JP2001347396A - 溶接棒被覆材用珪素含有粉粒体とその製造方法 - Google Patents

溶接棒被覆材用珪素含有粉粒体とその製造方法

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JP2001347396A
JP2001347396A JP2000168471A JP2000168471A JP2001347396A JP 2001347396 A JP2001347396 A JP 2001347396A JP 2000168471 A JP2000168471 A JP 2000168471A JP 2000168471 A JP2000168471 A JP 2000168471A JP 2001347396 A JP2001347396 A JP 2001347396A
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silicone
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welding rod
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Seiichi Koyanagi
清一 小▲柳▼
Masahiko Hataji
正彦 畑地
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Kinsei Matec Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 珪素含有比率の高い原料であっても優れた耐
アルカリ性を備えており、水ガラスを含有する溶接棒用
被覆材を確実に且つ安価に形成できるようにする。 【解決手段】 珪素含有粉粒体に流動性シリコーンを添
加して混合し、珪素含有粉粒体の表面にシリコーン皮膜
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接棒被覆材に、
主に脱酸素剤として配合される珪素含有粉粒体に関し、
さらに詳しくは、珪素含有比率の高い原料であっても優
れた耐アルカリ性を備えており、水ガラスを含有する被
覆材を確実に且つ安価に形成できる、珪素含有粉粒体と
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】溶接棒用被覆材に使用される珪素含有粉
粒体は、脱酸剤や合金材として有用であるが、アルカリ
と化学反応し易いため、被覆材の固着剤に使用される水
ガラスと反応して水素ガスを生じ易い。そしてこの水素
ガスを生じると、被覆材に気泡やクラックを生じて見栄
えが悪くなるばかりか、被覆材の溶接棒への固着性が低
下するという問題がある。
【0003】この問題を解消するため、従来、例えば特
開昭55−27471号公報に記載のように、珪素含有
粉粒体表面に酸化皮膜を形成して、アルカリとの反応性
を低下させたシリコン含有粉粒体を得る方法がある。即
ち、上記方法は、珪素含有粉粒体に酸化剤溶液を満遍な
く塗着させた後、撹拌、加温しながら乾燥させて酸化剤
を上記粉粒体の表面に満遍なく付着させ、これを高温に
加熱することにより酸化剤と粉粒体の表面とを活発に化
学反応させて、珪素含有粉粒体表面に酸化皮膜を形成さ
せている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、例
えばフェロシリコン3号のように、珪素含有率が40〜
45重量%と比較的低い場合には有効であるが、例えば
珪素含有率が75〜80重量%であるフェロシリコン2
号のように、珪素含有率がより高い粉粒体の場合には、
充分な効果が得られない。本発明は上記の問題点を解消
し、珪素含有比率の高い原料であっても優れた耐アルカ
リ性を備えており、水ガラスを含有する被覆材を確実に
且つ安価に形成できる、珪素含有粉粒体とその製造方法
を提供することを技術的課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、次のように構成したものである。即ち、本
発明1は溶接棒被覆材用珪素含有粉粒体に関し、珪素含
有粉粒体の表面にシリコーン皮膜を形成したことを特徴
とする。また、本発明2は溶接棒被覆材用珪素含有粉粒
体の製造方法に関し、珪素含有粉粒体に流動性シリコー
ンを添加して混合し、珪素含有粉粒体の表面にシリコー
ン皮膜を形成することを特徴とする。
【0006】
【作用】上記珪素含有粉粒体はその表面にシリコーン皮
膜が形成されているので、溶接棒被覆材に含まれる水ガ
ラスなど、アルカリとの化学反応が抑制される。また、
このシリコーン皮膜を形成するために添加されたシリコ
ーンは微量であるため、溶接時にこのシリコーンが分解
等しても溶接に悪影響を及ぼす虞れがない。
【0007】ここで、上記珪素含有粉粒体は金属珪素粉
粒体、金属珪素を含有する粉粒体、珪素を含有する合金
粉粒体のいずれであってもよく、その珪素含有率も特定
の範囲に限定されない。通常はフェロシリコン3号粉粒
体が用いられるが、例えば珪素含有率が50%以上の粉
粒体のように珪素含有率の高い粉粒体を用いた場合に
は、この珪素含有粉粒体の添加量を少なくできるので溶
接棒用被覆材を安価に製造でき、より好ましい。上記珪
素含有粉粒体は種々の原料から種々の加工手段によって
得られるが、具体的には、例えば、金属シリコン粉粒
体、フェロシリコン2号粉粒体、フェロシリコン3号粉
粒体、フェロシリコン50s粉粒体等が挙げることがで
き、これらを単1種または2種以上を混合して用いても
よい。なお、上記珪素含有粉粒体は、予め加熱してその
表面に酸化皮膜を形成したものであってもよく、この場
合はこの酸化皮膜の外面に上記シリコーン皮膜が形成さ
れる。
【0008】上記シリコーン皮膜は、メチルハイドロジ
ェンポリシロキサンのような疎水性シリコーンで形成し
てもよく、また、置換基として親水基を導入した変性シ
リコーン等の親水性シリコーンで形成してもよい。上記
シリコーンは、R3Si−O−結合、−O−R2Si−O−
結合、−O−RSi(O)−O−結合のいずれを主鎖とす
るものであってもよく、また、置換基Rの種類も特に限
定されない。また、上記珪素含有粉粒体に添加する流動
性シリコーンは、オイル状、グリース状、あるいは加熱
などにより液化したレジン状のシリコーン等を言うが、
粘度が高いと作業性や分散性が低下するので、オイル
状、グリース状が好ましく、オイル状のものがより好ま
しい。
【0009】上記シリコーンの添加量は、珪素含有粉粒
体100重量部に対して、0.1〜5重量部が好まし
く、より好ましくは0.2〜3重量部であり、さらに好
ましくは0.5〜1重量部である。添加量が0.1重量部
未満ではアルカリとの反応性を低下させる効果が小さ
く、5重量部を越えると添加量を増やしてもそれ以上の
効果が得られず、経済的に不利なばかりか、珪素含有粉
粒体が湿った状態となり、作業性が低下する。
【0010】なお、上記シリコーンの添加はシリコーン
を単独で添加してもよいが、必要に応じて炭化水素類、
アルコール類、ケトン類等の有機溶媒や、水等で希釈し
ておき、これらの溶液として添加してもよく、この場合
はシリコーンを良好に分散することができる。
【0011】上記珪素含有粉粒体と流動性シリコーンと
の混合方法は特に限定されるものではなく、人手による
混合でも、ミキサー等の機械を用いた混合でもよい。こ
の両者の混合時間は、5分〜2時間が好ましく、より好
ましくは30分から1時間である。混合時間が5分未満
ではアルカリとの反応性を低下させる効果が小さく、1
時間を越えると、それ以上は混合による効果を高めるこ
とができず、不経済だからである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、酸
化皮膜の上にシリコーン皮膜を形成した珪素含有粉粒体
の製造方法について説明する。なお、この実施形態では
酸化皮膜の上にシリコーン皮膜を形成したが、本発明で
は上記酸化皮膜を省略し、珪素含有粉粒体の表面に直接
シリコーン皮膜を形成してもよい。
【0013】(1)珪素含有粉粒体の粒度調製 原料としてフェロシリコン3号塊とフェロシリコン2号
塊とを用い、それぞれを粉砕した後、250μmで分級
して粒子径が250μm以下の、フェロシリコン3号粉
粒体と、フェロシリコン2号粉粒体とを得た。
【0014】(2)酸化剤皮膜の形成 一方、予め二クロム酸カリウムと過マンガン酸カリウム
をイオン交換水に溶解して、5重量%のニクロム酸カリ
ウム濃度と、0.08重量%の過マンガン酸カリウム濃
度を含有する酸化剤溶液を調製しておき、この酸化剤溶
液を上記各珪素含有粉粒体100重量部に対し1重量部
を添加した後、5分間撹拌し、200℃のヒーター上で
乾燥させて、各珪素含有粉粒体の表面に酸化剤を塗着し
た。次いで、上記酸化剤を塗着した珪素含有粉粒体を、
800℃に保った電気炉中で2時間焼成し、それぞれ表
面に酸化皮膜が形成されたフェロシリコン3号粉粒体
と、フェロシリコン2号粉粒体を得た。
【0015】(3)シリコーン皮膜の形成 上記各珪素含有粉粒体100重量部に対して、それぞれ
親水性シリコーン(東レ・ダウコーニング社製変性シリ
コーンオイル:商品名SH3749)1重量部を添加
し、10分間撹拌混合した。
【0016】上記により得られた各珪素含有粉粒体(フ
ェロシリコン3号粉粒体とフェロシリコン2号粉粒体)
を用いて、それぞれ溶接棒に被覆材を形成したところ、
被覆材には気泡やクラックの発生が見られず、溶接棒へ
良好に固着していた。
【0017】次に、上記酸化皮膜が形成されたフェロシ
リコン2号粉粒体に対し、シリコーンを1重量%、0.
75重量%、0.50重量%、及び0.25重量%添加し
た場合について、無添加の場合と比較しながら、珪素含
有粉粒体のアルカリに対する活性度の評価を、水ガラス
との反応によって生じる水素ガスの量を測定することで
行った。即ち、水ガラスは水の存在で、Na2O・nSi
2+H2O→2NaOH+nSiO2となり、このとき珪素
が存在すると、mSi+2NaOH+(2m−1)H2O→Na
2O・mSiO2+2mH2↑のように水素ガスを生じる。
この水素ガスの単位時間発生量、あるいは単位量発生時
間を測定することで、アルカリに対する珪素含有粉粒体
の活性度を評価することができる。
【0018】上記水素ガスの単位量発生時間は、図1に
示す測定装置を用いて次の手順で測定した。最初に、図
1に示すように、ビーカー(1)に1号水ガラス(富士化
学社製、商品名:富士セット1号、比重1.385に調
製)(2)を500ml収容し、50℃に保った恒温水槽
(3)内に入れておく。なお、符号(8)は温度計を示す。
次いで、上記水ガラス(2)の温度が一定になった後、内
径40mmのガラスシャーレ(4)に珪素含有粉粒体の試料
(5)を5g量り取り、上記水ガラスを少量加えてガラス
棒で撹拌し、試料(5)中の空気を抜く。
【0019】上記脱泡の後、試料(5)を収容したガラス
シャーレ(4)を静かに上記ビーカー(1)内の水ガラス
(2)中に沈め、栓(6)を開いた捕集瓶(7)をビーカー
(1)内で上記ガラスシャーレ(4)に被せる。そして、こ
の捕集瓶(7)の上部より水ガラス(2)を吸い上げて、水
ガラス(2)が栓(6)の上部まで達したら栓(6)を閉じ、
測定を開始する。
【0020】図2は、シリコーンの添加量を変化させた
際の、水素ガスの捕集量が10mlに達するまでの時間の
測定結果を示す対比表である。この測定結果から明らか
なように、水素ガスの発生量、即ち珪素含有粉粒体のア
ルカリとの反応活性はシリコーンの添加とともに低下し
ており、この実験例では無添加(添加量が0重量%)の場
合に比べて添加量が0.25重量%を越えた辺りで反応
活性の低下がはっきりと現れており、さらに0.5重量
%を越えると反応活性が3分の1程度に低下しているこ
とが分かる。即ち、フェロシリコン2号粉粒体のよう
に、珪素含有率が75〜80%と大きい場合でも、シリ
コーン皮膜を形成することによりアルカリとの反応活性
を著しく低下させることができた。
【0021】なお、珪素含有粉粒体の総表面積は、粉粒
体の粒度が粗い場合よりも細かい場合の方が大きいこと
から、シリコーンの添加率が同じでも粉粒体の粒度によ
り粉粒体の表面に形成されるシリコーン皮膜の厚みが異
なる。即ち、粒度の粗い場合にはシリコーンの添加量が
同じでも粒度の細かい場合に比べて反応活性の抑制効果
が高いと考えられる。したがって、上記シリコーンの添
加量は、珪素含有粉粒体の珪素含有率だけでなく、粉粒
体の粒度によっても適宜増減されることはいうまでもな
い。
【0022】
【発明の効果】本発明は上記のように構成され作用する
ことから次の効果を奏する。
【0023】(1)表面にシリコーン皮膜を形成した珪
素含有粉粒体は、優れた耐アルカリ性を備えており、溶
接棒用被覆材の製造過程において水ガラスとの化学反応
が抑制され水素ガスの発生がないことから、気泡やクラ
ックを有しない外観が良好で固着性の高い被覆材を得る
ことができる。
【0024】(2)シリコン含有量に関わりなくアルカ
リとの反応活性を低下できるため、原料の選択肢が広が
り、例えば従来広く使われているフェロシリコン3号よ
り安価なフェロシリコン2号原料を採用できるなど、よ
り安価な原料を用いることができる。しかも、珪素含有
率の高い原料を用いた場合には、珪素含有粉粒体の添加
量を従来の珪素含有率の低い原料に比べて低減すること
ができ、例えばフェロシリコン2号原料を用いた場合に
は従来のフェロシリコン3号原料を用いる場合に比べて
60%程度以下に低減できる。これらの結果、本発明の
珪素含有粉粒体を用いることにより、従来と同等の性能
を有する溶接棒被覆材を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】水素ガスの単位量発生時間を測定するための測
定装置の概略構成図である。
【図2】シリコーンの添加量を変化させた際の、水素ガ
スの捕集量が10mlに達するまでの時間の測定結果を示
す、対比表である。
【符号の説明】
1…ビーカー 2…水ガラス 3…恒温水槽 4…ガラスシャーレ 5…試料(珪素含有粉粒体) 6…栓 7…捕集瓶 8…温度計
フロントページの続き Fターム(参考) 4E084 AA44 BA04 CA13 CA16 CA23 DA01 4G072 AA01 AA41 BB05 BB09 BB10 GG01 GG03 HH01 QQ09 RR03 RR17 UU30 4K018 BA20 BB04 BC28 BD10

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 珪素含有粉粒体の表面にシリコーン皮膜
    を形成したことを特徴とする、溶接棒被覆材用珪素含有
    粉粒体。
  2. 【請求項2】 上記シリコーン皮膜が、親水性シリコー
    ンからなる、請求項1に記載の溶接棒被覆材用珪素含有
    粉粒体。
  3. 【請求項3】 上記シリコーン皮膜が、疎水性シリコー
    ンからなる、請求項1に記載の溶接棒被覆材用珪素含有
    粉粒体。
  4. 【請求項4】 上記珪素含有粉粒体の表面に酸化皮膜を
    形成し、この酸化皮膜の外面に上記シリコーン皮膜を形
    成した、請求項1から3のいずれか1項に記載の溶接棒
    被覆材用珪素含有粉粒体。
  5. 【請求項5】 珪素含有粉粒体に流動性シリコーンを添
    加して混合し、珪素含有粉粒体の表面にシリコーン皮膜
    を形成することを特徴とする、溶接棒被覆材用珪素含有
    粉粒体の製造方法。
  6. 【請求項6】 珪素含有粉粒体を加熱してその表面に酸
    化皮膜を形成し、この酸化皮膜を形成した珪素含有粉粒
    体に流動性シリコーンを添加して混合し、珪素含有粉粒
    体の酸化皮膜の外面にシリコーン皮膜を形成することを
    特徴とする、溶接棒被覆材用シリコン含有粉粒体の製造
    方法。
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