JP2001259823A - 金属管内周面への被覆層形成方法 - Google Patents

金属管内周面への被覆層形成方法

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JP2001259823A
JP2001259823A JP2000073970A JP2000073970A JP2001259823A JP 2001259823 A JP2001259823 A JP 2001259823A JP 2000073970 A JP2000073970 A JP 2000073970A JP 2000073970 A JP2000073970 A JP 2000073970A JP 2001259823 A JP2001259823 A JP 2001259823A
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coating layer
inner peripheral
metal tube
peripheral surface
metal
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JP2000073970A
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Kiyotaka Matsuura
清隆 松浦
Tatsuya Oomi
達也 大参
Masayuki Kudo
昌行 工藤
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MATSURA KIYOTAKA
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
MATSURA KIYOTAKA
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属管の内周面に,均一な厚さを有し,且つ
接合強度の高い被覆層を能率良く形成することが可能で
あると共に化学的特性,機械的特性等の優れた被覆層を
形成することが可能な方法を提供する。 【解決手段】 金属管の内周面に被覆層を形成するに当
り,金属管を回転させ,次いでその金属管内に少なくと
も二種の溶湯を注入してそれら溶湯の反応による金属間
化合物よりなる被覆層を形成すると共にその反応熱によ
り金属管内周壁を溶融させて,その金属管に被覆層を接
合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は金属管内周面への被
覆層形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来,この種の被覆層形成方法として
は,金属管内周面にプラズマ溶射を施す,といった方法
が知られている(特開昭61−264166号公報参
照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来法に
よると,内径の比較的大きな金属管には被覆層を形成し
得るが,プラズマガンを入れることができないような比
較的小さな内径を有する金属管には被覆層を形成するこ
とができない,という問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は,従来法を適用
し得ない内径を持つ金属管に対しても,その内周面に,
均一な厚さを有し,且つ接合強度の高い被覆層を能率良
く形成することが可能であると共に,化学的特性,機械
的特性等の優れた被覆層を形成することが可能な前記方
法を提供することを目的とする。
【0005】前記目的を達成するため本発明によれば,
金属管の内周面に被覆層を形成するに当り,前記金属管
を回転させ,次いでその金属管内に少なくとも二種の溶
湯を注入してそれら溶湯の反応による金属間化合物より
なる前記被覆層を形成すると共にその反応熱により前記
金属管内周壁を溶融させて,その金属管に前記被覆層を
接合する,金属管内周面への被覆層形成方法が提供され
る。
【0006】前記のような手段を採用すると,金属管に
おいて,比較的内径の小さなものから大きなものまで,
広範囲に亘ってその内周面に,均一な厚さを有し,且つ
接合強度の高い被覆層を能率良く形成することができ
る。この接合強度の向上は,金属管内周壁の溶融凝固部
が金属間化合物の化学成分と金属管の化学成分とを含む
合金より構成されていることによる。
【0007】また被覆層は金属間化合物より構成されて
いるので,その金属間化合物が保有する特性,例えば優
れた耐食性,耐熱性,耐摩耗性等を具備する。
【0008】溶湯は金属単体組成のものに限らず合金組
成を有するものでもよく,また金属間化合物の組成によ
っては三種以上の溶湯を用いることもある。金属管およ
び金属間化合物の両熱膨脹係数の差が大きい場合には,
金属間化合物の凝固冷却中において,それに割れが生じ
たり,また被覆層を有する金属管を耐熱部材として使用
するときに熱衝撃特性が悪化する。よって,金属管の熱
膨脹係数と金属間化合物のそれとは,できる限り近似し
ているのがよい。
【0009】金属間化合物としては,NiAl,Ni3
Al,TiAl,NbAl3 ,FeAlおよびMoSi
2 から選択される一種を挙げることができる。これらの
金属間化合物は優れた耐熱性,耐摩耗性,耐酸化性,耐
食性等を有する。
【0010】金属管の構成材料としては,ステンレス
鋼,炭素鋼,Ni系耐熱合金およびCo系耐熱合金から
選択される一種を挙げることができる。このような構成
材料よりなる金属管は良好な耐熱性を有するので,金属
間化合物の生成熱に十分に耐え,また被覆層を有する金
属管の高温環境での使用を可能にする。
【0011】
【発明の実施の形態】図1において,金属管1は,その
内周面に被覆層2を有する。その被覆層2は金属間化合
物より構成されている。
【0012】このような被覆層2の形成に当っては,金
属管1を回転させ,次いでその金属管1内に少なくとも
二種の溶湯を注入してそれら溶湯の反応による金属間化
合物よりなる被覆層2を形成すると共にその反応熱によ
り金属管1内周壁を溶融させて,その金属管1に被覆層
2を接合する,といった手段が採用される。
【0013】前記のような手段を採用すると,金属管1
において,比較的内径の小さなものから大きなものま
で,広範囲に亘ってその内周面に,均一な厚さを有し,
且つ接合強度の高い被覆層2を能率良く形成することが
できる。この接合強度の向上は,金属管1内周壁の溶融
凝固部が金属間化合物の化学成分と金属管1の化学成分
とを含む合金より構成されていることによる。
【0014】また被覆層2は金属間化合物より構成され
ているので,その金属間化合物が保有する特性,例えば
優れた耐食性,耐熱性,耐摩耗性等を具備する。この場
合,金属管1の特定の化学成分が溶出して被覆層2に分
散し,その被覆層2全体がその溶出化学成分を含む金属
間化合物より構成されることもある。
【0015】以下,具体例について説明する。
【0016】先ず,金属管1として,低炭素鋼(JIS
S25C相当)よりなり,且つ外径120mm,内径9
0mm,長さ150mmの鋼管を用意し,その鋼管1を遠心
鋳造機に水平に設置した。
【0017】室温の鋼管1を1140r/mで回転さ
せ,次いで,その鋼管1内に750℃のAlよりなる溶
湯を注入し,その後,1500℃のNiよりなる溶湯を
注入した。鋼管1内ではNi+Al→NiAlの発熱反
応が起こり,混合溶湯の温度は瞬時に約2200℃まで
上昇し,その後,徐々に低下した。
【0018】これにより,NiAlよりなる被覆層2が
形成され,またその被覆層2は,反応熱による鋼管1内
周壁の溶融,凝固によって鋼管1に接合された。被覆層
2の厚さは約15mmであった。また鋼管(JIS S2
5C相当)1の熱膨脹係数は約12×10-6-1であ
り,被覆層(NiAl)2のそれは約13×10-6-1
であった。
【0019】鋼管1および被覆層2について,その表面
状態を綿密に観察したところ,接合部を含むそれら全体
についてクラックの発生は無かった。
【0020】次に,被覆層2を有する鋼管1に関し,以
下に述べる各種項目について調査を行った。 〔A〕各種元素の濃度分布 図2は,被覆層2を有する鋼管1の接合界面およびその
近傍部分におけるNi,AlおよびFeの濃度を示す。
こゝで,接合界面とは前記注湯により生じた液相と固相
との界面を言う。接合界面から約−4.6mmの範囲,つ
まり鋼管において,その内周面から約4.6mmの範囲
が,NiAlの生成熱により溶融し,その後凝固した溶
融凝固部に該当する。この溶融凝固部はNi−Al−F
e合金より構成されている。また鋼管1には,その溶融
凝固部に隣接する厚さ約100μmの第1拡散部と,そ
の第1拡散部に隣接する厚さ約100μmの第2拡散部
とが存在する。これらの拡散部は,溶融凝固部の凝固中
およびその後の冷却中に,その溶融凝固部からNiおよ
びAlが鋼管1の固相部分に拡散し,同時にその固相部
分からFeが凝固中等の溶融凝固部に拡散することによ
って形成されたものである。
【0021】この場合,第1拡散部は,Al濃度が高い
ことに起因してFeがA3 変態点を超えた高温域でγ→
α変態(Alによる等温拡散変態)を起したためフェラ
イト組織となる。このフェライト組織は無変態組織であ
る。一方,第2拡散部は,第1拡散部に比べてAl濃度
が低く,またNiが存在することからオーステナイト組
織のままである。冷却過程の進行に伴い鋼管1の,溶融
凝固部および第1拡散部を除く主体部がA3 変態点以下
の温度域でγ−α変態を起す。このとき,その主体部に
は変態歪が発生するが,その変態歪はフェライト組織を
持つ第1拡散部により吸収されるので,接合界面および
その近傍部分に及ぶことはなく,これによりその接合界
面およびその近傍部分におけるクラックの発生が回避さ
れる。
【0022】このようなフェライト組織を持つ第1拡散
部による効果は,被覆層2を有する鋼管1が,その実用
過程で加熱・冷却サイクルに曝された場合にも発現す
る。
【0023】さらに図2から明らかなように,鋼管1か
ら溶出したFeが被覆層2に分散しており,そのFe濃
度は,被覆層2において約10原子%であることが判明
した。このFeはNiAlの強度および靱性向上に寄与
する。 〔B〕耐熱衝撃性 被覆層2を有する鋼管1を1200℃に加熱し,次いで
室温の水に投入し,その後,鋼管1等について綿密な検
査を行ったところ,次のような結果を得た。鋼管1の,
溶融凝固部および第1拡散部を除く主体部の金属組織は
焼入れ組織(マルテンサイト組織)となっていて,鋼管
1等に急冷による熱衝撃が十分に付与されていることが
判明した。一方,被覆層2ならびに溶融凝固部および第
1拡散部の金属組織は,前記熱衝撃によっては全く変化
しなかった。また接合界面およびその近傍部分について
検鏡を行ったがクラックの発生は全く認められなかっ
た。これは,フェライト組織を持つ第1拡散部の変態歪
吸収効果によるものである。 〔C〕 硬度分布 図3に示すように,鋼管1のビッカース硬さは約100
である。一方,溶融凝固部のビッカース硬さは,接合界
面近傍部分において約400と高い値を示すが,その接
合界面から離れるに従って低下する。これは図2に示し
たFeの濃度分布に対応するもので,Fe濃度の低下に
伴いビッカース硬さも低下するのである。被覆層2のビ
ッカース硬さは約350であって略一定である。 〔D〕 耐食性 被覆層2より約1gの試験片を製作した。この試験片の
組成はNiAl−10原子%Feであった。試験片を室
温の36%塩酸中に浸漬し,所定経過時間(腐食時間)
毎に試験片の,表面積1m2 当りの腐食減量を求める腐
食試験を行ったところ,図4の結果を得た。比較のた
め,図4にステンレス鋼(JIS SUS304)より
なる試験片に関するデータも掲載した。
【0024】図4より被覆層2は,耐食性の良好なステ
ンレス鋼鋼材よりもさらに優れた耐食性を有することが
判る。NiAlの耐食性をさらに向上させるためには,
Cr,V,B等を添加するのがよい。 〔E〕 耐高温酸化性 被覆層2より約2gの試験片を製作した。この試験片の
組成はNiAl−10原子%Feであった。試験片を1
350℃の大気中に曝し,所定経過時間(酸化時間)毎
に試験片の,表面積1m2 当りの酸化増量を求める酸化
試験を行ったところ,図5の結果を得た。比較のため,
図5にステンレス鋼(JIS SUS304)よりなる
試験片に関するデータも掲載した。
【0025】図5より,被覆層2はステンレス鋼鋼材と
は比較にならない程の優れた耐高温酸化性を有すること
が判る。 〔F〕 耐摩耗性 被覆層2より,摺動面の寸法が縦5mm,横5mmであるピ
ン状試験片を製作した。この試験片の組成はNiAl−
10原子%Feであった。
【0026】この試験片を用いて,次のような試験条件
で摩耗試験を行ったところ,図6の結果を得た。試験条
件は,方式:ピンオンディスク方式;ディスクの材質:
鋳鉄(JIS FC200);ディスクの周速度:1.
9m/s;試験片の押圧力:1MPa(荷重 25
N);摺動距離:2km(500m毎に摩耗量測定).図
6から,被覆層2はステンレス鋼鋼材に比べて優れた耐
摩耗性を有することが判る。
【0027】本発明における被覆層2を有する鋼管1
は,例えば,酸性溶液用輸送管,内燃機関用シリンダス
リーブ等として用いられる。また被覆層2にセラミック
ス繊維,セラミックス粒子等の強化材を分散させて,複
合層,傾斜機能層とすることも可能である。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば前記のような手段を採用
することによって,金属管において,比較的内径の小さ
なものから大きなものまで,その内周面に,均一な厚さ
を有し,且つ接合強度の高い被覆層を能率良く形成する
ことが可能であると共に化学的特性,機械的特性等の優
れた被覆層を形成することが可能な方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】被覆層を有する金属管の斜視図である。
【図2】被覆層を有する鋼管の接合界面およびその近傍
部分における各種元素の濃度分布を示すグラフである。
【図3】被覆層を有する鋼管の接合界面およびその近傍
部分における硬度分布を示すグラフである。
【図4】腐食試験結果を示すグラフである。
【図5】酸化試験結果を示すグラフである。
【図6】摩耗試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1…………金属管(鋼管) 2…………被覆層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000005326 本田技研工業株式会社 東京都港区南青山二丁目1番1号 (72)発明者 松浦 清隆 北海道恵庭市恵み野東2丁目2番4号 (72)発明者 大参 達也 北海道札幌市南区南33条西9丁目1番18号 (72)発明者 工藤 昌行 北海道札幌市北区新琴似11条14丁目10番5 号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属管(1)の内周面に被覆層(2)を
    形成するに当り,前記金属管(1)を回転させ,次いで
    その金属管(1)内に少なくとも二種の溶湯を注入して
    それら溶湯の反応による金属間化合物よりなる前記被覆
    層(2)を形成すると共にその反応熱により前記金属管
    (1)内周壁を溶融させて,その金属管(1)に前記被
    覆層(2)を接合することを特徴とする金属管内周面へ
    の被覆層形成方法。
  2. 【請求項2】 前記金属間化合物は,NiAl,Ni3
    Al,TiAl,NbAl3 ,FeAlおよびMoSi
    2 から選択される一種である,請求項1記載の金属管内
    周面への被覆層形成方法。
  3. 【請求項3】 前記金属管(1)は,ステンレス鋼,炭
    素鋼,Ni系耐熱合金およびCo系耐熱合金から選択さ
    れる一種よりなる,請求項1または2記載の金属管内周
    面への被覆層形成方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100829162B1 (ko) 2006-12-04 2008-05-13 김희곤 관의 내주면 코팅 장치 및 방법
CN112439889A (zh) * 2020-11-23 2021-03-05 西北有色金属研究院 一种包覆富镍镍钛合金的钛或钛合金复合刀具的制备方法

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