JPH0270053A - 金属構造物のアルミニウムマトリックス複合皮膜の形成方法 - 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、金属表面に耐食性および耐機械摩耗外皮膜を
形成する方法、更に詳しくは、スチール構造物にアルミ
ニウムマトリックス複合皮膜を形成する方法に関する。

（従来の技術） 腐食および機械磨耗に対する保護を与えるためにスチー
ル構造物上にアルミニウム皮膜を形成することが知られ
ている。このような皮膜は海洋的、工業的または都市に
おける腐食が機械的摩耗と関連するあらゆる環境におい
て使用されている。このような皮膜は、特に、典型的に
は亜鉛および純アルミニウムワイヤを用い加熱溶射法に
よって形成され、アルミニウムが塩水に対して高い耐久
性を示す海洋環境において上記目的に使用される。

かかる方法は今日でも使用されている。

純アルミニウムは幾分陰極的保護を与えるが、主として
比較的低い強度と耐摩耗性を有するバリヤー皮膜として
機能するに過ぎない。この問題を解決するために、スチ
ール支持体（基体）に高い陰極的保護を与えるだけでな
く良好な耐摩耗性を与えるためにアルミニウムマトリッ
クス複合組成物クス複合材料を直接火炎溶射するかまた
はアーク溶射することによって、アルミニウムマトリッ
クス複合皮膜を、金属構造物に形成する方法である。

本発明において使用する上記予備成形材料としては、ワ
イヤまたはロッド状のものが好ましく、これらは火炎溶
射またはアーク溶射のための供給材料として作用する。

金属マトリックス複合物は当該技術分野ではよく知られ
ており、内部に粒状固形充填材が分配された金属マトリ
ックスから成形される。上記充填材は繊維状または粒状
材料であって、金属マトリックスに混合され、全体に分
配可能であり、また、少なくとも混合された時に金属へ
の溶解または化学結合によって形状または同一性を失う
ことなく実質的に結合性を維持できる。

アルミニウムおよびアルミニウム合金製品の強度が、繊
維状または粒子状の固形充填材を、短く非連続的に多少
ランダムな方向性を有する粒子の形態で混合することに
よって非常に強化され得ることは知られている。多くの
適用例では、金属製がスチール支持体上の皮膜として使
用されてきた。

これら皮膜は従来、被覆される支持体の」二に溶融金属
体を、スプレーに導入される粒状耐火物またはセラミッ
ク粒子とともに火炎溶射するという技術によって形成さ
れてきた。金属粉末を耐火物またはセラミック粒子とと
もに火炎溶射する技術もまた使用されてきた。上記の火
炎溶射技術のかわりに加熱溶射またはプラズマ溶射を使
用することも知られている。上記技術は商業的操作では
制御が非常に困難であり、また皮膜全体に耐火物または
セラミック粒子を均等に分配することが最も困難である
。特に、付着が弱く、また高い皮膜多孔性および全体と
して不安定な皮膜構造を有する点で問題があった。

（発明の目的） 本発明の目的は、金属構造物上に改質されたアルミニウ
ムマトリックス複合皮膜を形成する方法を提供すること
である。

（発明の構成） 本発明は、予備成形されたアルミニウムマトリツ品全体
に実質的に均等に繊維を分配させることが知られている
。

上記目的のために用いられる固形充填材の例として、ア
ルミナ、二硼化チタン、シリカ、ジルコニア、炭化ケイ
素、窒化ケイ素等が挙げられる。

例えば、アルミニウムーＴ　ｉ　Ｂ　を複合物は、高強
度および／または高耐摩耗性を必要とする皮膜に使用さ
れている。

本発明方法の供給材料として利用されるアルミニウムマ
トリックス複合材料は当該技術分野における常套の技術
によって形成され、典型的に５〜６０容量％の耐火物ま
たはセラミック充填材を含有する。５〜４０容量％の範
囲の充填材が好ましく、ｌＯ〜２０容量％の範囲が特に
好ましい。該皮膜は、好ましくは５０〜５０００ミクロ
ンの範囲の厚さで形成される。

処理される支持体は典型的には鉄系金属、例えばスチー
ル構造物である。本発明によって被覆され得る他の支持
体は、熱処理可能な高強度アルミニウム合金構造物、例
えばＡＡ　　７０００ンリーズ合金を含む。このような
アルミニウム合金は時々使用中に応力腐食することがあ
る。

処理される支持体の表面は、好ましくは、例えばアルミ
ナ粒子を使用するグリッドブラスト仕上によって調製さ
れる。皮膜を形成する前に表面水分を除去するために支
持体を少なくとも約１２０℃に予熱することが必須では
ないが有益であることが見出された。もちろん、上記方
法は常に適しているわけではなく、特に海洋的被覆には
適していない。いくらかの例では、アルミニウムマトリ
ックス複合皮膜を形成する前に従来のアルミニウムめっ
きをによって支持体を下塗することもまた有益であり得
る。

驚くべきことに、本発明の方法によって形成される複合
皮膜は、従来の方法によって得られる複合皮膜よりも一
般に優れていることが見出された。

特に、本発明によって得られる複合皮膜は、改善された
付着性、低い多孔性、全体的に健全な構造を有する。

下記の実施例は本発明の好ましい特性を示すも（実施例
２） 本発明の方法によって生成された複合皮膜と先行技術の
方法によって生成された複合皮膜を比較するために試験
を行った。

Ａ０本発明の方法 実施例１と全般的に同様の方法に従って、ＡＡ６０６１
アルミニウム合金中に均等に分配して炭化ケイ素粒子的
ＩＯ容量％を含有するキャストインゴットを得た。

該インゴットを延伸して、直径約２　、３　ｍｍのワイ
ヤにし、これをアーク溶射法用の供給材料として使用し
た。

フラットバー形のスチール支持体を使用し、上記インゴ
ットから成形した一対の供給ワイヤ間にアークを起こし
た。アークは上記スチールバーからｌ０ｃｍの距離に保
ち、１５０アンペアのアーク電流を使用した。約３００
０．：クロンの厚さを有する皮膜を上記フラットバー上
に付着させた。

該生成物を金属顕微鏡試験にかけ、得られた結果を第２
図に示す。

のである。

（実施例Ｉ） キャストインゴットを全体に均等に分配される炭化ケイ
素粒子約１５容量％を含有するＡＡ　　１３５０　アル
ミニウムから成形した。上記インゴットは、１９８７年
１１月５日公開のＰＣＴ出願ＷＯ３７１０６６２４に開
示の方法によって形成した。上記インゴットを押出し、
延伸して直径約２゜３ｍｍのワイヤにし、そしてこれを
アーク溶射法用の供給材料とする。

スチール支持体はスチール円筒体で使用し、上記アルミ
ニウムマトリックス複合材料から成形した一対の供給ワ
イヤ間にアークを起こした。該円筒体が回転している間
、該アークを円筒体から約１０ｃ＋ｕの距離に保ち、約
１５０アンペアのアーク電流を使用した。厚さ約３００
０ミクロンの皮膜が円筒体に付着した。得られた製品を
金属顕微鏡試験に付し、該皮膜は良好な付着性、低い多
孔性、全体的に健全な構造を有していることを確認した
。

Ｂ、先行技術の方法 ＡＡ　　６０６１アルミニウム合金を直径約２３ｍｍの
ワイヤに成形し、これをアーク溶射法用の供給材料とし
て使用した。

フラットバー形のスチール支持体を使用し、上記合金か
ら成形した一対の供給ワイヤ間にアークを起こした。該
アークを上記フラットバーから約１０ｃｍの距離に保ち
、１５０アンペアのアーク電流を使用した。同時に、炭
化ケイ素粒子を、アーク溶射しているワイヤ間に供給し
てアルミニウムと共に付着させたが、シリコンカーバイ
ド粒子は、供給されるアルミニウム合金に対して約ＩＯ
容量％の割合で供給した。厚さ約５０００ミクロンの複
合皮膜がフラットバー上に付着した。

該生成物を金属顕微鏡試験にかけ、得られた結果を第１
図（こ示ず。

第１図と第２図を比較すると、本発明の方法が先行技術
の方法によって生成される皮膜よりもより少ない気孔（
黒い部分で示す）を有していて、より均一な皮膜を生成
するということが明らかであ（実施例３） 実施例１と全般的に同様の方法に従って、全体に均等に
分配させた酸化アルミニウム粒子約１５容量％を含有す
るＡＡ　　＋０６０アルミニウムからなるキャストイン
ゴットを成形した。

該インゴットを押出し、延伸して直径的３．２および２
　、４　ｍｍのワイヤにし、これを火炎溶射法用の供給
材料とした。

火炎溶射を行う前に、フラットなスヂールシートを溶媒
脱脂した後、第１６番アルミナでグリッドブラスト仕上
げした。７５〜８０ミクロンのアンカー・トウースパタ
ーンを上記スヂールの上に形成した。

スヂールサンプルを３．２ｍｍかまたは２　、４．　ｍ
ｍの複合ワイヤでグリッドブラスト仕上げした後、１０
分間以内火炎溶射した。

火炎溶射系は、酸素ガス圧を１．４ｍ３／ｈの下、２．
４５Ｋｇ／ｓｑ／ｃｍに設定し、アセデルガス圧を１．
１ｍ３／ｈの下、１．４Ｋｇ／ｓｑ／ｃｍに設定し、空
気圧を１．６ｍ３／ｈの下４．　、　ｓ　５　Ｋｇ／ｓ
ｑ／ａｍに設定して作動させた。溶射ガンは、上記スチ
ールザンプルから約１５ｃｍの距離に保った。

被覆したザンプルを金属顕微鏡試験に付す。得られた結
果を第３図および第４図に示すが、第３図は２　、４　
ｍｍのワイヤを使用し、第４図は３．２ｍｍのワイヤを
使用した。どちらの顕微鏡写真も非常に気孔の少ない均
一な皮膜が形成されていることを示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の皮膜の金属組織を示す顕微鏡写真、
第２図は本発明による皮膜の金属組織を示す顕微鏡写真
、第３図は本発明によるその他の皮膜の金属組織を示す
顕微鏡写真、第４図は本発明によるさらにその他の皮膜
の金属組織を示す顕微鏡写真である。 特許出願人　アルキャン・インターナショナル・リミテ
ッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、保護すべき金属表面に耐食性および耐機械摩耗性の
   皮膜を形成する方法であって、 （ａ）内部に微細固形充填材料を分配された金属マトリ
   ックからなる金属マトリックス複合材から成形されたロ
   ッドまたワイヤを用い、 （ｂ）火炎溶射法またはアーク溶射法によって上記金属
   マトリックス複合皮膜を保護すべき金属表面に形成する
   ことを特徴とする金属構造物のアルミニウムマトリック
   ス複合皮膜の形成方法。 ２、上記金属マトリックス複合材が繊維状または粒状耐
   火性充填材を含有するアルミニウムマトリックスである
   請求項１記載の方法。 ３、上記マトリックスが充填材を５〜６０容量％含有す
   る請求項２記載の方法。 ４、上記マトリックスが充填材を５〜４０容量％含有す
   る請求項２記載の方法。 ５、上記マトリックスが充填材を１０〜２０容量％含有
   する請求項２記載の方法。 ６、上記金属表面が鉄系金属構造物の表面である請求項
   ２記載の方法。 ７、上記金属表面が熱処理可能な、高強度アルミニウム
   合金構造物の表面である請求項２記載の方法。 ８、充填材がアルミナ、二硼化チタン、シリカ、ジルコ
   ニア、炭化ケイ素および窒化ケイ素から選択される請求
   項６記載の方法。 ９、上記充填材がアルミナである請求項６記載の方法。 １０、上記アルミニウムマトリックスが非合金アルミニ
   ウムである請求項８記載の方法。１１、保護皮膜が約５
   ０〜５０００ミクロンの厚さで形成される請求項８記載
   の方法。