JP6422521B2 - 防食材料、それを用いた耐食部材および鋳鉄管 - Google Patents

Description

本発明は、鉄製または鋼製の基材の表面に対して適用される防食材料と、その防食材料で形成されている防食層を有する耐食部材およびそのうちの鋳鉄管に関する。

鉄製または鋼製（以下、合わせて「鉄系」ともいう。）の基材の外面に金属溶射によって形成された防食層を有する鉄系の耐食部材は、従来から様々な分野で使用されており、特に高い耐食性が要求される用途、例えば地中に埋設される上下水道管等の鉄系金属管によく用いられている。このような耐食部材は、防食層を構成する金属溶射層が、亜鉛とアルミニウムの合金や、亜鉛とアルミニウムをそれぞれ単独で同時に溶射して亜鉛層とアルミニウム層を混成した擬合金で形成されていることが多く、その金属溶射層が腐食性環境中で犠牲陽極となって生み出す腐食生成物が保護層として働くことにより、素地である鉄系基材の腐食を抑えるようになっている。

一方、近年では、上記のような金属溶射層からなる防食層を有する耐食部材において、さらなる耐食性の向上による長寿命化が求められるようになってきている。このような要求に対し、例えば特許文献１では、鉄系の外面溶射管において、溶射によって管外面に形成される防食層を、亜鉛層とケイ素含有アルミニウム合金層とを混成した擬合金層とすることにより、従来の亜鉛とアルミニウムの擬合金層で防食層を形成する場合に比べて、擬合金層が生成する腐食生成物が緻密化して強固な保護層を形成するようになり、管の耐食性が向上して耐食寿命を延長することができるとしている。

特開２０１２−１４９３３６号公報

しかしながら、今後も、鉄系の耐食部材については、需要の増大とともに耐食性向上の要求が高まっていくと考えられる。

そこで、本発明は、表面に亜鉛とアルミニウムを主成分とする擬合金層（以下、「Ｚｎ−Ａｌ系擬合金層」と称する。）を有する防食層が形成されている鉄系の耐食部材の耐食性を一層向上させることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明者らはＺｎ−Ａｌ系擬合金層について研究を重ねた結果、その擬合金を形成するアルミニウムにケイ素だけでなくマンガンも適量添加すると、その擬合金層を有する防食層が形成されている鉄系の耐食部材の耐食性が向上することを見出した。

ここで、ケイ素に加えてマンガンをアルミニウムに添加する理由は、アルミニウムの孔食電位を貴側にシフトさせるためである。アルミニウムの孔食電位を貴側にシフトさせることにより、アルミニウム自体の自己腐食が抑制されるので、その擬合金層を有する耐食部材の耐食性を向上させることができると考えられる。

そして、上記の知見に基づき、本発明の防食材料は、鉄製または鋼製の基材の表面に対して適用され、前記基材の表面を覆う擬合金層と、前記擬合金層を覆う封孔処理層と、前記封孔処理層を覆う合成樹脂層とを有し、前記擬合金層は、亜鉛層と、ケイ素およびマンガンを含有するアルミニウム合金層とが混成されているものである構成としたのである。この構成によれば、鉄系基材の表面に対して適用した場合に、従来の亜鉛とケイ素含有アルミニウム合金を用いて形成したＺｎ−Ａｌ系擬合金層を有するものに比べて、擬合金層の犠牲陽極作用以外のアルミニウムの自己腐食が進みにくく、優れた防食性能を得ることができる。

ここで、擬合金層におけるケイ素の含有量は１．２〜１．７ｍａｓｓ％とすることが好ましい。ケイ素の含有量が１．２ｍａｓｓ％未満では耐食性向上の効果が小さく、１．７ｍａｓｓ％を超えると、擬合金層を形成する溶射の際に用いるアルミニウム合金線の加工が困難になるからである。また、マンガンの含有量は０．１８〜０．３４ｍａｓｓ％とすることが好ましい。マンガンの含有量が０．１８ｍａｓｓ％未満では耐食性向上の効果が小さく、０．３４ｍａｓｓ％を超えると靱性や伸びを低下させるからである。

そして、本発明の鉄系の耐食部材は、上記構成の防食材料で形成されている防食層を表面に有しているものであるから、従来よりも高い耐食性を得ることができ、そのうちでも鋳鉄管の場合は特に有効に本発明を適用できる。

本発明は、上述したように、鉄系基材の表面に対して適用される防食材料を、鉄系基材の表面を覆う擬合金層と、擬合金層を覆う封孔処理層と、封孔処理層を覆う合成樹脂層とを有し、その擬合金層が亜鉛層とケイ素およびマンガンを含有するアルミニウム合金層とからなるものとすることにより、その擬合金層のアルミニウムの自己腐食が進みにくいようにしたので、防食材料の防食性能を従来のＺｎ−Ａｌ系擬合金層を有するものよりも向上させることができ、この防食材料を防食層とする鋳鉄管等の鉄系の耐食部材の耐食性を向上させることができる。

したがって、本発明の耐食部材では、従来のものと同等の耐食寿命を得るために必要な亜鉛およびアルミニウムの量が少なくなり、従来よりもコストが抑えられる効果を期待することもできる。

本発明の実施形態の防食材料は、鉄系の基材の表面を覆う擬合金層と、擬合金層を覆う封孔処理層と、封孔処理層を覆う合成樹脂層とを有し、その擬合金層が亜鉛層とアルミニウム合金に適量のケイ素およびマンガンを添加したアルミニウム合金層とからなるものである。この実施形態の防食材料の防食性能、およびその防食材料で形成されている防食層を表面に有している実施形態の鋳鉄管等の鉄系耐食部材の耐食性を確認するために、以下に述べる第１および第２の耐食試験を行った。

第１の耐食試験では、まず、呼び径１００ｍｍのダクタイル鋳鉄管の外面に、亜鉛の線材とケイ素およびマンガンを添加したアルミニウム合金の線材とを同時にアーク溶射して２８０ｇ／ｍ^２の擬合金層を形成し、次に、その擬合金層に封孔処理を施して１００ｇ／ｍ^２の封孔処理層を形成し、さらに、合成樹脂塗装を施して膜厚８０μｍの合成樹脂層（塗膜）を形成した後、１５０ｍｍ×９０ｍｍの大きさに切り出して瓦状試験片（実施例１）を作製した。

この実施例１の擬合金層を形成する溶射の際に用いたアルミニウム合金線の素材は、純アルミニウム系のＡ１０７０材（不純物としての鉄０．２５ｍａｓｓ％以下、マグネシウム０．０３ｍａｓｓ％以下、亜鉛０．０４ｍａｓｓ％以下を含む）に５ｍａｓｓ％のケイ素と０．８ｍａｓｓ％のマンガンを添加したものである。これにより、実施例１の擬合金層におけるケイ素の含有量は１．４ｍａｓｓ％、マンガンの含有量は０．２２ｍａｓｓ％となっている。また、合成樹脂塗装には、日本水道協会規格ＪＷＷＡ Ｋ １３９「水道用ダクタイル鋳鉄管合成樹脂塗料」に適合する塗料を用いた。

また、比較例として、亜鉛の線材とＡ１０７０材に５ｍａｓｓ％のケイ素のみを添加したアルミニウム合金の線材を溶射して擬合金層を形成した試験片（比較例１）と、亜鉛の線材とＡ１０７０材に１２ｍａｓｓ％のケイ素のみを添加したアルミニウム合金の線材を溶射して擬合金層を形成した試験片（比較例２）を作製した。その作製方法は、実施例１の場合と同じで、ほぼ同量の擬合金層、封孔処理層、合成樹脂層が形成されるようにした。

そして、各試験片の試験面以外を液状エポキシ樹脂塗料で塗装して乾燥させ、試験面の中央部に幅０．３ｍｍ、長さ５０ｍｍで鉄素地に達する深さのクロスカットを入れた後、各試験片に対し、ＪＩＳ Ｋ ５６００−７−９（２００６）のサイクル腐食試験方法のサイクルＡ（塩水噴霧２ｈｒ→乾燥４ｈｒ→湿潤２ｈｒのサイクルを繰り返す）に準拠して２７０日間の複合サイクル試験を行った。各試験片の試験後に測定した赤さびの面積率（試験片中央部の７０ｍｍ×７０ｍｍでの測定値）を表１に示す。

表１からわかるように、赤さびの面積率は、比較例１＞比較例２＞実施例１となっており、実施例１は大きさ１ｍｍ未満の軽微な赤さびしか発生しなかった。これにより、実施例１は、比較例１、２に比べて防食材料の防食性能が優れていること、および耐食部材として高い耐食性を有していることが確認された。

第２の耐食試験では、実施形態の防食材料の擬合金層におけるマンガン含有量の影響を確認するため、第１の耐食試験と同様の方法で、マンガン添加量の異なるアルミニウム合金の線材を溶射材として用いて３種類の試験片（実施例２、実施例３、実施例４）を作製した。実施例２は、Ａ１０７０材に５ｍａｓｓ％のケイ素と０．７０ｍａｓｓ％のマンガンを添加したアルミニウム合金の線材を用い、実施例３、４は、それぞれ実施例２のアルミニウム合金のマンガン添加量のみを１．０４ｍａｓｓ％、１．２５ｍａｓｓ％に増量したものを用いた。これにより、実施例２、３、４の擬合金層におけるマンガンの含有量は、それぞれ０．１８ｍａｓｓ％、０．２８ｍａｓｓ％、０．３４ｍａｓｓ％となっている。

上記のアルミニウム合金のマンガン添加量のほかで、各試験片の作製方法が第１の耐食試験の場合と異なるのは、擬合金層を２００ｇ／ｍ^２とし、封孔処理層を５０ｇ／ｍ^２としている点のみである。

そして、第１の耐食試験と同じく、各試験片の試験面以外を塗装して乾燥させ、試験面の中央部にクロスカットを入れた後、各試験片に対し、ＪＩＳ Ｋ ５６００−７−９（２００６）のサイクル腐食試験方法のサイクルＡに準拠して１２０日間の複合サイクル試験を行った。各試験片の試験後に試験面を観察した結果、いずれの実施例も合成樹脂層（塗膜）の膨れや剥がれおよび鉄素地からの赤さびの発生がなく良好な状態を維持しており、実施例１と同様、防食材料の防食性能が優れ、耐食部材として高い耐食性を有していることが確認された。

Claims (3)

1. 鉄製または鋼製の基材の表面に対して適用され、
   前記基材の表面を覆う擬合金層と、前記擬合金層を覆う封孔処理層と、前記封孔処理層を覆う合成樹脂層とを有し、
   前記擬合金層は、亜鉛層と、ケイ素およびマンガンを含有するアルミニウム合金層とが混成されているものであって、前記ケイ素の含有量が１．２〜１．７ｍａｓｓ％であり、マンガンの含有量が０．１８〜０．３４ｍａｓｓ％である防食材料。
2. 請求項１に記載の防食材料で形成されている防食層を表面に有している鉄系の耐食部材。
3. 請求項１に記載の防食材料で形成されている防食層を表面に有している鋳鉄管。