JP2937369B2 - ガラス被膜形成方法 - Google Patents

ガラス被膜形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (技術の分野) この発明はガラス被膜形成方法に関し、特には主とし
て鉄、ステンレンス、アルミニウムまたは鋳物等の金属
等からなる被塗物の表面にガラス状被膜を有効に形成す
る方法に関する。
(従来の技術) 近年鉄、ステンレスの金属等の被塗物表面にガラス材
料を溶射してガラス被膜を形成することが提案されてい
る。本発明者もこの種のガラス溶射の方法あるいは材料
等について種々の開発を行なっているが、問題はいかに
効率良くしかも確実にガラス溶射被膜を形成するかとい
うことである。なかでもこの種技術においては、ガラス
溶射被膜の基材からの剥離またはクラックをいかにして
解消するかはこのガラス溶射技術の実現にあたって解決
されなければならない極めて重要な問題である。
(発明が解決しようとする課題) この発明はこのような状況にあって、被塗物の表面か
らガラス溶射被膜が剥離するがことなく、また該被膜に
クラックを生ずることのないガラス状被膜を形成する方
法を提案することを目的とするものである。この発明は
また、効率良くかつ確実にガラス状被膜を形成する方法
を提案するものである。
(課題を解決するための手段) すなわち、この発明は、100℃以上に加熱された被塗
物表面に下記のガラス溶射材料を溶射してガラス状物質
の被膜を形成することを特徴とするガラス被膜形成方
法; 少なくとも重量%で SiO2 30〜70% B2O3 5〜30% Li2O 5〜20% Al2O3 1〜10% を主成分として含むとともに、添加物として、CaO,SrO,
MgO,Na2O,K2O,TiO2,ZnO,ZrO2,SnO2,BaO,F2(置換量),
の一種または二種以上のものを0〜20%含むガラス溶射
用材料を特徴とするガラス被膜形成方法に係る。
(実施例) 次に、この発明の実施例を、被塗物として鋼板を用い
てガラス状被膜を形成する場合について述べる。なお、
この例は他の金属被塗物についても応用できるものであ
ることはいうまでもない。
まず、前処理として通常なされるブラスト処理工程に
ついて説明すると、金属よりなる被塗物表面に公知の硬
質微粒子によるブラスト処理が通常なされる。このブラ
スト処理は被塗物表面に微細な凹凸を付与して結合面積
を増大しもって被膜の接合強度を向上させる目的でなさ
れる。また、被塗物表面の汚れや錆等を除去するクリー
ニング作用もある。
下地材の溶射工程は必要に応じ付加される。
すなわち、金属特に鉄金属が高温で加熱されると該金
属表面には酸化鉄が形成され、この酸化鉄は適度に形成
されるときにはその後形成されるガラス被膜との結合強
度を増すので好ましいが、しかしながら、例えば400℃
以上の高温で予熱される場合には該金属表面に酸化第一
鉄さらには酸化第二鉄が過剰に形成され、これが後に形
成されるガラス被膜を剥離させる大きな原因となる。
そこで、次工程で、予熱温度が高温、例えば400℃以
上となるような場合には、あらかじめステンレス、ニッ
ケル合金等の下地材を溶射して50〜300μ程度の酸化防
止膜を形成しておくことが好ましい。下地材としては酸
化しにくいもので、上のステンレス、ニッケル合金、ク
ロム合金のほか、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化ア
ルミニウム、酸化ジリコニウム等を使用することができ
る。
なお、下地材に関連して、被塗物がアルミニウムの場
合、アルミニウムは融点が低く高熱で溶融しやすいの
で、酸化アルミニウムを溶射して下地材として耐熱被膜
を形成しておくことは好ましくすすめられる。
次に、予熱工程について説明すると、被塗物となる鋼
板を100℃以上に予熱する。この予熱はバーナーによる
加熱でもよいが、加熱炉に入れて行なってもよい。予熱
温度はすくなくとも100℃以上、溶射材料あるいは他の
条件により溶射温度まで加熱することができる。
予熱温度は100℃以上としたのは、被塗物表面に水分
が残留すると形成されるガラス状被膜に悪影響を与える
ということと、実験の結果、溶射材料あるいは他の条件
にもよるが概ね100℃程度から良好な溶融状態が得られ
ることによる。
前記予熱工程後、前記予熱処理された被塗物表面にガ
ラス溶射材料が溶射される。この溶射は実施例ではプラ
ズマ溶射によって実施したが、ガス溶射等によっても可
能である。次に溶射条件の一例を示す。
プラズマ溶射機:“PLAZJET(TM)−II200"(PLAZJET
LTD,Fukuoka,Japan) プラズマガス 窒素:300/min. 水素:120/min. プラズマ電流:450A、電圧:392V 溶射距離 200mm 溶射材料の配合例を、次表に示す。
次に上のガラス溶射材料各組成物の作用について簡単
に説明する。SiO2は主要なガラス形成酸化物であり、熱
膨張係数、軟化点および耐摩耗性に大きな影響を与え
る。なお、SiO2量が多くなればなるほど耐摩耗性、耐候
性、耐酸性が増大しガラス皮膜の性能が向上するが、あ
まり多いとガラス材料の耐火度が高くなり溶射温度を高
くしなければならなくなる。従って被塗物を予熱温度を
低くするためにSiO2は30〜70%とする。B2O3は、これが
多い方が耐摩耗性、耐候性、耐酸性が悪くなるが、一方
でガラス耐火度が下がる。本発明におけるその他の成分
との関係上5〜30%程度がこの関係で好ましい。B2O3
多くすると溶射材料の火炎中における溶融がすばやく行
なわれるようになる。
Li2Oを5〜20%加えるのは製品の電気抵抗を高くし、
また硬度を高く、化学耐久性、特に耐酸性も向上させる
ためである。また、膨張係数が大きいので少量の調整に
よって母材の膨張係数にあわせることができる。ソーダ
をLi2Oで置換すると比重が低下し、熱膨張率が増加し、
流動性が増大するとともに、熔融温度が低下し、軟化温
度および固化温度が低下する。従って膨張係数のゆるす
限り入れることがのぞましく、多くなればなるほどフレ
ームの中ですばやく溶け、光沢が増加する。
Al2O3はガラスの皮膜の粘度を高め分相を防ぐのに有
効である。分相とは熱を加えたときにある成分の範囲に
生ずる分離現象で、ガラス皮膜ではSiO2の多いところが
SiO2の少ないところから分離することをいう。またAl2O
3はガラス形成補助成分で、ガラス皮膜の性能を向上さ
せることができる。Al2O3は1〜10%の範囲内で加えら
れる。
添加物として、CaO、SrO、MgO、Na2O、K2O、TiO2、Zn
O、ZrO2、SnO2、BaO、F2(置換量)の1種または2種以
上のものを0〜20%添加するのは、前記主成分ならびに
添加物どうしの相乗作用によってガラス材料の耐火度を
下げることができるからである。また、これらの添加物
により溶射時におけるガラス材料の溶融がすばやく行な
われる。さらに、これらの添加物は添加量によっては、
耐候性、耐酸性等の皮膜性能を向上させることができ
る。添加物成分は概ね全体の1割以下の範囲内で添加さ
れる。
CaOは融剤として作用するが、化学耐久性を向上させ
る。すなわち、水の溶解作用に対する抵抗性を増す。ま
た、硬度も増加するので、摩耗や風化作用に対する抵抗
性も増す。さらにアルカリ作用と比較すると、引っ張り
強度を増加させ、膨張係数を著しく低下させるのでクラ
ックを防止することができる。また、溶けた時の粘性も
下がる。
SrOも融剤として作用し、流動性を増し、軟化温度を
下げ、溶融度を増す。なお、CaOやBaOをSrOで置換する
と、母材との反応が促進され、ガラス材料の付着が一層
良くなり、剥離強度も大きくなる。Na2O、K2Oは他の成
分を必要とした時に不純物として0.01〜0.1%ほど入っ
てくることがある、また任意にいれることもある。
SnO2は耐火度を下げる。
ZnOは媒溶材として働き、ガラス材料に光沢を与え、
発色団の作用を限定し、ときには乳濁性を与える。しか
し粘度が非常に増加するので多くは添加できない。ま
た、ZnOとSrOを両方用いると、ガラスの流動性が大きく
なるために、平滑なガラス面の生成が容易になり、ピン
ホールも減少する。さらに、ZnOはガラス材料の収縮を
防止するので、収縮の効果としておこるガラス材料の剥
離を防止するとともに、溶射時にガラス被膜中にカーボ
ンが付着することを防止する。
F2は融剤として作用し、ガラス材料の耐火度を下げ、
火炎中におけるガラス材料の溶融を助ける。また、PbO
は、上記のF2とほぼ同様の作用を有する。
MgO,ZnOなどの粘度を大きくする成分は、作に述べた
主成分のAl2O3と同様分相防止に役立つ。
TiO2,ZrO2,BaO,は少量添加されることによってガラス
の耐火度を下げ、耐酸性を増大させる。
また、さらにBi2O3,V2O5,MoO3,P2O5,Tl2O,Y2O3,CdO,C
eO2,PbOなどは少量添加されることによって、ガラスの
耐火度を下げるとともに、溶射温度を下げることができ
る。
上の配合よりなるガラス材料を前記のプラズマ溶射装
置に装填し、100〜700℃に予熱した鋼板表面に溶射し
て、0.05〜5mm厚のガラス被膜を得た。なお、粉末状の
材料を使用した場合の粒度としては概ね5〜75ミクロン
の範囲のものが好ましい。また、棒状に成形した材料を
溶線法によって用いることもできる。上の実施例のガラ
ス材料によれば、100〜700℃に加熱した被塗物表面に極
めて良好なガラス被膜を形成することができた。ガラス
材料の流動性は良好で溶射後のクラックもほとんどなか
った。
なお、ガラスに適宜の色彩を施すときには公知の顔料
が所望量混入される。顔料としては、CoO,NiO,MnO2,Cu
O,Fe2O3,Cr2O3,SnO2,TiO2,V2O5,NbO,ZrSiO4,MoO,WO3,Pr
2O3,Nd2O3等の一種または複数種あるいは化合物の形で
適宜(例えば5%程度)配合することができる。
(効果) 以上説明したように、この発明によれば、従来困難で
あると考えられていたガラス溶射を極めて容易に行なう
ことができ、この種技術分野に大きな利益をもたらすこ
とができた。特にこの発明によればガラス溶射材料か溶
射装置の炎(フレーム)の中ですばやく溶融することが
でき、同時に被塗物に対する予熱も比較的低い温度とす
ることができるので、極めて実際的で実用性の高いガラ
ス溶射方法を提供することができた。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】100℃以上に加熱された被塗物表面に下記
    のガラス溶射材料を溶射してガラス状物質の被膜を形成
    することを特徴とするガラス被膜形成方法; 少なくとも重量%で SiO2 30〜70% B2O3 5〜30% Li2O 5〜20% Al2O3 1〜10% を主成分として含むとともに、添加物として、CaO,SrO,
    MgO,Na2O,K2O,TiO2,ZnO,ZrO2,SnO2,BaO,F2(置換量),
    の一種または二種以上のものを0〜20%含むガラス溶射
    用材料。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前工程と
    して、被塗物表面をブラスト処理する工程を含むことを
    特徴とするガラス被膜形成方法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項において、前工程と
    して、被塗物表面に下地材を溶射する工程を含むことを
    特徴とするガラス被膜形成方法。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項において、前工程と
    して、被塗物表面をブラスト処理し、その後に下地材を
    溶射する工程を含むことを特徴とするガラス被膜形成方
    法。
  5. 【請求項5】特許請求の請求の範囲第3項または第4項
    において、下地材が、ステンレス、またはニッケル合
    金、またはクロム合金、または酸化ニッケルまたは酸化
    コバルトまたは酸化アルミニウムまたは酸化ジリコニウ
    ムからなることを特徴とするガラス被膜形成方法
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