JP2703553B2

JP2703553B2 - 耐食性を有する溶射被覆金属ロール

Info

Publication number: JP2703553B2
Application number: JP63067031A
Authority: JP
Inventors: 廣敏野村; 篤美池田; 保志北村
Original assignee: Nomura Plating Co Ltd
Current assignee: Nomura Plating Co Ltd
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH01240677A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、耐食性を有する溶射被覆金属ロールに関す
るものであり、例えば製紙用ロールや製膜用ロールとし
て用いられるものである。

［従来の技術］従来、金属の表面にセラミックや金属等の溶射材料の
微粒子を溶射して、溶射層を形成する技術が用いられて
いる。溶射材料のあるものは硬度が高く、化学的にも安
定しているので、表面の耐摩耗性や耐腐食性を改善する
効果が大きい。しかしながら、溶射層は、微粒子が溶着
されたものであるから、特殊な方法を講じない限り、各
微粒子の間に隙間が生じ、多孔質となる。このため、溶
射層の隙間を介して、水分や薬品が侵入し、素地金属が
腐食されやすい。

溶射法としては、プラズマ溶射法、ガス溶射法、爆発
溶射法、さらに最近では減圧下にて溶射する方法などが
あるが、いずれにしても粉体を吹き付けることに変わり
がなく、形成される溶射被覆は多かれ少なかれ多孔質で
あることは否めない。溶射被覆金属のうち、比較的多孔
性でないのは、溶射後、皮膜を加熱・溶融できる自溶性
合金に限られるが、その場合は、1000℃以上に皮膜を昇
温させなければならないといった制約があるために、ロ
ール等の精度の必要なものの場合には、精度維持に多大
な工程を要するという問題があり、また、焼き入れされ
た鋼材では実際上利用することができないなどの難点が
ある。

そこで、溶射層を形成した後、表面に封孔材料を塗布
して、封孔材料により隙間を埋める処理がしばしば行わ
れている。封孔材料として一般的なものはケイ酸塩とそ
の誘導体、エポキシ樹脂類、フェノール樹脂類などであ
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、これらの封孔材料はいずれもアルコー
ルや水、有機溶剤等の溶媒に溶かされた状態で塗布され
るので、溶射層に塗布した後に、有効成分よりも溶媒が
優先的に毛細管現象により気孔に浸透してしまう。した
がって、溶媒が揮散した後は、やはり隙間が残ることに
なり、完全な封孔は望めない。また、封孔材料によって
は、必ずしも溶射材料と適合するとは限らず、未接着の
ままで気孔に存在することがあり、溶射材料と封孔材料
との界面には隙間を呈している場合がある。したがっ
て、溶射被覆が素地金属を完全に被覆しているとは考え
られず、これが溶射によって形成された皮膜の耐食性を
損ねる原因となっていた。

そこで、例えば、特開昭58-116956号公報には鉄鋼又
は銅の母材ロールの表面にニッケルめっき層を形成した
後、溶射層を形成することが提案されている。しかしな
がら、加熱あるいは冷却ロールとして適するロール表面
の熱伝導性と耐食性と耐摩耗性を安価に確保し、なお且
つロール損耗時の寸法復元も容易なロールとは言えなか
った。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、封孔処理を行わなくても素地
金属の腐食を防止でき、素地金属ロールとして銅製品を
用いる場合に比べて安価で且つロール損耗時の寸法復元
も容易であり、加熱あるいは冷却ロールとして適するロ
ール表面の熱伝導性を確保でき、しかも、素地金属ロー
ルやめっきロールに比べて耐摩耗性が良好な耐食性を有
する溶射被覆金属ロールを提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明に係る耐食性を有する溶射被覆金属ロールにあ
っては、上記の課題を解決するために、第１図に示すよ
うに、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金のいずれかよりなり、ロール状に形成された
素地金属１のロール上に、ロールの熱伝導性を改善し得
る厚み（例えば100μｍ）で銅めっき層２を形成し、こ
の銅めっき層２の上に耐食性を有するめっき層（図示せ
ず）を前記銅めっき層２よりも薄く（例えば10μｍ程
度）形成し、該耐食性を有するめっき層の上に溶射材料
の微粒子を溶射して溶射層3,4を形成したことを特徴と
するものである。

［作用］本発明にあっては、このように、素地金属１のロール
上にロールの熱伝導性を改善し得る厚みで銅めっき層２
を形成したので、ロール表面の熱伝導性を改善すること
ができる。また、銅めっき層２の上に薄く耐食性を有す
るめっき層を形成したので、ロール表面の熱伝導性を損
なうことなく、耐食性を付与されるものであり、したが
って、溶射層3,4が多孔質であっても素地金属１や銅め
っき層２が腐食することは無い。

［実施例］第１図は本発明の一実施例の断面図である。本実施例
にあっては、ロール状の素地金属１の表面に、ロールの
熱伝導性を改善し得る厚みで銅めっき層２を形成し、こ
の銅めっき層２の上に耐食性を有するめっき層（図示せ
ず）を前記銅めっき層２よりも薄く形成し、該耐食性を
有するめっき層の上に、溶射層3,4を形成したものであ
る。溶射層3,4は、金属材料よりなるアンダーコート溶
射層３と、耐摩耗性に優れたセラミック材料よりなるト
ップコート溶射層４からなる。

以下、各層の構成について詳説する。

素地金属１は、例えば、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミ
ニウムまたはアルミニウム合金よりなり、ロール状に形
成されている。この素地金属１の表面を活性化処理した
後、ロールの熱伝導性を改善し得る厚みで銅めっき層２
を形成し、この銅めっき層２の上に、耐食性を有するめ
っき層を形成する。耐食性を有するめっき層を形成する
ためのめっき液として特に好ましい液組成及びめっき条
件を例示すれば、次の通りである。

ワット浴硫酸ニッケル 240〜300g/l 塩化ニッケル 20〜50g/l ホウ酸 25〜45g/l pH 3.5〜4.5 液温 45〜60℃ 電流密度１〜8A/dm² スルファミン酸ニッケル浴スルファミン酸ニッケル 300〜600g/l 塩化ニッケル０〜30g/l ホウ酸 25〜45g/l ピット防止剤 0.1〜0.7g/l 液温 45〜60℃ 電流密度１〜20A/dm² ニッケルめっき浴としては、上記ワット浴又はスルフ
ァミン酸浴のほか、高塩化物浴などが利用できるが、延
びと耐熱性（溶射時にめっき層が被熱するので）を得る
ために、レベリング剤や光沢剤などは除いた方が良い。

次に、ニッケル合金めっきとしては、ニッケル−鉄合
金めっき、ニッケル−コバルト合金めっき等が利用でき
る。例えば、ニッケル−鉄合金めっきの場合について、
めっき浴及びめっき条件を例示すると、次の通りであ
る。

ニッケル−鉄合金めっき浴スルファミン酸ニッケル 200〜700g/l 塩化ニッケル１〜50g/l スルファミン酸第１鉄 0.1〜30g/l ホウ酸 30〜40g/l 安定剤（オキシカルボン酸） 0.1〜30g/l ピット防止剤０〜2g/l pH ２〜5 液温室温〜70℃ 電流密度 0.5〜200A/dm² ところで、ロール状の素地金属１の上には、ロールの
熱伝導性を改善し得る厚みで銅めっき層２を形成するも
のであるが、銅は一般的には耐食材料とは言えないの
で、銅の保護のために、上述のようなニッケルめっき又
はニッケル合金めっきを薄く10〜50μｍ程度施すと良
い。銅は熱伝導性が良いので、加熱あるいは冷却ロール
の一部に利用すれば好結果を期待できる。

耐食性を有するめっき層の厚みについては、厚く形成
することも可能であるが、めっきコストが高くついて実
際的でなくなるし、銅めっき層２の熱伝導性を損なわな
い程度に薄く形成するのが良い。しかし、５μｍ以下で
はめっき層２にピンホール等が発生しやすく、耐食性が
低下する。したがって、５μｍ以上で銅めっき層２の熱
伝導性を損なわない程度に薄く形成するのが良く、これ
により、素地金属１と銅めっき層２の耐食性を向上させ
ることができる。

また、素地金属１の上にめっき層を形成することによ
り、素地金属１の寸法復元を行えるという利点もある。
溶射被覆ロールはいずれ表面が何らかの形で損耗するも
のであり、再生時には被覆を除去してしまう。このと
き、精度出し、その他の理由で素地金属１は新品時の外
径を保っていないことは明らかで、高精度のロールでは
当然寸法の復元を迫られることになる。寸法の復元は、
溶射層でも行えなくはないが、溶射層は気孔が多いこ
と、比較的高硬度で伸びが無いなどの理由で復元できる
厚みには限界がある。これに対して、めっき層では寸法
復元が容易である。

次に、耐食性を有するめっき層の上に、溶射材料の微
粒子をプラズマあるいはガス溶射する。溶射材料の微粒
子としては、セラミックス系の溶射材料として、グレイ
アルミナ、ホワイトアルミナ、チタニア、アルミナチタ
ニア、スピネル、ムライト、ジルコニア・イットリア、
ジルコニア・マグネシア、ジルコニア・カルシア、ジル
コニア・ムライト、ジリコニア・シリカ、コバルトブル
ーなどが用いられ、メタル系の溶射材料として、チタニ
ウム、シリコン、タンタル、モリブデン、ニッケル、鉄
モリブデン合金、ステンレス、モリブデンニッケル合
金、ニッケルクロム合金、ニッケルクロムアルミ、ニッ
ケル・アルミ、ニクラリーなどが用いられ、その他の溶
射材料として、ニッケルグラファイト、クロムカーバイ
ト、チタンカーバイト、タングステンカーバイト、ボロ
ンカーバイト、ジルコニウムカーバイト、チタンボライ
ド、モリブデンボライド、ジルコニウムボライド、チタ
ンナイトライド、ジルコニウムナイトライド、炭化ケイ
素、窒化ケイ素などが用いられる。また、これらの複合
粉末を用いても良い。後述の試料１〜７では、アルミナ
96重量％とチタニア2.3重量％を含むグレイアルミナの
粉末を用いている。

トップコート溶射層４がセラミックス材料である場
合、素地金属及びめっき層との密着性を改善するため
に、アンダーコート溶射層３として例えば、Mo（モリブ
デン）、Ni80％−Cr20％、Ni95％−Al5％、Ni75％−Cr2
0％−Al5％、Ni80％−Al20％などが用いられるが、これ
らは必ずしも必須ではない。

溶射材料の微粒子は半ば溶融された状態で、素地金属
上のめっき層の表面に射突され、堆積して、溶射層3,4
が形成される。この溶射層3,4は、溶射材料の微粒子が
相互に溶着して成るものであり、各微粒子の間には隙間
が生じている。溶射層3,4に対する封孔処理は行っても
良いし、行わなくても良い。ただし、溶射面を研磨して
鏡面もしくはそれに近い状態に仕上げる場合には、封孔
材料が溶射材料に対するバインダーとして作用するの
で、そのような用途では封孔した方が好ましい。

本発明の構成では、封孔処理の有無に拘わらず、良好
な耐食性が得られる。これを確認するために、以下に示
す構成の試料１〜７について腐食試験を行った。試料１
〜７の素地金属としては、いずれも縦60mm、横60mm、厚
み10mmのSS-41材を用いた。

試料１素地金属の上に、グレイアルミナの溶射層を300μｍ
形成して、試料１を得た。封孔処理は行わなかった。

試料２素地金属の上に、ニッケル80％−クロム20％のアンダ
ーコート溶射層を100μｍ、グレイアルミナのトップコ
ート溶射層を300μｍ形成して、試料２を得た。封孔処
理は行わなかった。

試料３素地金属の上に、ニッケル80％−クロム20％のアンダ
ーコート溶射層を100μｍ、グレイアルミナのトップコ
ート溶射層を300μｍ形成し、水ガラスによる封孔処理
を行って、試料３を得た。

試料４素地金属の上に、ニッケルめっき層を20μｍ、グレイ
アルミナの溶射層を300μｍ形成して、試料４を得た。
封孔処理は行わなかった。

試料５素地金属の上に、ニッケル−鉄５％合金めっき層を10
0μｍ、ニッケル80％−クロム20％のアンダーコート溶
射層を50μｍ、グレイアルミナのトップコート溶射層を
200μｍ形成して、試料５を得た。封孔処理は行わなか
った。

試料６素地金属の上に、ニッケル60％−コバルト40％合金め
っき層を50μｍ、ニッケル80％−クロム20％のアンダー
コート溶射層を50μｍ、グレイアルミナのトップコート
溶射層を200μｍ形成して、試料６を得た。封孔処理は
行わなかった。

試料７素地金属の上に、銅めっき層を100μｍ、ニッケルめ
っき層を10μｍ、グレイアルミナのトップコート溶射層
を300μｍ形成して、試料７を得た。封孔処理は行わな
かった。

これらの試料１〜７について、JIS・H-8617（1974）
付属書１に準じて塩水噴霧法による腐食促進試験を行っ
た結果を第１表に示す。塩水噴霧時間は96時間連続噴霧
とした。表中、レイティングナンバーとは、噴霧面積に
対する腐食面積の割合を指数で示したものであり、レイ
ティングナンバーが大きいものは腐食発生率が低いとい
うことになる。腐食の発生を認めないものは、＞9.8と
表記している。

第１表から明らかなように、めっき層２の無い試料1,
2では腐食発生率が高いが、めっき層２を有する試料４
〜７では、封孔された試料３と同様に、腐食の発生は認
められなかった。

［発明の効果］本発明は上述のように、ロール状の素地金属上にロー
ルの熱伝導性を改善し得る厚みで銅めっき層を形成した
ので、ロール表面の熱伝導性を改善することができ、素
地金属ロールとして銅製品を用いる場合に比べて安価で
且つロール損耗時の寸法復元も容易であり、加熱あるい
は冷却ロールとして適するロール表面の熱伝導性を確保
でき、また、銅めっき層の上に薄く耐食性を有するめっ
き層を形成したので、ロールの熱伝導性を損なうことな
く、耐食性を付与されるものであり、したがって、溶射
層が多孔質であっても素地金属や銅めっき層が腐食する
ことは無く、しかもロールの表面は溶射材料の微粒子を
溶射して溶射層を形成したことにより耐摩耗性が良好で
あるので、製紙用又は製膜用の加熱あるいは冷却ロール
として適するロール表面の熱伝導性と耐食性と耐摩耗性
を安価に実現でき、なお且つロール損耗時の寸法復元も
容易なロールを提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図である。１は素地金属、２はめっき層、３はアンダーコート溶射
層、４はトップコート溶射層である。

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−316445（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−56271（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−116956（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−83842（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−67804（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−163056（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−89895（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−89894（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−33124（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウムまたは
アルミニウム合金のいずれかよりなり、ロール状に形成
された素地金属ロール上に、ロールの熱伝導性を改善し
得る厚みで銅めっき層を形成し、この銅めっき層の上に
耐食性を有するめっき層を前記銅めっき層よりも薄く形
成し、該耐食性を有するめっき層の上に溶射材料の微粒
子を溶射して溶射層を形成したことを特徴とする耐食性
を有する溶射被覆金属ロール。