on the coating interface. The application of the method specified in this document can reduce uncertainty over the adhesion strength evaluation of coatings and makes it possible to evaluate the adhesion strength in a simpler way.

The results can be expressed either as a stress intensity factor, in MN∙m-3/2, or as a fracture surface energy, in J∙m-2.

“Interfacial toughness” can have several meanings.

  • a) Interfacial fracture toughness, KIc, in MN∙m-3/2, is a material constant that shows how easily the coating may be peeled away from a substrate.
  • b) Energy release rate (or work done to fracture), G, is an alternative expression for interfacial fracture toughness, often obtained by converting KtoG [i.e. G = K2(1 - ν2)/E, where E is Young’s modulus and ν is Poisson’s ratio]. G has units of J∙m-2.

For the purposes of developing the test method, the term indentation interfacial toughness, KIFC, is defined separately from interfacial fracture toughness, KIc. The indentation interfacial toughness is a value obtained by using Vickers hardness tester, and is calculated from the total length of cracks induced along the interface by the indentation. Shorter crack lengths indicate that the coating has higher interfacial toughness or adhesion strength than other samples with longer cracks. There is no standard method to determine such interfacial toughness for thermal spray ceramic coatings, and different organizations or groups currently use their own evaluation procedures.

When measurements are carefully performed following the methods defined in this document, the evaluation of crack length, and thus interfacial toughness, will not require much effort and can describe the adhesion characteristics of the system (substrate chemistry, pre-preparation/roughness of substrate surface, coating chemistry and properties). This document recommends good practice to minimize uncertainty in the measurement procedures.

1 Scope

This document specifies a method for measuring the interfacial toughness of thermal spray ceramic coatings at room temperature based on an indentation method. The interfacial toughness is calculated from the mean length of cracks emanating from the corners of the impression induced by a Vickers hardness tester, and it is intended for use with ceramic coatings with a single layer or multilayers. The test procedures proposed in this document are intended for use in an ambient environment.

This document is recommended for thermal spray ceramic coatings such as thermal barrier coatings, wear resistant coatings and electrical insulating coatings.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

  • ISO 6507-1, Metallic materials — Vickers hardness test — 1: Test method
  • ISO 6507-2, Metallic materials — Vickers hardness test — 2: Verification and calibration of testing machines

3 Terms and definitions

No terms and definitions are listed in this document.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

Bibliography

[1]ISO 14577-4, Metallic materials — Instrumented indentation test for hardness and materials parameters — 4: Test method for metallic and non-metallic coatings
[2]ISO 14916, Thermal spraying — Determination of tensile adhesive strength
[3]ISO 17561, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for elastic moduli of monolithic ceramics at room temperature by sonic resonance
[4]ISO 19477, Metallic and other inorganic coatings — Measurement of Young's modulus of thermal barrier coatings by beam bending
[5]Heinonen M.T., Comparison of Fracture Toughness Value for Cermet Materials. MSc Thesis. UMIST, Manchester, UK, 1996
[6]Roebuck B., Bennett E.G, Lay L.A., Morrell R., The Measurement of Palmqvist Toughness for Hard and Brittle Materials. National Physical Laboratory (NPL, GPD) 009, June 1998
[7]Arai M., Interfacial Fracture Toughness Evaluatoin of Ceramic Thermal Barrier Coatings Based on Indentation Test Method. Journal of The Society of Materials Science, Japan. 2009, 58 pp. 917–923
[8]Yamazaki Y., Suzuki M., Arai M., Miyashita Y., Waki H., Current activities for standardization on indentation method to evaluate adhesion strength of thermal spray coatings in Japan, Proceedings of International Thermal Spray Conference and Exposition 2013, May 2013