JP2021529890A - アモルファスコーティングされた内面を有するパイプおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
パイプと、
前記パイプの内面に設けられたコーティング層と、を含み、
前記コーティング層は、前記パイプの材料とは異なる材料の合金または金属層であって、アモルファス相の比率が90%以上である、アモルファスコーティングされた内面を有するパイプを提供する。
t1*0.05≦t2≦t1*0.3
0.9≦b/a≦1
下記表1のような成分と重量比(weight ratio)の組成で、窒素ガス雰囲気下のアトマイザー内に供給した後、溶融状態でアトマイズさせ、下記表1に示した冷却速度で冷却して実施例1〜実施例8の鉄系アモルファス合金粉末を製造した。
炭素鋼からなる板材の一面に、実施例1〜8の鉄系アモルファス合金粉末をそれぞれ0.1mmの厚さに溶射コーティングした後、前記コーティングされた板材を、コーティング面が内面となるようにパイプ形状に巻いた。最後に、前記板材がパイプ形状を維持するように、継ぎ目を溶接することで、アモルファスコーティングされた内面を有する、直径3インチのパイプを製造した。
下記表2のような成分および重量比の組成で、窒素ガス雰囲気下のアトマイザー内に供給した後、溶融状態でアトマイズさせ、表2に示す冷却速度で冷却して比較例1〜比較例7の鉄系合金粉末を製造した。
板材の表面に比較例1〜比較例7の合金粉末を、実施例と同様の方法で、それぞれ0.1mmの厚さに溶射コーティングして、コーティング層が内面に備えられたパイプを製造した。
板材に鉄系アモルファス合金粉末の代わりに通常のNi−Cr系物質を0.1mmの厚さに溶射コーティングして通常のパイプを製造した。
実施例の鉄系アモルファス合金粉末に対するXRD(X線回折)測定結果を図1に示した。図1は、本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末のXRD(X線回折)グラフであって、(a)〜(e)はそれぞれ実施例1、3、6、7、8の鉄系アモルファス合金粉末に対するグラフである。図1によれば、実施例1、3、6、7、8のいずれも、2シータ(2θ)の値が40〜50度(degree)にてブロードなピークを示すことから、すべて、アモルファス相を形成することが分かる。
実施例7による鉄系アモルファス合金粉末(アトマイズされたもの;as atomized)およびその断面と、比較例7による鉄系合金粉末(アトマイズされたもの;as atomized)およびその断面をSEM分析した写真を図3に示した。図3における、(a)と(b)は実施例7の鉄系アモルファス合金粉末(アトマイズされたもの;as atomized)およびその断面に該当し、(c)と(d)は比較例7の鉄系合金粉末(アトマイズされたもの;as atomized)およびその断面に該当する。
図6は、本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物と比較例の合金粉末を用いた溶射コーティング物の表面画像であって、(a)〜(c)はそれぞれ実施例1、7、8のアモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物である実施例9、15、16の表面画像であり、(d)〜(g)はそれぞれ比較例1、3、5、7の合金粉末を用いた溶射コーティング物である比較例8、10、12、14の表面画像である。
図7は、本発明に係る実施例1、3、6、8の鉄系アモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片の断面を光学顕微鏡(Leica DM4 M)で観察した画像であって、(a)〜(d)はそれぞれ実施例9、11、14、16の試験片の断面を観察した画像である。図8は、比較例1、4、7の合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片の断面を光学顕微鏡で観察した画像であって、(a)〜(c)はそれぞれ比較例8、11、14の試験片の断面を観察した画像である。実施例9、11、14、16のコーティング物の断面がすべて高い密度を示すことを確認することができた。
前記実施例11、実施例14、実施例16の溶射コーティング物と比較例8、比較例10、比較例12、比較例14の溶射コーティング物に対して、HVS−10デジタル低負荷ビッカース硬さ試験機(HVS−10 digital low load Vickers Hardness Tester Machine)を用いて、コーティング物試験片の断面に対する微小硬さ(Micro−hardness)試験を行った。その結果を下記表3に示す。
図9乃至図11は本発明に係るパイプ内のアモルファス合金層についての非腐食の断面/腐食した断面を光学顕微鏡で観察した画像であり、図12は通常のパイプ内面試験片についての、非腐食の断面(a)、および腐食した断面(b)を光学顕微鏡で観察した画像である。前記実施例16乃至18および比較例15で製造されたパイプ内面の試験片を、室温下で濃度95.0〜98.0w%の硫酸(H2SO4)溶液に5分間浸して腐食させた後、光学顕微鏡(Leica DM4 M)を用いて、腐食していないコーティング物試験片と、腐食したコーティング物試験片との断面(cross−section)を観察した(図9乃至図12において、左図は非腐食物であり、右図は腐食物である)。
耐摩耗性を評価するために、前記実施例16〜18および比較例15で製造されたパイプ内面の試験片を、潤滑油条件下で金属リング−ランプ(ring−lump)テストすることにより、摩耗幅(wear width)を得た。
Claims (21)
- パイプと、
前記パイプの内面に備えられたコーティング層と、を含み、
前記コーティング層は、前記パイプの材料とは異なる材料の合金または金属層であって、アモルファス相の比率が90%以上である、パイプ。 - 前記コーティング層は、合金または金属粉末を溶融させて噴射した溶射工程によって形成された溶射コーティング層である、請求項1に記載のパイプ。
- 前記パイプの厚さをt1とし、前記コーティング層の厚さをt2とするとき、
t1*0.05≦t2≦t1*0.3の関係を満たす、請求項2に記載のパイプ。 - 前記パイプは、前記パイプの板材に前記コーティング層を形成した複合体を造管(フォーミング(forming))した後、両端部を接合して製造された、請求項3に記載のパイプ。
- 前記コーティング層は、前記パイプの内面に備えられた鉄系アモルファイス合金からなる、請求項4に記載のパイプ。
- 前記鉄系アモルファス合金は、アモルファス構造であって、鉄、クロムおよびモリブデンを主成分として含む、請求項5に記載のパイプ。
- 前記鉄系アモルファス合金は、
鉄100重量部に対して、クロム25.4〜55.3重量部と、モリブデン35.6〜84.2重量部を含み、炭素およびホウ素の中から選ばれた少なくとも1種をさらに含む鉄系アモルファス合金粉末から提供される、請求項6に記載のパイプ。 - 前記コーティング層は、前記鉄系アモルファス合金粉末を溶射コーティングして形成された、請求項5に記載のパイプ。
- 前記コーティング層の厚さが0.05〜0.3mmである、請求項8に記載のパイプ。
- 前記合金粉末内のアモルファス相の比率が90〜100体積%である、請求項7に記載のパイプ。
- 前記合金粉末を用いて溶射工程でコーティング層を形成する場合、前記コーティング層のアモルファス相の比率が90〜100体積%である、請求項10に記載のパイプ。
- 前記コーティング層のビッカース硬さが700〜1,200Hv(0.2)である、請求項10に記載のパイプ。
- 前記コーティング層の摩擦係数は、100Nの荷重で0.001〜0.08μmであり、1,000Nの荷重で0.06〜0.12μmである、請求項10に記載のパイプ。
- 前記コーティング層のコーティング密度が99〜100%である、請求項13に記載のパイプ。
- 前記コーティング層は、タングステン、コバルト、イットリウム、マンガン、シリコン、アルミニウム、ニオブ、ジルコニウム、リン、ニッケルおよびこれらの混合物よりなる群から選択されるものをさらに含む、請求項14に記載のパイプ。
- 前記板材の材質は、鋳鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、マルエージング鋼、アルミニウム、真鍮、銅、炭素繊維強化プラスチックおよびこれらの混合物よりなる群から選択される、請求項4に記載のパイプ。
- (a)板材の一面に鉄系アモルファス合金粉末を用いて溶射コーティング層を形成するステップと、
(b)前記アモルファスコーティングされた板材を、コーティング面が内面となるようにパイプの形状に造管(フォーミング(forming))するステップと、
(c)前記板材がパイプの形状を維持するように、両端部を接合するステップと、を含む、パイプの製造方法。 - 前記溶射コーティング層は、アモルファス相の比率が95%以上である、請求項17に記載のパイプの製造方法。
- 前記溶射コーティングは、超高速フレーム溶射(HVOF、High Velocity Oxygen Fuel)、プラズマ溶射、フレーム溶射(Flame spray)および溶線式アーク溶射(TWAS;Twin wire arc spray)よりなる群から選択される一つの方式によって行われる、請求項18に記載のパイプの製造方法。
- 前記板材を管にフォーミングする方式は円柱状方式または螺旋状方式である、請求項17に記載のパイプの製造方法。
- 前記接合が溶接または鍛接によって行われる、請求項17に記載のパイプの製造方法。
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