JPH01131081A - セラミックスと金属の二重管製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックス層を内面に有する二重管の作製
方法に係わり、さらに詳しくは耐熱性、耐摩耗性、耐食
性、耐溶融金属ぬれ性等を有するセラミックスの薄膜層
を内面に有する二重管の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 産業の進歩と技術の発展により、ますます高性能、高機
能な材料の必要性か高まっている。これらの要求からさ
まざまな新素材か開発され実用化に向けて研究されてい
る。セラミックスもその中の一つであり、耐熱性、耐摩
耗性あるいは、耐食性等に優れた機能を利用した、さま
ざまな分野への適用が考えられている。しかし、セラミ
ックスは加工性が乏しく脆いと言う共通した欠点をもっ
ており、これらの欠点かセラミックスの利用範囲を拡大
する上で妨げになっている場合も多い。これらの欠点を
補う方法として金属と接合複合化か考えられ、現在色々
な研究機関でその接合方法についての研究が行われてい
る。

ところて現在このセラミックスの利用方法の一つとして
、セラミックスを金属製のパイプの内側にコーティング
して耐熱性、耐摩耗性、耐食性等の優れた二重管として
用いる方法かある。この様にすれば、コスト的にも安価
てあり、またセラミックスの持つ脆さは外側の金属部て
補うことかてきる。

現在、この様な二重管の製造方法としては、特開昭５８
−１３４８８号公報に示されるようにセラミックスパイ
プの外側に金属製のパイプを配置し、しかる後に熱間静
水圧加圧（Ｈｏｔ　ｌ５ｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ以
後略して旧Ｐとする）処理方法を用いて強固に接合し二
重管を作る方法が示されている。しかしこの方法による
二重管は用いるセラミックスの加工上の問題からセラミ
ツスフの薄さに限りがあり、例えば内径］　Ｏｍｍ程度
で厚さ１ｍｍ程度の厚さのセラミックス層を持つ二重菅
笠薄肉のセラミックス層を持つ二重管を作製するのには
適当ではない。また曲がり管等の複雑な形状の二重管を
作製するのにも不適当である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はかかる現状を鑑み、耐熱性、耐摩耗性、耐食性
等に優れた薄肉のセラミックス層を内面に持つ二重管を
容易に製造する方法を提供するものである。

（問題を解決するための手段） 本発明者等は、上記の目的を達成すべく種々の実験、検
討を重ねた結果、溶射方法と旧Ｐ処理方法を利用して金
属製のパイプの内面にセラミックス層をコーティングす
る技術を考え出すに至ったのである。溶射方法は従来か
ら薄膜を曲面にもコーチインクできる技術として注目さ
れている技術である。しかし、細い管の内側へ溶射する
ことは技術的に限界がある。また、溶射被膜内には気孔
が多数存在し緻密さの点ても問題がある。−方、）ＩＩ
Ｐ処理方法は高温高圧加圧処理により被膜の緻密化に有
効であり、また静水圧加圧であるため曲面に対しても加
圧することがてきる。この二つの技術を組合せることに
より、管の内側にセラミックスの薄膜を持つ二重管を作
製することを見いたしたのである。

すなわち、中空あるいは中実の円筒芯材（以後、略して
芯材と呼ぶ）の外側にあらかしめセラミックスを必要厚
さに溶射し、しかる後に最終製品の二重管の母材となる
中空管に挿入する。その後、旧Ｐ処理を行うことにより
外側の中空管と溶射被膜とは加圧密着接合させることか
てき、同時に溶射被膜の緻密化も行われ溶射被膜の特性
改善も行える。その後、内側の芯材は切削あるいは溶融
除去することによって内面にセラミックス層を有する二
重管を作製することができる。

本発明の要旨は以下に説明する様に、あらかじめ外面に
セラミックスを溶射した中実あるいは中空円筒の芯材を
セラミックスを中空管に挿入後ＨＩＰ処理し一体化し、
しかる後に芯材を除去することを特徴とするセラミック
スと金属の二重管製造方法にある。

ここで、二重管の母材の材質は特に制限はなく鋼、ステ
ンレス鋼、銅等必要に応じて選択すればよい。また、内
面にコーティングされるべきセラミックスも溶射可能な
セラミックスであればいずれのものでもよく、その二重
管の必要な特性に応じて選択すればよく、例えばＡｌ２
Ｏ３、ＺｒＯ２、ＺｒＢ２等かあげられる。

（作用） 本発明を以下に詳細に説明する。本発明においては、ま
ず最終的に必要なセラミックスが外面に溶射された芯材
（以後、略して溶射材と呼ぶ）を作製する必要がある。

芯材の材質は後の旧Ｐ処理時に溶融しないような金属て
かつセラミックスが溶射されやすいものであればよい。

さらには後には除去されるべき物であるから、なるべく
除去方法が容易でかつ安価な材料であることが望ましい
。また、ＨＩＰ処理においては真空封入が不可欠である
ために、この芯材を真空封入のためのカプセルの一部に
使用する場合は、他のカプセルの部分と旧ＰＩＡ理時に
充分気密を保てる様な接合方法が適用可能な材料でなけ
ればならない。また、必要に応じて芯材の外径は最終製
品である二重管の内径よりも数％程度小さくし後のセラ
ミックスの切削代をみつもる。

溶射されるセラミックスは溶射可能なセラミックスであ
ればいずれのものでもよく、その二重管に必要な特性に
応じて選択すればよく、例えばＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、
ＺｒＢ２等があげられる。溶射方法は溶射されるセラミ
ックスに適した方法を用いればよく、なるべく溶射被膜
は緻密にすることが望ましい。これは旧Ｐによる寸法変
化をなるべく小さくするためである。溶射被膜の厚さは
後の旧Ｐにより数％〜数十％薄くなるので、最終必要膜
厚よりも厚くコーティングするとよい。この縮み量は溶
射被膜の気孔率に依存する。また、さらに溶射被膜と母
材との密着性を良好にするために、セラミックス溶射被
膜の上にさらに下地処理層を形成することも有効である
。

次いで、この溶射材を二重管の母材となる中空管に挿入
する。この母材の材質は特に制限はなく鋼、ステンレス
鋼、調停必要に応じて選択すればよい。また、この母材
となる中空管の内径は外管の寸法変化を小さくするため
に、できる限り溶射材の外径と等しくする事が望ましい
。第１図はこの挿入時の模式図およびその断面図である
。

第１図中、１は母材となる中空管、２はセラミックスの
溶射被膜、３は芯材である。ここては芯材は中実円筒材
である。つぎに、この溶射材か挿入された母材を真空封
入する必要がある。これは、母材と溶射被膜の接触面お
よび溶射被膜を真空に保持しＨＩＰ処理の効果を充分に
発揮させるためである。その方法の一つとして、第２図
に示す様に溶射材を母材に挿入したものをさらに真空封
入用の容器にいれて真空封入する方法かある。第２図は
溶射材を母材に挿入したものを真空封入用容器にいれた
後の容器の断面図である。

第２図中、４は真空封入用の容器、５は真空脱気用のパ
イプである。この場合、真空封入用容器の素材は旧Ｐ処
理温度において充分軟化し、かつ溶融しないものである
必要かある。また、容器作製の際に用いる接合方法は、
ＨＩＰ処理温度においても充分に気密性を保てるような
接合方法を選択する必要がある。尚、真空封入用の容器
に母材と溶射材とをいれた後に上蓋を接合する際、電子
ビーム溶接等の真空中て行う接合方法を用いる場合は５
の真空脱気用のパイプは不用である。またこの場合は、
容器と母材との隙間ばてきる限り小さくする。また、第
３図に示す様に、母材を真空封入用容器として用いる方
法もある。第３図中、６は容器状の母材、７は上蓋、８
は接合部である。このようにして真空封入した後に旧Ｐ
処理を行う。

ＨＩＰ処理条件は母材およびセラミックスの溶射被膜の
材質による。例えば、母材か銅てセラミックスの溶射被
膜がＺｒＬの場合７００°Ｃ〜９００°Ｃ１１０００気
圧以上、０．５〜１時間程度必要である。こうして真空
封入された母材、溶射被膜、芯材は旧Ｐ処理の加圧、加
熱効果により一体化し、さらに溶射被膜は緻密化する。

次いて、芯材を切削あるいは溶解等芯材の材質に適した
方法で除去、さらに必要に応じて母材の外周の容器も除
去する。最後に内外周を加工し必要寸法に仕上げる。こ
のようにして内面にセラミックス層を持つ二重管を作る
ことが出来る。

（実施例） 無酸素銅の内壁にＺｒＯ□＋８％Ｙ２Ｏ３被膜のコーテ
ィング層を持つ二重管を作製した。先ず直径１１０ｌｌ
１、長さ１１０ｍｍの無酸素銅製の棒の表面に厚さ約１
ｍｍのＺｒＯ□＋Ｙ２Ｏ３溶射被膜を作製した。溶射方
法はプラズマ溶射法を用いた。さらにＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ
２溶射被膜表面に母材との密着性を向上させるためにＮ
ｉ　−Ｃｒ系合金を厚さ約１００μｍで溶射した。この
溶射材を後の母材となる銅製の中空管に挿入する。

真空封入は第３図に示すような母材となる中空管を、直
接真空封入用の容器として用いる方法を用いた。第４図
に本実施例の真空封入後の母材、内管等の断面図を示す
。図において、９がｚｒ０２十Ｙ２Ｏ３溶射層、１０が
Ｎｉ　−Ｃｒ系合金下地処理層である。

この様にして真空した後、Ａｒガスを圧力媒体に用いて
旧Ｐ処理を行い、溶射被膜の緻密化及び母材との密着化
を行った。ＨＩＰ処理条件は、９００°Ｃ１１２００気
圧て１時間保持した。ＨＩ　Ｐ処理後、切削により芯棒
を除去し、約１ｍｍ厚さのＺｒＯ□＋Ｙ２Ｏ３膜を内面
に持つ二重管を作成した。

このようにして作成したＺｒＯ□＋Ｙ２Ｏ３層を内面に
持ちさらに鋼管とセラミックス層の間にＮｉ　−Ｃｒ系
下地処理層を有する銅パイプを、連続鋳造用の鋳型に利
用した結果、鋳造後セラミックス層の割れによる剥離等
はなく良好な接合部およびセラミックス層の特性を示し
た。

（発明の効果） 以上のように、表面にセラミックスか溶射された溶射材
に対して熱間静水圧加圧処理を用いることによりパイプ
の内面に転写することにより母材と密着性の良い緻密な
セラミックス層を内面に持つ二重管を作製することが出
来る。それにより通常の金属性のパイプでは得られない
特性を持つ二重管を容易に得ることが出来、産業上貢献
するところは大である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は溶射材を母材となる中空管に挿入した際
の模式図、第１図（ｂ）はその断面図、第２図は真空封
入用容器の断面図、第３図は真空封入用容器例で直接母
材を真空封入用容器に用いる場合を示した断面図、第４
図（ａ）は実施例における真空封入後の容器断面図、第
４図（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、第４図（Ｃ）は実施例の
溶射部の拡大図である。 １・・・母材、２・・・セラミックスの溶射被膜、３・
・・芯材、４・・・真空封入用容器、５・・・真空脱気
用パイプ、６・・・容器状母材、７・・・上蓋、８・・
・接合部、９・・・ＺｒＯ□十Ｙ２Ｏ３溶射層、１０・
・・Ｎｉ　−Ｃｒ系合金下地処理（，２＞　　第１図 第２図　　第３図 第 （＜２） ４図 （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. あらかじめ外面にセラミックスを溶射した中実あるいは
   中空円筒の芯材を中空管に挿入後、熱間静水圧加圧処理
   し一体化し、しかる後に芯材を除去して作製することを
   特徴とするセラミックスと金属の二重管製造方法。