JPH03295829A - 金属‐ガラス複合パイプ及びその製法 - 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） 本発明は複合パイプ、殊に金属〜ガラス複合バイブ及び
その製法に係る。

本発明による金属−ガラス［本明細書において「ガラス
」とはグレーズ（ｇｌａｚｅ）、即ち釉薬であって加熱
により溶融し基体に付着して固化することによりガラス
質体となったものを称しているコ複合パイプは、溶射技
術を利用して製造されるものであり、耐腐食性に優れ且
つ長寿命を有しているので石油工業、化学品工業、製薬
工業、自動車製造工業及び染料工業分野で、或は又油輸
送、給水、ガス供給目的で、更には地下又は水中配設目
的に供される。

（従来の技術及びその課題） 現在、中華人民共和国において耐腐食性パイプを製作す
る方法の内で主たる方法は加熱融解した瀝青又はタール
を用いる方法であり、この方法は多くの工業国において
も最近迄主淀を占めてきた。

耐腐食性層を構成する瀝青の寿命は一般に１０年を越え
ることがなく、苛酷な腐食性条件下では５７年である。

この種の耐腐食性コーティング材料は種々の欠陥を有し
ており、該欠陥としては例えば変形許容率（ｄｅｆｏｒ
ｓａＨｏｎ　ｒａｔｅ　１１ｍ１ｔ）が小なること、環
境温度が高い場合に滴り落ちが生じて耐腐食性層にダメ
ージを与える場合のあること、微生物が腐食してダメー
ジを与える場合のあること等を挙げることができる。従
って、瀝青のような素材の耐腐食性層を有する配管は上
記のような弱点を有しているので、ダメージを受ける危
険性を常に抱えている。このことは維持費用が多大とな
るのみならず、配管の補修や管理、更には流体輸送の中
断に起因して多大な経済的ロスを招くことを意味してい
る。

近年に至り、種々の国々においてエポキシ樹脂粉末スプ
レー法がパイプを耐腐食性ならしめるために広く採用さ
れるようになってきた。西ドイツ国においては、ガス配
管及び給水配管を耐腐食性ならしめる素材の９０％をポ
リエチレン樹脂粉末コーティング材料が占めている。一
方、西ヨーロッパの多くの国々やアメリカ合衆国におい
ては、エポキシ樹脂コーティング材料が汎用されている
。

１９８５年に中国配管研究アカデミ−はエポキシ粉末ス
プレー法を用いたパイプの開発に成功し、それ以来段階
的に民生用に供給されつつある。このようなスチール−
プラスチック複合パイプは、瀝青コーティング層を有す
るパイプよりも変形許容限界が広く、重大な変形が生じ
ず且つダメージをもたらす滴り落ちもないので、瀝青コ
ーティングパイプと比較する場合に寿命が遥かに長い。

しかしながら、結局の処、これらの素材も瀝青と同様に
有機物質であるが故に、克服し得ない問題点、即ちコー
ティング層に関する老化の課題を有している。時の経過
、環境温度の昇降、湿度の影響並びに土壌中の酸、アル
カリ、塩類及び水分の影響によりスチール−プラスチッ
ク複合パイプの老化は速まる。ポリエチレンやエポキシ
樹脂コーティング材料の老化限界が２０年を越えること
は先ずないものと推定される。

ＥＰ−Ａ−０１５４５１３は合金、殊に　”Ｖｌｔａｌ
ｌｌｕｍ　（商標）合金にコーティングを施すのに好適
なガラス組成物を開示している。しかしながら、このガ
ラス組成物の用途は、外科手術における体内植え込みチ
ューブに限定されている。

一方、特開昭８２−１３３Ｈ２（特願昭ｇｏ　−２７３
４４８）には、定速ガスにより基材面上にガラス微粉末
を溶射して基材面上にガラス膜を被着形成させる方法が
開示されている。この方法は操作温度が７００−８００
℃であり、融点がガラスよりも低い基材、例えばプラス
チックや織布等を対象として施される。

上記の従来技術は基材上にスプレーされて複合体を形成
するガラスに係るものであるが、耐腐食性を賦与する目
的で無機基材を被覆するものではない。

従って、パイプに関して現在使用されている有機耐腐食
性コーティング層における欠陥、即ち老化の課題を排除
し、配管の耐腐食特性を改善し、その使用寿命を著しく
改善することが要望されている。

（発明の目的） 本発明の主たる目的は従来技術による金属−有機物複合
パイプに代わるべき金属−無機物、殊に金属−ガラス複
合パイプを提供することにある。

本発明の副次的な目的は、この金属−ガラス複合パイプ
の製法を提供することにある。

（課題を解決し、目的を達成する手段及び作用）本発明
によれば、既述の課題は通常の金属製のパイプと、該パ
イプの表面にスプレー形成されたコーティング層とを備
えており、該コーティング層における下層の組成が Ｎａ２Ｏ１５ 轟１２０３　　　　　　　　３ Ｄ２０ｘ　　　　　　　５ Ｓ１０２　　　　　　２０ ｎ０２ ｎ００３　　　　　　１０ ＷＯｓ　　　　　　　　ｌ ＩＯ であり、上層の組成が Ｎａ２Ｏ１５−３０ ＡｈＣｈ　　　　　　３　−１０ ８２０３　　　　　　５　−２５ −３０（重量％） Ｏ ５ ４５ ０，１１ ２５ １，０ （重量Ｘ） Ｓ１０２　　　　　　　　　　＋５　　−３７ＣＯ２（
ｈ　　　　　　　　　　Ｏ，１−５，０Ｋｎｏ２　　　
　　　　　　　　　　　　０．０Ｍ０Ｏ３１５−３５ ＷＣｈ　　　　　　　　　　　　１−８である、金属−
ガラス複合パイプにより解決されると共に、上記の主た
る目的が達成される。

即ち、本発明による複合パイプによれば、基体である金
属パイプのコーティング層がガラス質であるために腐食
の課題が解消し、又コーティング層を２層とし、下層を
形成すべき材料の組成に関してはパイプ構成金属、殊に
汎用されるスチールとの密着性を主眼とし、上層を形成
すべき材料の組成に関しては下層形成材との密着性並び
に耐候性等の耐環境性を配慮して設定され、その結果耐
老化性が飛躍的に向上すると共に、耐衝撃性を含めて強
度が著しく向上するのである。

尚、本発明による複合パイプにおいて、ガラスコーティ
ング層の厚みは、下層が０．０５−２．００票ｌ１上層
が０．０５−２．００ｍｍであって、合計厚みが０．１
−３．００ｍｍ程度で充分である。

本発明によれば、この金属−ガラス複合パイプは、処理
されるべき金属製のパイプをその軸線を中心として回転
させると共に軸線方向に移動させる工程と、ニアコンプ
レッサとサンドブロワ−とによりパイプを脱錆する工程
と、パイプを包囲している誘導加熱コイルに給電してパ
イプを予熱している誘導加熱コイルに沿い並列配置され
た２基のスプレーガンにより配合組成の異なる２種類の
ガラス体形成用粉末材料を、アセチレンと酸素とからな
る燃焼ガスによりパイプの表面に相次いで溶射して下層
及び上層コーティング層を形成する工程と、このコーテ
ィングされたパイプを包囲している誘導加熱コイルに給
電して後加熱して完全なコーティング層になす工程と、
上記の予熱帯域から後加熱帯域に至る領域に保護カバー
を施し不活性ガスを送って金属パイプの酸化を防止する
工程とを経て製造することができ、これにより既述の副
次的目的が達成される。

尚、化学的セラミックエナメルも耐腐食特性を存する素
材の一つである。しかしながら、現在の処、エナメル製
品は炉内で焼成することにより製造されており、従って
エナメル被覆長尺ノくイブ製造することは困難である。

これに対して、本発明方法は限られた寸法を有する焼成
炉を使用するものではなく、上述のように所謂「溶射法
」を利用しているので、長尺ノ（イブに適用することが
できる。尚、本発明方法によれば、複合パイプを連続的
に製造することができ、操作が簡単であり、工程数も少
ないので自動化が可能であり、又処理所要時間も短い。

（実施例） 本発明方法を実施するためには、溶射用コーティング材
料組成物及びスプレーガンを含む溶射用の機器が必要で
あり、又溶射法や溶射後の処理に若干の工夫を要するの
で、先ずこれらを中心として述べる。

実験によれば、ＭｏＯ３は、多成分系ガラスに至ってい
ない潜在的ガラスの形成能を著しく改善することが判明
し、一方、タングステンやモリブデンも又ガラスの化学
的安定性に寄与する。これらの成分はガラスの溶融に役
立つのみならず、溶射処理製品の表面光沢に関しても潜
在的な効果を有している。ＭｏＯ３及びＷ（ｈは容易に
溶融化合物、即ち溶融モリブデン酸塩及びタングステン
酸塩を形成し、これらは溶射の過程で金属界面と成る程
度反応する。即ち、内容は若干具なるが、エナメノシ陶
磁器製造において基礎釉薬としてモリブデン酸バリウム
を用いる場合に金属上への付着力が改善されることから
、上記のことが推定されるのである。

更に、１ｌｏ０３及びＷ（ｈはガラスに関して界面活性
剤としても作用して溶融ガラスの粘度を減少させ、金属
に対する溶融ガラスの濡れ能を改善し、金属パイプ表面
へのガラスの密着性が向上する。

従来技術において使用されてきた金属粉のスプレーガン
のノズルは噴射口の断面形状が円形のものであるが、本
発明方法において使用されるスプレーガンのノズルにお
けるものは第１図に示されているように扁平形状乃至ス
ロット状を呈してｔＸる。即ち、ノズルの開口部（１）
における高さＨは幅Ｂよりも小である。ノズルの本体部
に且つノズルの開口部（１）の周囲に形成されている孔
腔（２）はアセチレンと酸素とからなるガス混合物又は
その一方（この後者の場合に、他方のガスはコーティン
グ用材料粉末と共に噴射される）を噴射するガス用オリ
フィス開口である。尚、後述するように、オリフィス（
２）から噴射される混合ガスは点火され、ノズル開口（
１）から噴射されるコーティング用材料粉末を溶融する
ようになされているので、ノズル温度が上昇する。従っ
てノズル本体には放熱用フィン（３）が一体形成されて
いる。

本発明方法においてスプレー処理を実施する態様につい
ては第２図に示されている。このスプレー処理を行う装
置システムは次の６つに分割されている。

（＋）　　パイプの搬送システム、 （ＩＩ）パイプの脱錆システム、 （Ｉｌｌ）パイプの予熱システム、 （ｍ　　不活性ガスによるパイプの保護システム、（Ｖ
）　　溶射システム及び （Ｖｌ　）　　後加熱システム。

被処理物である金属製のパイプ（４）は全工程中におい
て２つの同時的運動に服する。即ち、一方は軸線を中心
とする回転運動であり、他方は該軸線に沿っての前進運
動である。パイプ（４）にホットスプレー処理を施す前
に、ニアコンプレッサ（５）とサンドブロワ−（６）と
を用いてパイプに付いている可能性のある錆を除去する
必要性がある。

ヂーゼル発電機（７）からの出力は変於器（８，これは
中間周波数発生装置でもあって、ヂーゼル発電機から送
られてくる直流電流を交流に変換すると共に、単に変流
したのでは周波数変動が激しいので、これを是正する役
目をも果たす）に送られ、該変流器を介して予熱器（８
）を作動させる。この予熱器（９）は参照数字（ｌＯ）
にて示されているように、予熱帯域においてパイプ（４
）の周囲に捻り配設された誘導加熱コイルとして構成さ
れている。

窒素発生器等の窒素源から、保護カバー（１１）にて囲
まれた領域、即ち予熱領域及び溶射領域を含む領域に窒
素ガスが送られ、斯くて高温時にパイプが酸化されるの
を阻止する。燃焼ガス源（１３）からアセチレンと酸素
とが、原料源（１４）からコーティング用材料粉末が２
基のスプレーガン（１５）に送られて溶射が行われる。

これらの２基のスプレーガンは、処理されるべきパイプ
の軸線方向に沿い平行に配置されており、２段階スプレ
ーを、即ち第１スプレーガンは下層コーティング層（１
６）をパイプに形成するためのスプレーを、又第２スプ
レーガンは上層コーティング（１７）層をパイプに形成
するためのスプレーを行う。これらの溶射処理が完了し
た後に、パイプは高周波加熱領域に送られて後加熱され
、これによってコーティング層に場合により存在する微
細孔がシールされて平滑化し、コーティング層の品質及
び精度が向上する。尚、上記の高周波加熱領域には、既
述の予熱領域におけると同様に高周波誘導加熱コイル（
１８）が配置されており、この誘導加熱コイルは変流器
（１９，これは高周波発生装置でもある）を介して給電
される　［参照数字２０にて示される部材は誘導加熱コ
イル（１８）が主部を構成している後加熱器であるコ。

上記の諸工程を経て２層構造を有するコーティング層が
パイプ（４）に形成される。上述のスプレー処理方法は
、パイプの外面のみならず、内面にコーティングを施す
場合にも適しているが、パイプの内面コーティングの場
合にはスプレーガンの構造を若干改変し、又回転しなが
ら送られるパイプを成る程度傾斜させるのが好ましい。

パイプの予熱温度は通例３００−７５０℃であり、７０
０℃が好ましい。予熱のために変流器（８）を使用すれ
ば、スプレーコーティング用の理想的な温度域を設定す
ることができる。

第３図はガラス質体形成用のコーティング材料を金属パ
イプの表面に溶射するための作業方法を例示しており、
溶射装置としては第１図に示されている扁平ノズルと同
様な構成のノズルを有するスプレーガンが使用される。

この第３図に示されるスプレーガンにおいてアセチレン
は通路（２１）から、酸素は通路（２２）から、又コー
ティング用粉末原料は通路（２３）から同時的にスプレ
ーガン内に送り込まれる。本例の場合のコーティング用
粉末原料は下層コーティング層形成用と上層コーティン
グ層形成用との２種類あり、これらの成分組成は下記の
表１に示される通りであった。

酸素は粉末原料と共にノズル（２６）の主開口部（１，
第１図参照）から噴射され、アセチレンは通路（２１）
から周状共通路（２１ａ、　２１ａ）を経て当該共通路
と連通している多数の独立路（２１ｂ、　２１ｂ）を通
ってオリフィス開口（２，２：第１図参照）から噴射さ
れる。噴射された両ガスは混合し、この混合ガスに点火
され、その燃焼温度は　１４００３０００℃に達する。

従って混合ガスに同伴している粉末原料は加熱されて参
照数字（２５）にて示されているように火炎状を呈し、
溶融して液滴となり、回転している金属製パイプ（４，
第２図をも比較参照）の表面に向いほぼ均斉に噴射され
る。斯くて、金属製パイプ（４）の表面にはコーティン
グ層（２８ａ　、下層）が施される。尚、スプレーガン
は２基並置されており、第２のスプレーガンからも粉末
原料が溶射されるので、第２のコーティング層（２８ｂ
、上層）が形成される［参照数字（２９）にて示されて
いる部材は、溶射液滴が通過する窓部（２９ａ）を有す
る保護カバーであり、第２図にお番する部材１２に相当
するものであるコ。第３図には誇張して描かれているが
、コーティング層の厚みは下層が０．２−０．４ｍｍで
あり、上層が０．３−０．６■■である。

尚、コーティング層の厚みは、一般的には下層が０．０
５−２．０■■、上層が０．０５−２．０ｍｍの範囲内
であるが、用途における汎用性と経済性をも考戚に入れ
ると、それぞれ上記の既述の厚み範囲内でに設定するの
が好ましく、又両層の合計厚みは０．１−３．０ｍ膳の
範囲内で設定することができるが、０．５−１．０園園
であるのが好ましい。

スプレー処理を完了した後に、更に後加熱することが必
要であり、この場合の後加熱は既述のように誘導加熱に
より行われ、この加熱温度は６００−８５０℃に、好ま
しくは７５０℃に維持されるべきである。後加熱温度を
、この程度に設定すれば、コーテイング後に場合により
存在している微細孔が埋められ、表面が均斉な平滑状態
となるので、品質の保証がもたらされる。

本発明による金属−ガラス複合パイプの物理化学的特性
を、Ｑｕｌｎｇｈｕａ大学の化学科に委託して調べた結
果は後記の表２に示される通りであった。

この表２から明らかなように、本発明による複合パイプ
は耐弗素イオン腐食性、耐アルカ１ノ性、耐酸性、塩類
許容性等の耐腐食性にお０て顕著に優れており、耐衝撃
性、耐熱衝撃性等の機械的強度においても顕著に優れて
いることが判明した（試験操作温度は３００℃迄であり
、この場合にコーティング層の温度は６ｏ　−ｔｏｏ℃
になる）。金属面へのガラスコーティング層の接着力が
優れてｔ）ることに、殊に留意され度い。例えば、鋼球
で１０回叩打してもコーティング層は破壊されず、又ノ
ーンマーで叩打する場合に上層の剥落が生じるが、下層
は依然として正常状態を維持してｌｉ’るのである。

（発明の効果） 一般に、金属は強度的に優れているが、耐腐食性が低く
、一方ガラスは良好な耐腐食性を有しているが強度が低
い。本発明は、これらの素材が有している利点を溶射技
術により組合せ、これによって強度の面からも耐腐食性
の面からも顕著に優れた金属−ガラス複合パイプになす
ものである。

本発明による複合パイプは１００年以上の寿命を有し、
従って従来の金属−瀝青複合パイプ、金属−有機物（ポ
リエチレン樹脂やエポキシ樹脂等のプラスチックス）複
合パイプと比較する場合に遥かに長寿命を有している　
（化学的セラミックエナメルも良好な耐腐食性を有して
いるが、エナメルコーティングの施された製品を得るた
めには炉が必要であり、従ってパイプのような長尺製品
の製造にエナメルコーティング法を適用するのは困難で
あることに留意され度い）。

本発明による技術は金属パイプの防食に留まらず一般金
属基体の防食表面処理に拡張することができ、又溶射法
は金属自体の色調や金属基体上に描かれた各種パターン
の保護を対象として実施し得るので、建物の化粧材、銘
板、表示板乃至広告板、道路標識、街路名表示板等に利
用し、半永久的なものとものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による金属−ガラス複合パイプの製造に
使用される溶射用のスプレーガンの、殊にノズル部分を
示す表面図であり、第２図はスプレーガンによりガラス
質体形成用材料を金属性のパイプに溶射してガラスコー
ティングを施す工程を説明する図面であって、一部をブ
ロック図で且つ他の部分を側面図として描いた図面、第
３図は溶射用のスプレーガンと被処理物である金属パイ
プの断面図であって、ガラスコーティング層形成の要領
を示す図面である。 ｌ　：ノズルの（主）匠旦１１ ２　：ノズルの（ガス）±丈ヱエΔＩ１３　：ノズルの
放菖ｌヱｙ１ ４　：金属製どヱプ（基体）、 ５　：エアコンプレッサ、 ６　：サンドブロワー ７　：ヂーゼル発電機、 ８　：変流器、 ９　：予熱器、 ｌＯ：誘導加熱コイル、 ｌｌ：不活性ガス（窒素ガス）源、 １２：保護カバー １３：燃焼ガス（アセチレン＋酸素）源、１４：　コー
ティング用の原料１． １５：溶射用のスプレーガン、 １Ｂ＝下層コーティング層、 １７：上層コーティング層、 １８：誘導加熱コイル、 １９：変流器、 ２０：後加熱器、 ２１：アセチレン用の韮、 ２１ａ　；周状共通路、 ２１ｂ；独立路、 ２２：酸素用の■、 ２３：　コーティング用粉末原料の■、２４：アセチレ
ン噴射用Ｑえユ２工２盾ロ２５：炎 ２６：　ノズル、 ２７：金属製パイプ ２８ａ：コーティング層（下層）、 ２８ｂ：コーティング層（上１り、 ２９：保護カバー。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）通常の金属製のパイプと、該パイプの表面にスプ
   レー形成されたコーティング層とを備えており、該コー
   ティング層における下層の組成が Ｎａ＿２Ｏ　１５−３０（重量％） Ａｌ＿２Ｏ＿３　３−１０ Ｂ＿２Ｏ＿３　５−１５ ＳｉＯ＿２　２０−４５ ＭｎＯ＿２　０．１１ ＭｏＯ＿３　１０−２５ ＷＯ＿３　１−８ ＮｉＯ　１．０ であり、上層の組成が Ｎａ＿２Ｏ　１５−３０（重量％） Ａｌ＿２Ｏ＿３　３−１０ Ｂ＿２Ｏ＿３　５−２５ ＳｉＯ＿２　１５−３７ Ｃｏ＿２Ｏ＿３　０．１−５．０ ＭｎＯ＿２　０．１１ ＭｏＯ＿３　１５−３５ ＷＯ＿３　１−８ であることを特徴とする、金属−ガラス複合パイプ。
2. （２）ガラスコーティング層を２層備えており、下層の
   厚みが０．０５−２．００ｍｍであり、上層の厚みが０
   ．０５−３．００ｍｍであって、両層の合計厚みが０．
   １−５．００ｍｍであることを特徴とする、請求項（１
   ）に記載の金属−ガラス複合パイプ。
3. （３）処理されるべき金属製のパイプをその軸線を中心
   として回転させると共に軸線方向に移動させる工程と、
   エアコンプレッサとサンドブロワーとによりパイプを脱
   錆する工程と、パイプを包囲している誘導加熱コイルに
   給電してパイプを予熱する工程と、パイプの軸線方向に
   沿い並列配置された２基のスプレーガンにより配合組成
   の異なる２種類のガラス体形成用粉末材料を、アセチレ
   ンと酸素とからなる燃焼ガスによりパイプの表面に相次
   いで溶射して下層及び上層コーティング層を形成する工
   程と、このコーティングされたパイプを包囲している誘
   導加熱コイルに給電し後加熱して完全なコーティング層
   になす工程と、上記の予熱帯域から後加熱帯域に至る領
   域に保護カバーを施し不活性ガスを送って金属パイプの
   酸化を防止する工程とを具備していることを特徴とする
   、金属−ガラス複合パイプの製法。
4. （４）ノズルの断面形状が扁平状を呈しており、その高
   さが幅よりも小であるスプレーガンを用いることを特徴
   とする、請求項（３）に記載の金属−ガラス複合パイプ
   の製法。
5. （５）予熱温度が３００−７５０℃の範囲内であり、溶
   射湿度が１４００−３０００℃の範囲内であり、後加熱
   温度が６００−８５０℃の範囲内であることを特徴とす
   る、請求項（３）に記載の金属−ガラス複合パイプの製
   法。