JP2000087207A - 溶融金属用容器およびその表面処理方法 - Google Patents
溶融金属用容器およびその表面処理方法Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶融金属から発生するガスの吸収・発散特性
に優れる表面処理皮膜を提案すること、ならびに製品鋳
物の品質向上にも寄与する容器の表面構造を提案するこ
と。 【解決手段】 容器の溶融金属と接する基材面に、Ni,
Co, Cr, Al, Ｙ，Taのうちから選ばれた２種以上の組合
わせにかかる耐熱合金粉末を溶射して緻密質金属溶射皮
膜を形成し、次いで、その皮膜上に、安定化・部分安定
化ZrO2を主成分としてこれに、ZrB2を１〜５wt％もしく
はMoを0.5 〜５wt％、またはZrB2とMoとの混合物を1.5
〜８wt％添加してなるZrO2系セラミック粉末を溶射し、
次いで 800〜1000℃の温度にて熱処理することにより、
気孔率が５〜25％の多孔質セラミック溶射皮膜を形成す
ること。
に優れる表面処理皮膜を提案すること、ならびに製品鋳
物の品質向上にも寄与する容器の表面構造を提案するこ
と。 【解決手段】 容器の溶融金属と接する基材面に、Ni,
Co, Cr, Al, Ｙ，Taのうちから選ばれた２種以上の組合
わせにかかる耐熱合金粉末を溶射して緻密質金属溶射皮
膜を形成し、次いで、その皮膜上に、安定化・部分安定
化ZrO2を主成分としてこれに、ZrB2を１〜５wt％もしく
はMoを0.5 〜５wt％、またはZrB2とMoとの混合物を1.5
〜８wt％添加してなるZrO2系セラミック粉末を溶射し、
次いで 800〜1000℃の温度にて熱処理することにより、
気孔率が５〜25％の多孔質セラミック溶射皮膜を形成す
ること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼製、銅製鋳型の
如き溶融金属用容器およびその表面処理方法に関し、特
に鋳鉄や鋳鋼の溶湯（溶鉄、溶鋼）を鋳造するときに用
いる鋳型を好適例とする容器内壁面の表面処理方法に関
するものである。
如き溶融金属用容器およびその表面処理方法に関し、特
に鋳鉄や鋳鋼の溶湯（溶鉄、溶鋼）を鋳造するときに用
いる鋳型を好適例とする容器内壁面の表面処理方法に関
するものである。
【０００２】なお、本発明の技術は、鋳型の他、溶鋼等
と接する製鋼用ランスパイプ、連続鋳造用タンディッシ
ュ、取鍋などの製鋼炉付帯設備及び非鉄金属精錬用付帯
設備としての各種の容器、さらにはボイラ、ガスタービ
ン、加熱炉などにおいて、熱遮蔽皮膜、断熱皮膜を必要
とする分野の容器基材の表面処理技術としても応用でき
るものである。
と接する製鋼用ランスパイプ、連続鋳造用タンディッシ
ュ、取鍋などの製鋼炉付帯設備及び非鉄金属精錬用付帯
設備としての各種の容器、さらにはボイラ、ガスタービ
ン、加熱炉などにおいて、熱遮蔽皮膜、断熱皮膜を必要
とする分野の容器基材の表面処理技術としても応用でき
るものである。
【０００３】
【従来の技術】以下、本発明の技術を主として遠心鋳造
法によって、鋼鋳物を生産するために用いられる鋳型内
壁面に適用した例で説明する。従来、鋳鉄、鋳鋼品の製
造に供される遠心鋳造用鋳型は、耐熱鋳鋼（JIS G5122
SCH-１〜３，SCH 11〜15) を用い、溶融金属（溶鉄）と
接する部分には珪藻土を塗布したもので構成されてい
る。また、珪藻土の塗布に代えて耐熱性金属とセラミッ
ク皮膜を形成する技術が、特開昭55−156643号公報、特
開昭62−13236 号公報などで提案されている。その他、
本発明者らもさきに、特開昭62−243615号公報、特開平
１−210152号公報において、鋳型の基材表面に、耐熱合
金溶射または耐熱合金と酸化物系セラミック皮膜を組合
わせた耐熱溶射皮膜を形成する技術を提案した。
法によって、鋼鋳物を生産するために用いられる鋳型内
壁面に適用した例で説明する。従来、鋳鉄、鋳鋼品の製
造に供される遠心鋳造用鋳型は、耐熱鋳鋼（JIS G5122
SCH-１〜３，SCH 11〜15) を用い、溶融金属（溶鉄）と
接する部分には珪藻土を塗布したもので構成されてい
る。また、珪藻土の塗布に代えて耐熱性金属とセラミッ
ク皮膜を形成する技術が、特開昭55−156643号公報、特
開昭62−13236 号公報などで提案されている。その他、
本発明者らもさきに、特開昭62−243615号公報、特開平
１−210152号公報において、鋳型の基材表面に、耐熱合
金溶射または耐熱合金と酸化物系セラミック皮膜を組合
わせた耐熱溶射皮膜を形成する技術を提案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、遠心鋳造用
鋳型の内面、特に注入金属溶湯と接する鋳型内壁面は、
鋳造時に発生する遠心力によって大きな熱負荷を受け
る。したがって、このような用途に使われる鋳型内壁面
は、熱疲労による材質の劣化が激しく、亀裂の発生や亀
裂の成長に伴う局部的結晶粒子の脱落現象によって、激
しい損傷を受ける。その結果、鋳型としての機能が低下
し、寿命が著しく短かくなるという問題点があった。
鋳型の内面、特に注入金属溶湯と接する鋳型内壁面は、
鋳造時に発生する遠心力によって大きな熱負荷を受け
る。したがって、このような用途に使われる鋳型内壁面
は、熱疲労による材質の劣化が激しく、亀裂の発生や亀
裂の成長に伴う局部的結晶粒子の脱落現象によって、激
しい損傷を受ける。その結果、鋳型としての機能が低下
し、寿命が著しく短かくなるという問題点があった。
【０００５】さらに、溶射皮膜を施工しない方法では、
毎回の鋳造時には鋳型内壁面に珪藻土粉末の塗布が必要
である。ところが、この作業は多くの人手を要し、さら
に塗布した珪藻土を乾燥させるための時間も必要となる
うえ、作業環境上も好ましくないという問題もあった。
毎回の鋳造時には鋳型内壁面に珪藻土粉末の塗布が必要
である。ところが、この作業は多くの人手を要し、さら
に塗布した珪藻土を乾燥させるための時間も必要となる
うえ、作業環境上も好ましくないという問題もあった。
【０００６】一方、珪藻土に代えて溶射皮膜を形成する
方法は、確かに生産性が向上するうえ鋳型本体の熱疲労
速度が低下するなどの一定の効果は得られている。しか
し、溶融金属が凝固する時に発生するガスによる微小気
泡（すなわち、鋳巣）を発生して品質の劣化を招くとい
う問題点があった。
方法は、確かに生産性が向上するうえ鋳型本体の熱疲労
速度が低下するなどの一定の効果は得られている。しか
し、溶融金属が凝固する時に発生するガスによる微小気
泡（すなわち、鋳巣）を発生して品質の劣化を招くとい
う問題点があった。
【０００７】そこで、本発明の主たる目的は、鋳型等容
器の寿命の向上に寄与する表面処理技術を提案すること
にある。本発明の他の目的は、溶融金属から発生するガ
スの吸収・発散特性に優れる表面処理皮膜を提案するこ
と、ならびに製品鋳物の品質向上にも寄与する容器の表
面構造を提案することにある。本発明のさらに他の目的
は、鋳型等の溶融金属用容器の表面処理の方法を提案す
ることにある。
器の寿命の向上に寄与する表面処理技術を提案すること
にある。本発明の他の目的は、溶融金属から発生するガ
スの吸収・発散特性に優れる表面処理皮膜を提案するこ
と、ならびに製品鋳物の品質向上にも寄与する容器の表
面構造を提案することにある。本発明のさらに他の目的
は、鋳型等の溶融金属用容器の表面処理の方法を提案す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現すべく
鋳型を取りまく上記課題について鋭意研究を重ねた結
果、とくに鋳巣の原因となるガスの発生は、この鋳型が
溶融金属の注入という高温環境下に曝されたとき、この
鋳型の内壁面に形成した酸化物系セラミック溶射皮膜が
焼結反応を起こして緻密化し、使用前の溶射時に維持し
た気孔率が次第に低下しその結果ガスの流通が妨げられ
て放散ができなくなることに起因していることをつきと
めた。すなわち、鋳型の内壁面に形成した従来のZrO2溶
射皮膜では、初期の気孔率を長期にわたって維持するこ
とができず、溶融金属から放出されるガス成分の逃げ場
を失い、これによって、鋳物中に気泡（鋳巣）を発生す
ることがわかってきたのである。しかも、ガス成分の逃
げ場がなくなった溶射皮膜は、しばしばガス圧によって
破壊されるという問題もあることがわかってきた。
鋳型を取りまく上記課題について鋭意研究を重ねた結
果、とくに鋳巣の原因となるガスの発生は、この鋳型が
溶融金属の注入という高温環境下に曝されたとき、この
鋳型の内壁面に形成した酸化物系セラミック溶射皮膜が
焼結反応を起こして緻密化し、使用前の溶射時に維持し
た気孔率が次第に低下しその結果ガスの流通が妨げられ
て放散ができなくなることに起因していることをつきと
めた。すなわち、鋳型の内壁面に形成した従来のZrO2溶
射皮膜では、初期の気孔率を長期にわたって維持するこ
とができず、溶融金属から放出されるガス成分の逃げ場
を失い、これによって、鋳物中に気泡（鋳巣）を発生す
ることがわかってきたのである。しかも、ガス成分の逃
げ場がなくなった溶射皮膜は、しばしばガス圧によって
破壊されるという問題もあることがわかってきた。
【０００９】そこで、本発明では、従来技術がかかえて
いる上述した問題点を克服する手段として、基本的に、
容器の溶融金属と接する基材面に、アンダーコートとし
て、Ni, Co, Cr, Al, ＹおよびTaのうちから選ばれた２
種以上の組合わせにかかる耐熱合金の緻密質金属溶射皮
膜を有し、その上にトップコートとして、安定化・部分
安定化ZrO2を主成分としてこれに、ZrB2を１〜５wt％も
しくはMoを0.5 〜５wt％、またはZrB2とMoとの混合物を
1.5 〜８wt％添加してなるZrO2系セラミックスの多孔質
セラミック溶射皮膜を有することを特徴とする溶融金属
用容器を提案する。
いる上述した問題点を克服する手段として、基本的に、
容器の溶融金属と接する基材面に、アンダーコートとし
て、Ni, Co, Cr, Al, ＹおよびTaのうちから選ばれた２
種以上の組合わせにかかる耐熱合金の緻密質金属溶射皮
膜を有し、その上にトップコートとして、安定化・部分
安定化ZrO2を主成分としてこれに、ZrB2を１〜５wt％も
しくはMoを0.5 〜５wt％、またはZrB2とMoとの混合物を
1.5 〜８wt％添加してなるZrO2系セラミックスの多孔質
セラミック溶射皮膜を有することを特徴とする溶融金属
用容器を提案する。
【００１０】また、本発明は、容器の溶融金属と接する
基材面に、その基材側が主として、Ni, Co, Cr, Al, Ｙ
およびTaのうちから選ばれた２種以上の組合わせにかか
る耐熱合金を溶射して得られる緻密質金属溶射層からな
り、表面側が主として、安定化・部分安定化ZrO2を主成
分としてこれに、ZrB2を１〜５wt％もしくはMoを0.5〜
５wt％、またはZrB2とMoとの混合物を1.5 〜８wt％添加
してなるZrO2系セラミックスを溶射して得られる多孔質
セラミック溶射層からなり、そして、上記各溶射層は基
材側に近いほど耐熱合金の含有量が多く、一方表面側に
近いほどZrO2の含有量が多くかつ最外層はZrO2系セラミ
ックスのみからなる濃度勾配をもつ単層の溶射皮膜であ
ることを特徴とする溶融金属用容器についても有効な解
決手段となりうる。
基材面に、その基材側が主として、Ni, Co, Cr, Al, Ｙ
およびTaのうちから選ばれた２種以上の組合わせにかか
る耐熱合金を溶射して得られる緻密質金属溶射層からな
り、表面側が主として、安定化・部分安定化ZrO2を主成
分としてこれに、ZrB2を１〜５wt％もしくはMoを0.5〜
５wt％、またはZrB2とMoとの混合物を1.5 〜８wt％添加
してなるZrO2系セラミックスを溶射して得られる多孔質
セラミック溶射層からなり、そして、上記各溶射層は基
材側に近いほど耐熱合金の含有量が多く、一方表面側に
近いほどZrO2の含有量が多くかつ最外層はZrO2系セラミ
ックスのみからなる濃度勾配をもつ単層の溶射皮膜であ
ることを特徴とする溶融金属用容器についても有効な解
決手段となりうる。
【００１１】なお、本発明の溶射皮膜は、これを２層構
造とする場合、アンダーコートの緻密質金属溶射皮膜
は、厚みが50〜500 μm で気孔率が５wt％以下であり、
トップコートの多孔質セラミック溶射皮膜は厚みが200
〜1000μm で気孔率が５〜25wt％とすることが好まし
い。この点、濃度勾配をもつ単層溶射皮膜の下層から上
層にかけて 0.5〜25wt％の気孔率分布にすることが好ま
しい。
造とする場合、アンダーコートの緻密質金属溶射皮膜
は、厚みが50〜500 μm で気孔率が５wt％以下であり、
トップコートの多孔質セラミック溶射皮膜は厚みが200
〜1000μm で気孔率が５〜25wt％とすることが好まし
い。この点、濃度勾配をもつ単層溶射皮膜の下層から上
層にかけて 0.5〜25wt％の気孔率分布にすることが好ま
しい。
【００１２】上述した本発明の容器は、この容器の溶融
金属と接する基材面に、まず、Ni,Co, Cr, Al, Ｙ，Ta
のうちから選ばれた２種以上の組合わせにかかる耐熱合
金粉末を溶射して緻密質金属溶射皮膜を形成し、次い
で、その皮膜上に、安定化・部分安定化ZrO2を主成分と
してこれに、ZrB2を１〜５wt％もしくはMoを0.5 〜５wt
％、またはZrB2とMoとの混合物を1.5 〜８wt％添加して
なるZrO2系セラミック粉末を溶射し、次いで 800〜1000
℃の温度にて熱処理することにより、気孔率が５〜25％
の多孔質セラミック溶射皮膜を形成することを特徴とす
る溶融金属用容器の表面処理方法を採用することで得る
ことができる。
金属と接する基材面に、まず、Ni,Co, Cr, Al, Ｙ，Ta
のうちから選ばれた２種以上の組合わせにかかる耐熱合
金粉末を溶射して緻密質金属溶射皮膜を形成し、次い
で、その皮膜上に、安定化・部分安定化ZrO2を主成分と
してこれに、ZrB2を１〜５wt％もしくはMoを0.5 〜５wt
％、またはZrB2とMoとの混合物を1.5 〜８wt％添加して
なるZrO2系セラミック粉末を溶射し、次いで 800〜1000
℃の温度にて熱処理することにより、気孔率が５〜25％
の多孔質セラミック溶射皮膜を形成することを特徴とす
る溶融金属用容器の表面処理方法を採用することで得る
ことができる。
【００１３】また、本発明は、容器の金属溶湯と接する
基材面に、まず始めに、Ni, Co, Cr, Al, Ｙ，Taのうち
から選ばれた２種以上の組合わせにかかる耐熱合金粉末
を溶射し、次いで、安定化・部分安定化ZrO2を主成分と
しこれに、ZrB2を１〜５wt％もしくはMoを0.5 〜５wt
％、またはZrB2とMoの混合物を1.5 〜８wt％添加してな
るZrO2系セラミック粉末を溶射し、このとき、上記基材
側に近いほど耐熱合金の含有量が多くなるようにすると
共に表面側に近いほどZrO2含有量が多くなるような傾斜
配合にかかる溶射材料を溶射することにより、基材側を
緻密質金属がリッチな溶射層とすると共に表面側を多孔
質セラミック溶射層リッチとしてなる濃度勾配をもつ溶
射皮膜としたのち 800〜1000℃の温度にて熱処理するこ
とにより皮膜を多孔質化させるという表面処理方法を採
用することで得ることができる。
基材面に、まず始めに、Ni, Co, Cr, Al, Ｙ，Taのうち
から選ばれた２種以上の組合わせにかかる耐熱合金粉末
を溶射し、次いで、安定化・部分安定化ZrO2を主成分と
しこれに、ZrB2を１〜５wt％もしくはMoを0.5 〜５wt
％、またはZrB2とMoの混合物を1.5 〜８wt％添加してな
るZrO2系セラミック粉末を溶射し、このとき、上記基材
側に近いほど耐熱合金の含有量が多くなるようにすると
共に表面側に近いほどZrO2含有量が多くなるような傾斜
配合にかかる溶射材料を溶射することにより、基材側を
緻密質金属がリッチな溶射層とすると共に表面側を多孔
質セラミック溶射層リッチとしてなる濃度勾配をもつ溶
射皮膜としたのち 800〜1000℃の温度にて熱処理するこ
とにより皮膜を多孔質化させるという表面処理方法を採
用することで得ることができる。
【００１４】上記のように構成された本発明の場合、主
要成分であるZrB2を含む部分安定化ZrO2は、これをプラ
ズマ熱源を用いて溶射すると、高温の熱源中でZrB2がZr
O2へ酸化するとともに、このZrO2は安定化成分を含んで
いないため、温度変化によって微細粉となって脱落して
皮膜の気孔率を向上させる。一方で、予め安定化成分を
添加してなる安定化・部分安定化ZrO2の方は、上述した
ように高温加熱に伴う焼結反応によって緻密化する。つ
まり、安定化・部分安定化ZrO2とZrB2との互いに異なる
作用が相乗的に働き補完し合うので、皮膜の気孔率は長
期にわたってほぼ一定に維持することができる。
要成分であるZrB2を含む部分安定化ZrO2は、これをプラ
ズマ熱源を用いて溶射すると、高温の熱源中でZrB2がZr
O2へ酸化するとともに、このZrO2は安定化成分を含んで
いないため、温度変化によって微細粉となって脱落して
皮膜の気孔率を向上させる。一方で、予め安定化成分を
添加してなる安定化・部分安定化ZrO2の方は、上述した
ように高温加熱に伴う焼結反応によって緻密化する。つ
まり、安定化・部分安定化ZrO2とZrB2との互いに異なる
作用が相乗的に働き補完し合うので、皮膜の気孔率は長
期にわたってほぼ一定に維持することができる。
【００１５】また、ZrB2に代えてMoを含む部分安定化Zr
O2の場合、そのMoが溶射時にMoO3に酸化される。この
点、もし溶射後の皮膜中に未酸化のMoが残存していたと
しても、これを後に熱処理するとMoO3に酸化され、さら
には鋳造時に高温の溶湯と接触する場合にもMoO3に酸化
される。ところで、このMoO3は、 795℃の温度で昇華し
気散する性質があるため、溶射皮膜の気孔率を上昇させ
る。その一方で、上述した安定化・部分安定化ZrO2の方
は、焼結反応によって緻密化してくるので、この両者の
作用が相俟って溶射皮膜の気孔率をほぼ一定に保つので
ある。
O2の場合、そのMoが溶射時にMoO3に酸化される。この
点、もし溶射後の皮膜中に未酸化のMoが残存していたと
しても、これを後に熱処理するとMoO3に酸化され、さら
には鋳造時に高温の溶湯と接触する場合にもMoO3に酸化
される。ところで、このMoO3は、 795℃の温度で昇華し
気散する性質があるため、溶射皮膜の気孔率を上昇させ
る。その一方で、上述した安定化・部分安定化ZrO2の方
は、焼結反応によって緻密化してくるので、この両者の
作用が相俟って溶射皮膜の気孔率をほぼ一定に保つので
ある。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる溶融金属用
容器について、遠心鋳造用鋳型に適用する場合につい
て、この鋳型のうちの溶鉄と接する内壁面に溶射する溶
射材料と、この材料を溶射することによって形成した複
合溶射皮膜の作用機構について説明する。
容器について、遠心鋳造用鋳型に適用する場合につい
て、この鋳型のうちの溶鉄と接する内壁面に溶射する溶
射材料と、この材料を溶射することによって形成した複
合溶射皮膜の作用機構について説明する。
【００１７】（１）溶射材料 本発明で使用する溶射材料としては、Ni, Co, Cr, Al,
ＹおよびTaのうちから選ばれた２種以上の組み合わせに
かかる耐熱合金粉末 (５〜50μm ) と、安定化・部分安
定化ZrO2とZrB2ならびにMoとの混合物にかかるZrO2系セ
ラミック粉末 (５〜80μm ) とを用いる。前者は主とし
てアンダーコート用として、後者はトップコート用とし
て施工する。 a.アンダーコート用溶射材料 上掲のアンダーコート用耐熱合金溶射材料の化学成分は
表１に示すとおりであり、いずれも高温環境下で耐熱
性、耐高温酸化性に優れたCr2O3, Al2O3などの酸化膜を
形成させる合金である。
ＹおよびTaのうちから選ばれた２種以上の組み合わせに
かかる耐熱合金粉末 (５〜50μm ) と、安定化・部分安
定化ZrO2とZrB2ならびにMoとの混合物にかかるZrO2系セ
ラミック粉末 (５〜80μm ) とを用いる。前者は主とし
てアンダーコート用として、後者はトップコート用とし
て施工する。 a.アンダーコート用溶射材料 上掲のアンダーコート用耐熱合金溶射材料の化学成分は
表１に示すとおりであり、いずれも高温環境下で耐熱
性、耐高温酸化性に優れたCr2O3, Al2O3などの酸化膜を
形成させる合金である。
【００１８】
【表１】
【００１９】b.トップコート用溶射材料 上掲のトップコート用ZrO2系セラミックス溶射材料の例
を表２に示す。この例示のZrO2系セラミックス溶射材料
は、主成分として、Y2O3, CaO, CeO2 あるいはMgO など
の結晶安定化成分を、６〜30wt％含む安定化・部分安定
化ZrO2と、そして、この安定化・部分安定化ZrO2に対
し、さらにZrB2を１〜５wt％添加するか、Moを0.5 〜５
wt％添加するか、またはZrB2とMoとの混合物を1.5 〜８
wt％添加したZrO2系セラミックスである。添加の方法
は、単純な混合による方法の他、バインダーを介してZr
B2やMoの微細粉末 (≦１μm)を付着させる方法による。
を表２に示す。この例示のZrO2系セラミックス溶射材料
は、主成分として、Y2O3, CaO, CeO2 あるいはMgO など
の結晶安定化成分を、６〜30wt％含む安定化・部分安定
化ZrO2と、そして、この安定化・部分安定化ZrO2に対
し、さらにZrB2を１〜５wt％添加するか、Moを0.5 〜５
wt％添加するか、またはZrB2とMoとの混合物を1.5 〜８
wt％添加したZrO2系セラミックスである。添加の方法
は、単純な混合による方法の他、バインダーを介してZr
B2やMoの微細粉末 (≦１μm)を付着させる方法による。
【００２０】
【表２】
【００２１】（２）溶射皮膜の形成 a.緻密質金属溶射皮膜によるアンダーコートの形成 溶鉄に接する製鉄用鋳型の基材面に、プラズマ溶射法ま
たは高速フレーム溶射法によって、Ni, Co, Cr, Al, Ｙ
およびTaのうちから選ばれた２種以上からなる合金粉末
(粒径５〜80μm 、好ましくは10〜50μm)をアンダーコ
ートとして、50〜500 μm の厚さになるように施工（被
覆）する。一般に、鋳型の内壁面に施工されるアンダー
コートというのは、基材との密着性に優れるとともに、
トップコートとの密着性にも優れていることが必要であ
る。また、鋳型に施工されるトップコートというのは、
断熱性を良くするために、外部からの高温のガスや空気
が侵入しやすい多孔質な溶射皮膜を形成する必要がある
ため、これらのガス体による酸化作用に対して十分な抵
抗性を発揮する皮膜にする必要がある。
たは高速フレーム溶射法によって、Ni, Co, Cr, Al, Ｙ
およびTaのうちから選ばれた２種以上からなる合金粉末
(粒径５〜80μm 、好ましくは10〜50μm)をアンダーコ
ートとして、50〜500 μm の厚さになるように施工（被
覆）する。一般に、鋳型の内壁面に施工されるアンダー
コートというのは、基材との密着性に優れるとともに、
トップコートとの密着性にも優れていることが必要であ
る。また、鋳型に施工されるトップコートというのは、
断熱性を良くするために、外部からの高温のガスや空気
が侵入しやすい多孔質な溶射皮膜を形成する必要がある
ため、これらのガス体による酸化作用に対して十分な抵
抗性を発揮する皮膜にする必要がある。
【００２２】このような理由から、かかるアンダーコー
トは、可能な限り緻密であることが求められ、本発明で
は気孔率が0.5 〜５wt％の範囲内である溶射皮膜とす
る。その理由は、0.5 wt％以下の気孔率をもつ皮膜とい
うのは、溶射法では形成が困難であり、一方アンダーコ
ート溶射皮膜が５wt％を超える気孔率になると基材の酸
化を阻止することができなくなるからである。かかる気
孔率制御のために本発明では、溶射条件 (熱源, 雰囲
気, 溶射粒子の飛行速度 etc.)を制御することの他、溶
射材料粉末（合金粉末) の粒径を調整する。例えば、５
〜80μm 、好ましくは10〜50μm の粒子径のものを用い
る。粒径が５μm 未満では溶射ガンへの粉末の供給性能
が悪くなり、一方50μm 以上では粒子結合力が弱くかつ
上記の気孔率をもつ緻密質合金溶射皮膜が得られないか
らである。
トは、可能な限り緻密であることが求められ、本発明で
は気孔率が0.5 〜５wt％の範囲内である溶射皮膜とす
る。その理由は、0.5 wt％以下の気孔率をもつ皮膜とい
うのは、溶射法では形成が困難であり、一方アンダーコ
ート溶射皮膜が５wt％を超える気孔率になると基材の酸
化を阻止することができなくなるからである。かかる気
孔率制御のために本発明では、溶射条件 (熱源, 雰囲
気, 溶射粒子の飛行速度 etc.)を制御することの他、溶
射材料粉末（合金粉末) の粒径を調整する。例えば、５
〜80μm 、好ましくは10〜50μm の粒子径のものを用い
る。粒径が５μm 未満では溶射ガンへの粉末の供給性能
が悪くなり、一方50μm 以上では粒子結合力が弱くかつ
上記の気孔率をもつ緻密質合金溶射皮膜が得られないか
らである。
【００２３】b.多孔質セラミック溶射皮膜によるトップ
コートの形成 アンダーコートの上に形成するトップコートは、溶鉄の
如き高温の溶融金属と接してもこれによく耐えるととも
に、その溶鉄からの熱がアンダーコートおよび基材に及
ぶことを防ぐ皮膜にする必要がある。このためトップコ
ートは、耐熱性に優れると共に熱伝導性が低く、かつ空
間による空気断熱性を利用すべく多孔質であることが重
要である。このような要請に応えるために本発明では、
耐熱性と熱伝導性に関する上記条件を満足するものとし
て、ZrO2系セラミック溶射材料に着目した。しかも、こ
の材料は空間を利用した空気断熱性に優れているもので
ある。
コートの形成 アンダーコートの上に形成するトップコートは、溶鉄の
如き高温の溶融金属と接してもこれによく耐えるととも
に、その溶鉄からの熱がアンダーコートおよび基材に及
ぶことを防ぐ皮膜にする必要がある。このためトップコ
ートは、耐熱性に優れると共に熱伝導性が低く、かつ空
間による空気断熱性を利用すべく多孔質であることが重
要である。このような要請に応えるために本発明では、
耐熱性と熱伝導性に関する上記条件を満足するものとし
て、ZrO2系セラミック溶射材料に着目した。しかも、こ
の材料は空間を利用した空気断熱性に優れているもので
ある。
【００２４】なお、上記の空気断熱性に優れるというこ
とは、該皮膜の気孔中に十分な空気層を形成できること
を意味している。例えば、鋼の連続鋳造用鋳型では、鋳
造する溶鋼中にガス成分を含むことから、そのガスが溶
鋼の凝固に伴って放出される場合でも、該トップコート
であるセラミック溶射皮膜が多孔質であれば、前記放出
ガスを十分に吸収することができる。ところが、もし、
この溶射皮膜中に放出ガスを吸収するための気孔が少な
くかつガスの放出経路が形成されていないと、空気断熱
性が低下すると同時にガスは逃げ場を失い、鋳物にピン
ホールを生成したり該皮膜の脱落を招くことになる。
とは、該皮膜の気孔中に十分な空気層を形成できること
を意味している。例えば、鋼の連続鋳造用鋳型では、鋳
造する溶鋼中にガス成分を含むことから、そのガスが溶
鋼の凝固に伴って放出される場合でも、該トップコート
であるセラミック溶射皮膜が多孔質であれば、前記放出
ガスを十分に吸収することができる。ところが、もし、
この溶射皮膜中に放出ガスを吸収するための気孔が少な
くかつガスの放出経路が形成されていないと、空気断熱
性が低下すると同時にガスは逃げ場を失い、鋳物にピン
ホールを生成したり該皮膜の脱落を招くことになる。
【００２５】この点、もし従来技術のように、該トップ
コート溶射皮膜が、安定化成分を６〜30wt％を含むZrO2
系溶射材料のみで被覆形成されていたとしたら、使用初
期の皮膜気孔率がガス成分の放出に十分であったとして
も、使用中に焼結反応を起こしてその気孔率が次第に低
下してくるため、ガス放出性能が次第に低下してくるこ
とになる。
コート溶射皮膜が、安定化成分を６〜30wt％を含むZrO2
系溶射材料のみで被覆形成されていたとしたら、使用初
期の皮膜気孔率がガス成分の放出に十分であったとして
も、使用中に焼結反応を起こしてその気孔率が次第に低
下してくるため、ガス放出性能が次第に低下してくるこ
とになる。
【００２６】そこで、本発明ではトップコートである緻
密質セラミック溶射皮膜として、次のような溶射材料に
よる溶射皮膜を被覆形成することにした。即ち、主成分
として、CgO, MgO, Y2O3あるいはCeO2などの安定化成分
を６〜30wt％を含む安定化・部分安定化ジルコニア(ZrO
2)粉末を用い、これにZrB2および／またはMoからなるZr
O2系セラミック溶射材料をプラズマ溶射することによっ
て、トップコートを形成するようにした。
密質セラミック溶射皮膜として、次のような溶射材料に
よる溶射皮膜を被覆形成することにした。即ち、主成分
として、CgO, MgO, Y2O3あるいはCeO2などの安定化成分
を６〜30wt％を含む安定化・部分安定化ジルコニア(ZrO
2)粉末を用い、これにZrB2および／またはMoからなるZr
O2系セラミック溶射材料をプラズマ溶射することによっ
て、トップコートを形成するようにした。
【００２７】なお、トップコート用溶射材料の主成分で
ある安定化成分を６〜30wt％含む安定化・部分安定化Zr
O2も、加熱−冷却というヒートサイクルを受けた場合に
は亀裂を発生するが、その亀裂は極めて微細であり、か
つこれらの微細亀裂は加熱、冷却時に発生する熱応力の
吸収に好都合である。しかしながら、その亀裂があまり
にも微細であるために、たとえば溶鉄と接触するような
高温環境下で使用されると、焼結反応によって、その亀
裂が接合し、気孔率の低下を招くのが実情であり、した
がって、安定化・部分安定化ZrO2粉末だけを溶射被覆す
るだけでは、本発明の場合は不十分である。そこで、本
発明のトップコート用溶射材料としては、ZrB2とMoを添
加することにしたのである。
ある安定化成分を６〜30wt％含む安定化・部分安定化Zr
O2も、加熱−冷却というヒートサイクルを受けた場合に
は亀裂を発生するが、その亀裂は極めて微細であり、か
つこれらの微細亀裂は加熱、冷却時に発生する熱応力の
吸収に好都合である。しかしながら、その亀裂があまり
にも微細であるために、たとえば溶鉄と接触するような
高温環境下で使用されると、焼結反応によって、その亀
裂が接合し、気孔率の低下を招くのが実情であり、した
がって、安定化・部分安定化ZrO2粉末だけを溶射被覆す
るだけでは、本発明の場合は不十分である。そこで、本
発明のトップコート用溶射材料としては、ZrB2とMoを添
加することにしたのである。
【００２８】例えば、安定化・部分安定化ZrO2粉末とZr
B2粉末との混合粉末を溶射すると、ZrB2のみが溶射熱源
の温度と外部から混入する空気によって酸化されて、Zr
O2となる。ところが、酸化されて生成したこのZrO2は、
前記安定化・部分安定化ZrO2と違い、Y2O3, CeO2などに
よって結晶が安定化されていないため、溶射後熱処理を
したり、また溶湯と接触したり冷却されたりしたときに
は、安定化・部分安定化ZrO2では得られないような大き
な体積膨張 (1050℃〜1100℃の温度域で単斜晶系が正方
晶系へ相変態し、降温時には元の結晶系へ戻るが、その
ときに４〜７％の体積変化が生じる) をおこし、自らが
崩壊と脱落を繰返すことによって、皮膜の気孔率を平均
化しようとする作用が生じる。この作用は、ZrB2添加量
が多いほど顕著に現れるが、あまりに多いと皮膜全体の
機械的強度が低下するので５wt％を上限として添加す
る。従って、本発明の場合、ZrB2は１〜５wt％の範囲で
添加する。つまり、酸化生成したZrO2を含む溶射皮膜
は、時間の経過と共に常に新らたな開気孔を生成するこ
とになるので、長期にわたって一定の気孔率を維持する
ことができるのである。
B2粉末との混合粉末を溶射すると、ZrB2のみが溶射熱源
の温度と外部から混入する空気によって酸化されて、Zr
O2となる。ところが、酸化されて生成したこのZrO2は、
前記安定化・部分安定化ZrO2と違い、Y2O3, CeO2などに
よって結晶が安定化されていないため、溶射後熱処理を
したり、また溶湯と接触したり冷却されたりしたときに
は、安定化・部分安定化ZrO2では得られないような大き
な体積膨張 (1050℃〜1100℃の温度域で単斜晶系が正方
晶系へ相変態し、降温時には元の結晶系へ戻るが、その
ときに４〜７％の体積変化が生じる) をおこし、自らが
崩壊と脱落を繰返すことによって、皮膜の気孔率を平均
化しようとする作用が生じる。この作用は、ZrB2添加量
が多いほど顕著に現れるが、あまりに多いと皮膜全体の
機械的強度が低下するので５wt％を上限として添加す
る。従って、本発明の場合、ZrB2は１〜５wt％の範囲で
添加する。つまり、酸化生成したZrO2を含む溶射皮膜
は、時間の経過と共に常に新らたな開気孔を生成するこ
とになるので、長期にわたって一定の気孔率を維持する
ことができるのである。
【００２９】次に、安定化・部分安定化ZrO2粉末にMo粉
末を混合した場合、この材料を溶射すると、Moは溶射熱
源中で酸化され、MoO3 (昇華温度 795℃) となる。この
反応は、Moの昇華温度(795℃) が低いため、溶射熱源中
はもちろんのこと、成膜後に熱処理をしたり、溶鉄と接
触したりした際にも容易に酸化して昇華する。このこと
のために、トップコート溶射皮膜の気孔率は次第に上昇
し、長期間にわたってガス成分の流通を助けることにな
る。なお、このような昇華が起こって多孔質になったと
しても、Mo含有量が0.5 〜５wt％の範囲であれば、トッ
プコート溶射皮膜の機械的強度を損なうことはない。
末を混合した場合、この材料を溶射すると、Moは溶射熱
源中で酸化され、MoO3 (昇華温度 795℃) となる。この
反応は、Moの昇華温度(795℃) が低いため、溶射熱源中
はもちろんのこと、成膜後に熱処理をしたり、溶鉄と接
触したりした際にも容易に酸化して昇華する。このこと
のために、トップコート溶射皮膜の気孔率は次第に上昇
し、長期間にわたってガス成分の流通を助けることにな
る。なお、このような昇華が起こって多孔質になったと
しても、Mo含有量が0.5 〜５wt％の範囲であれば、トッ
プコート溶射皮膜の機械的強度を損なうことはない。
【００３０】また、安定化・部分安定化ZrO2に、ZrB2と
Moとの混合物を添加する場合には、1.5 〜８wt％の範囲
内とする。この理由は、1.5 wt％未満ではトップコート
の気孔率を維持できず、また、８wt％以上では脱落粒子
が多くなって、トップコートの機械的強度の低下を招く
からである。
Moとの混合物を添加する場合には、1.5 〜８wt％の範囲
内とする。この理由は、1.5 wt％未満ではトップコート
の気孔率を維持できず、また、８wt％以上では脱落粒子
が多くなって、トップコートの機械的強度の低下を招く
からである。
【００３１】以上説明したように、トップコートは、こ
のような作用機構によって、溶射成膜時から、実機での
使用によって寿命が終了するまで、常にほぼ均等な気孔
率を有するため、断熱性とガス放出性を長期に亘って維
持することができる。とくに、主成分であるZrO2の作用
によって該溶射皮膜が焼結反応によって緻密化するよう
な場合であっても、これに添加するZrB2の酸化による安
定化成分を含まないZrO2の生成とMoO3の昇華による両作
用とが相俟って、長く良好な気孔率を維持する。なお、
トップコートの気孔率は、５〜25wt％の範囲がよく、５
wt％未満ではガス成分の流通が不十分になるうえ、皮膜
そのものの耐熱衝撃性が低下する。また、この気孔率が
25wt％以上ではガス成分の流通には優れているものの、
皮膜の機械的強度が低下してくるので、僅かな振動や衝
撃によっても亀裂が発生したり、局部的に剥離すること
が多くなるので好ましくない。
のような作用機構によって、溶射成膜時から、実機での
使用によって寿命が終了するまで、常にほぼ均等な気孔
率を有するため、断熱性とガス放出性を長期に亘って維
持することができる。とくに、主成分であるZrO2の作用
によって該溶射皮膜が焼結反応によって緻密化するよう
な場合であっても、これに添加するZrB2の酸化による安
定化成分を含まないZrO2の生成とMoO3の昇華による両作
用とが相俟って、長く良好な気孔率を維持する。なお、
トップコートの気孔率は、５〜25wt％の範囲がよく、５
wt％未満ではガス成分の流通が不十分になるうえ、皮膜
そのものの耐熱衝撃性が低下する。また、この気孔率が
25wt％以上ではガス成分の流通には優れているものの、
皮膜の機械的強度が低下してくるので、僅かな振動や衝
撃によっても亀裂が発生したり、局部的に剥離すること
が多くなるので好ましくない。
【００３２】なお、かかるトップコートの厚さは100 〜
1000μm の範囲がよく100 μm より薄い場合は断熱効果
に乏しく、一方1000μm 以上の厚膜では皮膜の機械的強
度が低下するので好ましくない。好ましくは 200〜500
μm が推奨される。
1000μm の範囲がよく100 μm より薄い場合は断熱効果
に乏しく、一方1000μm 以上の厚膜では皮膜の機械的強
度が低下するので好ましくない。好ましくは 200〜500
μm が推奨される。
【００３３】上述した例は、溶射皮膜がアンダーコート
としての緻密質金属溶射皮膜（層）と、トップコートと
しての多孔質セラミック(ZrO2)溶射皮膜（層）との２層
構造をもつものについての説明である。本発明は、この
ような２層構造の例の他に、２種の粉末を傾斜配合した
溶射材料を溶射することにより、アンダーコートとトッ
プコートの境界がない、いわゆる濃度勾配をもつ単層の
溶射皮膜とすることもできる。
としての緻密質金属溶射皮膜（層）と、トップコートと
しての多孔質セラミック(ZrO2)溶射皮膜（層）との２層
構造をもつものについての説明である。本発明は、この
ような２層構造の例の他に、２種の粉末を傾斜配合した
溶射材料を溶射することにより、アンダーコートとトッ
プコートの境界がない、いわゆる濃度勾配をもつ単層の
溶射皮膜とすることもできる。
【００３４】即ち、本発明の代表的な実施形態では、溶
射皮膜はアンダーコートとトップコートとの２層構造を
有するものであるが、濃度勾配のある単層溶射皮膜の例
では、基材例ほど耐熱合金成分の含有量が多く、一方、
皮膜表面側ほどZrO2成分の含有量が多くなるように、溶
射材料成分の配合割合を傾斜的に変化させた溶射層とす
るものである。ただし、この場合、最表層の部分は常
に、ZrO2系セラミック溶射材料のみからなる溶射皮膜と
なる。
射皮膜はアンダーコートとトップコートとの２層構造を
有するものであるが、濃度勾配のある単層溶射皮膜の例
では、基材例ほど耐熱合金成分の含有量が多く、一方、
皮膜表面側ほどZrO2成分の含有量が多くなるように、溶
射材料成分の配合割合を傾斜的に変化させた溶射層とす
るものである。ただし、この場合、最表層の部分は常
に、ZrO2系セラミック溶射材料のみからなる溶射皮膜と
なる。
【００３５】
【実施例】実施例１ この実施例では、プラズマ溶射方法によってアンダーコ
ートとトップコートを形成した後、これを電気炉中で加
熱し、トップコートの表面と断面を光学顕微鏡及び画像
解析装置を用いて気孔率の変化を調査した。 （１）供試皮膜 アンダーコートの形成 プラズマ溶射法によって表１記載のＡ合金をSUS 304 鋼
基材 (50mm×50mm×８mm＋）上に300 μm 厚に施工し
た。 トップコートの形成 プラズマ溶射法によって下記材料を300 μm 厚に形成し
た。 a.８wt％Y2O3−92wt％の部分安定化ZrO2粒子に、３wt％
の割合いでZrB2を添加したもの。 b.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末にZrB2粉末を
５wt％の割合いで添加したもの。 c.８wt％Y2O3−92wt％安定化ZrO2粉末に、Mo粉末を３％
の割合いで添加したもの。 d.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末に、１wt％Zr
B2と１wt％Mo粉末添加したもの。 e.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末に、１wt％Zr
B2と５wt％Mo粉末とを添加したもの。 f.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末に、２wt％Zr
B2と２wt％Mo粉末とを添加したもの。 なお比較例として８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉
末のみ、および24wt％MgO −76wt％ZrO2とを添加したも
の、などのトップコートを同時に調査した。 加熱条件 電気炉中で 750℃〜1300℃×３h 加熱。
ートとトップコートを形成した後、これを電気炉中で加
熱し、トップコートの表面と断面を光学顕微鏡及び画像
解析装置を用いて気孔率の変化を調査した。 （１）供試皮膜 アンダーコートの形成 プラズマ溶射法によって表１記載のＡ合金をSUS 304 鋼
基材 (50mm×50mm×８mm＋）上に300 μm 厚に施工し
た。 トップコートの形成 プラズマ溶射法によって下記材料を300 μm 厚に形成し
た。 a.８wt％Y2O3−92wt％の部分安定化ZrO2粒子に、３wt％
の割合いでZrB2を添加したもの。 b.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末にZrB2粉末を
５wt％の割合いで添加したもの。 c.８wt％Y2O3−92wt％安定化ZrO2粉末に、Mo粉末を３％
の割合いで添加したもの。 d.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末に、１wt％Zr
B2と１wt％Mo粉末添加したもの。 e.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末に、１wt％Zr
B2と５wt％Mo粉末とを添加したもの。 f.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末に、２wt％Zr
B2と２wt％Mo粉末とを添加したもの。 なお比較例として８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉
末のみ、および24wt％MgO −76wt％ZrO2とを添加したも
の、などのトップコートを同時に調査した。 加熱条件 電気炉中で 750℃〜1300℃×３h 加熱。
【００３６】実験結果 実験結果を表２に示した。この表に示す結果から明らか
なように、比較例のトップコートのNo. ７, ８では、溶
射状態のままでは８〜14％の気孔率であったが、これを
800℃×５ｈの加熱をした場合であっても、気孔率の変
化は殆んど認められなかった。ただし、1300℃×５ｈに
加熱すると、焼結反応を起こして気孔率は３〜８％に低
下した。これに対し、本発明の溶射皮膜は、 800℃×５
ｈの加熱では比較例と同様に気孔率は変化しなかった
が、1300℃×５ｈの加熱によっても初期の気孔率を維持
しており、ガス成分の流通が容易であることがわかる。
この原因は、1300℃の高温において、ZrB2はZrO2に酸化
して冷却時に破壊, 脱落し、MoはMoO3に変化して昇華
し、気孔を形成したためと考えられる。
なように、比較例のトップコートのNo. ７, ８では、溶
射状態のままでは８〜14％の気孔率であったが、これを
800℃×５ｈの加熱をした場合であっても、気孔率の変
化は殆んど認められなかった。ただし、1300℃×５ｈに
加熱すると、焼結反応を起こして気孔率は３〜８％に低
下した。これに対し、本発明の溶射皮膜は、 800℃×５
ｈの加熱では比較例と同様に気孔率は変化しなかった
が、1300℃×５ｈの加熱によっても初期の気孔率を維持
しており、ガス成分の流通が容易であることがわかる。
この原因は、1300℃の高温において、ZrB2はZrO2に酸化
して冷却時に破壊, 脱落し、MoはMoO3に変化して昇華
し、気孔を形成したためと考えられる。
【００３７】実施例２ この実施例では、鋳鉄の遠心鋳造鋳型の内壁面に、本発
明に適合する溶射皮膜と比較例の溶射皮膜を形成して、
それぞれ実作業を繰り返し行ない、溶射皮膜の健全性、
鋳物の品質などを調査した。 （１）供試した鋳型の概要 供試した鋳型は図１に示す通りのものである。図示の符
号のうち、この鋳型１は、鋳枠２、前蓋３、後蓋４によ
って構成され、前蓋３の中心部開口部には溶鉄５を注入
するための注入箱６が設けられている。そして、鋳枠２
の外周部はローラ７と接触しており、該鋳枠２はこのロ
ーラ７の駆動力によって回転し、溶湯はそれによって鋳
型の内壁８に押しやられ中空鋳物をつくるようになって
いる。この実施例で用いる鋳型は、耐熱鋼鋳鋼品−JIS
G5122 (1980) SCH12を用いて成形した、内径300mm 、長
さ600mm のものであり、その溶鉄と接する内面には次の
ような皮膜を形成した。 （２）供試皮膜 表１記載のＣ合金を200 μm 厚にアンダーコート溶射し
た後、下記トップコートを300 μm 厚に施工した。 a.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末に、３wt％の
割合いでZrB2粉末を添加したもの。 b.同上にMo粉末を３wt％添加したもの。 c.同上に３wt％ZrB2と１wt％Moとを添加したもの。 また、比較として、８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2
粉末のみの溶射皮膜にて、300 μm 厚のトップコート形
成したものを用いた。参考のため珪藻土塗布法も試験し
た。
明に適合する溶射皮膜と比較例の溶射皮膜を形成して、
それぞれ実作業を繰り返し行ない、溶射皮膜の健全性、
鋳物の品質などを調査した。 （１）供試した鋳型の概要 供試した鋳型は図１に示す通りのものである。図示の符
号のうち、この鋳型１は、鋳枠２、前蓋３、後蓋４によ
って構成され、前蓋３の中心部開口部には溶鉄５を注入
するための注入箱６が設けられている。そして、鋳枠２
の外周部はローラ７と接触しており、該鋳枠２はこのロ
ーラ７の駆動力によって回転し、溶湯はそれによって鋳
型の内壁８に押しやられ中空鋳物をつくるようになって
いる。この実施例で用いる鋳型は、耐熱鋼鋳鋼品−JIS
G5122 (1980) SCH12を用いて成形した、内径300mm 、長
さ600mm のものであり、その溶鉄と接する内面には次の
ような皮膜を形成した。 （２）供試皮膜 表１記載のＣ合金を200 μm 厚にアンダーコート溶射し
た後、下記トップコートを300 μm 厚に施工した。 a.８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2粉末に、３wt％の
割合いでZrB2粉末を添加したもの。 b.同上にMo粉末を３wt％添加したもの。 c.同上に３wt％ZrB2と１wt％Moとを添加したもの。 また、比較として、８wt％Y2O3−92wt％部分安定化ZrO2
粉末のみの溶射皮膜にて、300 μm 厚のトップコート形
成したものを用いた。参考のため珪藻土塗布法も試験し
た。
【００３８】（３）調査項目と結果 鋳鉄（JIS G5501 相当品）を1380℃〜1420℃の温度で容
器に注入して製品とする操作を100 回連続繰返した後、
それぞれの溶射皮膜の気孔率の変化、皮膜の外観変化、
鋳造製品の欠陥率、容器本体の健全性などを調査した。
表３は、その結果を示したものである。この表に示す結
果から明らかなように、比較例の８YZ皮膜(No.４）で
は、溶射皮膜そのものに特に異常は認められなかったも
のの、該溶射皮膜の気孔率が使用回数の増加に伴って減
少し、その結果ガス成分の放出性能が悪くなって製品の
気泡が発生することが多くなり、不良率が大きくなる傾
向が認められた。これに対し、本発明に適合する溶射皮
膜（No. １，２，３）は皮膜は健全であるうえ、気孔率
も長期に亘って低下せず、製品の不良率も比較例に比
べ、小さい結果となった。なお比較例の珪藻土塗布(No.
５）は度々塗布を繰り返す必要があるうえ、容器本体に
熱疲労亀裂の発生らしきものが確認され、性能的に最も
低い被覆法であった。
器に注入して製品とする操作を100 回連続繰返した後、
それぞれの溶射皮膜の気孔率の変化、皮膜の外観変化、
鋳造製品の欠陥率、容器本体の健全性などを調査した。
表３は、その結果を示したものである。この表に示す結
果から明らかなように、比較例の８YZ皮膜(No.４）で
は、溶射皮膜そのものに特に異常は認められなかったも
のの、該溶射皮膜の気孔率が使用回数の増加に伴って減
少し、その結果ガス成分の放出性能が悪くなって製品の
気泡が発生することが多くなり、不良率が大きくなる傾
向が認められた。これに対し、本発明に適合する溶射皮
膜（No. １，２，３）は皮膜は健全であるうえ、気孔率
も長期に亘って低下せず、製品の不良率も比較例に比
べ、小さい結果となった。なお比較例の珪藻土塗布(No.
５）は度々塗布を繰り返す必要があるうえ、容器本体に
熱疲労亀裂の発生らしきものが確認され、性能的に最も
低い被覆法であった。
【００３９】
【表３】
【００４０】実施例３ この実施例では、アンダコートを80μm 厚に形成した
後、その上に施工するトップコートにアンダコート合金
と本発明のトップコート材料の混合物を用い、容器側ほ
ど耐熱合金量を多く、表面側ほど本発明のトップコート
用材料粉末が多くなるような濃度勾配をもつ単相の溶射
皮膜を形成したものを用い、実施例２と同条件で実験し
た。 （１）供試皮膜 アンダコートとして耐熱合金を、表１記載のＢ, Ｄ合金
をそれぞれ溶湯容器の内面に80μm 厚に施工した後、そ
の上に以下に示すような混合材料を300 μm 厚に被覆形
成し、最外層50μm はアンダーコート合金の全くない層
とした。 a.（Ｂ合金80wt％／８YZ・3ZrB2 20wt％）100 μm （Ｂ合金50wt％／８YZ・3ZrB2 50wt％）100 μm （Ｂ合金30wt％／８YZ・3ZrB2 70wt％）100 μm （８YZ・3ZrB2 100 wt％） 50 μm b.（Ｄ合金80wt％／８YZ・3Mo 20wt％） 100 μm （Ｄ合金50wt％／８YZ・3Mo 50wt％） 100 μm （Ｄ合金30wt％／８YZ・3Mo 70wt％） 100 μm （８YZ・3Mo 100 wt％） 50 μm c.（Ｂ合金80wt％／８YZ・3ZrB2 ＋1Mo 20wt％）100 μ
m （Ｂ合金50wt％／８YZ・3ZrB2 ＋1Mo 50wt％）100 μm （Ｂ合金30wt％／８YZ・3ZrB2 ＋1Mo 70wt％）100 μm （８YZ・3ZrB2 ＋1Mo 100wt％） 50 μm
後、その上に施工するトップコートにアンダコート合金
と本発明のトップコート材料の混合物を用い、容器側ほ
ど耐熱合金量を多く、表面側ほど本発明のトップコート
用材料粉末が多くなるような濃度勾配をもつ単相の溶射
皮膜を形成したものを用い、実施例２と同条件で実験し
た。 （１）供試皮膜 アンダコートとして耐熱合金を、表１記載のＢ, Ｄ合金
をそれぞれ溶湯容器の内面に80μm 厚に施工した後、そ
の上に以下に示すような混合材料を300 μm 厚に被覆形
成し、最外層50μm はアンダーコート合金の全くない層
とした。 a.（Ｂ合金80wt％／８YZ・3ZrB2 20wt％）100 μm （Ｂ合金50wt％／８YZ・3ZrB2 50wt％）100 μm （Ｂ合金30wt％／８YZ・3ZrB2 70wt％）100 μm （８YZ・3ZrB2 100 wt％） 50 μm b.（Ｄ合金80wt％／８YZ・3Mo 20wt％） 100 μm （Ｄ合金50wt％／８YZ・3Mo 50wt％） 100 μm （Ｄ合金30wt％／８YZ・3Mo 70wt％） 100 μm （８YZ・3Mo 100 wt％） 50 μm c.（Ｂ合金80wt％／８YZ・3ZrB2 ＋1Mo 20wt％）100 μ
m （Ｂ合金50wt％／８YZ・3ZrB2 ＋1Mo 50wt％）100 μm （Ｂ合金30wt％／８YZ・3ZrB2 ＋1Mo 70wt％）100 μm （８YZ・3ZrB2 ＋1Mo 100wt％） 50 μm
【００４１】このように濃度勾配をもつ溶射皮膜を用い
て、100 チャージの溶鉄を処理した結果においても、こ
の溶射皮膜は健全な状態を維持し、不良率も実施例２の
場合と同等の低い値を示した。
て、100 チャージの溶鉄を処理した結果においても、こ
の溶射皮膜は健全な状態を維持し、不良率も実施例２の
場合と同等の低い値を示した。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる溶
融金属用容器は、高温環境下で長期間にわたって使用し
ても、基材表面に形成した溶射皮膜中に含まれているZr
B2あるいはMoの存在によって、焼結反応による緻密化現
象を伴なわず常に適度な気孔率を長期間に亘って維持で
きるから、溶鉄などから放出される各種ガス成分の放散
が十分に行われる。従って、ガス成分に起因する鋳物製
品の不良率の発生を抑制することができる。その上、耐
熱機能は従来皮膜に比較して遜色がないため高品質製品
の生産性向上と生産コストの低減に大きく寄与する。
融金属用容器は、高温環境下で長期間にわたって使用し
ても、基材表面に形成した溶射皮膜中に含まれているZr
B2あるいはMoの存在によって、焼結反応による緻密化現
象を伴なわず常に適度な気孔率を長期間に亘って維持で
きるから、溶鉄などから放出される各種ガス成分の放散
が十分に行われる。従って、ガス成分に起因する鋳物製
品の不良率の発生を抑制することができる。その上、耐
熱機能は従来皮膜に比較して遜色がないため高品質製品
の生産性向上と生産コストの低減に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳造用鋳型を示す縦断面図である。
１ 鋳型 ２ 鋳枠 ３ 前蓋 ４ 後蓋 ５ 溶鉄 ６ 注入箱 ７ ローラ ８ 鋳型の内壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 4/12 Ｃ２３Ｃ 4/12 4/18 4/18 28/00 28/00 Ｂ // Ｂ２２Ｄ 11/10 ３１０ Ｂ２２Ｄ 11/10 ３１０Ｊ Ｆターム(参考） 4E004 AB04 AB08 4K031 AA03 AA04 AA08 AB03 AB05 AB08 AB09 CB21 CB22 CB26 CB27 CB31 CB32 CB37 CB42 CB44 FA01 FA02 4K044 AA02 AA13 BA02 BA06 BA10 BA12 BA18 BB03 BB06 BB11 BC02 BC11 CA11 CA62
Claims (8)
- 【請求項１】 容器の溶融金属と接する基材面に、アン
ダーコートとして、Ni, Co, Cr, Al, ＹおよびTaのうち
から選ばれた２種以上の組合わせにかかる耐熱合金の緻
密質金属溶射皮膜を有し、 その上にトップコートとして、安定化・部分安定化ZrO2
を主成分としてこれに、ZrB2を１〜５wt％もしくはMoを
0.5 〜５wt％、またはZrB2とMoとの混合物を1.5 〜８wt
％添加してなるZrO2系セラミックスの多孔質セラミック
溶射皮膜を有することを特徴とする溶融金属用容器。 - 【請求項２】 アンダーコートの緻密質金属溶射皮膜は
厚みが50〜500 μmで気孔率が５wt％以下であり、トッ
プコートの多孔質セラミック溶射皮膜は厚みが200 〜10
00μm で気孔率が５〜25wt％である請求項１に記載の溶
射金属用容器。 - 【請求項３】 容器の溶融金属と接する基材面に、 その基材側が主として、Ni, Co, Cr, Al, ＹおよびTaの
うちから選ばれた２種以上の組合わせにかかる耐熱合金
を溶射して得られる緻密質金属溶射層からなり、 表面側が主として、安定化・部分安定化ZrO2を主成分と
してこれに、ZrB2を１〜５wt％もしくはMoを0.5 〜５wt
％、またはZrB2とMoとの混合物を1.5 〜８wt％添加して
なるZrO2系セラミックスを溶射して得られる多孔質セラ
ミック溶射層からなり、 そして、上記各溶射層は基材側に近いほど耐熱合金の含
有量が多く、一方表面側に近いほどZrO2の含有量が多く
かつ最外層はZrO2系セラミックスのみからなる濃度勾配
をもつ単層の溶射皮膜であることを特徴とする溶融金属
用容器。 - 【請求項４】 基材側に位置する緻密質金属溶射層の気
孔率は５％以下であり、表面側に位置する多孔質セラミ
ック溶射皮膜の気孔率は５〜25wt％である請求項３に記
載の溶融金属用容器。 - 【請求項５】 容器の溶融金属と接する基材面に、ま
ず、Ni, Co, Cr, Al,Ｙ，Taのうちから選ばれた２種以
上の組合わせにかかる耐熱合金粉末を溶射して緻密質金
属溶射皮膜を形成し、次いで、その皮膜上に、安定化・
部分安定化ZrO2を主成分としてこれに、ZrB2を１〜５wt
％もしくはMoを0.5 〜５wt％、またはZrB2とMoとの混合
物を1.5 〜８wt％添加してなるZrO2系セラミック粉末を
溶射し、次いで 800〜1000℃の温度にて熱処理すること
により、気孔率が５〜25％の多孔質セラミック溶射皮膜
を形成することを特徴とする溶融金属用容器の表面処理
方法。 - 【請求項６】 アンダーコートの緻密質金属溶射皮膜は
厚みが50〜500 μmで気孔率が５wt％以下であり、トッ
プコートの多孔質セラミック溶射皮膜は厚みが200 〜10
00μm で気孔率が５〜25wt％である請求項１に記載の表
面処理方法。 - 【請求項７】 容器の金属溶湯と接する基材面に、 まず始めに、Ni, Co, Cr, Al, Ｙ，Taのうちから選ばれ
た２種以上の組合わせにかかる耐熱合金粉末を溶射し、 次いで、安定化・部分安定化ZrO2を主成分としこれに、
ZrB2を１〜５wt％もしくはMoを0.5 〜５wt％、またはZr
B2とMoの混合物を1.5 〜８wt％添加してなるZrO2系セラ
ミック粉末を溶射し、このとき、 上記基材側に近いほど耐熱合金の含有量が多くなるよう
にすると共に表面側に近いほどZrO2含有量が多くなるよ
うな傾斜配合にかかる溶射材料を溶射することにより、 基材側を緻密質金属がリッチな溶射層とすると共に表面
側を多孔質セラミック溶射層リッチとしてなる濃度勾配
をもつ溶射皮膜としたのち 800〜1000℃の温度にて熱処
理することにより皮膜を多孔質化させることを特徴とす
る溶融金属用容器の表面処理方法。 - 【請求項８】 上記緻密質金属溶射層の部分は気孔率が
５％で、多孔質セラミック溶射層の部分は気孔率が５〜
25wt％である請求項７に記載の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25704198A JP3853085B2 (ja) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | 溶融金属用容器およびその表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25704198A JP3853085B2 (ja) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | 溶融金属用容器およびその表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000087207A true JP2000087207A (ja) | 2000-03-28 |
| JP3853085B2 JP3853085B2 (ja) | 2006-12-06 |
Family
ID=17300926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25704198A Expired - Lifetime JP3853085B2 (ja) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | 溶融金属用容器およびその表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3853085B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1375032A1 (de) * | 2002-06-17 | 2004-01-02 | KM Europa Metal AG | Kupfer-Giessform für das Strangiessen von Metallschmelzen |
| JP2008537019A (ja) * | 2005-04-21 | 2008-09-11 | スタンダード・エアロ・リミテッド | 耐磨耗性セラミック複合体被膜およびその製造のプロセス |
| JP2011102691A (ja) * | 2009-11-10 | 2011-05-26 | Pegatron Corp | ベーパーチャンバー及びその製造方法 |
| JP2019524454A (ja) * | 2016-08-24 | 2019-09-05 | ベスビウス ユーエスエー コーポレイション | 封入金属層を有する冶金容器のライニング |
-
1998
- 1998-09-10 JP JP25704198A patent/JP3853085B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1375032A1 (de) * | 2002-06-17 | 2004-01-02 | KM Europa Metal AG | Kupfer-Giessform für das Strangiessen von Metallschmelzen |
| JP2008537019A (ja) * | 2005-04-21 | 2008-09-11 | スタンダード・エアロ・リミテッド | 耐磨耗性セラミック複合体被膜およびその製造のプロセス |
| JP2011102691A (ja) * | 2009-11-10 | 2011-05-26 | Pegatron Corp | ベーパーチャンバー及びその製造方法 |
| JP2019524454A (ja) * | 2016-08-24 | 2019-09-05 | ベスビウス ユーエスエー コーポレイション | 封入金属層を有する冶金容器のライニング |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3853085B2 (ja) | 2006-12-06 |
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