JP5323083B2 - 高合金鋼製構成部品の固定要素のための腐食防止 - Google Patents

Description

本発明は、高合金鋼製構成部品のための固定装置、特に燃焼エンジンで駆動される自動車の排ガス管又は燃焼ガス用エキゾーストパイプの固定装置に関し、この構成部品は、少なくとも表面が高合金鋼より電気化学的に卑な金属製の固定手段、及び請求項１の主題に従った中間要素を含む。

今日の自動車用排気装置は、大部分が鋼板又は鋼管から作られている。エキゾースト装置、とりわけリヤマフラー又はテールパイプが車両の目に見える範囲にあると、それらの視覚的な外観には高い要求が課せられる。機能的及び視覚的理由により、このような排気装置はしばしば高合金のフェライト系又はオーステナイト系特殊鋼から作られる。

露出した、又は車両の見える範囲に配置されたエキゾースト装置の構成部品には、中でも高合金のＣｒ鋼及びＣｒＮｉ鋼が特に適している。なぜならその高品位さ及び鋼色に輝く外見が、車両外部における作動条件下においてほとんど失われないからである。

高合金鋼が車両外部で満足できる腐食安定性を備えている一方で、再度取り外し可能な接続のために使用される固定要素には、このことは通常当てはまらない。排ガス管又はエキゾースト装置を自動車のボディと接続する典型的な固定要素には、ブラケット及びスリーブのボルト接続、クランプ又はバンドがあり、これらは低合金鋼又は単一鋼で形成されている。プラスチック製又はゴム製の固定要素は、排気装置の高温領域への直接接触には適しておらず、それゆえに構造的に中間要素を介して適切な間隔又は断熱が保証される場合にのみ使用される。

自動車のエキゾースト装置、とりわけ排気装置の作動条件下で、風雨暴露による水性腐食性媒体からの交番負荷及び高温の排気ガスによる熱の影響により、防護されていない金属又は卑金属においては腐食性の攻撃が、及び単一鋼の場合には錆の形成がもたらされる。

鋼製の固定要素は、例えばＺｎコーティング又は亜鉛薄膜コーティングなどの腐食防止コーティングがしばしば施されているが、これらは通例比較的速く消耗するか又は取付け時にすでに損傷を受ける。さらに、エキゾースト装置の電気化学的により貴な鋼と、例えばボルト接続のように直接接触すると、局部電池が形成され、より卑な固定要素の腐食を促進する。腐食防止が電気化学的により卑な材料の被膜によって確保されている一般的な固定要素を使用する場合、電気化学的に貴な高合金鋼と接触腐食電池を形成することによって、固定及び接続要素に強い腐食が生じる。よって、これら固定及び接続要素はこれまで非常に高価な高品位の要素によってしか代替することができなかった。

その結果、外観上は視覚的に不利な錆が固定要素に生じる。少量の錆でさえ、広い面積にわたって拡充してエキゾースト装置の表面（外面）が縞状又は旗状になり、そのうえに熱の影響によって表面上に焼きつく。固定要素に現れた腐食現象であっても、錆の層は使用者にとってはむしろ固定された鋼構成部品又は排気管の損傷と感じられる。従って、使用中にエキゾースト装置の高品位さ及び鋼色に輝く（クロームに輝く）外見が可能な限り妨げられずに保たれることが、非常に要求される。

本発明の課題は、風雨暴露及び熱の影響にさらされる高合金鋼製構成部品、特に燃焼ガス用エキゾーストパイプのために、妨害的な、とりわけ視覚的に目立つ腐食生成物を発生させることのない固定装置を提供することである。

この課題は、本発明に基づき、請求項１の特徴を備えた高合金鋼製構成部品のための固定装置、特に排ガス管又は燃焼ガス用エキゾーストパイプの固定装置によって解決される。この構成部品は、少なくとも表面が高合金鋼より電気化学的に卑な金属製の固定手段及び中間要素を含む。ここでこの中間要素は、金属の錆びない材料から作られ、この材料は固定手段と電気化学的に同等又はより卑な性質を持つ。

本発明の本質は、固定手段に関して犠牲アノードとして作用する中間要素、あるいは固定手段のためにカソード腐食防止を生じさせる中間要素を使用して、固定装置内での錆形成を阻止することに拠る。貴な鋼構成部品と卑な金属製の固定手段及び中間要素から成る電気化学的なシステムの中で、中間要素は最も卑なシステムパートナを構成し、作用する。なぜなら、固定手段との直接的な導電性のある接触において、固定手段の犠牲材料として作用するからである。

このことは専用の腐食防止コーティングを備えた固定手段にも、このような腐食防止コーティングが時間的に限られた効果しか示さない限りにおいて、当てはまる。一般的に金属製の固定手段は低合金鋼から作られており、この低合金鋼にはＺｎベースの腐食防止コーティング、とりわけ亜鉛薄膜コーティング又は塗料コーティングが施されている。電気化学的に同等の性質により、接触腐食に起因する腐食防止コーティングの損傷が生じないような材料（例えばＺｎＮｉ）又は電気化学的により卑な材料を含有している材料から作られた中間要素の実施形態では、固定要素の腐食防止コーティングが早期に損耗することを効果的に阻止する。

別の好都合な効果には、貴な鋼、とりわけＣｒＮｉ鋼のカソード腐食防止も加わる。このことは、固定部の範囲に有利である。なぜなら、まさにここで、すき間腐食が増殖して発生する可能性があるからである。

この中間要素は、電気化学的に同等又はより卑な材料から成る中間スペーサ又は分離層であり、この材料は錆びない材料として、例えばＡｌ及びその合金から形成される。電気化学的に同等な材料のグループに分類されるのは、例えばＺｎＮｉコーティングであり、これも接続手段のＺｎコーティングに、低電位という理由で接触腐食電池の形成をもたらす可能性がない。その形状及び配置に関して、固定手段と構成部品の間で最大限に材料的な分離を保証することが重要である。錆形成が目に見える範囲には生じ得ないか又は錆の発露が目に見える範囲には生じ得ない場合には、完全に分離する必要はない。好ましくは金属製の固定手段が少なくとも固定装置の目に見える範囲で中間要素によって完全に構成部品から分離される。

中間要素は、例えば特別な構成部品として、プレート、めっきされたサポート又はワッシャとして構成されることができる。同様に、中間要素は概念的にコーティングも含み、このコーティングは接続要素の卑な腐食防止被膜であり、この腐食防止被膜は例えば亜鉛薄膜コーティングを備えたボルトを、少なくとも支持範囲の一部で高合金鋼との直接接触を避けるべく覆っている。中間要素として、層厚の薄い完全な層としての使用も、支持範囲における層厚がより厚い個別の局部的なスペーサとしての使用も可能である。

中間要素はその際、少なくとも接触面の大きさを備えていなければならないが、突出部を備えていてもよく、その結果、固定手段の横の境界から突出する。中間要素の突出部は、例えば結束バンドを使用する際又はボルトを締める際に有利である。

好ましい実施形態では、中間要素はその電気化学的な腐食において大量の腐食生成物を形成する。中間要素又は中間スペーサの大量の腐食生成物の形成により、それ以上の腐食性媒体から隙間範囲を効果的に保護し、固定要素の耐用年数が格段に長くなる。

その他の重要な性質は、中間要素の腐食生成物の基材への付着力である。これにより、腐食生成物が邪魔されることなく水性媒体によって洗い去られて広い面積に分配されることが防止される。典型的な非付着性の腐食生成物は、酸化鉄／水酸化鉄又は錆である。その点において、中間要素は基本的にＦｅ及びその合金を含まない。それに対して、比較的よく表面上に付着する酸化物／水酸化物を形成する元素又はそれをベースにした合金には、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎ及びＳｎがある。

中間要素に特に適切な合金は、腐食生成物に加えて、高温状態で水に溶けない安定した皮膜を形成する。一般に、電気化学的腐食によって、最初に水酸化物が形成され、この水酸化物は高温中で排気装置の表面が乾燥し、水酸化物／酸化物の混合化合物に変換される。Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎ及びＳｎの水酸化物は、典型的にはゲル状の水酸化物物質を形成し、この物質は高温中で皮膜状の酸化物又は程度の差はあれ水を含む酸化物に変換される。この物質は、ある種の機械的安定性という利点を備えており、その結果、隙間が効果的に満たされ、ふさがれる。加えて、この物質は水の作用による移動が困難であり、その結果、洗い流されることが防止される。

中間要素へ錆びない物質を使用することによって茶／赤錆色の腐食生成物が形成されないことが明確にされた一方で、白又は無色の反応生成物のみを形成する物質を使用することは特に有利である。現在生じている赤錆の代りに、どちらかといえば目立たない白い腐食生成物が生じることにより、構成部品は視覚的に不利ではなくなり、それによって顧客はほとんど変化に気がつかない。とりわけ白い腐食生成物は赤錆とは対照的に使用者から高品位の高合金鋼製エキゾーストパイプ又は構成部品の損傷と感じられることがない。

特に適切な中間要素の材料として、アルミニウム合金、とりわけＡｌ／Ｚｎ、Ａｌ／Ｍｇ、Ａｌ／Ｓｎ又はＡｌ／Ｓｉ合金のグループ、及びＺｎ／Ｎｉ合金が挙げられる。これらの合金は、腐食及び腐食防止特性のほかに、優れた有用特性も備えていることを示す。加えて、構成部品及び接続手段の鋼と比べて、軟らかく変形可能な材料であり、その結果、接続手段は非常にしっかり取り付けられ又はしっかり密着した状態で取り付けられることができる。

固定装置には何種類もの利用可能性がある。例えば家庭用暖房燃焼装置の煙突などの暖房燃焼設備の排気装置には、自動車の排気装置と同じように適している。
とりわけエキゾーストパイプの大部分が自動車の目に見える範囲に取り付けられている場合、固定装置は燃焼エンジンを搭載した自動車のエキゾーストパイプの一部として形成されていると好ましい。

Claims (11)

1. 高合金鋼製構成部品と、少なくとも表面が高合金鋼より電気化学的に卑な金属製の固定手段と、中間要素とを含む固定装置であって、前記中間要素は、少なくとも目に見える範囲で金属製の固定手段を完全に構成部品から分離する、構成部品のための固定装置において、
   前記中間要素が、前記高合金鋼製構成部品と前記固定手段との間に配置される特定の構成部品、プレート、めっきされたサポート、ワッシャとして構成され、及び前記中間要素が金属の錆びない材料であるアルミニウム合金又はＺｎＮｉ合金から形成され、前記材料が固定手段と電気化学的に同等又はより卑であることを特徴とする固定装置。
2. 前記中間要素が電気化学的腐食により大量の腐食生成物を形成することを特徴とする、請求項１に記載の固定装置。
3. 前記中間要素が電気化学的腐食により前記中間要素の基材に付着する性質を持つ腐食生成物を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の固定装置。
4. 前記腐食生成物が白又は無色であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の固定装置。
5. 前記腐食生成物が熱により水に溶けない安定した皮膜を形成することを特徴とする、請求項２、３又は４に記載の固定装置。
6. 前記アルミニウム合金が、Ａｌ／Ｚｎ、Ａｌ／Ｓｎ、又はＡｌ／Ｓｉ合金のグループから選択されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の固定装置。
7. 金属製の前記固定手段が低合金鋼から形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の固定装置。
8. 前記固定手段がＺｎベースの腐食防止コーティングを施されていることを特徴とする、請求項７に記載の固定装置。
9. 前記腐食防止コーティングが亜鉛薄膜コーティングであることを特徴とする、請求項８に記載の固定装置。
10. 燃焼エンジンを搭載した自動車のエキゾーストパイプのための請求項１から９のいずれか一項に記載の固定装置の使用方法。
11. 大部分が自動車の目に見える範囲に取り付けられているエキゾーストパイプのための請求項１から９のいずれか一項に記載の固定装置の使用方法。