JP2015183283A - 溶射下地の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳鉄管等の金属部材の表面に金属溶射皮膜を形成する工程の前段階において、その溶射箇所の表面粗度を、容易に安価に且つ適切に確保する。
【解決手段】金属部材の表面に溶射により金属皮膜を形成する溶射工程の前に行う溶射下地の形成方法において、金属部材の表面に対してブラスト処理等の粗面化処理を行い、その後、粗面化処理された金属部材の表面の一部に対して研磨砥石による研磨処理を行うに際し、研磨砥石として粒度４０番以下のダイヤモンド砥石を用いることにより、研磨処理後に行う再度の粗面化処理を省略する溶射下地の形成方法を採用した。研磨砥石による研磨処理を行った後のその研磨箇所の表面粗度Ｒｚを４０以上とすることが望ましい。
【選択図】図１

Description

この発明は、鋳鉄管の表面に対して溶射を行う際に行う溶射下地の形成方法に関するものである。

従来から、鋳鉄管の耐食性を高めるために、鋳鉄管の表面に金属を溶射することにより金属皮膜を形成することが行われている。

この金属溶射皮膜を形成する場合、鋳鉄管の表面への溶射皮膜の密着性をよくするために、鋳鉄管の表面に対してショットブラスト処理又はグリッドブラスト処理等の粗面化処理を行っている。この粗面化処理により、鋳鉄管の表面に細かな凹凸を形成している。なお、溶射下地は、一般に、スチールグリッド等の投射材を用いたブラスト処理で粗面化するのがよいとされている。

また、このような粗面化処理を行うことにより、鋳鉄管の表面に、湯境や湯こぼれが露出する場合がある。このような場合は、研磨砥石により鋳鉄管の表面の研掃（鋳肌手直し）を行い、湯境や湯こぼれを除去した後、金属粉末の溶射を行っている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開平１０−２５１８２５号公報 特開２００３−２６８５２６号公報

しかし、湯境や湯こぼれの除去の際、通常の研磨砥石により鋳鉄管の表面を研磨すると、研掃後の鋳鉄管の表面粗度は小さくなる。このため、研磨箇所は、ブラスト処理等を行った部分と比較して表面粗度が小さくなってしまう傾向がある。表面粗度が小さいと、溶射皮膜の密着性が低下するので好ましくない。

溶射皮膜の密着性が低下すると、例えば、図３（ａ）に示すように、鋳鉄管１の表面６のうち、表面粗度が低い研磨面Ａ部分の金属溶射皮膜８が、図３（ｂ）に示すように脱落してしまうこともある。図３（ｂ）では、研磨砥石による研磨を行った部分の金属溶射皮膜８が脱落し、研磨による平滑面７が露出している。

このため、所定の表面粗度を確保するために、鋳鉄管の研磨部分に対して、再度、ブラスト処理等の粗面化処理を行い、表面粗度を粗く、すなわち、表面粗度を大きくする必要がある。鋳鉄管に対して再度のブラスト処理等を行うことは、生産性向上の阻害要因となっている。

そこで、この発明の課題は、鋳鉄管等の金属部材の表面に金属溶射皮膜を形成する工程の前段階において、その溶射箇所の表面粗度を、容易に安価に且つ適切に確保することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、金属部材の表面に金属を溶射することにより金属皮膜を形成する溶射工程の前に行う溶射下地の形成方法において、前記金属部材の表面に対してブラスト処理等の粗面化処理を行い、その後、粗面化処理された金属部材の表面の一部に対して研磨砥石による研磨処理を行うに際し、前記研磨砥石として粒度４０番以下のダイヤモンド砥石を用いることにより、前記研磨処理後に行う再度の粗面化処理を省略したことを特徴とする溶射下地の形成方法を採用した。

この発明では、ブラスト処理等による粗面化処理の後、研磨砥石による研磨処理を行うに際し、粒度の粗いダイヤモンド砥石を利用することで、手入れ箇所の下地における所定の表面粗度を確保できることを発見した。また、ダイヤモンド砥石は、その摩耗が一般砥石よりも少ないため、安定した表面粗度を長期に亘って確保できる。すなわち、溶射箇所の表面粗度を、容易に安価に且つ適切に確保することができる。

また、ダイヤモンド砥石を粒度４０番以下とすることで、手入れ箇所の下地の表面粗度Ｒｚが高くなり、溶射金属の高い密着性を確保することができる。

このとき、前記研磨砥石による研磨処理を行った後のその研磨箇所の表面粗度Ｒｚを４０以上とすることが望ましい。研磨処理を行った後のその研磨箇所の表面粗度Ｒｚが４０以上であれば、溶射金属の良好な密着性が確認できた。

この発明は、鋳鉄管等の金属部材の表面に金属溶射皮膜を形成する工程の前段階において、ブラスト処理等による粗面化処理の後、研磨砥石による研磨処理を行うに際し、粒度の粗いダイヤモンド砥石を利用することで、手入れ箇所の下地における所定の表面粗度を、容易に安価に且つ適切に確保することができる。

この発明の金属溶射を行うための装置の構成例を示す全体図 鋳鉄管の外面に研磨砥石による研磨を行う際の状況を示す斜視図 （ａ）は、金属部材の表面に溶射下地の形成を行った後、溶射による金属皮膜が形成された状態を示す断面図、（ｂ）は、金属皮膜の一部が脱落した状態を示す断面図 実験例を示し、（ａ）は粒度４０番のダイヤモンド砥石の例を、（ｂ）は粒度１０番のダイヤモンド砥石の例を示す写真図 実験例を示し、（ａ）は粒度４０番のダイヤモンド砥石による研磨面Ａの例を示す写真図、（ｂ）は溶射後の様子を示す写真図 実験例を示し、（ａ）は粒度１０番のダイヤモンド砥石による研磨面Ａの例を示す写真図、（ｂ）は溶射後の様子を示す写真図 実験例を示し、（ａ）は表面粗度Ｒｚ２０を、（ｂ）は表面粗度Ｒｚ４０のものに対して、それぞれ剥離試験を行った後の様子を示す写真図

この発明の実施形態を説明する。図１において、符号１は、金属溶射を行う対象となる金属部材としてのダクタイル鋳鉄管である。このダクタイル鋳鉄管１（以下、単に「鋳鉄管１」と称する。）の外面に金属を溶射して金属溶射皮膜Ｙを形成する。鋳鉄管１としては、例えば、水道管等に広く利用される管体を採用可能である。

この実施形態の鋳鉄管１は、内外径が一定な円筒形の直部４と、その直部４の一端に設けられ、内外径がそれぞれ直部４のそれより大きい受口２と、その直部４の他端に設けられ、内径が直部４のそれと等しい挿し口３とを備える。

鋳鉄管１は、主に遠心力鋳造で製造される。鋳造時の溶湯の収縮、引き抜き等を考慮し、全体に凹凸のあるピーニングを実施しており、管外表面の素地が、細かな凹凸の集合となっている。

鋳鉄管１の直部４、受口２、挿し口３に関し、日本ダクタイル鉄管協会規格ＪＤＰＡ Ｚ２０１０には、耐食性を向上させるための金属溶射を行うことが規定されている。溶射は、鋳鉄管１の使用下における耐食性を考慮し、様々な材料を溶融させて鋳鉄管１の表面に吹き付ける。

この金属溶射皮膜Ｙを形成する前工程において、鋳鉄管１の表面への溶射皮膜の密着性をよくするために、鋳鉄管１の表面に対してショットブラスト処理による粗面化処理を行う。

スチールグリッド等の投射材の粒が大量に噴射され、鋳鉄管１の外面に粗面Ｘを形成するブラスト処理が行われる。

粗面化処理の後、鋳鉄管１の表面に、湯境や湯こぼれが露出していないかどうかを検査する。検査は、検査員による目視や打撃で行う。これを、画像処理等を用いた検査装置により自動的に行ってもよい。

湯境や湯こぼれが露出している箇所を発見した場合、研磨砥石２１により鋳鉄管１の表面の研掃（鋳肌手直し）を行う。

研磨砥石２１は図２に示すように、モータによって駆動される回転軸に円板状の研磨砥石２１が装着されたグラインダ２０を用いる。研磨砥石２１が回転軸周りに回転した状態で、鋳鉄管１の表面に宛がわれることで、粗面Ｘの一部が研磨される。図２の符号Ａは、研磨砥石２１による研磨面を示している。研磨砥石２１は、粒度４０＃（４０番）以下のダイヤモンド砥石を用いている。

ここで、ダイヤモンド砥石の粒度は４０＃（４０番）以下、すなわち、４０＃（４０番）、若しくは、４０＃（４０番）よりも粗いことが望ましい。なお、ダイヤモンド砥石の粒度の番数の基準は、日本工業規格ＪＩＳ Ｒ ６００１ 研削といし用研磨材の粒度 で規定されている。

研磨砥石２１による研磨により、湯境や湯こぼれが除去された後、金属溶射皮膜Ｙの形成を行う。

図１において、鋳鉄管１をローラ５の上に載置し、駆動力によってローラ５を回転させることにより、鋳鉄管１を管軸周りに回転（図中の矢印Ｚ参照）させるとともに、溶射台１０を、管軸方向に沿って配置されたレール１１に沿って移動（図中の矢印Ｗ参照）させる。

溶射台１０に設けられた溶射ガン１３からは、高温の炎で溶融した金属の粉末１３ａが噴射され、粗面Ｘ及び研磨面Ａ上に金属溶射皮膜Ｙが形成される。この際、従来から研磨砥石２１による研磨処理後に行っていた再度の粗面化処理は行わない。金属溶射皮膜Ｙが形成された鋳鉄管１は、皮膜の硬化後、次工程へ搬出される。

以下、この発明の実験例を示す。
表１は、研磨砥石２１の砥粒の粒度と、研磨面Ａの表面粗度Ｒｚ、金属溶射皮膜Ｙの密着性の良否を示している。

ここで、金属溶射の素材には、亜鉛線又は亜鉛合金線等からなるワイヤー（線材）を用いている。

鋳鉄管１は、口径φ５０〜２５０のものを採用した。密着性評価方法は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ ５６００ ５−６に規定するクロスカット法に準じた。クロスカットの幅は、日本工業規格ＪＩＳ Ｈ ８３００（亜鉛、アルミニウム及びそれらの合金溶射）のグリッド試験にて判断している。

使用したディスクグラインダは、回転数：Ｍａｘ７６００ｒｐｍ、使用したダイヤモンド砥石からなる研磨砥石２１は、以下のものである。
（砥石１）
種別：グリッドエースホイール（登録商標）
寸法：１００×１３．６×２０（外径×幅×内径）
（砥石２）
種別：ハイパーダイヤディスク（登録商標）曲面タイプ 荒 仕上げ用
寸法：１００×２０×１５（外径×幅×内径）

なお、従来の研磨砥石としては、例えば、以下のものを採用していたので、参考に示す。
寸法：１２５×１９×１２．７（外径×幅×内径）
砥粒：Ａ
粒度：２４
結合度：Ｐ
組織：６
結合剤：ＢＫ２Ｃ２
最高使用周速度：５０Ｍ／ｓ

図４（ａ）は、粒度４０番のダイヤモンド砥石の例を示す。図４（ｂ）は、粒度１０番のダイヤモンド砥石の例を示す。

図５（ａ）は、粒度４０番のダイヤモンド砥石による研磨面Ａの例を示す。研磨後の表面粗度は、Ｒｚ４０となっている。図５（ｂ）は、溶射後の様子を示す。
図６（ａ）は、粒度１０番のダイヤモンド砥石による研磨面Ａの例を示す。研磨後の表面粗度は、Ｒｚ６０となっている。図６（ｂ）は、溶射後の様子を示す。

剥離試験の結果を示す表１では、研磨面Ａの表面粗度Ｒｚ３０の場合、金属溶射皮膜Ｙが剥離する可能性が確認されている。図７（ａ）はＲｚ２０を、図７（ｂ）はＲｚ４０の表面粗度のものに対して、それぞれ剥離試験を行った後の様子である。

この実験結果により、研磨砥石２１は、粒度４０番以下、すなわち、粒度４０番であるか、若しくは、それよりも粗いダイヤモンド砥石を用いることが望ましいことがわかった。また、研磨砥石２１による研磨処理を行った後のその研磨箇所の表面粗度Ｒｚは、４０以上となっていることが望ましいことがわかった。

この実験結果は、金属溶射の素材や、粒子粉末の粒度、粒子粉末の溶射量、金属溶射皮膜Ｙの厚さにかかわらず成立し、すなわち、ダイヤモンド砥石の砥粒の粒度と、研磨面Ａの表面粗度が上記範囲内にある限りにおいて、良好な密着度が得られることが確認できた。

１ 鋳鉄管（金属部材）
２ 受口
３ 挿し口
４ 直部
５ ローラ
１０ 溶射台
１１ レール
１３ 溶射ガン
２１ 研磨砥石
Ａ 研磨面
Ｘ 粗面
Ｙ 金属溶射皮膜

Claims (2)

1. 金属部材の表面に金属を溶射することにより金属皮膜を形成する溶射工程の前に行う溶射下地の形成方法において、
   前記金属部材の表面に対してブラスト処理等の粗面化処理を行い、その後、粗面化処理された金属部材の表面の一部に対して研磨砥石による研磨処理を行うに際し、前記研磨砥石として粒度４０番以下のダイヤモンド砥石を用いることにより、前記研磨処理後に行う再度の粗面化処理を省略したことを特徴とする溶射下地の形成方法。
2. 前記研磨砥石による研磨処理を行った後のその研磨箇所の表面粗度Ｒｚを４０以上としたことを特徴とする請求項１に記載の溶射下地の形成方法。