JP5820920B2 - 表面処理が施された鉄系部材 - Google Patents

Description

本発明は表面処理が施された鉄系部材に関する。

上下水道管などとして地中に埋設される鋳鉄管は、地下水等による腐食を防止するため、一般に外面に防食被膜が形成される。この防食被膜としては、塗膜の他、金属等を溶射した溶射被膜が知られている（例えば、特許文献１等）。溶射被膜は、埋戻土砂などの衝撃や摩擦に耐える機械的耐久性が優れるため、そのような耐久性を要求される埋設鋳鉄管等の防食被膜として採用されている。

ところが、金属製の溶射被膜は、図２に示すように、溶射したままの状態では空隙や亀裂が多く存在し、そのままの状態で使用したのでは、空隙や亀裂に地下水が浸入することで防食性能が低下してしまう不具合を有する。溶射被膜は、鋳鉄管以外の材料に対しても形成されているが、これらの鋳鉄管以外の材料に形成される溶射被膜に対しては、溶射被膜形成後に、前記空隙や亀裂からなる孔を封じる封孔処理をすることがあり、この封孔処理を行うことによって、溶射被膜の物理的性質や、溶射被膜の防食性能等の化学的性質が向上する。したがって、このような封孔処理の技術を、鋳鉄管の溶射被膜にも適用することが適切である。

封孔処理を行う方法としては、（ア）浸透性の良い溶液を塗布して、この溶液により孔（溶射被膜の空隙や亀裂）を埋める、（イ）溶射被膜を加熱することで溶融させて、孔をなくす、（ウ）薬品等を塗布して、薬品と溶射被膜とを反応させ、反応生成物により孔をふさぐ、などの方法がある。

これらの封孔処理方法の中でも、浸透性の良い溶液である封孔処理剤を塗布する封孔処理方法が多く採用されている。その場合に用いられる封孔処理剤としては、エポキシ樹脂（エポキシ系）等の有機系樹脂や、シリコン樹脂（シリケート系）等の無機系樹脂、あるいは有機系樹脂と無機系樹脂とが混合された複合系樹脂がある。

溶射被膜が形成され、さらに封孔処理が施された鋳鉄管は、外観体裁を整えるなどの目的から、その後に、外面に塗料が上塗りされる場合が多い。

特開平１１−２３０４８２号公報

浸透性の良い封孔処理剤には、溶剤系で有機系のものが多い。しかし、溶剤系のものは、乾燥性に優れているものの、環境負荷になり大気汚染にもつながる。また溶剤系のものは、引火しやすく危険物の対象となり、このため生産工場における鋳鉄管の製造ラインでは使用しないことが望ましい。

有機系の封孔処理剤は、塗膜形成性に優れるものの、有機材料の分子が大きく、溶剤は空隙などへの浸透性が良好であるが、有機分子は浸透しにくいものである。しかも、有機系の封孔処理剤は、導電性に乏しいため、空隙や亀裂に入り込んだ場合は金属製の溶射被膜中に電気的な絶縁部分が形成されることになって、溶射被膜の防食性能を低下させやすいという懸念がある。

また、図３に示すように、鋳鉄管１の表面に形成される溶射被膜２としては亜鉛系のものが用いられることが多いが、この亜鉛系の溶射被膜２の表面に有機系の封孔処理剤３を塗布した場合は、図示のように溶射被膜２の表面に封孔処理剤３による塗膜が形成される。しかし、この塗膜は上述のように電気を通しにくい。すなわち、溶射被膜２の亜鉛が亜鉛イオン（Ｚｎ２+）となって溶出することで鋳鉄管１の防食に寄与するのであるが、塗膜が存在することで、溶射被膜２から亜鉛イオン（Ｚｎ２+）が溶出しにくい。つまり、溶射被膜２の表面が露出せず、その表面が電気を通しにくい膜で覆われることになる。

したがって、図示のように溶射被膜２に鋳鉄管１の鉄地に至る傷４がついた場合には、溶射被膜２の全表面で傷４の部分を防食することができず、図３において細い矢印で示される電流が傷４の近傍にしか流れずに、溶射被膜２による犠牲陽極作用が小さくなる。

さらに有機物は一般に耐熱性に劣ることから、封孔処理剤３の塗布後に加熱処理を施すことが必要な場合には、その加熱条件によっては有機物が燃焼してしまうことがある。
本発明は、鋳鉄管などの鉄系部材の表面に形成された金属溶射被膜に封孔処理を施すときに、従来に比べて鉄形部材の防食性をいっそう向上できるようにすることを目的とする。

この目的を達成するため本第１発明は、鉄系部材の表面に金属溶射被膜が形成され、金属溶射被膜の表面に水性の封孔処理剤が塗布され、封孔処理剤の表面に上塗りが施されている鉄系部材であって、
封孔処理剤は、無機系成分を１０〜３０質量％含有するとともに、樹脂成分を５〜２０質量％含有し、
無機系成分はコロイダルシリカ、アルミナ、ジルコニアのいずれかを主成分とし、
樹脂成分はウレタンエマルジョン、エポキシエマルジョン、アクリルエマルジョン、シリコンエマルジョン及びアクリルシリコンエマルジョンのいずれかを主成分とすることを特徴とする。

本第２発明は、鉄系部材の表面に金属溶射被膜が形成され、金属溶射被膜の表面に水性の封孔処理剤が塗布されている鉄系部材であって、
封孔処理剤は、無機系成分、樹脂成分、水及び添加剤のみからなり、
無機系成分はコロイダルシリカ、アルミナ、ジルコニアのいずれかを主成分とし、
樹脂成分はウレタンエマルジョン、エポキシエマルジョン、アクリルエマルジョン、シリコンエマルジョン及びアクリルシリコンエマルジョンのいずれかを主成分とし、
添加剤成分は分散剤と消泡剤との少なくともいずれかであることを特徴とする。

本第３発明の表面処理が施された鉄系部材によれば、鉄系部材が鋳鉄管であることを特徴とする。

したがって本発明によれば、水性の無機系封孔処理剤が用いられることで、従来の有機系の封孔処理剤が用いられる場合に比べて、金属溶射被膜の空隙や亀裂に浸透しやすく、浸透した場合は空隙や亀裂が電気を通しやすい無機質で封孔されるために溶射被膜の性能を強化することが可能であり、水性であるために環境負荷が小さく、また無機系の封孔処理剤は有機系の封孔処理剤に比べて電気を通しやすいために、傷がついた場合に金属溶射被膜が犠牲陽極作用を発揮しやすいという利点がある。しかも無機系であるために耐熱性に優れているという利点もある。したがって本発明によれば、結果的に、防食性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態の表面処理が施された鉄系部材の要部の断面図である。 鋳鉄管の表面に形成された溶射被膜に空隙が生じている様子を示す図である。 従来の有機系の封孔処理剤の問題点を説明するための図である。

図１において、１は鉄系部材としての鋳鉄管であり、その外表面には亜鉛系の溶射被膜
２が形成されている。この溶射被膜２には空隙６が存在する。溶射被膜２の表面には、水
性の無機系封孔処理剤７が塗布されている。この封孔処理剤７は、図示のように、溶射被
膜２の表面に塗膜を形成するとともに、空隙６に入り込んでその封孔処理を行う。

封孔処理剤７による塗膜を形成するための材料の一例として、たとえば、水性媒体中に
、無機分と、樹脂分と、添加剤とを分散させたものを挙げることができる。

無機分としては、コロイダルシリカ、アルミナ、ジルコニアなどを例示することができ
る。なかでも、ナノオーダーサイズのシリカ粒子がコロイド状に分散しているコロイダル
シリカが、水性であり、粘度が低く、シリカ粒子がナノオーダーサイズであるため溶射被
膜に浸透しやすく、シリカ粒子が水溶液中で均一に分散しており、また市場において入手
しやすいという点で好都合である。

樹脂分は、塗膜形成材料として機能するものであり、かつ、それとともに、封孔処理剤
７の表面に塗料などによる上塗りが施されるときには、その上塗り剤との密着性の向上に
寄与する。具体的には、ウレタンエマルジョン、エポキシエマルジョン、アクリルエマル
ジョン、シリコンエマルジョン、アクリルシリコンエマルジョンなどを用いることができ
る。本発明者らが試験を行ったところ、なかでも、アクリルエマルジョン、シリコンエマ
ルジョン、アクリルシリコンエマルジョンが同程度の良い結果を示した。

添加物は、各種のものを用いることができる。代表的な添加物として、分散剤や消泡剤
などを例示することができる。

水性媒体としては、水を挙げることができる。

なお、鉄系部材１は鋳鉄管のみに限定されず、本発明は、鋳鉄管以外の鉄系の管路構成
機材（たとえば、バルブなど）や、鉄系の構造物などにも適用することができる。また溶
射被膜２は、亜鉛系のみならず、亜鉛−錫−マグネシウム系、亜鉛−アルミ系などを用い
ることもできる。

各種の封孔処理剤を準備して、所要の性能について調査した。その調査対象とした性能
は、次の通りであった。

（１）粘性（浸透性）
イワタカップを用いて測定し、下記の基準で評価した。

◎：１０秒未満
○：１０秒以上かつ１５秒未満
△：１５秒以上かつ２０秒未満
×：２０秒以上

（２）上塗り塗料との付着性
鉄系部材に１３０ｇ／ｍ２の亜鉛溶射を施し、さらに目標理論膜厚５μｍで封孔処理剤
を散布して、試験片とした。この試験片を用いて、エポキシ樹脂塗料、アクリル樹脂塗料
などの合成樹脂塗料との付着性について、碁盤目試験（ＪＩＳ Ｋ ５６００）を行い、
下記の基準で評価した。なお、いずれの合成樹脂塗料を用いても、同様の結果が得られた
。

◎：分類０
○：分類１
△：分類２
×：分類３以上

（３）耐熱性
上記（２）で用いたのと同じ試験片を３０分間加熱したときに、焦げ目が発生する上限
の温度を調査し、下記の基準で評価した。

◎：３５０℃を超える範囲
○：３５０℃
△：３００℃
×：２５０℃

（４）防食性
１５０ｍｍ×９０ｍｍの鋼板に１３０ｇ／ｍ２の亜鉛溶射を施し、さらに目標理論膜厚
５μｍで封孔処理剤を散布して、試験片とした。この試験片に、鉄地にいたるクロスカッ
トを付け、ＪＡＳＯ Ｍ ６０９，６１０に規定される複合サイクル試験を行った。その
評価は下記の基準によった。

◎：１ケ月後に赤錆の発生なし
○：１ケ月後に赤錆発生
△：半月後に赤錆発生
×：１週間後に赤錆発生

（５）総合評価
◎、○、△、×の４段階で評価した（◎が最良で、あと、この順に続く）。

［試験片１〜２０］
無機分としてコロイダルシリカを用い、樹脂分として、アクリルエマルジョン、または
シリコンエマルジョン、またはアクリルシリコンエマルジョンを用いた。なお、すべての
試験片について、いずれのエマルジョンを用いても同様の結果が得られた。添加剤は、分
散剤と消泡剤とを用いた。

封孔処理剤における無機分の量と樹脂分の量とを表１に示すように変化させた試験片１
〜２０についての評価結果を表１に示す。

表１に示すように、封孔処理剤として、無機分を１０〜３０質量％、樹脂分を５〜２０
質量％配合したものの性能が良好であった。

なかでも、耐熱性や防食性の点では、無機分を１０〜３０質量％、樹脂分を５〜１０質
量％配合したものが優れており、無機分を２０〜３０質量％、樹脂分を５〜１０質量％配
合したものが特に優れていた。

上塗り塗料との付着性の点では、無機分を５〜３０質量％、樹脂分を５〜３０質量％配
合したものが優れており、無機分を５〜２０質量％、樹脂分を１０〜３０質量％配合した
ものが特に優れていた。

１ 鋳鉄管
２ 溶射被膜
６ 空隙
７ 封孔処理剤

Claims (3)

1. 鉄系部材の表面に金属溶射被膜が形成され、金属溶射被膜の表面に水性の封孔処理剤が塗布され、封孔処理剤の表面に上塗りが施されている鉄系部材であって、
   封孔処理剤は、無機系成分を１０〜３０質量％含有するとともに、樹脂成分を５〜２０質量％含有し、
   無機系成分はコロイダルシリカ、アルミナ、ジルコニアのいずれかを主成分とし、
   樹脂成分はウレタンエマルジョン、エポキシエマルジョン、アクリルエマルジョン、シリコンエマルジョン及びアクリルシリコンエマルジョンのいずれかを主成分とすることを特徴とする表面処理が施された鉄系部材。
2. 鉄系部材の表面に金属溶射被膜が形成され、金属溶射被膜の表面に水性の封孔処理剤が塗布されている鉄系部材であって、
   封孔処理剤は、無機系成分、樹脂成分、水及び添加剤のみからなり、
   無機系成分はコロイダルシリカ、アルミナ、ジルコニアのいずれかを主成分とし、
   樹脂成分はウレタンエマルジョン、エポキシエマルジョン、アクリルエマルジョン、シリコンエマルジョン及びアクリルシリコンエマルジョンのいずれかを主成分とし、
   添加剤成分は分散剤と消泡剤との少なくともいずれかであることを特徴とする表面処理が施された鉄系部材。
3. 鉄系部材が鋳鉄管であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面処理が施された鉄系部材。