JP5694351B2 - 海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法 - Google Patents
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Description
本発明は、海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法に関する。
科学技術の急激な発展につれて、近海と海洋に応用される工事設備がますます多くなり、その稼動条件がＩＳＯ ９２２５環境評価基準によれば、一般的に＞Ｃ５級であり、極端厳しい環境に属する。前記環境大気が多雨、高温、高塩霧と強力な空気流であり、外に露出した部材が激しい大気腐食、電気化学的な腐食及び気流浸食・腐食の総合作用に受けられて、各種の鉄骨構造の使用寿命は、普通な内陸の屋外環境よりはるかに低下する。例えば、海洋気候の条件で使用される、代表的な工事設備の１つの風力発電設備について、風力発電システムが風力エネルギーを利用して発電されるものであるため、海岸線、沖合海域には豊かな風力資源があり、風力発電所の建設が沿岸または沖合海域に配置する割合が大きい。しかし、システムの外部構造は、例えば、機械室、ボンネット、塔屋など直接に極端な腐食大気に露出するため、従来の防御対策を採用すると、わずか数ヶ月後に、しばしばひどい腐食が発生し、莫大な損失をもたらしている。統計によると、海洋腐食の損失が腐食総損失の約１／３を占め、それのみではなく、海洋腐食によって引き起こした事故が損失を計算しきれないほどものになる。例えば、１９６９年に、日本の一隻５万トンの鉱石専用の運送船が、腐食で脆性破壊によって突然に沈没した。ゆえに、防食対策を強化し、金属材料のロスを減少し、設備が海洋環境で早過ぎる、または意外な損害に遭うことを避けることが、非常に重要な戦略の意味を持っている。
近代の表面工学技術の高速発展が、鋼表面の腐食防止のために多種解決方法が提供され、例えば、電気めっき、化学めっき、熱溶射、気相蒸着などである。しかしながら、いままで、上記の方法はすべて一定の問題が存在している。共通の問題は上記技術手段の加工技術が複雑で、コストが高いことであり、且つより深刻なのは、上記技術手段を採用して得た塗り・めっき層が環境、応力の共力作用で、剥離しやすくて防御効果がなくなってしまたことである。そのため、有効な塗層と被覆体の結合強度が改善される新しい加工技術を研究開発することは、すでに当面の産業発展のために切迫した要求である。
本発明は従来技術の問題に対して、従来技術の問題を徹底的に解決するように、海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法を提供する。
本発明による海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法は、
部材に対する前処理を施す第１ステップと、
部材を雰囲気保護炉において予熱する第２ステップと、
予熱した部材をめっき溶液に浸漬して、浸漬過程において部材を回転させる第３ステップと、
界面における原子を拡散させて被覆体上に拡散層を形成することによって、塗層と被覆体との冶金接合が実現させるように、浸漬・めっきした部材を真空炉に入れ、８００〜９５０℃で１〜３時間保温した後、徐々に冷却して取り出して拡散処理する第４ステップと、を含む。
部材に対する前処理を施す第１ステップと、
部材を雰囲気保護炉において予熱する第２ステップと、
予熱した部材をめっき溶液に浸漬して、浸漬過程において部材を回転させる第３ステップと、
界面における原子を拡散させて被覆体上に拡散層を形成することによって、塗層と被覆体との冶金接合が実現させるように、浸漬・めっきした部材を真空炉に入れ、８００〜９５０℃で１〜３時間保温した後、徐々に冷却して取り出して拡散処理する第４ステップと、を含む。
好ましくは、第１ステップの部材に対する前処理には、脱脂、錆取り処理及び浸食処理を含むことである。
より好ましくは、前記浸食処理は、脱脂・錆取り処理した部材を塩酸とフッ化水素酸の混合溶液に入れ、室温で１〜３分間浸食させることである。前記塩酸とフッ化水素酸の混合溶液が体積で計算して、塩酸ＨＣｌが９４％〜９６％を占め、フッ化水素酸ＨＦが４％〜６％を占めることである。
好ましくは、第２ステップにおいて、前記部材を雰囲気保護炉において、５００〜６５０℃で１０〜２０分間予熱することである。
好ましくは、第３ステップにおいて、予熱した部材をめっき溶液に浸漬し、１〜５分間浸漬することである。前記めっき溶液は、主にＺｎ、Ａｌ、Ｓｉ、ＲＥ、ミクロ合金元素とナノ酸化物粒子補強剤によって構成される。前記ナノ酸化物粒子補強剤がＴｉＯ２、ＣｅＯ２のうちから選ばれる１種または２種であり、前記ミクロ合金元素がＭｇ、Ｔｉ、Ｎｉのうちから選ばれる１一種またはいずれか複数種である。且つ、各構成成分が、めっき溶液の合計総量に対して質量百分率でそれぞれＺｎ:３５〜５８％、Ｓｉ:０．３〜４．０％、ＲＥ:０．０２〜１．０％であり、ナノ酸化物粒子補強剤の含有量の合計が０．０１〜１．０％であり、ミクロ合金元素の含有量の合計が０．０１〜６．０％であり、Ａｌ：余剰量である。
より好ましくは、前記ナノ酸化物粒子補強剤の平均粒径が１５〜６０ｎｍである。
より好ましくは、前記ミクロ合金元素の各構成成分のそれぞれの添加量が、合計総量に対して質量百分率で、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．１〜３．０％を占めることである。
好ましくは、前記第４ステップにおいて、界面における原子を拡散させて被覆体上に形成される拡散層の厚さが１０〜３０μｍである。
一方、本発明は、塗層に拡散処理が施された、１種の海洋気候に耐えられる部材も提供する。前記部材表面の塗層の厚さが２００〜３００μｍであり、前記塗層が界面における原子を拡散させて被覆体上に形成される拡散層も含み、前記拡散層を介して塗層と被覆体との冶金接合が実現されており、前記拡散層の厚さが１０〜３０μｍである。
好ましくは、前記拡散層は、部材に対する前処理を施す第１ステップと、部材を雰囲気保護炉において予熱する第２ステップと、予熱した部材をめっき溶液に浸漬し、浸漬過程において部材を回転させる第３ステップと、界面における原子を拡散させて被覆体上に拡散層を形成することによって、塗層と被覆体との冶金接合を実現させるように、浸漬・めっきした部材を真空炉に入れ、８００〜９５０℃で１〜３時間保温した後、徐々に冷却して取り出して拡散処理する第４ステップとによって形成される。
本発明は、塗層と被覆体との間の力学的性質の不整合を低減させ、接触の寸動負荷の作用でも塗層が剥離しないように、浸漬・めっきする前に、浸漬・めっきしようとする部材を雰囲気保護炉に入れ、所定の時間予熱する。
一方、本発明のめっき溶液を採用して形成された塗層は、大気腐食、電気化学腐食及び気流浸食・腐食に抵抗する能力が著しく高まっており、且つ、塗層の強度、硬さ、耐浸食性も著しく高まっている。
さらに本発明では、塗層が被覆体と強固に結合し、塗り・めっき層が環境、応力の共力作用でも、剥離しにくくなり、よりよい防御効果を果たし、海洋などの極端厳しい環境に確実に適用されるように、浸漬・めっきした後に拡散処理ステップをも行う。
以上のように、本発明は従来の技術と比べて、生産加工技術が簡易であり、コストが低く、めっき層の厚さの調整できる範囲が広い。かつ、塗層の耐食性、耐摩耗性が優れ、塗層と被覆体がしっかり結合し、剥離しにくいため、各種サイズ部材の処理に適用される。そのため、加工技術が簡易であり、生産コストが低減された本発明の方法は、いずれの形状、いずれのサイズの部材にも適用できる。そして、本発明を採用して処理された部材には、海洋気候の条件で十分な耐腐朽性と耐浸食・耐腐食性が与えられる。
本発明が提供される海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法は、部材に対する前処理を施す第１ステップと；部材を雰囲気保護炉において予熱する第２ステップと；予熱した部材をめっき溶液に浸漬し、浸漬過程において部材を回転させる第３ステップと；界面における原子を拡散させて被覆体上に拡散層を形成することによって、塗層と被覆体との冶金接合が実現させるように、浸漬・めっきした部材を真空炉に入れ、８００〜９５０℃で１〜３時間保温した後、徐々に冷却して取り出す拡散処理の第４ステップとを含む。
次に、本発明の拡散方法を採用し、鉄骨構造の部材の表面に海洋気候に耐えられる耐食塗層を作製する好しい実施例を挙げて説明する。しかしながら、これらの説明は、下記の実施例において提供した条件が必要技術特徴として説明しているのではなく、当業者にとって、実施方式に記載される数値に基づいて、確実に合理的なまとめと推論を行うことができる。
［実施例１］
（１）部材を洗浄、脱脂した後、酸洗・錆取り処理を通して、脱イオン水で洗浄する。
（１）部材を洗浄、脱脂した後、酸洗・錆取り処理を通して、脱イオン水で洗浄する。
（２）脱脂・錆取り処理した部材を、塩酸ＨＣｌ９４％（体積分率）＋フッ化水素酸ＨＦ６％（体積分率）の混合溶液に入れる。部材は、室温で１分間浸食された後、脱イオン水で洗浄される。
（３）（１）〜（２）により処理した部材を雰囲気保護炉に入れ、５００℃で２０分間予熱する。
（４）雰囲気保護炉において、予熱した鋼部材をめっき溶液に浸漬し、１分間浸漬する。浸漬過程において、部材を回転させる。
（５）浸漬・めっきした部材を真空炉に入れ、８００℃で３時間保温した後、徐々に冷却して取り出す。この加工プロセスを経て、めっき層の下に拡散層が形成され、部材表面には保護めっき・浸漬複合層が形成される。
［実施例２］
（１）部材を洗浄、脱脂した後、酸洗・錆取り処理を通して、脱イオン水で洗浄する。
（１）部材を洗浄、脱脂した後、酸洗・錆取り処理を通して、脱イオン水で洗浄する。
（２）脱脂・錆取り処理した部材を塩酸ＨＣｌ９５％（体積分率）＋フッ化水素酸ＨＦ５％（体積分率）の混合溶液に入れる。部材は、室温で２分間浸食された後、脱イオン水で洗浄される。
（３）（１）〜（２）により処理した部材を雰囲気保護炉に入れ、６００℃で１５分間予熱する。
（４）雰囲気保護炉において、予熱した鋼部材をめっき溶液に浸漬し、３分間浸漬する。浸漬過程において、部材を回転させる。
（５）浸漬・めっきした部材を真空炉に入れ、８８０℃で２時間保温した後、徐々に冷却して取り出す。この加工プロセスを経て、めっき層の下に拡散層が形成され、部材表面には保護めっき・浸漬複合層が形成される。
［実施例３］
（１）部材を洗浄、脱脂した後、酸洗・錆取り処理を通して、脱イオン水で洗浄する。
（１）部材を洗浄、脱脂した後、酸洗・錆取り処理を通して、脱イオン水で洗浄する。
（２）脱脂・錆取り処理した部材を塩酸ＨＣｌ９６％（体積分率）＋フッ化水素酸ＨＦ４％（体積分率）の混合溶液に入れる。部材は、室温で３分間浸食され、脱イオン水で洗浄する。
（３）（１）〜（２）により処理した部材を雰囲気保護炉に入れ、６５０℃で１０分間予熱する。
（４）雰囲気保護炉において、予熱した鋼部材をめっき溶液に浸漬し、５分間浸漬する。浸漬過程において、部材を回転させる。
（５）浸漬・めっきした部材を真空炉に入れ、９５０℃で１時間保温した後、徐々に冷却して取り出す。この加工プロセスを経て、めっき層の下に拡散層が形成され、部材表面には保護めっき・浸漬複合層が形成される。
実施例１〜３において、めっき溶液の構成と含有量とを下記の表１に示すようにした。
特別な説明を必要とするのは、表１では、本発明におけるめっき溶液の好しい実施例のみが挙げられていることである。表１のミクロ合金元素が、同時にＭｇ、Ｔｉ、Ｎｉという３種元素を含んでいる。しかしながら、これらは必要技術特徴として説明するのではなく、本発明のミクロ合金元素がＭｇ、Ｔｉ、Ｎｉのうちから選ばれる１種、２種または３種でありうる。また、表１において記載されている前記ナノ酸化物粒子補強剤はＴｉＯ２であるが、本発明のナノ酸化物粒子補強剤はＣｅＯ２ から選ばれてもよく、２種が同時に使用されることもできる。
特別な説明を必要とするのは、表１では、本発明におけるめっき溶液の好しい実施例のみが挙げられていることである。表１のミクロ合金元素が、同時にＭｇ、Ｔｉ、Ｎｉという３種元素を含んでいる。しかしながら、これらは必要技術特徴として説明するのではなく、本発明のミクロ合金元素がＭｇ、Ｔｉ、Ｎｉのうちから選ばれる１種、２種または３種でありうる。また、表１において記載されている前記ナノ酸化物粒子補強剤はＴｉＯ２であるが、本発明のナノ酸化物粒子補強剤はＣｅＯ２ から選ばれてもよく、２種が同時に使用されることもできる。
好ましくは、前記ナノ酸化物粒子補強剤の平均粒径が１５〜６０ｎｍである。
好ましくは、前記ミクロ合金元素の各構成成分のそれぞれの添加量が合計総量に対して質量百分率で、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．１〜３．０％を占めることである。
一方、本発明が塗層に拡散処理が施された、１種の海洋気候に耐えられる部材も提供される。前記部材表面の塗層の厚さが、２００〜３００μｍであり、前記塗層が界面における原子を拡散させて被覆体上に形成した拡散層も含み、前記拡散層を介して塗層と被覆体との冶金接合が実現させており、前記拡散層の厚さが１０〜３０μｍである。さらに、本発明の拡散処理した塗層の好しい実施方式が、下記の表２に挙げられている。
以上のように、本発明の好しい実施例を列挙しても、本発明の発想がそれに限定されなくて、それに基づいて、本発明に対するすべての実質上ではない変更は、共に本発明の保護範囲に入るべきである。
Claims (9)
- 部材に対する前処理を施す第１ステップと、
前記部材を雰囲気保護炉において予熱する第２ステップと、
前記予熱した部材をめっき溶液に浸漬し、浸漬過程において部材を回転させる第３ステップと、
界面の原子を拡散させて被覆体で拡散層を形成することによって、塗層と被覆体との冶金接合を実現させるように、前記浸漬・めっきした部材を真空炉に入れて、８００〜９５０℃で１〜３時間保温した後、冷却して取り出して拡散処理する第４ステップと、
を含む、海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法。 - 前記第１ステップの部材に対する前処理は、脱脂、錆取り処理及び浸食処理を含む、請求項１に記載の海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法。
- 前記浸食処理は、脱脂・錆取り処理した部材を塩酸とフッ化水素酸との混合溶液に入れて、室温で１〜３分間浸食させることであり、
前記塩酸と前記フッ化水素酸の混合溶液が体積で計算して、塩酸ＨＣｌが９４％〜９６％を占め、フッ化水素酸ＨＦが４％〜６％を占める、
請求項２に記載の海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法。 - 前記第２ステップにおいて、前記部材を雰囲気保護炉において、５００〜６５０℃で１０〜２０分間予熱する、請求項１に記載の海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法。
- 前記第３ステップにおいて、前記予熱した部材をめっき溶液に浸漬して１〜５分間浸漬させて、
前記めっき溶液が主にＺｎ、Ａｌ、Ｓｉ、ＲＥ、ミクロ合金元素とナノ酸化物粒子補強剤によって構成され、
前記ナノ酸化物粒子補強剤がＴｉＯ２、ＣｅＯ２ のうちから選ばれる１種または２種であり、
前記ミクロ合金元素がＭｇ、Ｔｉ、Ｎｉのうちから選ばれるいずれか１種または複数種であり、且つ、
前記各構成成分が、めっき溶液の合計総量に対して質量百分率でそれぞれＺｎ:３５〜５８％、Ｓｉ:０．３〜４．０％、ＲＥ:０．０２〜１．０％であり、ナノ酸化物粒子補強剤の含有量の合計が０．０１〜１．０％であり、ミクロ合金元素の含有量の合計が０．０１〜６．０％であり、Ａｌ：余剰量である、
請求項１に記載の海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法。 - 前記ナノ酸化物粒子補強剤の平均粒径が１５〜６０ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法。
- 前記ミクロ合金元素の各構成成分のそれぞれの添加量が、合計総量に対して質量百分率で、Ｍｇ：０．１〜５．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．１〜３．０％を占める、請求項５に記載の海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に拡散処理を施す方法。
- 前記第４ステップにおいて、前記界面の原子を拡散させて被覆体上に形成される拡散層の厚さが１０〜３０μｍである、請求項１に記載の海洋気候に耐えられる工事部材の塗層に対する拡散処理を施す方法。
- 塗層に拡散処理が施された、１種の海洋気候に耐えられる部材であって、
前記部材表面の塗層の厚さが２００〜３００μｍであり、
前記塗層が界面の原子を拡散させて被覆体上に形成した拡散層も含み、前記拡散層を介して塗層と被覆体との冶金接合が実現されており、
前記拡散層の厚さが１０〜３０μｍであり、
前記拡散層は、前記部材に対する前処理を施す第１ステップと、前記部材を雰囲気保護炉において予熱する第２ステップと、前記予熱した部材をめっき溶液に浸漬し、浸漬過程において部材を回転させる第３ステップと、界面の原子を拡散させて被覆体上に拡散層を形成することによって、塗層と被覆体との冶金接合を実現させるように、前記浸漬・めっきした部材を真空炉に入れ、８００〜９５０℃で１〜３時間保温した後、冷却して取り出す拡散処理の４ステップとによって形成される、塗層に拡散処理が施された、１種の海洋気候に耐えられる部材。
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