JPH024952A - 通電性に優れるコンダクターロールの製造方法およびコンダクターロール - 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、鋼板の連続電気めっき装置に配設するコンダ
クタ−ロールに関し、とくに耐食性、耐摩耗性および通
電性に優れるコンダクタ−ロールの製造方法とその方法
の実施下に得られるコンダクタ−ロールそれ自体につい
ての提案である。

なお、この発明の適用の範囲は、上記電気めっき装置に
限定されるものではなく、例えば連続電解研磨処理や電
解脱脂処理、電解スケール処理、陽極酸化処理の分野に
おいて用いられるロールに対しても適用し得る技術であ
る。

〔従来の技術〕

従来、電気めっき装置に用いられているコンダフタ−ロ
ールとしては、次に示すような材質・構造のものが一般
的なものである。

■　市販のハステロイＣ合金（１６Ｃｒ−４１ｉ１−５
Ｆｅ−１７Ｍ。

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や耐食合金を溶射した
ロール。

しかしながら、これらのコンダクタ−ロールは、通電性
や耐食性といったある種の一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。

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（１１ｖ２００前後
）であるために通板材（＠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Ｎ１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欠点を抱えてお
り、 また、上記■のＮｉ基合金を肉盛ン容接したロールは、
使用中に接触する鋼板によって摩耗損傷を受＆−１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、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欠点があり、 さらに、上記■の金属炭化物（すＣ，ＴｉＣ，Ｃｒ５Ｃ
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
欠点があった。

また、耐食合金の溶射皮膜の場合、特別の処理をしない
限り多孔質であるから、上記金属炭化物溶射皮膜と同じ
く工１１離脱落現象が著しいという欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて、玉揚の各ロールのうち、このロールの表面に金属
炭化物や耐食合金を溶射したコンダクタ−ロールの場合
、次のような製造上および材質上の問題点があった。す
なわち、コンダクタ−ロール製造ラインの速度は、最近
、生産性向上のために高速化しているが、高速化に伴う
陰極電流効率（めっき付着効率）を向上させる必要性か
らめっき液の低ｐＨ化が不可欠であった。

その結果、腐食が一層進行しやすくなっており、また、
金属炭化物それ自体は耐食性に冨んでいるものの、それ
の溶射皮膜の場合、溶射を大気中で行うこともあって気
孔を生成しやすい状態にあった。したがって、母材の腐
食が起こりやすく、また金属質のものに比べると電気抵
抗が大きくなって、電流効率が悪いという問題点があっ
た。

要するに、本発明が解決しようとする課題は、従来のコ
ンダクタ−ロールが抱えている、■めっき液による腐食
作用に対して弱く、■腐食摩耗性に乏しく、そして■電
気抵抗が大きく通電効率が悪い、という問題点の克服に
ある。

すなわち、本発明はこの点について有利な解決手段を与
えることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、ＺｒＢ２および
１゛ｉ　Ｂ２を最好適例とする非酸化物系セラミックス
溶射材料に着目し、この材料を低圧のアルゴンガス雰囲
気下で溶射することによって、鋼鉄製ロールの表面に耐
食性、耐腐食摩耗性および電気伝導性がともに優れる溶
射皮膜を被成するというコンダクタ−ロールの製法に想
到した。

すなわち、かかる製法においては、電気抵抗が小さいＺ
ｒＢ２およびＴｉＢｚなどの硼化物を、低圧の実質的に
酸素を含まない、いわゆるアルゴンガス雰囲気下でプラ
スマ溶射する方法であるから、ロール表面に形成する皮
膜が硬質、高耐食性になることは勿論のこと、ＺｒＢｚ
およびＴｉＢ２が有する特性を損なうことなく、すなわ
ち硼化物が酸化物に変わることなく、緻密な皮膜の形成
に有効である。

〔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、併せて本発明製造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、ポーラスな皮膜しかできない。

もちろんこれは金属材料を溶射した際の一般的な現象で
あるが、非酸化物系のセラミックス、例えば炭化物、硼
化物、窒化物などを同じように大気中で溶射した場合も
同じように酸化物への変化があり、形成された溶射皮膜
はすべて酸化物との混合体となっているのが普通である
。

このために従来は、炭化物、ｌＡｌ１化物あるいは窒化
物が有する固有の緒特性（高硬度、高耐摩耗性高耐食性
など）を損なわずにこれを皮膜化することは困難とされ
ていたのである。

そこで、本発明では、もともと卓越した特性を有する非
酸化物系セラミックスに着目すると同時に、なかでもＺ
ｒＢｚおよびＴｌＢ２の如き硼化物に着目し、これを溶
射材料とし、一方、溶射環境からは酸素を除いて低圧の
アルゴンガス雰囲気を用い、その中で被処理材をまず加
熱、その後ひきつづき同環境中にて溶射するという方法
を開発した。

本発明において、溶射材料として、ＺｒＢ２およびＴｉ
Ｂｚの如き硼化物を最好適例として選定した理由は、こ
れら硼化物は、他の非酸化物系セラミ・ノクス材料と同
等の硬さを有する一方で、電気抵抗については他のセラ
ミックスに比べると非常に小さく、金属に匹敵する程の
特性を示すからである。

第１表に、かかるＺｒＢｚおよびＴｉＢｚの一般的特性
について、主要な金属および非酸化物系セラミ・ノクス
材料と対比して示す。

以上説明したように、本発明方法の下で得られる溶射皮
膜は、酸化物を全く含まず、溶射材料そのものの性質を
損なわないばかりか、溶射粒子が相互に融合しやすいの
で、無気孔な溶射層を形成するのに有効である。しかも
、溶射に先立って被処理材を予め加熱する場合には、そ
のロール上に形成される溶射皮膜は内部応力が熱的に解
放されたものであるから、たとえ皮膜を厚くしても剥離
するようなことが全くない。

つぎに、本発明の具体的な製造方法の詳細を説明する。

第１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
バー外にて電気的に接続することによって、必要に応じ
て極性が変えられるようにしである。

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ｌＸｌ０−２〜１０−３ｍｂｒ　（
ミリバール）トスル。

（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（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
状態を示すので、コンダクターロルとして使用する場合
には通電効率の高い皮膜となる。

つぎに、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、−層緻密な溶射
皮膜を得ることができる。

すなわち、 ｆ８１　　（７＋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。

α０）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。

Ｑｌｌ　　（７１，（７１＋（８）または（７１＋　（
８１＋α０）ノ処理が終了すれば、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。

αり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、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、１〜２鰭の厚膜でも剥離することはなく、コンダ
クタ−ロール表面へ被覆形成させることができる。

〔実施例〕

実施例１ この実施例は、直径１００Ｎ、長さ５００龍のＪＩＳＧ
３４４５　（１９８３）　ＳＴＫＭ１３Ａ製コンダクタ
−ロールに、本発明方法により厚さ１．１鶴の溶射皮膜
を形成した例をである。

まず、上記コンダクタ−ロールを収容するチャンバー内
を、酸素を吸引除去した後、２０　ｍｂｒの低圧アルゴ
ン雰囲気に調整し、次いで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１ｒＢｚ　＋ＴｉＢ２粉末
を溶射した。

一方、比較例として、ＺｒＢ、およびＴｉＢ、粉末をそ
れぞれ大気中でプラズマ溶射したものと、第２表に示す
ような耐食合金を大気中で溶射したロールとを準備した
。これらの比較ロールの皮膜厚さは０．９鰭である。

次に、本発明の溶射皮膜および大気中で形成した溶射皮
膜（比較例）を被覆したコンダクタ−ロールを用い、装
置により構造用鋼板（厚さ０．３ｎ）の連続電気亜鉛め
っき及び錫めっきを実施してその皮膜性能を調査した。

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、本発明方法の実施によって製造した溶射被覆ロー
ルは、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、溶融したものとも全く健全な状態を維持
していた。これに対して比較例のコンダクタ−ロールは
、皮膜の４７％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。

なお、本発明コンダクタ−ロールに被成した溶射皮膜は
、溶射したままのものおよび溶射後これを加熱溶融した
ものとも、マイクロビッカース硬さで１０００以上の値
を示した。このため連ｖｔ１０００時間の運転によって
常にその表面が鋼板と接触しているにも拘わらず、摩耗
損傷の兆候は全く認められず、耐腐食摩耗性に優れてい
ることも確認された。

第　　４ 表 実施例２ この実施例では、コンダクタ−ロールの通電効率を調査
した。すなわち、この調査は、電気めっきを行う際に、
通電した電気量とめっき鋼板上に析出しためっき金属肪
を測定することによって、コンダクタ−ロールとしての
効率を調べたものである。電気めっき液の種類およびめ
っき条件は、第３表に示した通りのものであり、また比
較例のロール皮膜は実施例１と同様である。

第５表は、この調査結果を示したもので、本発明にかか
るコンダクタ−ロールはきわめて優れた通電効率を示し
、亜鉛めっき液および錫めっき液とも９６％以上である
。これに対し、比較例のロールは、本発明方法と同質の
ＺｒＢ２．　ＴｉＢｚを溶射したとしても、効率が極め
て低く８０〜８７％の範囲を示した。この原因は、大気
中で形成された陽極は多孔質であるうえ、酸化物へ変化
した粒子が多く、電気抵抗の高い皮膜を形成したためと
考えられる。

Ａ、Ｂ、Ｃのような金属を溶射したロールが予想以上に
効率が悪いのも、酸化物の混入と皮膜の多孔質性が大き
く影響しているものと思われる。

第 表 て得られる本発明のコンダクタ−ロールは、その表面に
形成した皮膜、すなわち無気孔で母材との密着性に冨み
、強酸性のめっき液中でも長期間にわたって優れた耐食
性、耐腐食摩耗性を発揮するとともに、皮膜の作用によ
りロール寿命が長く、また高い通電効率を示す皮膜の作
用により、連続電気めっき鋼板の品質を向上させるばか
りか、その低コスト化にも大きな効果を発揮する。

（備考）通電効率（ｙ）の計算は次のようにして実施し
た。

〔発明の効果〕

以上説明したように、低圧非酸化環境下でＺｒＢ２Ｔｉ
Ｂ２などの硼化物をプラズマ溶射することによっ

【図面の簡単な説明】

第１図は、低圧無酸化雰囲気下で溶射できる装置の路線
図である。 １・・・チャンバー、２・・・排気用バルブ、３・・・
吸気用バルブ、４・・・真空ポンプ、５・・・サイクロ
ン、６・・・フィルタ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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理すべき鋼鉄製ロールを、低圧の実質的に酸素を
   含まない雰囲気中で加熱し、引続き同じ雰囲気中におい
   て、予熱後の上記ロールの表面に、非酸化物系セラミッ
   クスを溶射被覆することを特徴とする通電性に優れる皮
   膜を有するコンダクターロールの製造方法。２、低圧の
   実質的に酸素を含まない雰囲気中で被覆すべき鋼鉄製ロ
   ールを加熱し、引続き同じ雰囲気中において、予熱後の
   上記ロールの表面に、非酸化物形のセラミックスを溶射
   被覆し、その後、同じ雰囲気下において上記皮膜をプラ
   ズマアーク加熱して溶融もしくは半溶融状態にすること
   により、実質的に酸素を含まない無気孔溶射皮膜に改質
   することを特徴とする通電性に優れる皮膜を有するコン
   ダクターロールの製造方法。 ３、請求項１もしくは２に記載の方法にもとづいて製造
   されるものであって、鋼鉄製ロールの表面にＺｒＢ＿２
   もしくはＴｉＢ＿２の如き硼化物の溶射皮膜を被成して
   なる耐食性、耐摩耗性および通電性に優れるコンダクタ
   ーロール。