JPH01198460A

JPH01198460A - コンダクターロールの製造方法

Info

Publication number: JPH01198460A
Application number: JP63022085A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Harada; 良夫原田; Takashi Oka; 岡　隆; Junichi Takeuchi; 純一竹内
Original assignee: Tocalo Co Ltd
Current assignee: Tocalo Co Ltd
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1989-08-10
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JP2728254B2

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、コンダクタ−ロールの製造方法に関し、とく
に鋼板の連続電気めっき処理に好適に用いられるコンダ
クタ−ロールの製造方法に関するものである。

また、本発明が対象としているコンダクターロ−ルは、
連続電解研磨処理（鉄鋼、非鉄金属類）や金属材料の電
解脱脂、電解脱スケール、アルミニウムおよびその合金
の陽極酸化処理の分野においても適用されるものである
。

〔従来の技術〕

一般に、薄鋼板への電気めっきは、被めっき鋼板を陰極
のコンダクタ−ロールを介してめっき槽中を所定の速度
で通過させることによって行うのが普通である。例えば
、第１図は連続電気めっき装置の概要を示すものである
。この装置において、被めっき鋼板ｐはまず、めっき液
ｌを満たしためっき槽ｔの中に入り、陰極のコンダクタ
−ロールｒと接触すると同時に、陰極としての電位を維
持しつつ上下（ときにはどちらか一方）に並列に設置さ
れている陽極ａの間を通過する。該被めっき鋼板ｐはこ
の陽極３間を通過中にめっきされ、その後槽外へ出て水
洗、乾燥などの工程を経て製品となる。

上述の如き装置に使用されるコンダクタ−ロールとして
は、その機能および耐久性の面から、３１通電性能がよ
いこと、ｂ、耐食性能に優れていること、Ｃ０耐摩耗性能に優れていること、という３つの点、ならびに安価であることなどが要求さ
れる。

これに対し、従来の電気めっき用コンダクタ−ロールは
、上記特性に対する配慮として次に示すような材質・構
造のロールが用いられてきた。

■　市販のハステロイＣ合金（１６Ｃｒ−４Ｗ−５Ｆｅ
−１７Ｍｏ−残Ｎｉ）製ロール。

■　鋼製ロール表面にＮｉやＣｒを電気めっきしたロー
ル。

■　耐食性のＮｉ基合金（例えばハステロイＣ合金）を
鋼製ロール表面に溶接肉盛したロール。

■　鋼製ロール表面に金属炭化物を溶射したロール。

しかしながら、このような従来コンダクタ−ロールは、
ある特定の特性には優れているものの、他の特性を満足
させ得ないという欠点を有していた０例えば；上記■のハステロイＣロールの場合、めっき液に対して
は優れた耐食性を発揮しても、軟質（Ｈｖ２００前後）
であるために通板材（鋼板）との接触によって短期間内
に摩耗損傷を受は易いという問題点と共に高価であると
いう欠点があり、上記■のＮｉまたはＣｒめっきロール
の場合、膜厚が薄いうえに酸性のめっき液に腐食され易
く、ロールとしての寿命が短いという問題点を抱えてお
り、また、上記■のＮｉ基合金を肉盛溶接したロールは、使
用中に接触する鋼板によって摩耗損傷を受けやすいとい
う欠点と共に、さらにめっき液の腐食作用によって溶接
時に生成した樹枝状組織がロール表面に浮き出る結果（
丁度マクロエツチングしたような状態となる）、この組
織模様がめつき鋼板に転写され、品質を甚だしく低下さ
せるという問題点があり、サラニ上記■ノ金属炭化物（ＷＣ，Ｔｉｃ、　Ｃｒ１Ｃ
ｚなど）を溶射したロールの場合、特に酸性の強いめっ
き液（例えばｐＨ２以下）中で使用すると、溶射皮膜の
気孔を通して侵入しためっき液によって母材の鋼製ロー
ルが腐食しこれが原因で溶射皮膜が剥離脱落するという
問題点があった。

なお、耐食合金を溶射することも考えられるが、溶射の
皮膜は特別の処理をしない限り、多孔質であるから前記
金属炭化物溶射皮自と同じく剥離脱落現象が著しいとい
う問題点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて、上掲の■に示した溶射被覆ロールの製造に当って
、ロール表面に金属炭化物や耐食合金を溶射する上記従
来技術の場合、次のような問題点があった。すなわち、
最近、生産性向上のため°にラインを高速化しているが
、こうした現状では高速化に伴い陰極電流効率（めっき
付着効率）を向上させるためにめっき液の低ｐＨ化を実
施しており、その結果、腐食が一層進行しやすくなって
いるのが実情であり、上述した課題は益々大きなものと
なっている。

要するに、本発明の目的は、耐食性および耐腐食摩耗性
がともに優れる安価なロールを製造できる技術の開発に
あり、それによって従来技術が抱えている上述した技術
的課題を悉く解決しようというものである。

〔課題を解決するための手段〕

玉揚の目的を実現するための有効な手段として本発明で
は、耐食、耐摩耗性材料を、低圧の無酸素（アルゴン）
雰囲気下で溶射被覆する方法、及びかかる溶射被覆の後
さらに熱間静水圧加圧処理を施す方法を提案する。

すなわち、第１の方法は、コンダクタ−ロールを実質的
に酸素を含まない低圧アルゴンガス雰囲気下において、
まずプラズマアークを用いて予熱してから耐食、耐摩耗
合金系溶射材料を溶射することにより、また場合によっ
てはさらにプラズマアークを使って得られた溶射皮膜を
溶融させることにより、酸化物を含まない無気孔で密着
性に富む溶射皮膜をロール表面に形成させる技術である
。

第２の方法として本発明は、上述のような処理によって
得られた無気孔溶射皮膜つきロールをさらに熱間静水圧
加圧処理することにより、より高密度化された無気孔溶
射皮膜を有するコンダクタ−ロールを低コストで製造使
用とする技術である。

〔作　用〕

以下に、前記課題解決手段に想到するに至った背景につ
いて詳述し、併せて本発明方法の具体的内容について説
明する。

さて、我々の知る一般的な溶射法というのは、大気雰囲
気中で溶射するので、溶射材料は加熱溶融に伴って酸化
物となる。このようにして得られた酸化物を含む溶射皮
膜は、一般に、塑性変形しにくくかつ脆い酸化物粒子を
介して結合した堆積層であるから、上記粒子間には気孔
発生の主因である微少な空間が存在する。その結果、こ
のような溶射層は、その後加熱したとしても上記酸化物
粒子の存在が障害となって金属粒子どうしの相互融合が
阻害されるからポーラスな皮膜しかできない、しかも、
金属粒子を取り囲む酸化物は、被処理材に対しても冶金
的結合作用の障害となるので、溶射材料成分が被処理材
表面に十分拡散浸透することなく、単なる機械的結合に
止まる。要するに、従来の皮膜は、かかる理由で剥離し
やすいのである。

なお、このような問題点を本質的に解決することなく、
単に溶射層を厚く形成したとしても、それは層が厚くな
るというだけであり、却ってその表・裏面における冷却
速度の違いに起因した内部応力を発生しやすくし、剥離
は一層容易になる。

従って、通常の大気溶射では０　、５　鶴以下、厚くて
も１．０鶴を上履る皮膜形成は行っていないのが実情で
ある。

そこで本発明では、溶射環境から酸素を除き、低圧のア
ルゴンガス雰囲気中で被処理材を予熱し、その後溶射す
る方法に想到した。その結果、溶射層を構成する金属粒
子は、酸化物を含まないのみならず粒子が相互に融合し
やすくなるために無気孔な溶射層を形成し、さらに被処
理材を予め予熱した場合には内部応力が熱的に解放され
るので、膜を厚くしても前述の如き問題は発生しないと
いう新たな知見が得られた。

さらに、酸化物粒子の存在がないので、被処理材の表面
では金属どうしが直接接触し、両金属が相互に拡散浸透
し易くなり、冶金的結合の強固な皮膜が得られるのであ
る。

次に、本発明方法の詳細を説明する。

第２図は、本発明製造方法を実施する際に用いる装置に
ついて示す、この図において、図示の符号１は溶射雰囲
気を画成するためのチャンバーである。このチャンバー
１には、排気用バルブ２、吸気用バルブ３が配設してあ
り、またチャンバー１内のガスを吸引する真空ポンプ４
が、雰囲気ガス中の粉塵類を除去するためのマルチサイ
クロン５およびフィルター６を介して接続しである。さ
らにこのチャンバー１には、内圧保持用のアルゴンガス
供給管７、コンダクタ−ロールである被処理材冷却用の
アルゴンガス冷却管８、および溶射ロボットモータ冷却
のために用いるアルゴンガス冷却管９が取付けられてい
る。

上記チャンバー１内には、プラットフォーム１０が設置
してあり、そのプラットフォーム１０上には、溶射ロボ
ット１１と回転台１２が設置してあり、その回転台１２
上には被処理材（コンダクタ−ロール）１３が設置され
る。そして、該被処理材１３に対しては、温度計測用の
熱電対１４が、また溶射ロボット１１の先端部には溶射
ガン１５がそれぞれ取付けてあり、いずれもチャンバー
１の外から制御できるように構成しである。前記溶射ガ
ン１５には、雰囲気調整も考慮しプラズマ発生ガスとし
てアルゴン。

水素、窒素などの非酸化性ガス類を用いる。そして、こ
の溶射ガン１５と被処理材１３とはチャンバー外に接続
され、両者は必要に応じて極性が変えられるようになっ
ている。　゛次に、上記装置を使って硬質の耐食、耐摩耗溶射材料を
溶射被覆する方法について具体的に説明する。

（１）　　チャンバー１に取付けられている吸・排気用
バルブ２．３およびアルゴンガス供給管７を閉とした後
、真空ポンプ４を作動させてチャンバー１内の空気を系
外に排出し、内圧をｌＸｌ０−”〜１０−”ｍｂｒ（ミ
リバール）とする。

（２）次に、アルゴンガス供給管７を開とし、チャンバ
ー１内に内圧：　６０　ｍｂｒ程度の希薄なアルゴンガ
ス雰囲気を構成する。

（３）その後、再び真空ポンプ４を作動させてチャンバ
ー１内のアルゴンガス圧力を２０　ｍｂｒとした後、溶
射ガン１５を作動させてプラズマアークを発生させると
共にそのアークの先端を被処理材の表面近傍へもって行
き、該被処理材を加熱する。

（４）　　この被処理材の加熱は、外部電源の接続を、
溶射ガン１５の方を陰極とし被処理材１３の方を陽極と
して、プラズマアークを被処理材１３の表面を数回措定
させることにより行う。この処理によって被処理材１３
の表面は清浄化されるとともに加熱、昇温され、被処理
材１３の予熱が果たされる。予熱の温度は、通常５００
〜９００℃が適温であるが、材質の機械的性質に悪影響
を与えない限り任意に選択できる。

（５）　　なお、前記工程（３）と（４）の処理時、冷
却用のアルゴンガス供給管７は開とし、熱電対によって
指示される温度を監視しながら被処理材１３が過熱され
ないように制御する。もっとも、たとえ過熱されても雰
囲気中には酸素が含まれていないため該被処理材１３が
酸化されるおそれはないが、過熱による基質の冶金的変
化を少なくする意味で上記温度制御は必要である。

（６）　　被処理材１３の表面を清浄にするとともに予
熱を完了したら、再びアルゴンガス供給管７を開として
チャンバー１内の圧力を２００ｍｂｒとする。

（７）その後、溶射ガン１５の極性を陰極から陽極へ、
また被処理材１３の方を陽極から陰極へそれぞれ切換え
、硬質溶射材料を被処理材１３の表面へ所定の厚さに溶
射する。

このようにして被覆形成した溶射皮膜は、雰囲気中に酸
素がないため酸化物をほとんど含まず、無気孔で緻密な
状態を呈し、大気中のプラズマ溶射皮膜特有の微小金属
粒子が堆積したような組織とは異なるものである。その
うえ、該溶射皮膜は酸化物を含まないために被処理材１
３の基地との結合も緊密であり、被処理材１３の予熱温
度および硬質溶射材料の化学組成の選択によっては両者
を冶金的に結合させることもできる。

本発明の別の工程例として上記（７）の処理後、引き続
き次のような処理を行えば、溶射皮膜の被処理材１３へ
の冶金的結合は一層確実なものとなる。

すなわち、（８）　　（？）の処理後、溶射材料の供給を中止して
プラズマアークだけを発生させ、これを再び溶射加工面
へ近づけて生成した溶射皮膜を加熱溶融させる。

（９）溶射皮膜を厚くするには、（７）の処理によって
溶射厚さを大としてもよいが、（７）と（８）の処理を
繰返すことによっても可能である。

ａ＠　本発明のさらに別の工程例として、上記（８）の
処理後に再び（７）の溶射処理を繰返して溶射皮膜を被
成させることもできる。

αＤ　　（７）、　（７）＋（８）または（？）　＋　
＋８）　＋　Ｑｌの処理が終了すれば、真空ポンプ４と
供給アルゴンガス量を調整してチャンバー１内のガス圧
力を１０　ｍｂｒ程度とした後、再びアルゴンガスをチ
ャンバー１内に導入して　１００ｍｂｒ圧力とし、この
ままの状態で３０〜６０分間放置する。

この処理中は常に真空ポンプ４を動かし、新しいアルゴ
ンガスを外部から供給しているため、被処理材１３の温
度は次第に低下してくる。

（ロ）３０〜６０分間放置後、アルゴンガス供給量を大
とし、大気圧程度にするとともに真空ポンプ４の運転を
中止する。次いで、吸気用バルブ３および排気用バルブ
２を開として、大気とチャンバー１内の圧力差がなくな
ったことを確認してから該チャンバー１の蓋を開き、被
処理材１３を外に取り出す。

このようにして各工程を経て被処理材表面に形成された
溶射皮膜は、粒子間および基材との結合力が非常に大き
いため、１〜２ｆｉの厚膜でも剥離することはなく、次
のようなＣｏ系もしくはＮｉ系の耐食、耐摩耗性溶射材
料を適宜選択してコンダクタ−ロール表面へ被覆形成さ
せることができる。

第　　１　　表なお、上記溶射層をその後加熱して溶融させる処理を施
す場合、被処理部材をマイナスに印加しておくと、表面
がより清浄化されるので、溶射時の必須工程であるブラ
スト処理を施すまでもなく溶射作業の続行が可能である
。また、この溶射・層の加熱溶融に際しては、被処理材
に熱電対を取付け、冷却用アルゴンガスを冷却管８を通
じて供給することによってその温度を制御すれば、被処
理材の材質に熱的な悪影響を与えることはない。

以上説明したような方法によって溶射被覆処理したコン
ダクタ−ロールは、その表面に従来の溶射層（皮膜）と
は全く異なった“緻密で高密着性の皮膜”を形成してい
るので、長期間にわたって優れた耐食性と耐摩耗性を発
揮し、従来の大気溶射ロールの欠点を完全に解消できる
。

しかも、本発明は、低圧の無酸化雰囲気下、溶射によっ
て得られた無気孔皮膜の特性を利用し、かかる溶射皮膜
を熱間静水圧加圧処理することによって、−段と質の高
いコンダクタ−ロールを製造することができる。

この熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）処理は、第３図に示すよ
うな装置を利用して行う。この装置は主として、圧力容
器３１、上蓋３２、下蓋３３及び断熱材層３４から構成
されており、その高圧容器（圧力容器３１）中に収容さ
れている電気炉中の支持台３６上に被処理材（コンダク
タ−ロール）３５を設置し、その周囲にアルゴンガスを
充満させるとともにヒータ綿３７によって加熱し、ガス
圧と高温を同時に被処理体に加える装置である。

なお、このような雰血気調整の可能な装置を用いること
なく、大気中で溶射を行うと、皮膜が多孔質になると共
に貫通孔を多く含んでいるために加熱はできても皮膜へ
の加圧ができないという欠点があった。このため、従来
はわざわさ多額の費用をかけて被処理体の外周に密接す
る金属製容器を製作し、これを通じて加熱、加圧する必
要があった。この加熱、加圧処理の後は再びこの金属製
容器を機械的に除去させる必要がある。

これに対し本発明で得られる溶射皮膜は無気孔であるた
め、直接績ＨＩＰ処理が可能であり、−段と高い緻密性
とロール母材との密着性にすぐれた性質のコンダクタ−
ロール皮膜が得られる。

〔実施例〕

実施例１以下に、直径１００鶴、長さ５００ｍｍのＪＩＳ　Ｇ３
４４５（１９８３）　ＳＴＫＭ１３Ａ製コンダクタ−ロ
ールに本発明の製造方法を適用して厚さ１．２ｍｍの溶
射皮膜を形成した例を説明する。

まず、前記コンダクタ−ロールを収容するチャンバー内
を、内圧２０　ｍｂｒの低圧アルゴン雰囲気に調整し、
プラズマアークを発生させてロールの予熱を行い、引続
き第２表に示すような３種の溶射材料を溶射した。なお
、使用した溶射材料は、第２表に示すような成分組成の
Ｃｏ基（Ａ、Ｂ）及びＮｉ基（Ｃ）合金で、前者は硬質
材料、後者は比較的軟質の材料である。これらはともに
すぐれた耐食性を示すものである。

これに対し、同じ溶射合金を用いて大気プラズマ溶射に
より厚さ１．０鰭の皮膜を形成させたものを比較例とし
て説明する。

そこで、上述の如き本発明法、従来法の適用によって得
られた溶射被覆ロールを用い、構造用鋼板（厚さ０．３
ｍ）の連続電気亜鉛めっき及び錫めっきを実施してその
特性を調査した。第３表は両めっき液の化学組成及びめ
っき条件を示したものであり、いずれも強い酸性を有す
るうえ、高い電流密度でめっき処理をしており、コンダ
クタ−ロールとしては極めて厳しい環境と言えるもので
ある。また、第４表は、連続１０００時間運転した後、
該コンダクタ−ロールをめっき液より引上げ、その表面
を観察した結果を示すものである。この第３表が示す結
果から明らかなように、本発明方法で溶射被覆したロー
ルは、溶射材料Ａ、Ｂ、Ｃを問わず、又溶射したままの
もの及びその溶射皮膜をプラズマアークで加熱、溶融し
た皮膜とも全く健全な状態を維持していた。これに対し
比較例の溶射ロールは、皮膜の４０％以上が剥離脱落し
、ロール表面皮膜としての機能を消失していた。

実施例２上記実施例１に示したものと同じ寸法、同じ素材のコン
ダクタ−ロールに対し、上述したと同じ方法によって溶
射材料Ｂ、Ｃの溶射皮膜を形成させ、引続きこの皮膜つ
きコンダクタ−ロールを、１０５０℃−５００気圧のＨ
ＩＰ処理を施した。

次いで得られたコンダクタ−ロールについて、上記実施
例１と同じ電気めっき液中で２０００時間運転した後、
その表面を観察したが、全く異常は認められず、さらに
長期間にわたって使用できることが確認された。

この実施例では、大気中溶射ロールは比較しなかった。

その理由は、実施例１の連続めっき条件と同一であり、
又この条件では大気中溶射ロールの寿命が極めて短期間
であったためである。

第　　２　　表第　　３　　表第　　４　　表〔発明の効果〕以上説明したように、低圧無酸化環境下で耐食。

耐摩耗性材料をプラズマ溶射する本発明製造方法によれ
ば、無気孔で母材との密着性がよ（、強酸性のめっき液
中でも長期間にわたって使用することができるコンダク
タ−ロールを安価に製造することができる。また０本発
明は、上記溶射被覆後のロールをさらに熱間静水圧加圧
（ＨＩＰ）処理することにより、−段と皮膜密度と密着
性との向上したコンダクタ−ロールを安価に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、コンダクタ−ロールを使用した鋼板の連続電
気めっき層の路線図、第２図は、低圧無酸化雰囲気した溶射装置の路線図、第３図は、熱間静水圧加圧装置の路線図である。ｌ・・・チャンバー、２・・・排気用パルプ、３・・・
吸気用バルブ、４・・・真空ポンプ、５・・・サイクロ
ン、６・・・フィルター、７・・・アルゴンガス供給管
、８・・・被処理体冷却用アルゴンガス供給管、９・・・
ロボットのモータ冷却用アルゴンガス供給管、１０・・
・プラットフォーム、１１・・・溶射ロボット、１２・
・・回転駆動装置、１３・・・被処理体、１４・・・温
度計測用熱電対、１５・・・溶射ガン、１６・・・直流
電源、１７・・・切換スイッチ、３１・・・圧力容器、
３２・・・上蓋、３３−・・下蓋、３４・・・断熱材層
、３５・・・被処理材、３６・・・支持台、３７−・・
ヒータ線、３８・・・溶射金属被覆層。

Claims

【特許請求の範囲】１、予熱した鋼鉄製ロールの表面に、Ｃｏを主成分とし
てこれにＣｒ−Ｗ−Ｃ−ＦｅもしくはＣｒ−Ｃ−Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｍｏを加えた合金、あるいはＮｉを主成分として
これにＣｒ−Ｗ−Ｆｅ−Ｍｏを添加した合金よりなる耐
食、耐摩耗性溶射材料を、低圧の実質的に酸素を含まな
い雰囲気中で溶射被覆することを特徴とするコンダクタ
ーロールの製造方法。２、上記溶射被覆の処理によって
得られる溶射皮膜を、同じ雰囲気下においてプラズマア
ーク加熱を施して溶融することにより、実質的に酸素を
含まない無気孔の溶射皮膜を形成させることを特徴とす
る請求項１に記載のコンダクターロールの製造方法。３、予熱した鋼鉄製ロールの表面に、Ｃｏを主成分とし
てこれにＣｒ−Ｗ−Ｃ−ＦｅもしくはＣｒ−Ｃ−Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｍｏを加えた合金、あるいはＮｉを主成分として
これにＣｒ−Ｗ−Ｆｅ−Ｍｏを添加した合金よりなる耐
食、耐摩耗性溶射材料を、低圧の実質的に酸素を含まな
い雰囲気中で溶射被覆し、その後溶射被覆ロールを熱間
静水圧加圧処理することにより高緻密化溶射皮膜を形成
させることを特徴とするコンダクターロールの製造方法
。４、上記溶射被覆の処理によって得られる溶射皮膜を、
同じ雰囲気下においてプラズマアーク加熱を施して溶融
することにより、実質的に酸素を含まない無気孔の溶射
皮膜を形成させることを特徴とする請求項３に記載のコ
ンダクターロールの製造方法。