ショットブラスト：鋼の表面処理、清掃および仕上げ技術

定義と基本概念

ショットブラストは、鋼表面を清掃、準備、または変更するために、鋼鉄業界で広く使用される機械的表面処理プロセスです。これは、鋼基材に対して高速度で研磨媒体を衝突させることによって、汚染物質、錆、スケール、古いコーティングを除去し、同時に表面の粗さやテクスチャを誘発します。

ショットブラストの主な目的は、表面の清浄度を向上させ、後続のコーティングの接着性を改善し、粗さや残留応力などの表面特性を変更することです。これは、特に構造鋼の製造、船舶建造、自動車製造、産業機器の生産において、製造、メンテナンス、仕上げのワークフローにおいて重要なステップです。

鋼表面仕上げ方法の広範なスペクトルの中で、ショットブラストは機械的表面準備技術として分類されます。これは、表面を変更するために物理的衝撃エネルギーに依存しているため、化学洗浄、電気化学的処理、熱処理とは区別されます。その多様性により、表面の清掃と表面のテクスチャリングの両方が可能であり、表面工学における基礎的なプロセスとなっています。

物理的性質とプロセス原理

表面改質メカニズム

ショットブラスト中、研磨媒体は特殊な機器（タービン、ホイールブラストマシン、またはエアブラストシステムなど）によって加速され、高速（通常20〜100メートル毎秒）で鋼表面に向けられます。研磨粒子の運動エネルギーは、表面の汚染物質、錆、ミルスケール、古いコーティングを剥がす微小およびナノスケールの衝撃を引き起こします。

微細構造レベルでは、衝撃が表面層の塑性変形を引き起こし、微小な凹み、くぼみ、微小亀裂によって特徴づけられる粗いプロファイルを作成します。この粗さは、後続のコーティングとの機械的なかみ合わせを強化し、接着強度を改善します。このプロセスはまた、表面層に残留圧縮応力を誘発し、疲労抵抗や腐食性能を向上させることができます。

化学的には、ショットブラストは反応剤を含まないが、酸化物や汚染物質の物理的除去により、新しい鋼表面が露出し、より反応性が高く、保護コーティングの準備が整います。処理された表面とその後のコーティングとの間の界面ゾーンは、表面粗さが増加し、酸化物のないクリーンなプロファイルによって特徴づけられ、強力な機械的結合を促進します。

コーティングの組成と構造

ショットブラストによって得られる表面層は、主に清浄で脱汚染された鋼で構成され、粗いトポグラフィーを持っています。処理された表面の微細構造は、バルク特性の観点ではほとんど変わらないが、表面積が増加し、微小な凹みを持つ改変された表面微細構造を示します。

残留表面改質の典型的な厚さ（粗いプロファイルなど）は、プロセスパラメータや適用要件に応じて数マイクロメートルから数十マイクロメートルの範囲です。たとえば、塗装やコーティングの準備において、表面プロファイル（または粗さ）は、接着を最適化するために特定の範囲内（例：プロファイル高さ50〜100マイクロメートル）で指定されることがよくあります。

場合によっては、ショットブラストは、残留応力誘発のためのピーニング効果やコーティング接着のための表面粗さなど、特定の表面テクスチャを作成するために使用されます。バリエーションには、異なる研磨媒体の種類、サイズ、およびプロセス強度が含まれ、これらは表面の微細構造的およびトポグラフィー的特性に影響を与えます。

プロセス分類

ショットブラストは、研磨仕上げプロセスの広範なカテゴリー内で機械的表面処理として分類されます。これは、グリットブラスト、ビードブラスト、ショットピーニングなどの他の方法と関連していますが、それぞれに特定の区別があります。

グリットブラストは通常、攻撃的な清掃のために角ばった研磨粒子を使用し、ビードブラストは滑らかな仕上げのために球状の媒体を使用します。ショットピーニングは、疲労寿命を改善するために有益な残留圧縮応力を誘発することを目的とした制御されたショットブラストプロセスです。

ショットブラストのバリエーションには以下が含まれます：

• ホイールブラスト：回転するホイールを使用して研磨媒体を推進します。
• ガントリーまたはキャビネットブラスト：大きなまたは複雑な部品のために、閉じたチャンバーを持ちます。
• ポータブルまたはモバイルショットブラスト：現場でのアプリケーションのために。
• ウェットショットブラスト：粉塵を減らし、表面仕上げを改善するために水を取り入れます。

各バリエーションは、特定のアプリケーションニーズ、表面条件、および環境要件に合わせて調整されています。

適用方法と機器

プロセス機器

ショットブラストのコア機器には、ホイールブラスト、タービンブラスト、またはエアブラストシステムとして分類できるブラストマシンが含まれます。

• ホイールブラストマシンは、ブレードを備えた遠心ホイールを使用して、研磨媒体を円形の経路で加速します。これらは、大きくて重い部品や高容量処理に適しています。
• タービンブラストマシンは、高速タービンを使用して研磨媒体を推進し、正確な制御と均一な表面処理を提供します。
• エアブラストシステムは、圧縮空気を使用して細かい研磨粒子を加速し、繊細または詳細な表面に最適です。

基本的な設計原則には、制御された研磨流、調整可能なブラスト圧力、および媒体リサイクルシステムが含まれます。現代の機器は、自動制御、粉塵収集、媒体分離を特徴としており、一貫した品質と環境への適合性を確保します。

最適なプロセス制御のための専門的な機能には、調整可能なブラスト強度、可変ノズル位置、および圧力、流量、研磨媒体の状態などのパラメータのリアルタイム監視が含まれます。

適用技術

標準的な