JP2001514706A - 熱拡散被覆用粉末混合物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱拡散被覆プロセスによって金属表面に耐食性被覆を形成するために適した粉末混合物である。この粉末混合物は、卑金属粉末と、好ましくは１μｍ以下の粒径を有する少なくとも１つの遷移金属の酸化物からなる０．１−５質量％の添加物を含有している。

Description

【発明の詳細な説明】 熱拡散被覆用粉末混合物発明の分野 本発明は、表面の保護および装飾用被覆を施す目的のために金属物質を表面処 理する技術に関する。特に、本発明は、表面付近の原子の熱活性化と誘導拡散に よって金属表面に保護および装飾用被覆を施すための熱拡散被覆技術に関する。 産業界においては、この種のプロセスとしては、鉄または鉄合金からなる金属表 面に亜鉛を浸透させるものが知られている。このプロセスは当業者の間では、シ ェラダイジングとして知られている（発明者である英国人のシェラド・オ・クー パーコールにちなんで名付けられた）。そのプロセスは、亜鉛含有粉末混合物中 に鉄製品を埋めて、３８０−４５０℃に加熱することによって行われる。 その結果形成される、金属間化合物と被覆からなる拡散被覆は電気メッキまた は溶融メッキによって形成される被覆に比べて耐食性を改善する。発明の背景 シェラダイジングプロセスの一般的な記載は、モノグラフまたはハンドブック 、例えば、１９６５年パーガモンプレス発行のバカロフとトルコスカヤの著作に よる“金属の腐食と保護”または１９８８年モスクワのメタラジー社で発行され た、プロスカーキンの編集によるハンドブック“亜鉛被覆”に見られる。 代表的なシェラダイジングプロセスは、上記したハンドブックや他のハンドブ ックに記載されており、以下の工程を含んで いる。 化学処理またはショットブラストによって物質の表面を調製すること； 亜鉛粉と不活性充填剤（酸化亜鉛、砂、酸化アルミニウム及び他のもの）を満 たしたドラムに清浄化した物質を挿入すること。不活性充填剤と亜鉛粉の比率は 、１：１０から１：１の範囲で変えることができる。； ドラムを密閉して、３８０−４５０℃の範囲の温度に加熱して、その温度で１ −４時間加熱すること； プロセスを促進するために、ドラムを小さな速度で回転することができる。； 加熱工程が完了したら、被覆を施された物質はドラムから排出されて、仕上げ 処理、一般には不動態化工程に移送される。 このプロセスによって得られる被覆は、加熱温度や加熱時間、亜鉛含有混合物 の組成などに応じて異なる亜鉛−鉄比の数層のものからなる。被覆は、５μｍか ら２００μｍ以上の厚さを有することができる。被覆の色は、一般的に灰色であ るが、不動態化の後、濃い灰色になる。 一般的にシェラダイジングに伴う問題は、亜鉛の溶融点がプロセスの温度に近 いという事実による、亜鉛粉の溶融および融着である。一般的にこの問題は、不 活性の添加物の混合物を導入して、亜鉛粒子の間に物理的な障壁を形成するか又 は亜鉛粒子の表面に人工的にこの障壁を作ることによって解決される。 ソビエト連邦の特許１５３４０９１には、亜鉛粉に蒸気酸化処理を施して亜鉛 の酸化物または水酸化物を形成し、隣接する粒子の溶融を防ぐ技術が開示されて いる。ソビエト連邦の特許５６０００１には、粉末の組成（質量％）が、クロム １０−２０％、亜鉛１０−２０％、酸化シリコン１０−１５％、酸化ク ロム１０−２０％、塩化アンモニウム１−３％、残部アルミナからなるシェラダ イジング技術が開示されている。中国特許１０８４５８２には、亜鉛とガーツァ イト(guarzite)と少量の鉛からなる粉末組成のシェラダイジング技術が開示され ている。 上記のようにしてシェラダイジングのための粉末組成に不活性の添加物を加え れば、上記した問題を解決することができるので、産業界で広く実施されている 。 しかしながら、粉末組成に不活性の添加物を加えてシェラダイジングをすれば 、他の技術で施される被覆に比べて耐食性をを改善せず、被覆の色を制御するこ とができないことが指摘されている。例えば、シェラダイジングによって得られ る被覆の耐食性について言えば、亜鉛被覆が電解される塩水噴霧試験（被覆の耐 食性を評価するための標準環境試験）の成績が悪い。不動態化の後に耐食性を改 善しようとする試みがなされているにも関わらず、顧客の要求をいつも満たして いるという状態ではない。さらに、不動態化によって濃い灰色になるために、表 面外観がよくない。フランス特許２４５１４０５には、シェラダイジングプロセ スの後に物質に光沢を付与するために、りん酸塩処理が施され、それから研磨さ れることが記載されている。 しかしながら、被覆に耐食性を付与するために不動態化すべきであることは、 理解すべきである。不動態化によって無色の被膜が得られるとすれば、不動態化 の後に光沢が失われることであるということが容易に理解できる。後続する研磨 とともに、りん酸塩処理は被覆の色を制御する機会を与えないことも記載すべき である。発明の目的 本発明の主な目的は、上記欠点を十分に減少するか又は解消 するシェラダイジングプロセスのための新しい亜鉛含有粉末混合物およびその調 製方法を提供することにある。 特に、本発明の第一の目的は、幅広い範囲の色を有し、耐食性を改良した着色 被覆を形成することのできる、シェラダイジングプロセス用の亜鉛含有粉末混合 物を提供することにある。 本発明の第二の目的は、そのような混合物の簡単で安価な調製方法を提供する ことにある。 本発明の上記目的や他の目的およびその利点は、以下の異なる実施例にっいて の説明から理解できる。 被覆されるべき物質が粉末混合物中に挿入されて熱処理を施されて上記物質内 を卑金属の原子が拡散する、熱拡散被覆プロセスの使用に適した卑金属粉を有す る粉末混合物であって、該粉末混合物は、鉄、チタン、クロム、コバルト、ニッ ケル、モリブデンを含むグループから選ばれた少なくとも１つの金属の酸化物か らなる０．１−５質量％の添加物を有し、該添加物は５μｍ以下の粒径であって 好ましくは１μｍ未満の粒径であることを特徴としている。上記添加物によって 、塩水噴霧試験の耐食性の成績が５０−１００％改良された着色被覆を形成でき ることが分かった。耐食性の改良と着色の効果は、被覆厚さによっては、得られ ないということも指摘できる。本発明は、各種実施例において簡単に要約される 。本発明を、その利点とともにより理解するために、以下に実施例を説明する。実施態様の詳細な説明 本発明によって、遷移金属の酸化物の微細な粒子が亜鉛−鉄被覆の表面に固着 され、それによって、その被覆を着色し、耐食性を改良する。 この目的のために、鉄、チタン、クロム、コバルト、ニッケ ル、モリブデンからなるグループから選ばれた金属の酸化物が特に適しているこ とが実験によって確かめられた。 上記酸化物は５μｍ以下の粒径とすべきであり、好ましくは１μｍ未満の粒径 とすべきである。 遷移金属酸化物の粒子またはその組み合わせは、シェラダイジングプロセスの 実行前に、亜鉛含有粉末混合物の調製中に添加される。 耐食性が優れ、良好な密着性を有する着色被覆を得るためには、混合物内の微 細な添加物の量は０．０１−５質量％とすべきであることが実験で確かめられた 。 本発明は以下の実施例に限定されない。その実施例において、以下の一般的に 入手可能な物質が使用された。 ドイツのストールベルグＤ−５１９９０、コッカリル通り６９、Ｐ．Ｏ．Ｂ． ２０４０のＺＩＮＣＯＬＩ会社で製造された、亜鉛粉であって、９９％の金属亜 鉛を含み、粉末粒径が２０−６０μｍの間であるもの。； 英国のクリーブランドＴＳ１６ ＯＱＧ、ストックトンオンティーズ、イーグ ルスリッフ、アーレイヌクのハークロス化学グループ英国クロム化学会社で製造 された、酸化クロムＣｒ₂Ｏ₃であって、１μｍ以下の粒径で９９％以上のＣｒ₂ Ｏ₃を含む微小片。； イスラエルの６６１８３、ハラセベ通り２２、テルアビブのケモラド化学株式 会社から供給されたテクニカルグレードの酸化チタンであって、その平均粒径が ０．４μｍで、酸化チタンの含有量が９６％以上であるもの。； イスラエルの４４１００、ケファサバ、Ｐ．Ｏ．Ｂ．４３のＭＹＫＯ技術株式 会社から供給された（Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｂ）Ｏ₂組成のものであって、その平均粒 径が０．３μｍで、主構成成 分を９９％超含むもの。； 英国のクリーブランドＴＳ１６ ＯＱＧ、ストックトンオンティーズ、イーグ ルスリッフ、アーレイヌクのハークロス化学グループ英国クロム化学会社から供 給された、粒径０．８μｍ未満のＣｏＯ粉末。実験手順 浸透混合物中の金属亜鉛の含有量が、塩酸中の粉末によって生成される水素の 容積によって求められた。； 被覆の厚さは、MINITEST-500という名称の装置で求められた。； 着色層の密着性は、ASTM B571に準じて、粘着テープによる剥離によって評価 された。； 耐食性は、ASTM B117-94に準じて、塩水噴霧試験によって調査され、黄点の出 現に要した時間によって評価された。； 拡散被覆は、イスラエルの４４８３７、アリエル、Ｐ．Ｏ．Ｂ．１８２９のDi stek(1993)株式会社によって製造された、市販されている機械である、MDS-90に よって実行された。そのプロセスの条件は、浸透温度４００℃で浸透時間１時間 であった。 拡散被覆のための亜鉛含有粉末混合物は、ソビエト連邦の特許１５３４０９１に 準じて調製された。亜鉛金属の量は８７％であり、不活性充填剤の量は１３％で あった。 被覆された物質は、酸化亜鉛の溶液と１５gr/リッターのリン酸と２gr/リッターの硝酸 ナトリウムの溶液中で、１０分間室温で不動態化された。 ７６×１２７×０．８mmの大きさの標準サンプルが試験に使われた。実施例１ 機械MDS-90に、１．５kgの浸透混合物と、８０grの酸化クロムと、２６kgのwa shersと、４kgの標準サンプルが、充填された。拡散被覆プロセスは、３５０− ４５０℃で１−４時間行われた。実施例２ 実施例１において、酸化クロムの代わりに、１５grの二酸化チタンが添加され た。実施例３ 実施例１において、酸化クロムの代わりに、４０grの酸化コバルト（ＣｏＯ） が使用された。実施例４ 実施例１において、酸化クロムの代わりに、（（Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｂ）Ｏ₂）６ ０grが使用された。実施例５ 実施例１において、酸化クロムの代わりに、６grの酸化クロムが使用された。実施例６ 実施例１において、８０grの酸化クロムの代わりに、９０grの酸化クロムが使 用された。実施例７ 実施例１において、酸化クロムの粒径は５−１０μｍであっ た。 実施例１−７で施された被覆について行われた試験結果は、表１に要約されて いる。 上記結果から明らかなように、１μｍ以下の粒径の微細な金属酸化物を浸透混 合物が０．１−５質量％含有すれば、熱拡散被覆は着色され、同時に耐食性が改 善される。もし、金属酸化物が５質量％より多いか、金属酸化物の粒径が１μｍ より粗ければ、被覆層は密着しない。 本発明は上記実施例に限定されるものではないことは理解されるべきである。 本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で、当業者であれば変形や修正が可能であ る。例えば、微細な酸化物の添加は鉄の熱拡散のためだけでなく、アルミニウム や銅や他の金属に拡散被覆を得るためにも使用できる。 浸透混合物は、アルミニウムやクロムのような他の卑金属の原子を含むことが できる。 微細な酸化物からなる添加物は、卑金属に対して不活性の充填剤を含む金属粉 混合物に添加することができる。 浸透混合物は、微細な酸化物の混合物を含有することができる。

【手続補正書】 【提出日】平成１１年１０月２０日（１９９９．１０．２０） 【補正内容】 （１）明細書の第５頁第９〜１０行の「混合物内の微細な添加物の量は０．０１ −５質量％とすべきであることが実験で確かめられた。」を「混合物内の微細な 添加物の量は０．１−５質量％とすべきであることが実験で確かめられた。」と 補正する。 （２）明細書の第７頁第３行の「２６kgのwashers」を「２６kgのワッシャ」と 補正する。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．被覆されるべき物質が粉末混合物内に挿入されて熱処理を施されて上記物質 内を卑金属の原子が拡散する、熱拡散被覆プロセスの使用に適した卑金属粉を有 する粉末混合物であって、該粉末混合物は、鉄、チタン、クロム、コバルト、ニ ッケル、モリブデンからなるグループから選ばれた少なくとも１つの金属の酸化 物からなる０．１−５質量％の添加物を有し、該添加物は５μｍ以下の粒径であ って好ましくは１μｍ未満の粒径であることを特徴とするもの。