JPH01138180A

JPH01138180A - セラミックスと金属の二重管製造方法

Info

Publication number: JPH01138180A
Application number: JP29620687A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Morimoto; 裕森本; Takashi Tanaka; 隆田中; Hiroyuki Honma; 弘之本間
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-11-26
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1989-05-31

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製造
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＋ｔ
！！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１１％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−ってあり、耐熱性、
耐摩耗性あるいは、１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か考えられている。しかし、
セラミックスは加工性か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
を拡大する上て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
在色々な研究機関てその接合方法についての研究か行わ
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バイブ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
いる方法がある。この様にすれば、コスト的にも安価で
あり、またセラミックスの持つ脆さは外側の金属部で補
うことがてきる。

現在、この様な二重管の製造方法としては、４、シ開閉
５８−］３４８８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（ｆｌａｔ　ｌ５ｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒ
ｅｓｓ以後節して旧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か示されている。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
らセラミックスの薄さに限りかあり、例えば内径１０ｍ
ｍ程度で厚さ１ｍｌ１程度の厚さのセラミックス層を持
つ二重管等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。

（発明か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
討を重ねた結梁、溶射方法とＩＩＩＰ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ディン
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つてきる技術として注
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
気孔か多数存在し緻密さの点ても問題かある。−方、１
１［Ｐ処理方法は高温高圧加圧処理により被膜の緻密化
に有効てあり、また静水圧加圧であるため曲面に対して
も加圧することかでき、更に金属粉末等の粉末焼結にも
有効である。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
とを見いだしたのである。

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）の外側にあらかじ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
金属粉末の中に埋設する。但しこの芯材は曲かっていて
もさらに枝別れしていてもかまわない。その後、ＨＩＰ
処理を行うことにより金属粉末を焼結しかつ、溶射被膜
と接合一体止することかでき、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しさらに金属粉末焼結体を
加工成形することにより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てきる。

すなわち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
の芯材を金属粉末中に埋設し、その後熱間静水圧加圧処
理し金属粉末の焼結と溶射被膜との接合一体止を同時に
行い、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、銅等必要に応して選択すればよい。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
Ｏ２、１ｒＯ３、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か
外面に溶射された芯材（以後、略して溶射材と呼ぶ）を
作製する必要かある。芯材の材質は後のＩＩＩＰ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
やすいものてあればよい。さらには後には除去されるべ
き鞠であるから、なるべく除去方法か容易でかつ安価な
材料であることか望ましい。また、ＩＩＩＰ処理におい
ては真空封入か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Ｐ処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
応して芯材の外径あるいは外寸法は、＠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Ａｌ２Ｏ，、ＺｒＯ□、
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４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か望ましい。これは１１１Ｐ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％薄くなるのて、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、ざらに溶射被
膜と母管となる金属粉末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。

次いて、この溶射材を真空封入用容器に装着し、その周
囲に二重管の母管となる金属粉末を充填する。ここで、
溶射材及び金属粉末を真空封入するのは、金属粉末を完
全に焼結するためと更に金属粉末と溶射被膜の接触面及
び溶射被膜を真空に保持し旧Ｐ処理の効果を充分に発揮
させるためである。この金属粉末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、この金属粉末の充填率は旧Ｐ処理による収縮量
を小さくするために約５０％以上にすることか好ましい
。第１図はこの金属粉末充填時の］二重の模式図、第２
図は真空封入後の容器の断面図である。

第１図および第２図中、■は母管となる金属粉末、２は
セラミックスの溶射被膜、３は芯材、４は真空封入用容
器、５は真空脱気用のパイプ、６は真空脱気用バイブ付
き上蓋である。ここでは芯材は中実円筒材である。この
場合、真空封入用容器の素材はＩＩＩＰ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、）ＩＩＰ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
選択する必要かある。尚、真空封入用の容器に溶射材を
装着、金属粉末を充填後上蓋を接合する際、電子ビーム
溶接等の真空中で行う接合方法を用いる場合は真空脱気
用のバイブ５は不用である。

このようにして真空封入した後にＩＩＩＰ処理を行う。

ＩＩＩＰ処理条件は外管およびセラミックスの溶射被膜
の材質による。例えば、外管か銅でセラミックスの溶射
被膜がＺｒＯ□の場合７００°Ｃ〜９００’Ｃ，１００
０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、金属粉末、溶射被膜、芯材は旧Ｐ処理
の加圧、加熱効果により焼結、一体化し、ざらに溶射被
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金属粉末焼結体の外側
の真空封入用容器も除去する。次いで母管となる金属粉
末焼結体を必要形状に成形、セラミックス内周も必要寸
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か出来る。

本説明ては、直管を例として説明したか、曲かった芯材
に溶射処理を行いその周囲に金属粉末を焼結、接合する
ことにより曲がり管の二重管も作製することが出来る。

（実施例）無酸素銅の内壁にＺｒＯ□＋８ＸＹ２（１＋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１０ｍ１
１、長さ＋１０Ｉｌｉの無酸素銅製の棒の表面に厚さ約
１＋ｎｍのＺｒＯ□＋Ｙ２Ｏ３溶射被Ｉ々を作製した。

溶射方法はプラズマ溶射法を用いた。さらにＺｒＯ□＋
Ｙ２Ｏ３溶射被膜表面に母管となる金属粉末とのに前件
を向上させるためにＮｉ−Ｃｒ系合金を厚さ約１００μ
田て溶射した。この溶射材を真空封入用の容器の中央に
装着する。後の母材となる銅の粉末な溶射材の周囲に充
填する。この際の銅粉末の充填率は、５０％程度である
。この後、本実施例ては電子ビーム溶接方法を用いて容
器の上蓋の接合を行い真空封止処理を行った。第３図に
本実施例の真空封入後の溶射材等の断面図を示す。図に
おいて、７は封入容器４の上蓋、８は電子ビーム接合部
、９はＺｒＯ□＋Ｙ２０：ｌ溶射層、１０はＮｉ−Ｃｒ
系合金下地処理層である。

この様にして真空封入した後、へｒ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、銅粉末の焼結
及び銅粉末と溶射被膜との密着化を行った。ＨＩＰ処理
条件は、９００８Ｃ，１２００気圧て１時間保持した。

ＩＩ　Ｉ　Ｐ処理後、切削により芯体を除去し、約１ｍ
ｍ厚さのＺｒＯ２＋　Ｙ２Ｏ：ｌ膜を内面に持つ二重管
を作製した。

このようにして作製したＺｒＯ７，＋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、溶射
材の周囲に充填された金属粉末を焼結しその内面に溶射
被膜を転写し、その結果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ては得られない特性
を持つ二重管を容易に得ることか出来１例えば耐熱性、
耐摩耗性、耐食性を必要とするノズルなどに適用するこ
とか出来、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図は溶射材及び金属粉末の真空１１入時の工程模式
図、第２図は真空封入用容器の断面図、第３図（ａ）は
実施例における真空封入後の容器断面図、第３図（ｂ）
は第３図（ａ）におけるＡＡ’断面図、第３図（ｃ）は
ＡＡ’断面の拡大図である。 ■・・・金属粉末、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
脱気用バイブ、６・・・真空脱気用バイブ付き上蓋、７
・・・上蓋、８・・・′ｊに子ビーム接合部、９・・・
ＺｒＯ２＋Ｙ２０ｚ溶射層、１０・・・Ｎｉ　−Ｃｒ系
合金下地処理層。

Claims

【特許請求の範囲】

　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金属粉末中に埋設し、その後熱間静
水圧加圧処理し金属粉末の焼結と溶射被膜との接合一体
化を同時に行い、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。