JPH0316969A - セラミック・鉄製部材接合体の製造法 - Google Patents
セラミック・鉄製部材接合体の製造法Info
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- JPH0316969A JPH0316969A JP15016489A JP15016489A JPH0316969A JP H0316969 A JPH0316969 A JP H0316969A JP 15016489 A JP15016489 A JP 15016489A JP 15016489 A JP15016489 A JP 15016489A JP H0316969 A JPH0316969 A JP H0316969A
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- Ceramic Products (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
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。
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〕
本発明は内燃機関の排気系機器等に使用し得るセラミッ
ク・鉄製部材接合体の製造法に関するものである。
ク・鉄製部材接合体の製造法に関するものである。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕内燃機
関の排気系部材等のように高温腐食性ガスにさらされ、
かつ急激な熱衝撃を受けるものに対して、耐熱性、耐食
性及び耐熱衝撃性を付与するために、その内面にセラミ
ックのコーティングを施こすことが提案されている。
関の排気系部材等のように高温腐食性ガスにさらされ、
かつ急激な熱衝撃を受けるものに対して、耐熱性、耐食
性及び耐熱衝撃性を付与するために、その内面にセラミ
ックのコーティングを施こすことが提案されている。
このようなセラミック・鉄製部材接合体で最も大きな問
題は、高温の排気ガスによって急激な熱flr 911
を受けるために、セラミックと鉄製部材との熱膨張の差
によーってセラミックと鉄製部材の接合境界面で大きな
歪応力が発生し、セラミックの接合面からの剥離が発生
すること、およびセラミック層は鉄製部材に比べて熱伝
導率が非常に小さいために熱衝撃によりセラミック層内
の温度勾配が非常に大きくなり、そのためセラミック層
内で大きな歪応力が発生し、セラミック層内で剥離が発
生することである。
題は、高温の排気ガスによって急激な熱flr 911
を受けるために、セラミックと鉄製部材との熱膨張の差
によーってセラミックと鉄製部材の接合境界面で大きな
歪応力が発生し、セラミックの接合面からの剥離が発生
すること、およびセラミック層は鉄製部材に比べて熱伝
導率が非常に小さいために熱衝撃によりセラミック層内
の温度勾配が非常に大きくなり、そのためセラミック層
内で大きな歪応力が発生し、セラミック層内で剥離が発
生することである。
一般にセラミックは圧縮強さは大きいが、引張強さは小
さく非常に脆い性質を持っており、熱衝撃に対ずる抵抗
性は非常に小さいという欠点を有する。
さく非常に脆い性質を持っており、熱衝撃に対ずる抵抗
性は非常に小さいという欠点を有する。
そこで、このような問題を解決するために種々の提案が
なされている。
なされている。
例えば、特開昭58−51214号は高熱の排気ガスに
接する金属製機器本体の内面に耐火物原料粒子と耐熱性
無機質結合材の混和物よりなる不定形耐火物の被覆層を
形成したことを特徴とする内燃機関用排気ガス系機器を
開示している。
接する金属製機器本体の内面に耐火物原料粒子と耐熱性
無機質結合材の混和物よりなる不定形耐火物の被覆層を
形成したことを特徴とする内燃機関用排気ガス系機器を
開示している。
この他に、特開昭58 i9180 号には、高熱の排
気ガスに接する金属製機器本体の内面に耐火物原5 6 料粒子と無機質結合材とフリットの混和物よりなる泥漿
を付着させて耐熱被覆層を形威し、続いて前記耐熱被覆
層が湿潤状態にある間にその表面に耐火断熱材粒子を付
着させて耐火断熱層を形成し、次いで、前記耐熱被覆層
を固化させたうえ前記耐火断熱層の表面に耐火物原料粒
子と無機質結合材とフリットの混和物よりなる泥漿を付
着させて耐熱被覆層を形成させることを特微とし、必要
に応じ前記耐熱被覆層の表面に前記耐火断熱層と同村の
耐火断熱層および前記耐熱被覆層と同材の耐熱被覆層を
順次反復して所要層形威させる内燃機関用排気ガス系機
器の製造法が開示されている。
気ガスに接する金属製機器本体の内面に耐火物原5 6 料粒子と無機質結合材とフリットの混和物よりなる泥漿
を付着させて耐熱被覆層を形威し、続いて前記耐熱被覆
層が湿潤状態にある間にその表面に耐火断熱材粒子を付
着させて耐火断熱層を形成し、次いで、前記耐熱被覆層
を固化させたうえ前記耐火断熱層の表面に耐火物原料粒
子と無機質結合材とフリットの混和物よりなる泥漿を付
着させて耐熱被覆層を形成させることを特微とし、必要
に応じ前記耐熱被覆層の表面に前記耐火断熱層と同村の
耐火断熱層および前記耐熱被覆層と同材の耐熱被覆層を
順次反復して所要層形威させる内燃機関用排気ガス系機
器の製造法が開示されている。
しかしながら、これらの方法によっても、セラミック層
と金属との接合強度は必ずしも十分ではなく、熱衝撃に
よってセラミックと金属との接合界面での剥離及びセラ
ミック層内での剥離の恐れがあり、長時間の耐用に問題
がある。
と金属との接合強度は必ずしも十分ではなく、熱衝撃に
よってセラミックと金属との接合界面での剥離及びセラ
ミック層内での剥離の恐れがあり、長時間の耐用に問題
がある。
なお最近、金属アルコキシドなどを結合剤としたセラミ
ック塗料やコーティング剤が開発されているが、これら
は非常に高価であるとともに長期間耐用できるに充分な
厚さとすることが困難である。
ック塗料やコーティング剤が開発されているが、これら
は非常に高価であるとともに長期間耐用できるに充分な
厚さとすることが困難である。
また、特開昭59−12116号には無機質の中空粒子
をセラミックからなるマトリックスに分散させてなる複
合セラミック材料が開示されているが、単に無機質中空
粒子をマトリックスに分散させるだけでは、断熱性は確
保できても、金属表面に付着性良好で熱衝撃に強いコー
ティングを得ることはできない。また一般に無機質中空
粒子は強度が小さいため中空粒子間で破壊し、剥離や亀
裂の発生する恐れがある。
をセラミックからなるマトリックスに分散させてなる複
合セラミック材料が開示されているが、単に無機質中空
粒子をマトリックスに分散させるだけでは、断熱性は確
保できても、金属表面に付着性良好で熱衝撃に強いコー
ティングを得ることはできない。また一般に無機質中空
粒子は強度が小さいため中空粒子間で破壊し、剥離や亀
裂の発生する恐れがある。
ところで最近、セラミック・鉄製部材接合体を長時間高
温の腐食性排気ガス等にさらしてお《と、腐食性排気ガ
スがセラミック層内に侵入して鉄製部材との界面にまで
達し、そこで鉄製部材表面を酸化するという問題がある
ことがわかった。鉄製部材表面の酸化により酸化層内に
クラツクが発生し、機械的な衝撃や熱衝撃により簡単に
剥離するという問題が生ずる。また酸化鉄がコーティン
グ表面まで拡散し、コーティングを黒色に変色させ、一
7 8 美観を損なうという問題がある。
温の腐食性排気ガス等にさらしてお《と、腐食性排気ガ
スがセラミック層内に侵入して鉄製部材との界面にまで
達し、そこで鉄製部材表面を酸化するという問題がある
ことがわかった。鉄製部材表面の酸化により酸化層内に
クラツクが発生し、機械的な衝撃や熱衝撃により簡単に
剥離するという問題が生ずる。また酸化鉄がコーティン
グ表面まで拡散し、コーティングを黒色に変色させ、一
7 8 美観を損なうという問題がある。
従って、本発明の目的は、接合強度が十分に大きいとと
もに良好な酸化防止性を有し、かつ長期間高温条件下で
使用してもコーティングの酸化鉄の拡散により黒色に変
色せずJ剥離の問題もないセラミック・鉄製部材接合体
を製造する方法を提供することである。
もに良好な酸化防止性を有し、かつ長期間高温条件下で
使用してもコーティングの酸化鉄の拡散により黒色に変
色せずJ剥離の問題もないセラミック・鉄製部材接合体
を製造する方法を提供することである。
上記目的に鑑みて鋭意研究の結果、本発明者等は、鉄製
部材の酸化皮膜と珪酸塩が反応した結合層を形戒した上
に、微粒子状金属酸化物又は有.機金属結合剤を焼固し
た酸化鉄拡散防止層を形成し、さらに必要に応じ断熱層
、耐火層及び保護層を形成することにより長期間高温の
腐食性排気ガス等にさらされていても黒色に変色するこ
となく、剥離のおそれがないセラミック・鉄製部材接合
体が得られることを発見し、本発明に想到した。
部材の酸化皮膜と珪酸塩が反応した結合層を形戒した上
に、微粒子状金属酸化物又は有.機金属結合剤を焼固し
た酸化鉄拡散防止層を形成し、さらに必要に応じ断熱層
、耐火層及び保護層を形成することにより長期間高温の
腐食性排気ガス等にさらされていても黒色に変色するこ
となく、剥離のおそれがないセラミック・鉄製部材接合
体が得られることを発見し、本発明に想到した。
すなわち、本発明のセラミック・鉄製部材接合体の製造
法は、 (a)鉄製部材の表面に酸化処理を施して酸化皮膜を形
成じ、 (b)前記酸化皮膜の上に珪酸塩結合剤を塗布、乾燥し
、結合゛層を形成した後、 (c)微粒子状金属酸化物又は有機金属結合剤を前記・
結合層の表面に塗布して、酸化鉄拡散防止層を形威し、 (c)続いて養生、乾燥したあと、酸素分圧10mmH
g以下の雰囲気中において焼成を行ない、前記結合層及
び前記酸化鉄拡散防止層の接合を完結する ことを特徴とする。
法は、 (a)鉄製部材の表面に酸化処理を施して酸化皮膜を形
成じ、 (b)前記酸化皮膜の上に珪酸塩結合剤を塗布、乾燥し
、結合゛層を形成した後、 (c)微粒子状金属酸化物又は有機金属結合剤を前記・
結合層の表面に塗布して、酸化鉄拡散防止層を形威し、 (c)続いて養生、乾燥したあと、酸素分圧10mmH
g以下の雰囲気中において焼成を行ない、前記結合層及
び前記酸化鉄拡散防止層の接合を完結する ことを特徴とする。
本発明を以下において詳細に説明する。
本発明のセラミック・鉄製部材接合体の製造法において
は、結合層及び酸化鉄拡散防止層を必須の構或条件とし
て形成し、さらに必要に応じ断熱層、耐火層及び保護層
を形成する。以下各層について詳述する。
は、結合層及び酸化鉄拡散防止層を必須の構或条件とし
て形成し、さらに必要に応じ断熱層、耐火層及び保護層
を形成する。以下各層について詳述する。
(1)結合層
セラミックを鉄製部材表面と強固に接着させるためには
鉄製部材表面に対して物理的及び化9 10 学的相乗作用によって接合することが重要である。本発
明者等は種々研究の結果、鉄製部材表面にあらかじめ酸
化皮膜を形成することが接着に有効であることを発見し
た。
鉄製部材表面に対して物理的及び化9 10 学的相乗作用によって接合することが重要である。本発
明者等は種々研究の結果、鉄製部材表面にあらかじめ酸
化皮膜を形成することが接着に有効であることを発見し
た。
鉄製部材の表面にあらかじめ酸化皮膜を形成することに
より鉄製部材表面に非常に小さな凹凸が発生し結合剤と
しての珪酸塩のぬれ性が向上するとともに、最終熱処理
によってその酸化皮膜と珪酸塩が反応するので化学的に
も強固に結合した良好な結合層を形成する。
より鉄製部材表面に非常に小さな凹凸が発生し結合剤と
しての珪酸塩のぬれ性が向上するとともに、最終熱処理
によってその酸化皮膜と珪酸塩が反応するので化学的に
も強固に結合した良好な結合層を形成する。
結合層は酸化鉄拡散防止層と鉄製部材とを接合するとと
もに外部からの腐食性気体の浸透を防止するための緻密
な層である。結合層の厚さは50μm以下が適当であり
、50μmを超えると結合層から剥離する恐れがある。
もに外部からの腐食性気体の浸透を防止するための緻密
な層である。結合層の厚さは50μm以下が適当であり
、50μmを超えると結合層から剥離する恐れがある。
好ましくは2〜30μmの厚さである。ここで厚さは平
均値であり、全体的には20〜30%程度の変動がある
。
均値であり、全体的には20〜30%程度の変動がある
。
なお、琺瑯技術においては酸化皮膜のない鉄製部材表面
にセラミックを形威し、酸化焼成することにより、鉄製
部祠の表面に酸化物を形成しながらセラミックの接着を
図っているが、これに対して本発明の結合層の形成方法
においては鉄製部柑の表面をあらかじめ所定の膜厚にな
るように酸化皮膜を形成し、珪酸塩結合剤の塗布後、中
性雰囲気で焼成することにより、酸化皮膜と珪酸塩が反
応し、安定した結合層を形威する。なお、本発明におい
ては、結合層が十分に形成されていれば若干酸化皮膜が
残存しても本発明の効果は変らない。
にセラミックを形威し、酸化焼成することにより、鉄製
部祠の表面に酸化物を形成しながらセラミックの接着を
図っているが、これに対して本発明の結合層の形成方法
においては鉄製部柑の表面をあらかじめ所定の膜厚にな
るように酸化皮膜を形成し、珪酸塩結合剤の塗布後、中
性雰囲気で焼成することにより、酸化皮膜と珪酸塩が反
応し、安定した結合層を形威する。なお、本発明におい
ては、結合層が十分に形成されていれば若干酸化皮膜が
残存しても本発明の効果は変らない。
本発明の結合層の形成方法において、鉄製部材表面にお
ける酸化皮膜の形威は、例えば鉄製部材を加熱雰囲気中
に入れることにより行うことができる。加熱雰囲気とし
ては、水蒸気中で500 ℃以上が好ましい。
ける酸化皮膜の形威は、例えば鉄製部材を加熱雰囲気中
に入れることにより行うことができる。加熱雰囲気とし
ては、水蒸気中で500 ℃以上が好ましい。
また酸化皮膜と珪酸塩との反応は最終熱処理、すなわち
、中性雰囲気中で750〜850 ℃程度の加熱条件下
に0.5〜1.5時間程度保持することにより行うこと
ができる。中性雰囲気としては、酸素分圧が10mmH
g以下の雰囲気が好ましい。
、中性雰囲気中で750〜850 ℃程度の加熱条件下
に0.5〜1.5時間程度保持することにより行うこと
ができる。中性雰囲気としては、酸素分圧が10mmH
g以下の雰囲気が好ましい。
なお珪酸塩としては、珪酸ナトリウム、珪酸11
1 2一
カリウム及び珪酸リチウム等の1種または2種以上を混
合したもので、溶液状で用いる。これらの珪酸塩は珪酸
リチウム、珪酸カリウム、珪酸ナトリウムと順次熱膨張
率が大きくなり、これらを適当に選ぶことにより結合層
の熱膨張率を鉄製部材の熱膨張率にマッチさせることが
できる。
合したもので、溶液状で用いる。これらの珪酸塩は珪酸
リチウム、珪酸カリウム、珪酸ナトリウムと順次熱膨張
率が大きくなり、これらを適当に選ぶことにより結合層
の熱膨張率を鉄製部材の熱膨張率にマッチさせることが
できる。
(2)酸化鉄拡散防止層(変色防止) 、長時間の使
用により結合層表面あるいは酸化防止層等の他のコーテ
ィング層へ酸化鉄の液相拡散が起こり、酸化鉄がコーテ
ィング層表面に析出するため美観が損なわれるという問
題がある。これを防止するためには微粒子状の金属酸化
物又は有機金属結合剤の層を設けることが有効であるこ
とを見出した。
用により結合層表面あるいは酸化防止層等の他のコーテ
ィング層へ酸化鉄の液相拡散が起こり、酸化鉄がコーテ
ィング層表面に析出するため美観が損なわれるという問
題がある。これを防止するためには微粒子状の金属酸化
物又は有機金属結合剤の層を設けることが有効であるこ
とを見出した。
微粒子状の金属酸化物としては酸化鉄と反応してガラス
化傾向の小さいアルミナゾル、シリカソノレ、クロミア
ソ゛ノレ、シノレコニアソ゛ノレ、チタニ、アソル等を
、有機金属質結合剤としてはアル(ニウム、ンリコン、
クロム、ジルコニウム、チタンの各アルコキシド等を使
用することができる。鋳鉄等の鉄製部材の熱膨張率は非
常に大きく、金属酸化物又は有機金属質結合剤の層を厚
くすると熱膨張の差による熱応力が発生し、剥離するお
それがあるので、この金属酸化物又は有機金属質結合剤
の層はできるだけ薄くする必要がある。高純度のアルミ
ナ、シリカ、クロミア、ジルコニア等の緻密な層は酸化
鉄の浸透防止効果が大きいので、酸化鉄拡散防止層の厚
さは10μm以下が適当であり、3〜6μmが最適であ
る。10μmより厚くなるど、酸化鉄拡敗防止層で剥離
を生じる。
化傾向の小さいアルミナゾル、シリカソノレ、クロミア
ソ゛ノレ、シノレコニアソ゛ノレ、チタニ、アソル等を
、有機金属質結合剤としてはアル(ニウム、ンリコン、
クロム、ジルコニウム、チタンの各アルコキシド等を使
用することができる。鋳鉄等の鉄製部材の熱膨張率は非
常に大きく、金属酸化物又は有機金属質結合剤の層を厚
くすると熱膨張の差による熱応力が発生し、剥離するお
それがあるので、この金属酸化物又は有機金属質結合剤
の層はできるだけ薄くする必要がある。高純度のアルミ
ナ、シリカ、クロミア、ジルコニア等の緻密な層は酸化
鉄の浸透防止効果が大きいので、酸化鉄拡散防止層の厚
さは10μm以下が適当であり、3〜6μmが最適であ
る。10μmより厚くなるど、酸化鉄拡敗防止層で剥離
を生じる。
(3)Wr熱層
この層は断熱性を付与するためのもので、無機質中空粒
子を主体とする断熱材を焼固した構或であり、断熱材と
珪酸塩結合剤と硬化剤との混合物を酸化鉄拡敗防止層上
に塗布し、養生、乾燥の後、酸素分圧がlQmmHg以
下の中性雰囲気中で焼成を行うことにより形成すること
ができる。
子を主体とする断熱材を焼固した構或であり、断熱材と
珪酸塩結合剤と硬化剤との混合物を酸化鉄拡敗防止層上
に塗布し、養生、乾燥の後、酸素分圧がlQmmHg以
下の中性雰囲気中で焼成を行うことにより形成すること
ができる。
13
14
断熱材としては、シラスバルーン、発泡シリカ、セラミ
ックバルーン等の無機質中空粒子を使用するのが好まし
い。その粉末の平均粒径は一般に10〜500μmの範
囲である。10μmより小さいと収縮による亀裂、剥離
を生じるし、500μmより大きいと平滑な皮膜層を形
成しに《い。好ましい粒径範囲は40〜200μmであ
る。
ックバルーン等の無機質中空粒子を使用するのが好まし
い。その粉末の平均粒径は一般に10〜500μmの範
囲である。10μmより小さいと収縮による亀裂、剥離
を生じるし、500μmより大きいと平滑な皮膜層を形
成しに《い。好ましい粒径範囲は40〜200μmであ
る。
珪酸塩結合剤は、上記結合層の欄で述べた珪酸カリウム
、珪酸ナトリウム、珪酸リチウム等の中から選択するこ
とができる。硬化剤としては焼成リン酸アルミニウム、
珪酸カルシウム等を使用することができる。
、珪酸ナトリウム、珪酸リチウム等の中から選択するこ
とができる。硬化剤としては焼成リン酸アルミニウム、
珪酸カルシウム等を使用することができる。
本発明の方法{ヒよれば、断熱材と珪酸塩結合剤と硬化
剤との混合物質は泥漿の状態で酸化鉄拡散防止層上に塗
布する。塗布後18〜30℃程度の温度で8〜24時間
養生を行う。次いで乾燥により十分水分を除去した後で
、750〜850 ℃で0、5〜1.5時間焼成を行う
。焼戒は結合層と同様に酸素分圧がlQmmHg以下の
中性雰囲気中で行う。
剤との混合物質は泥漿の状態で酸化鉄拡散防止層上に塗
布する。塗布後18〜30℃程度の温度で8〜24時間
養生を行う。次いで乾燥により十分水分を除去した後で
、750〜850 ℃で0、5〜1.5時間焼成を行う
。焼戒は結合層と同様に酸素分圧がlQmmHg以下の
中性雰囲気中で行う。
なお、断熱層に、第11図に示すように無機質鱗片状粒
子1を混在させてもよい。無機質鱗片状粒子工としては
、天然に産するマイカ、人工的に合或したマイカ、膜状
ガラス、あるいはバルーン等の無機質中空粒子の破砕物
等を使用する。無機質鱗片状粒子1の形状は、長径及び
短径が2〜74μm程度で、厚さが0.1〜3μm程度
であり、長径に対する厚さの比が10以上のものが適当
である。さらに好ましくは、長径5〜30μm、厚さ0
.5〜2μm1長径に対する厚さの比が15以上である
。無機質鱗片状粒子1が混在した構造とすると、断熱層
も十分な強度及び可撓性を有し、高温の熱i撃に対して
も剥離や亀裂が容易に発生しなくなるとともに、酸化防
止の作用も向上する。
子1を混在させてもよい。無機質鱗片状粒子工としては
、天然に産するマイカ、人工的に合或したマイカ、膜状
ガラス、あるいはバルーン等の無機質中空粒子の破砕物
等を使用する。無機質鱗片状粒子1の形状は、長径及び
短径が2〜74μm程度で、厚さが0.1〜3μm程度
であり、長径に対する厚さの比が10以上のものが適当
である。さらに好ましくは、長径5〜30μm、厚さ0
.5〜2μm1長径に対する厚さの比が15以上である
。無機質鱗片状粒子1が混在した構造とすると、断熱層
も十分な強度及び可撓性を有し、高温の熱i撃に対して
も剥離や亀裂が容易に発生しなくなるとともに、酸化防
止の作用も向上する。
断熱層の厚さは、断熱性の面からは厚いほど良いが、2
000μmを超えると高温の熱衝撃に対し剥離する恐れ
があり、また15’0μm未満では断熱効果が得られな
い。好ましくは300〜800μmが適当である。
000μmを超えると高温の熱衝撃に対し剥離する恐れ
があり、また15’0μm未満では断熱効果が得られな
い。好ましくは300〜800μmが適当である。
15
16
(5)耐火層
この層は耐火性を付与するために形成した層であり、無
機質粒子を主体とする耐火材を焼面した構造を有する。
機質粒子を主体とする耐火材を焼面した構造を有する。
耐火層は、耐火材と珪酸塩結合剤と硬化剤との混合物を
、酸化鉄拡散防止層又は断熱層の乾燥後の表面に塗布し
、養生、乾燥の後、酸素分圧がlQmmt{g以下の中
性雰囲気中で焼成することにより形成することができる
。
、酸化鉄拡散防止層又は断熱層の乾燥後の表面に塗布し
、養生、乾燥の後、酸素分圧がlQmmt{g以下の中
性雰囲気中で焼成することにより形成することができる
。
耐火材としては、シャモット、アルミナ、ジルコン、ジ
ルコニア等の一般に使用されるものでよいが、特にジル
コニアは熱伝導率が低いので好ましい。耐火材粉末の平
均粒径は一般に10〜500μmの範囲である。10μ
mより小さいと粒子間の凝集が起こりやすく、平滑な皮
膜層を形成しにくいし、高熱の影響を受けて収縮しやす
い。また、500μmより大きいと、平滑な皮膜を形成
しにくい。好ましい平均粒径は20〜200μmである
。
ルコニア等の一般に使用されるものでよいが、特にジル
コニアは熱伝導率が低いので好ましい。耐火材粉末の平
均粒径は一般に10〜500μmの範囲である。10μ
mより小さいと粒子間の凝集が起こりやすく、平滑な皮
膜層を形成しにくいし、高熱の影響を受けて収縮しやす
い。また、500μmより大きいと、平滑な皮膜を形成
しにくい。好ましい平均粒径は20〜200μmである
。
なお珪酸塩結合剤及び硬化剤については断熱層に用いた
ものと同じでよい。
ものと同じでよい。
また耐火層形成における養生、乾燥及び焼成条件も基本
的に断熱層の形戒における条件と同じでよい。
的に断熱層の形戒における条件と同じでよい。
この層の厚さは、耐火性の面からは厚いほど良いが20
00μmを超えると高温の熱衝撃に対し剥離する恐れが
あり、1圓μm未満では十分な耐火効果が得られない。
00μmを超えると高温の熱衝撃に対し剥離する恐れが
あり、1圓μm未満では十分な耐火効果が得られない。
好ましくは200〜800μmが適当である。
(6)保護層
この層は酸化鉄拡散防止層、断熱層又は耐火層の表面に
ち密なセラミックの薄膜を形威し、表面からの腐食気体
の侵入を防止する層である。
ち密なセラミックの薄膜を形威し、表面からの腐食気体
の侵入を防止する層である。
保護層は無機質結合剤及び/又は有機金属質結合剤から
なる構或を有し、無機質結合剤及び/又は有機金属質結
合剤を酸化鉄拡散防止層、断熱層又は耐火層の乾燥後の
表面に塗布後、酸素分圧が10mmHg以下の雰囲気中
において焼成を行うことにより形成することができる。
なる構或を有し、無機質結合剤及び/又は有機金属質結
合剤を酸化鉄拡散防止層、断熱層又は耐火層の乾燥後の
表面に塗布後、酸素分圧が10mmHg以下の雰囲気中
において焼成を行うことにより形成することができる。
また、無機質結合剤及び/又は有機金属質結17
一1 8一
合剤が乾燥するだけで安定化する場合には、酸化鉄拡散
防止層、断熱層又は耐火層の焼成後の表面に無機質結合
剤及び/又は有機金属質結合剤を塗布し、乾燥すること
により保護層を形成することができる。
防止層、断熱層又は耐火層の焼成後の表面に無機質結合
剤及び/又は有機金属質結合剤を塗布し、乾燥すること
により保護層を形成することができる。
無機質結合剤としては、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム
及び珪酸リチウム等の珪酸アルカリ塩の溶液、リン酸ア
ルミニウム溶液、シリカゾル等が適当である。
及び珪酸リチウム等の珪酸アルカリ塩の溶液、リン酸ア
ルミニウム溶液、シリカゾル等が適当である。
また有機金属質結合剤としては、ソリコンアルコキシド
、ジルコニウムアルコキシドなどを主或分とする結合剤
が適当である。
、ジルコニウムアルコキシドなどを主或分とする結合剤
が適当である。
この層については鉄製部材との熱膨張率を合わせること
が材質的に困難な面があり、層厚を15μm以下にする
必要がある。層厚が15μmを超えると熱膨張率の差に
よる歪応力が大きくなり、剥離したり亀裂が発生ずる恐
れがある。好ましくは3〜10μmが適当てある。
が材質的に困難な面があり、層厚を15μm以下にする
必要がある。層厚が15μmを超えると熱膨張率の差に
よる歪応力が大きくなり、剥離したり亀裂が発生ずる恐
れがある。好ましくは3〜10μmが適当てある。
以上において、結合層、酸化鉄拡散防止層、断熱層、耐
火層及び保護層について説明したが、各層の組合せを要
約すると以下の通りとなる。
火層及び保護層について説明したが、各層の組合せを要
約すると以下の通りとなる。
(a)結合層+酸化鉄拡散防止層
(b))結合層+酸化鉄拡散防止層+保護層(c)結合
層+酸化鉄拡散防止層+断熱層(d)結合層+酸化鉄拡
散防止層+I祈熱層]−保護層(c)結合層+酸化鉄拡
散防止層+耐大層(f)結合層+酸化鉄拡散防止層+耐
火層+保護層(g)結合層+酸化鉄拡散防止層+断熱層
」−耐火層(}1)結合層+酸化鉄拡散防止層+断熱層
+耐火層十保護層 〔実施例〕 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
層+酸化鉄拡散防止層+断熱層(d)結合層+酸化鉄拡
散防止層+I祈熱層]−保護層(c)結合層+酸化鉄拡
散防止層+耐大層(f)結合層+酸化鉄拡散防止層+耐
火層+保護層(g)結合層+酸化鉄拡散防止層+断熱層
」−耐火層(}1)結合層+酸化鉄拡散防止層+断熱層
+耐火層十保護層 〔実施例〕 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例1
第1図に示す形状のバ・−ミキュラ鋳鉄製のL字状管状
部材2 (長軸a :200mm、短軸b:120mm
、内径c:4Qmm,管肉d : 3mm)の内面及び
外面に結合層3を形成するために、この管状部祠2を5
50℃に加熱し3μmの酸化皮膜を形成した。
部材2 (長軸a :200mm、短軸b:120mm
、内径c:4Qmm,管肉d : 3mm)の内面及び
外面に結合層3を形成するために、この管状部祠2を5
50℃に加熱し3μmの酸化皮膜を形成した。
この管状部材2を珪酸カリウム溶液(Sl02/K21
9 20 ロモル比3.0、濃度10重量%)内に浸漬し、3分間
保持した後引き上げて余剰の珪酸ナ} IJウムを除去
した後、乾燥器中にて室温より150℃まで25分かけ
て昇温し、1時間保持した後室温まで冷却して結合層3
を形成した。
9 20 ロモル比3.0、濃度10重量%)内に浸漬し、3分間
保持した後引き上げて余剰の珪酸ナ} IJウムを除去
した後、乾燥器中にて室温より150℃まで25分かけ
て昇温し、1時間保持した後室温まで冷却して結合層3
を形成した。
次にこのようにして得られた結合層3の上に酸化鉄拡散
防止層4を形成するために、管状部材2を310220
%のシリカゾル(日産化学■製 スノーテックス)中
に浸漬し、10秒間保持した後引き上げて、余剰のンリ
カソルを除去し、次いで1時間室温で養生した。
防止層4を形成するために、管状部材2を310220
%のシリカゾル(日産化学■製 スノーテックス)中
に浸漬し、10秒間保持した後引き上げて、余剰のンリ
カソルを除去し、次いで1時間室温で養生した。
次にこの管状部材2を、乾燥器中にて室温より昇温速度
1℃/分で300℃まで加熱し、1時間保持した後、室
温まで冷却して余剰水の脱水を行なった。
1℃/分で300℃まで加熱し、1時間保持した後、室
温まで冷却して余剰水の脱水を行なった。
次にこの管状部材2をN2雰囲気中(酸素分圧5mmH
g)にて、昇温速度200℃/時間で800℃まで昇温
し、1時間保持した後室温まで炉冷し、結合層3及び酸
化鉄拡敗防止層4を焼固した。
g)にて、昇温速度200℃/時間で800℃まで昇温
し、1時間保持した後室温まで炉冷し、結合層3及び酸
化鉄拡敗防止層4を焼固した。
第2図にこのようにして形成された厚さ約↓0μmの結
合層3と、厚さ3μmの酸化鉄拡敗防止層4とからなる
被覆層の片面の断面を模式的に示す。
合層3と、厚さ3μmの酸化鉄拡敗防止層4とからなる
被覆層の片面の断面を模式的に示す。
比較例1
第3図は鉄製管状部材2の内外面に形成された結合層の
被膜層を模式的に示す断面である。
被膜層を模式的に示す断面である。
結合層3を実施例1と同一の方法で形威した。
この結合層の厚さは約10μmであった。
」二記実施例1及び比較例1の被覆層の特性を確認する
ために下記の評価試験を実施した。
ために下記の評価試験を実施した。
1)酸化増量試験
上記管状部材2を、プロパンガスを燃焼させて高温ガス
を発生させる内面加熱評価装置に取付け、下記に示す条
件で試験を行なった。
を発生させる内面加熱評価装置に取付け、下記に示す条
件で試験を行なった。
ガス温度 980℃
1次空気流量 50Nm3/時間プロパンガ
ス流量 2Nm3/時間2次空気流量
36Nm3/時間酸素濃度 11% 酸化増量を第1表に示す。第1表は、セラミック被膜を
を施さない場合の酸化増量も示す。
ス流量 2Nm3/時間2次空気流量
36Nm3/時間酸素濃度 11% 酸化増量を第1表に示す。第1表は、セラミック被膜を
を施さない場合の酸化増量も示す。
21
22
なお、管状部材内表面温度については、実施例l及び比
較例1は585 ℃であり、被覆なしは580℃であっ
た。
較例1は585 ℃であり、被覆なしは580℃であっ
た。
2)耐久試験
実施例1の管状部材2に対して加熱評価装置にて繰返し
加熱・冷却試験を100サイクル実施した。
加熱・冷却試験を100サイクル実施した。
加熱・冷却サイクルの条件は下記の通りであった。
ガス温度 1050℃
1次空気流量 300Nm3/時間プロパン
ガス流量 12Nm’ /時間2次空気流量
200Nm3/時間酸素濃度
l5% 管状部材表面温度 780℃(被覆有り)昇温速
度 {000℃/分保持時間
30分 大気中で冷却 30分 上記試験の結果、本発明の被覆層に亀裂、剥離等は全く
見られず、耐久性は充分満足であることが確言忍された
。
ガス流量 12Nm’ /時間2次空気流量
200Nm3/時間酸素濃度
l5% 管状部材表面温度 780℃(被覆有り)昇温速
度 {000℃/分保持時間
30分 大気中で冷却 30分 上記試験の結果、本発明の被覆層に亀裂、剥離等は全く
見られず、耐久性は充分満足であることが確言忍された
。
前述の実施例では管状部材の内面および外面に被覆層を
形成したが、内面のみに被覆層を形成することも勿論可
能である。
形成したが、内面のみに被覆層を形成することも勿論可
能である。
3)変色試験
管状部材2を内部加熱評価試験装置に取りつけ、下記条
件で連続加熱法により、管状部材内外面の被覆層の変色
試験を行った。
件で連続加熱法により、管状部材内外面の被覆層の変色
試験を行った。
管状部材表面温度 750℃
1次空気量 30Nm3/時間プロパンガ
ス流量 1. 2Nm3/時間酸素濃度
5% 保持時間 30時間 上記試験の結果を第2表に示す。
ス流量 1. 2Nm3/時間酸素濃度
5% 保持時間 30時間 上記試験の結果を第2表に示す。
第2表より明らかなように、酸化鉄拡散防止層を施して
いない比較例1の管状部材では、酸化鉄の被覆層への拡
散が進行していることが認められる。一方、酸化鉄拡散
防止層を施した実施例1の管状部材では、良好な耐久性
を示した。
いない比較例1の管状部材では、酸化鉄の被覆層への拡
散が進行していることが認められる。一方、酸化鉄拡散
防止層を施した実施例1の管状部材では、良好な耐久性
を示した。
第 2 表
実施例2
第4図は、鉄製管状部材2の内面に形成された結合層3
と、シリカゾルからなる酸化鉄拡散防止層4と、保護層
5とからなる被覆層を模式的に示す図である。
と、シリカゾルからなる酸化鉄拡散防止層4と、保護層
5とからなる被覆層を模式的に示す図である。
結合層3と、酸化鉄拡散防止層4とを実施例1と同一の
方法で形成した後、アルミナゾル(濃度10重量%)を
上記酸化鉄拡散防止層4の表面に塗布し、昇温速度10
℃/分で110℃まで昇温し、1時間保持の熱処理をし
・た後室温まで冷却し、厚さ8μmの保護層5を形成し
た。
方法で形成した後、アルミナゾル(濃度10重量%)を
上記酸化鉄拡散防止層4の表面に塗布し、昇温速度10
℃/分で110℃まで昇温し、1時間保持の熱処理をし
・た後室温まで冷却し、厚さ8μmの保護層5を形成し
た。
実施例3
第5図は、鉄製管状部材2の内面に形威された結合層3
と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6とからなる被覆層
を模式的に示す断面図である。
と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6とからなる被覆層
を模式的に示す断面図である。
結合層3と、酸化鉄拡散防止層4とを実施例1と同一の
方法で形成した後、断熱材粉末(カサ比重0.2、粒径
44〜150μmのシラスバルーン)と、珪酸ナトリウ
ム(珪酸塩結合剤)と、焼成リン酸アルミニウム(硬化
剤)とを下記の割合で配合し、混合スラリーを調製した
。
方法で形成した後、断熱材粉末(カサ比重0.2、粒径
44〜150μmのシラスバルーン)と、珪酸ナトリウ
ム(珪酸塩結合剤)と、焼成リン酸アルミニウム(硬化
剤)とを下記の割合で配合し、混合スラリーを調製した
。
珪酸ナトリウム
(Sin2/Na20モル比3.0、濃度30重量%〉
100重量部 シラスバルーン (〈74μm)30重量部焼成
リン酸アルミニウム(〈74μm)10重量部鉄製管状
部材2の内面に形成した酸化鉄拡散防2 5一 26 止層4の表面に上記混合スラリーを塗布し、2時間養生
する操作を繰返し断熱層6を形成した。
100重量部 シラスバルーン (〈74μm)30重量部焼成
リン酸アルミニウム(〈74μm)10重量部鉄製管状
部材2の内面に形成した酸化鉄拡散防2 5一 26 止層4の表面に上記混合スラリーを塗布し、2時間養生
する操作を繰返し断熱層6を形成した。
この状態で室温にて15時間養生して、断熱層中の珪酸
ナトリウムと焼成リン酸アルミニウl・との硬化反応を
行った。
ナトリウムと焼成リン酸アルミニウl・との硬化反応を
行った。
次にこの鉄製管状部材2を乾燥器に入れ、室温より昇温
速度1℃/分で300℃まで加熱し、1時間保持した後
、室温まで冷却して余剰水の脱水を行なった。
速度1℃/分で300℃まで加熱し、1時間保持した後
、室温まで冷却して余剰水の脱水を行なった。
次にこの鉄製管状部材2をN2雰囲気中(酸素分圧5m
m11g)にて、昇温速度200℃/時間で800℃ま
で昇温し工時間保持した後、室温まで冷却し、厚さ15
00μmの断熱層6を焼固した。
m11g)にて、昇温速度200℃/時間で800℃ま
で昇温し工時間保持した後、室温まで冷却し、厚さ15
00μmの断熱層6を焼固した。
実施例4
第6図は、鉄製管状部材2の内面上に形成された結合層
3と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6と、保護層5と
からなる被覆層を模式的に示す断面図である。
3と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6と、保護層5と
からなる被覆層を模式的に示す断面図である。
結合層3と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6とを実施
例3と同一の方法で形成し焼成後、リン酸アルミニウム
溶液(a度40重量%)を上記断熱層6の表面に塗布し
、昇温速度10℃/分で110℃まで昇温し、1時間保
持の熱処理をした後室温まで冷却し、厚さ8μmの保護
層5を形成した。
例3と同一の方法で形成し焼成後、リン酸アルミニウム
溶液(a度40重量%)を上記断熱層6の表面に塗布し
、昇温速度10℃/分で110℃まで昇温し、1時間保
持の熱処理をした後室温まで冷却し、厚さ8μmの保護
層5を形成した。
実施例5
第7図は、鉄製管状部材2の内面上に形成した結合層3
と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6と、耐火層7とか
らなる被覆層を模式的に示す断面図である。
と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6と、耐火層7とか
らなる被覆層を模式的に示す断面図である。
結合層3と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6を実施例
3と同一の方法で形成した後、耐火材粉末(粒径44〜
150μmの安定化ジルコニア)と、珪酸゛ナ}IJウ
ム(珪酸塩結合剤)と、焼成リン酸アルミニウム(硬化
剤)とを下記の割合で配合した混合スラリーを塗布した
。
3と同一の方法で形成した後、耐火材粉末(粒径44〜
150μmの安定化ジルコニア)と、珪酸゛ナ}IJウ
ム(珪酸塩結合剤)と、焼成リン酸アルミニウム(硬化
剤)とを下記の割合で配合した混合スラリーを塗布した
。
珪酸ナトリウム
(SilL /Na20 モル比3.0、濃度30重量
%)100重量部 安定化ジルコニア (〈74μm) 120重量部
2 7一 28 焼成リン酸アルミニウム(<74μm)10重量部鉄製
管状部材2の内面に形成した断熱層6の表面に」二記混
合スラリーを塗布し2時間養生する操作を繰返し、耐火
層7を形成した。
%)100重量部 安定化ジルコニア (〈74μm) 120重量部
2 7一 28 焼成リン酸アルミニウム(<74μm)10重量部鉄製
管状部材2の内面に形成した断熱層6の表面に」二記混
合スラリーを塗布し2時間養生する操作を繰返し、耐火
層7を形成した。
この状態で室温にて15時間養生して、耐火層中の珪酸
ナトリウムと焼t ’IIン酸アルミニウムとの硬化反
応を行った。
ナトリウムと焼t ’IIン酸アルミニウムとの硬化反
応を行った。
次にこの鉄製管状部材2を乾燥器3ご入れ室温より昇温
速度It/分で300℃まで加熱し、1時間保持した後
、室温まで冷却して余剰水の脱水を行なった。
速度It/分で300℃まで加熱し、1時間保持した後
、室温まで冷却して余剰水の脱水を行なった。
次にこの鉄製管状部材2をN2雰囲気中(酸素分圧5m
mftg)にて、昇温速度200℃/時間で800℃ま
で昇温し、1時間保持した後室温まで冷却し、厚さ10
00μmの耐火層7と、断熱層6と、酸化鉄拡散防止層
4とを焼固した。
mftg)にて、昇温速度200℃/時間で800℃ま
で昇温し、1時間保持した後室温まで冷却し、厚さ10
00μmの耐火層7と、断熱層6と、酸化鉄拡散防止層
4とを焼固した。
実施例6
第8図は、鉄製管状部材2の内面上に形威した結合層3
と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6と、耐火層7と、
保護層5とからなる被覆層を模式的に示す断面図である
。
と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6と、耐火層7と、
保護層5とからなる被覆層を模式的に示す断面図である
。
結合層3と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6と、耐火
層7とを実施例5と同−の方法で形成し焼た後、リン酸
アルミニウム溶・液(a度40重量%)を上記耐火層7
の表面に塗布し、昇温速度10℃/分で↓1a℃まで昇
温し、1時間保持の熱処理をした後、室温まで冷却し、
厚さ8μmの保護層5を形成した。
層7とを実施例5と同−の方法で形成し焼た後、リン酸
アルミニウム溶・液(a度40重量%)を上記耐火層7
の表面に塗布し、昇温速度10℃/分で↓1a℃まで昇
温し、1時間保持の熱処理をした後、室温まで冷却し、
厚さ8μmの保護層5を形成した。
実施例7
第9図は、鉄製管状部材2の内面上に形成した結合層3
と、酸化鉄拡散防止層4と、耐火層7とからなる被覆層
を模式的に示す断面図である。
と、酸化鉄拡散防止層4と、耐火層7とからなる被覆層
を模式的に示す断面図である。
結合層3と、酸化鉄拡敗防止層4とを実施例1と同一の
方法で形成し焼た後、耐火材粉末(粒径44〜150μ
mのアルミナ)と、珪酸ナトリウム(珪酸塩結合剤)と
、焼成リン酸アルミニウム(硬化剤)とを下記の割合で
配合した混合スラリーを塗布した。
方法で形成し焼た後、耐火材粉末(粒径44〜150μ
mのアルミナ)と、珪酸ナトリウム(珪酸塩結合剤)と
、焼成リン酸アルミニウム(硬化剤)とを下記の割合で
配合した混合スラリーを塗布した。
2 9−
30
珪酸ナトリウム
(S1027Na20モル比率3、0、濃度30重量%
)100重量部 アルミナ (<74μm)85重量部焼
成リン酸アルミニウム(<74μm〉10重量部鉄製管
状部材2の内面に形成した酸化鉄拡散防止層4の表面に
上記混合スラリーを塗布し2時間養生する操作を繰返し
、耐火層7を形成した。
)100重量部 アルミナ (<74μm)85重量部焼
成リン酸アルミニウム(<74μm〉10重量部鉄製管
状部材2の内面に形成した酸化鉄拡散防止層4の表面に
上記混合スラリーを塗布し2時間養生する操作を繰返し
、耐火層7を形成した。
この状態で室温にて15時間養生して、耐火層中の珪酸
ナトリウムと焼戒リン酸アルミニウムとの硬化反応を行
った。
ナトリウムと焼戒リン酸アルミニウムとの硬化反応を行
った。
次にこの鉄製管.状部材2を乾燥器に入れ、室温より昇
温速度1℃/分で300℃まで加熱し、1時間保持した
後、室温まで冷却して余剰水の脱水を行なった。
温速度1℃/分で300℃まで加熱し、1時間保持した
後、室温まで冷却して余剰水の脱水を行なった。
次にこの鉄製管状部材2をN2雰囲気中(酸素分圧5+
+uIHg)にて、昇温速度200℃/時間で800℃
まで昇温し、1時間保持した後室温まで冷却し、厚さ1
000μmの耐火層7を焼固した。
+uIHg)にて、昇温速度200℃/時間で800℃
まで昇温し、1時間保持した後室温まで冷却し、厚さ1
000μmの耐火層7を焼固した。
実施例8
第10図は、鉄製管状部材2の内面上に形威した結合層
3と、酸化鉄拡散防止層4と、耐火層7と、保護層5に
よって形成された被覆層を模式的に示す図である。
3と、酸化鉄拡散防止層4と、耐火層7と、保護層5に
よって形成された被覆層を模式的に示す図である。
結合層3と、酸化鉄拡散防止層4と、耐火層7とを実施
例7と同一の方法で形成した後、アルミナゾル(濃度1
0重量%)を上記耐火層5の表面に塗布し、昇温速度1
0℃/分で110℃まで昇温し、↓時間保持の熱処理を
した後室温まで冷却し、厚さ8μmの保護層5を形成し
た。
例7と同一の方法で形成した後、アルミナゾル(濃度1
0重量%)を上記耐火層5の表面に塗布し、昇温速度1
0℃/分で110℃まで昇温し、↓時間保持の熱処理を
した後室温まで冷却し、厚さ8μmの保護層5を形成し
た。
実施例9
第11図は、鉄製管状部材2の内面上に形成した結合層
3と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6とからなる被覆
層を模式的に示す一断面図である。
3と、酸化鉄拡散防止層4と、断熱層6とからなる被覆
層を模式的に示す一断面図である。
結合層3と酸化鉄拡散防止層4とを実施例1と同一の方
法で形成した。次にこの鉄製管状部材2を乾燥器中にて
室温まり昇温速度1℃/分で300℃まで加熱し、1時
間保持した後、余剰水の脱水を行った。
法で形成した。次にこの鉄製管状部材2を乾燥器中にて
室温まり昇温速度1℃/分で300℃まで加熱し、1時
間保持した後、余剰水の脱水を行った。
3 1 ー
32
次にカサ比重0.47、粒径44〜150 μmのセ
ラミックバルーン(断熱材粉末)と、シリカバルーン破
砕粒子(無機質鱗片状粒子)と、珪酸ナトリウム(珪酸
塩結合剤)と、焼成リン酸アルミニウム(硬化剤)とを
下記の割合で配合し、混合スラリーを調製した。
ラミックバルーン(断熱材粉末)と、シリカバルーン破
砕粒子(無機質鱗片状粒子)と、珪酸ナトリウム(珪酸
塩結合剤)と、焼成リン酸アルミニウム(硬化剤)とを
下記の割合で配合し、混合スラリーを調製した。
珪酸ナトリウム
(Si02/Na20モル比率3.0、濃度30重量%
)100重量部 セラミックバルーン (<100 μm>20重量部シ
リカバルーン破砕粒子(<74μm)25重量部焼成リ
ン酸アルミニウム 〈<74μm) 10重量部 鉄製管状部材2の内面に形威した酸化鉄拡散防止層4の
表面に上記混合スラリーを塗布し、2時間養生する操作
を繰り返し断熱層6を形成した。
)100重量部 セラミックバルーン (<100 μm>20重量部シ
リカバルーン破砕粒子(<74μm)25重量部焼成リ
ン酸アルミニウム 〈<74μm) 10重量部 鉄製管状部材2の内面に形威した酸化鉄拡散防止層4の
表面に上記混合スラリーを塗布し、2時間養生する操作
を繰り返し断熱層6を形成した。
この状態で室温にて■5時間養生して、断熱層中の珪酸
ナトリウムと焼成リン酸アルミニウムとの硬化反応を行
った。
ナトリウムと焼成リン酸アルミニウムとの硬化反応を行
った。
次にこの鉄製管状部材2を乾燥器に入れ、余剰水の脱水
を行った。
を行った。
室温より昇温速度1℃/分で300 ℃まで加熱し、1
時間保持した後、室温まで冷却した。
時間保持した後、室温まで冷却した。
次にこの鉄製管状部材2をN2雰囲気中(酸素分圧5
mmHg )にて、昇温速度200 ℃/時間で800
℃まで昇温し1時間保持した後、室温まで冷却し、厚
さ1500μmの断熱層6を焼固した。
mmHg )にて、昇温速度200 ℃/時間で800
℃まで昇温し1時間保持した後、室温まで冷却し、厚
さ1500μmの断熱層6を焼固した。
上記実施例2〜9における各被覆層の構或及び厚さは下
記の第3表に示す通りである。
記の第3表に示す通りである。
33
34
上記実施例2〜9で得られた被覆層の特性を評価するた
めに、下記の加熱試験を実施した。
めに、下記の加熱試験を実施した。
1)試験条件
プロパンガスを燃焼させて高温ガスを発生させる加熱評
価装置に各管状部材を取付け、第4表に示す条件で内面
加熱試験を行なった。
価装置に各管状部材を取付け、第4表に示す条件で内面
加熱試験を行なった。
第 4 表
−3 5−
2)防食試験(酸化増量試験)
第4表に示す条件で、それぞれの試験時間後における燃
焼ガスによる接着面での酸化層の厚さを走査型電子顕微
@(SIEM) により測定した。
焼ガスによる接着面での酸化層の厚さを走査型電子顕微
@(SIEM) により測定した。
結果を、被覆層を有さない比較例2とともに、3 6
一 第5表に示す。
一 第5表に示す。
各実施例の酸化防止効果はコーティングしない場合の約
3〜6倍となっている。これより、酸化増量は被膜層の
断熱効果によって、著しく減少していることがわかる。
3〜6倍となっている。これより、酸化増量は被膜層の
断熱効果によって、著しく減少していることがわかる。
3
7
3 8一
3)断熱試験
第4表に示す条件で鉄製管状部材の表面温度を測定し断
熱性を検討した。その結果を、被覆層を有さない比較例
2とともに、第6表に示す。
熱性を検討した。その結果を、被覆層を有さない比較例
2とともに、第6表に示す。
39
4 0−
4)耐久試験
第4表に示す条件で30分間加熱保持した後室温まで冷
却する繰返し加熱・冷却試験を100サイクル実施した
結果、被覆層に亀裂、剥離等は見られず、耐久性は充分
満足する事が確認された。
却する繰返し加熱・冷却試験を100サイクル実施した
結果、被覆層に亀裂、剥離等は見られず、耐久性は充分
満足する事が確認された。
以上の実施例における各層の作用効果を、説明する。
鉄製管状部材2の内面には厚さ約30μmの結合層3が
生戊している。この結合層3はち密なガラス質で鋳物と
よ《接着し、酸化鉄拡散防止層4と鋳物との接合に寄与
している。
生戊している。この結合層3はち密なガラス質で鋳物と
よ《接着し、酸化鉄拡散防止層4と鋳物との接合に寄与
している。
この結合層3の表面に形成した酸化鉄拡散防止層4の厚
さは3μmであった。
さは3μmであった。
断熱層6は厚さl500μmであった。なお実施例9の
断熱層は中空状セラミック粒子が無機質鱗片状粒子と結
合剤及び硬化剤とからなる混合物をマトリックスとして
形成されているので、酸化鉄拡散防止層4と強固に結合
するとともに急激な熱衝撃に対しても十分な可撓性を備
え、かつ優れた断熱性を有する。
断熱層は中空状セラミック粒子が無機質鱗片状粒子と結
合剤及び硬化剤とからなる混合物をマトリックスとして
形成されているので、酸化鉄拡散防止層4と強固に結合
するとともに急激な熱衝撃に対しても十分な可撓性を備
え、かつ優れた断熱性を有する。
?火層7は、1100℃を超える高温の排気ガスにも十
分耐える耐火材であ■り、断地層6とも強固に結合して
いる層である。
分耐える耐火材であ■り、断地層6とも強固に結合して
いる層である。
また、保護層5は厚さ8μmであった。この保護層5は
ち密な薄い層で断熱層6あるいは耐火層7の開札気孔を
埋めているため、酸化鉄拡散防止層4への有害気体の浸
入を防止するのにきわめて優れた効果を有する。
ち密な薄い層で断熱層6あるいは耐火層7の開札気孔を
埋めているため、酸化鉄拡散防止層4への有害気体の浸
入を防止するのにきわめて優れた効果を有する。
本実施例はマニホールドについて述べたが、ポートライ
ナー、フロントチューブ、ターボチャージャ等に対して
も同じように適用することができる。
ナー、フロントチューブ、ターボチャージャ等に対して
も同じように適用することができる。
以上に詳述したように、本発明のセラミック・鉄製部材
接合体は、鉄製部材とセラミック層との接合を強固にす
る作用を有する結合層を有するとともに、微粒子状金属
酸化物又は有機金属結合剤からなる酸化鉄拡散防止層を
有することを基本とし、その上に必要に応じ、無機質中
空粒子からなる断熱層、耐火層及び保護層を適宜組合せ
てなる41 4 2− ので、高温の加熱条件下でもセラミック層が黒色に変色
せず、剥離や亀裂のおそれもなく、かつ耐食性が著しく
良好である。従って、本発明のセラミック・鉄製部材接
合体を、例えば内燃機関の排気系機器等に使用すれば、
800℃を超える高温の排気ガスによる急激な繰返し熱
衝撃にも充分耐えることができ、しかも美観を損なわず
優れた防食性および耐火性を備え、部材の耐用寿命の増
大に著しい効果をもたらす。
接合体は、鉄製部材とセラミック層との接合を強固にす
る作用を有する結合層を有するとともに、微粒子状金属
酸化物又は有機金属結合剤からなる酸化鉄拡散防止層を
有することを基本とし、その上に必要に応じ、無機質中
空粒子からなる断熱層、耐火層及び保護層を適宜組合せ
てなる41 4 2− ので、高温の加熱条件下でもセラミック層が黒色に変色
せず、剥離や亀裂のおそれもなく、かつ耐食性が著しく
良好である。従って、本発明のセラミック・鉄製部材接
合体を、例えば内燃機関の排気系機器等に使用すれば、
800℃を超える高温の排気ガスによる急激な繰返し熱
衝撃にも充分耐えることができ、しかも美観を損なわず
優れた防食性および耐火性を備え、部材の耐用寿命の増
大に著しい効果をもたらす。
このような効果を有する本発明のセラミック・鉄製部材
接合体は、特にエンジンの排気ガス用のマニホールドや
排気管等に、またその他にポートライナー、ターボチャ
ージャー等に使用するのに適している。
接合体は、特にエンジンの排気ガス用のマニホールドや
排気管等に、またその他にポートライナー、ターボチャ
ージャー等に使用するのに適している。
第1図は本発明を適用し得る鉄製部材の一例を示す断面
図であり、 第2図は本発明の実施例lによるセラミック・鉄製部材
接合体を模式的に示す断面図であり、第3図は比較例1
のセラミック・鉄製部材接合体を模式的に示す断面図で
あり、 第4図乃至第11図は本発明の各実施例によるセラミッ
ク・鉄製部祠接合体を模式的に示す断面図である。 1:無機質鱗片状粒子 2:鉄製管状部材 3:結合層 4:酸化鉄拡敗防止層 5:保護層 6:断熱層 7,耐火層 8 :中空球状粒子 9 ,耐火粒子
図であり、 第2図は本発明の実施例lによるセラミック・鉄製部材
接合体を模式的に示す断面図であり、第3図は比較例1
のセラミック・鉄製部材接合体を模式的に示す断面図で
あり、 第4図乃至第11図は本発明の各実施例によるセラミッ
ク・鉄製部祠接合体を模式的に示す断面図である。 1:無機質鱗片状粒子 2:鉄製管状部材 3:結合層 4:酸化鉄拡敗防止層 5:保護層 6:断熱層 7,耐火層 8 :中空球状粒子 9 ,耐火粒子
Claims (8)
- (1) セラミック・鉄製部材接合体を製造する方法に
おいて、 (a) 鉄製部材の表面に酸化処理を施して酸化皮膜を
形成し、 (b) 前記酸化皮膜の上に珪酸塩結合剤を塗布、乾燥
し、結合層を形成した後、 (c) 微粒子状金属酸化物又は有機金属結合剤を前記
結合層の表面に塗布して、酸化鉄拡散防止層を形成し、 (c) 続いて養生、乾燥したあと、酸素分圧10mm
Hg以下の雰囲気中において焼成を行ない、前記結合層
及び前記酸化鉄拡散防止層の接合を完結する ことを特徴とするセラミック・鉄製部材接合体の製造法
。 - (2) 請求項1に記載のセラミック・鉄製部材接合体
の製造法において、 (a) 前記酸化鉄拡散防止層を乾燥したあと、その表
面に無機質結合剤及び/又は有機金属質結合剤を塗布し
て保護層を形成し、 (b) 次いで酸素分圧10mmHg以下の雰囲気中に
おいて焼成を行なう ことを特徴とするセラミック・鉄製部材接合体の製造法
。 - (3) 請求項1に記載のセラミック・鉄製部材接合体
の製造法において、 (a) 前記酸化鉄拡散防止層を乾燥したあと、無機質
中空粒子を主体とする断熱材と珪酸塩結合剤と硬化剤と
の混合物を前記酸化鉄拡散防止層の表面に塗布して断熱
層を形成し、 (b) 続いて養生、乾燥したあと、酸素分圧10mm
Hg以下の雰囲気中において焼成を行なう ことを特徴とするセラミック・鉄製部材接合体の製造法
。 - (4) 請求項3に記載のセラミック・鉄製部材接合体
の製造法において、 (a) 前記断熱層を乾燥したあと、その表面に無機質
結合剤及び/又は有機金属質結合剤を塗布して保護層を
形成し、 (b) 次いで酸素分圧10mmHg以下の雰囲気中に
おいて焼成を行なう ことを特徴とするセラミック・鉄製部材接合体の製造法
。 - (5) 請求項3に記載のセラミック・鉄製部材接合体
の製造法において、 (a) 前記断熱層を乾燥したあと、耐火材と珪酸塩結
合剤と硬化剤との混合物を前記断熱層の表面に塗布して
耐火層を形成し、 (b) 続いて養生、乾燥したあと、酸素分圧10mm
Hg以下の雰囲気中において焼成を行なう ことを特徴とするセラミック・鉄製部材接合体の製造法
。 - (6) 請求項5に記載のセラミック・鉄製部材接合体
の製造法において、 (a) 前記耐火層を乾燥したあと、その表面に無機質
結合剤及び/又は有機金属質結合剤を塗布して保護層を
形成し、 (b) 次いで酸素分圧10mmHg以下の雰囲気中に
おいて焼成を行なう ことを特徴とするセラミック・鉄製部材接合体の製造法
。 - (7) 請求項1に記載のセラミック・鉄製部材接合体
の製造法において、 (a) 前記酸化鉄拡散防止層を乾燥したあと、耐火材
と珪酸塩結合剤と硬化剤との混合物を前記酸化鉄拡散防
止層の表面に塗布して耐火層を形成し、 (b) 続いて養生、乾燥したあと、酸素分圧10mm
Hg以下の雰囲気中において焼成を行なう ことを特徴とするセラミック・鉄製部材接合体の製造法
。 - (8) 請求項7に記載のセラミック・鉄製部材接合体
の製造法において、 (a) 前記耐火層を乾燥したあと、その表面に無機質
結合剤及び/又は有機金属質結合剤を塗布して保護層を
形成し、 (b) 次いで酸素分圧10mmHg以下の雰囲気中に
おいて焼成を行なう ことを特徴とするセラミック・鉄製部材接合体の製造法
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15016489A JPH075392B2 (ja) | 1989-06-13 | 1989-06-13 | セラミック・鉄製部材接合体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15016489A JPH075392B2 (ja) | 1989-06-13 | 1989-06-13 | セラミック・鉄製部材接合体の製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0316969A true JPH0316969A (ja) | 1991-01-24 |
JPH075392B2 JPH075392B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=15490908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15016489A Expired - Lifetime JPH075392B2 (ja) | 1989-06-13 | 1989-06-13 | セラミック・鉄製部材接合体の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH075392B2 (ja) |
-
1989
- 1989-06-13 JP JP15016489A patent/JPH075392B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH075392B2 (ja) | 1995-01-25 |
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