JPH037785A - 金属粒子分散樹脂コーティング材料およびこの材料を用いるコーティング方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は金属構造物の補修や耐食溶射コーティング時の
下地材料に用いられる金属粒子分散樹脂コーティング材
料およびこの材料を用いるコティング方法に関する。

（従来の技術） 炭素鋼でできた水力発電用水車ランチ、ガイドベーン、
ステーベーンなどの機器にａ３いては、第１４図に示す
ように、基材１の頻雑に水２に接する箇所には極めて短
期間の間に酸化による腐蝕が発生し、腐蝕減肉３が生ず
る。このＪ：うな腐食減肉３は部材の形状を損ねて機器
の効率おＪ：び強度の低下をもたらすため、腐蝕が発生
したら初期の段階で補修しなければならない。この補修
には溶接補修と溶射補修がある。

しかし、溶接補修では第１５図（ｂ）に示Ｊ炭素鋼基材
１の補修箇所４に、第１５図（ａ　）に示すような降伏
応力５程度の残留応力６が生ずるため、この残留応力や
溶接変形を除去覆る熱処理、機械加工が別途必要となり
、作業が複雑になる、。

このため最近では第１６図に示すように腐蝕した基材１
上に金属の溶射皮膜７を形成する溶射補修が一部で行な
われている。溶射補修は溶接補修に比べ基材に与える影
響が少ないため、溶接変形や残留応力はほとんど無視で
きる程度で、特に精密機械の補修に適している。

しかし第１７図に示すように溶射補修による皮膜７にお
いても部分的に厚い箇所７ａがあると、この箇所にお【
プる残留応力が高くなったり、基材１どの密着強度が低
下して皮膜の剥−１が生ずる問題があった。実際の腐蝕
においては全面腐蝕とともに孔蝕が生ずる場合がほとん
どであるため、上述の理由で溶射補修の適用には制限が
ある。

そこで第１８図に示すように局所的な孔蝕８には、まず
樹脂材料９で充填し、次いで基材１の全面に溶射コーテ
ィングすることで溶射皮膜７に厚い箇所が生ずるのを防
いでいた。

（発明が解決しようとする課題） 上述の孔蝕部充填用樹脂材別に要求される特性は、 （１）金ａ構造物との密着強度が高く剥餌を生じないこ
と、 （２）耐熱性がよく溶射皮膜との密着強度が高こと、 （３）耐食性、耐摩耗性が高いこと、 である。そこで一般にはエポキシ樹脂が用いられている
が、この樹脂は耐熱ｆ！Ｉに欠けるため、この上に、溶
射コーティングを覆る際、樹脂が溶出して充填箇所にま
た凹部が生じ、溶射皮膜の密着強度が低下していた。そ
こでエポキシ樹脂にＦｅ。

３ｉ”ｌｉなどの金属やその酸化物、窒化物などのセラ
ミックスを含有させて、耐熱性の向上を図っているが、
これらの金属やセラミックスは耐熱性および耐摩耗性に
優れているが、耐食性に劣る。

また比重が大きい金属やセラミックスを五人さけると、
樹脂層の中央部や底部に金属やセラミックスが集中して
、表面部にはあまり存在しないため、樹脂表面部の耐摩
耗性や耐熱性向上には十分な効果が得られなかった。

そこで本発明は金属基材および金属溶射皮膜との密着強
度が高く、かつ耐食性、耐摩耗性、耐熱性に優れた金属
粒子分散樹脂コーティング材料およびこの材料を用いる
コーティング方法を提供−リ−ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、エポキシ樹脂ど
、Ａｊ！、ＡＪ２０３．安定化ＺｒＯ２゜ＢＮ、ＴｉＯ
２，Ｃｒ２Ｏ３、およびＹ２Ｏ３のうちから選択される
少なくとも１種類の微粉末とを含むことを特徴とする金
属粒子分散樹脂コーティング材料、およびこの材料を金
属基材の凹部に充填する工程と、荊記コーティング月利
を充填した金属基村上に金属溶Ω・ｊコーティングを施
す二［程を含むコーティング方法を提供する。

（作用） 本発明においては、エポキシ樹脂に△１゜Δｊ！２０３
などの比重が小さくかつ耐蝕性、耐摩耗性、耐熱性に優
れた金属またはセラミックスの微粉末を含有させるため
、エポキシ樹脂中にこれらの微粉末が均一に分布した金
属粒子分散樹脂コーティング材料が１９られる。このた
め本発明のコーティング材料は表面の耐摩耗性、耐蝕性
に優れ金属基材の補修材として好適である。さらに本発
明のコーティング材料は耐熱性にも優れるため、この上
に溶射」−ティングをする場合も溶射皮膜との密着弾痕
が高い。したがって、孔蝕のある金属基材にも信頼性の
高い溶射補修を行なうことができる。

（実施例） 以下第１図から第１３図を参照して本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の樹脂材料を充填・硬化した状態の断面
図である。金属暴利１の孔蝕部８に、コーホキシ樹脂１
０に金属またはセラミックス微粉末１１を均一に分散さ
ゼた金属樹脂コーティング祠料１２が充填されている。

金属粒子分散樹脂コーティング材料１２に用いられるエ
ポキシ樹脂は常温大気中で硬化覆るが、適当な硬化剤を
用いて硬化速度を調節することができる。

エポキシ樹脂中に分散さける金属またはセラミックス微
粉末はＡ１．Ａ、Ｉ！２０３．安定化ＺｒＯ２゜ＢＮ、
Ｔ　ｉ　Ｏ２、Ｃｒ２０３およびＹ２Ｏ３が選択的に１
種類以上用いられる。これらの金属おＪ：びセラミック
スはいずれも比重が５．５以下である。このため比重１
．１５〜１．２０のエポキシ樹脂と均一に混じり易い。

またこれら金属またはセラミックス微粉末の粒径は、溶
射皮膜との密着強度を高めるために２０〜１００μ程度
が好ましい。

また金属またはセラミックス微粉末のエポキシ樹脂に対
する容量比率は、樹脂材料の引張強度および金属との密
着強度を高めるため、１０〜１５％程度が好ましい。

金属粒子分散樹脂コーティング材料を用いて金属構造物
の補修をしたり、耐蝕溶射コーティングの下地膜を形成
づる場合は、金属基材の補修・下地膜形成箇所に樹脂材
料を充填して常温大気中で硬化させる。

溶射コーティングをする場合は、このように孔蝕部を充
填した後ボンドコート、トップコートの順で皮膜を形成
する。第２図は溶射コーテイング後の断面図で、図中符
号１３はボンドコート、１４はトップコートで、これら
を合せたものが溶射皮膜１５である。

この場合第３図に示すように充填後樹脂材料にプラス１
〜処理をして金属粉末の一部を樹脂材料の表面１６に露
出させた後、溶射コーティングをするとボントコ−１−
１３は露出した金属粉末１１をアンカーとしてＪ：り強
固に表面１６に接合する。

実施例１ エポキシ樹脂に平均粒径６０μのＡ１粉末を、エポキシ
樹脂に対して体積比で１３％況合し、撹拌した後、炭素
鋼基材の孔蝕部に充填し、大気中常温下で硬化させた。

断面を観察したどころ、第４図に示すようにエポキシ樹
脂１０中にＡＪ粉末１１が均一に分散していた。

比較例１ 実施例１においてＡノ粉末をＳ　Ｕ　Ｓ　３０４粉末（
スチール）に代えたほかは同様にして炭素鋼基材を充填
し、断面を観察したところ第５図に示すように、５ＵＳ
３０４粉末１７はエポキシ樹脂１０の中下溜部に集中し
て存在し、表層部にはほとんど見当らなかった。

次に実施例１と比較例１でそれぞれ製造した樹脂材料を
平板形にした試料をつくり、これら試料を水と砂を種々
の体積比で収容した水槽内でそれぞれ所定時間回転させ
、耐摩耗性の指標として１分間当りの体積損失量を観た
。結果を第６図に示す。この図から混抄量の少ない通常
の接水環境下では本発明の樹脂材料が、従来の５ＵＳ３
０４を含有する樹脂材料に比べ耐摩耗性に優れることが
分る。またこれら両試料を−Ｆ水通および３％食塩水中
で５０００時間放置したところ、５ＬＪＳ３０４を混入
した試料と同様、本発明の試料にも錆は見られなかった
。したがって本発明の樹脂材料は耐蝕性に優れているこ
とが分かる。

実施例２ 次に実施例１において、ＡＪ微粉末の体積比を種々変え
たほかは同様にして調製した金属粒子分散樹脂コーティ
ング材料から第７図に示すような断面形状の引張試験片
１８を製造し、引張試験機で試験片が破断するまで上下
方向に引張荷重を加えた。その後試験片が破断した時の
破断荷重を試験片平行部の断面積で除した引張強さを算
出した。結果を第８図に示す。同図からＡＡ微粉末の体
積比が１０〜１５％のときに最大の引張強度が得られる
ことが分かる。

次に上述の試験片をつくったＡＪ微粉末の体積比が種々
異なる材料の金属溶用皮膜との密着強度を第９図に示づ
−ような断面形状の試験Ｊ’１１９を製造して測定した
。この試験片は、２つの炭素１４４４１間に下から本発
明の樹脂材料１２、ボンビニ１ト１３、トップロー１〜
１７１１おＪ：び接着剤２０が積層された構造をし−で
いる。ボントコ−１へ１３にはＮ１−Ａｊ！合金、トッ
プ−］−１−１／ｌには１８Ｃｒ８Ｎ＋を用い、厚さは
それぞれ５０μＴｒＬ、２　ｍｍとした。この試験片に
上下方向に引張荷重を掛ｃノでいくと、試験片はやがて
各層間の密着強度が一番小さい樹脂材料１２どボンドコ
ート１３の間で破断する。このときの荷重を樹脂材料の
断面積（・′除して樹脂材料１２の溶射皮膜どの密着強
度を粋出した。結果を第１０図に示す。この図から△１
微粉末量が２５体積％までは粉末量が増えるにつれてア
ンカーとしての作用を発揮し、密着強度が上昇すること
が分かる。第８図と第１０図を合せたものが第１１図で
ある。この図から引張強度と密着強度の向上を総合的に
判断Ｍるど、ΔＪＷｉわ）末の体積比は１０〜１５％が
好ましいことが分かる。

比較例２ 第１２図（ａ）に示す断面を右する実施例２の密着強度
試験片２１において樹脂４４斜層１２を設（りす、ボン
ド」−１〜１３の厚さは５０μｒｎて−定とし、トップ
コート１４のηさを種々変えた試験片をつくり、実施例
２ど同様に引張荷重を加えてボンドコート１３ど炭素鋼
基材１の密着強度を測定した。結果を第１２図（ｂ）に
示ず。同図から樹脂材料がない場合、溶射皮膜の密着強
度は高々２　Ｋｇｆ　／　ｍｔＡであることが分かる。

比較例３ 第１３図（ａ）に断面を示すように、比較例２で用いた
試験片のボンドロー１−と炭素鋼基材の間に比較例１で
調製した５ＵＳ３０４を含有する種々の厚さの樹脂層２
２を設（づた試験ハ２３を製造し、比較例２と同様に引
張試験をして、樹脂層１２ど溶射皮膜１５の密着強度を
測定した。トップ：］−１−１４の厚さは２ｍとした１
、結果を第１３図（ｂ）に示す。図から５ＩＪＳ３０４
を含む樹脂層２２の密着強度は膜厚の影響を受りず、１
　Ｋｇｆ／１ｒｖＡ前後で一定していることが分かる。

１ ２ 第１０図と第１２図（ｂ）および第１３図（ｂ）を比較
すると、本発明の金属粒子分散樹脂二１−ティング材料
は従来の樹脂材料や樹脂材料を用いイｌいものに比べ溶
射皮膜の密着強度を高めることが分かる。

実施例３ 平均粒径が３０〜９０μのＡｊ！、Ａｌ２Ｏ３゜安定化
ＺｒＯ２、ＢＮ、Ｔ　ｉ　０２．Ｃｒ−２０３およびＹ
２Ｏ３微粉末をそれぞれ■ボキシ樹脂に対して体積比で
１５．１５，１０．１０．１０．１５および１５％含有
させた樹脂材料を調製し、実施例１．２と同様に耐摩耗
性、耐蝕性、引張強度おＪ：び密着強度について試験を
行なったところΔｊ微粉末の場合とほぼ同様の結果が得
られた。

本発明のコーティング樹脂材料は水力機械の補修および
溶射コーティングの下地膜形成だけでなく、機械使用前
のコーティングにム適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明ににれば、溶射皮膜との密着
強度に優れ、かつ耐摩耗性、耐蝕性、引張強度にも優れ
、水力機械等の金属基材の４１ｉ修、コーティングに適
したコーティング樹脂月利が得られる。

また水力機械のみならず、キトビテーション、エロージ
ョンの補修材、防止用コーテイング材どして一般機器に
適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明樹脂材料を充填した基材の孔蝕部の断面
図、第２図は本発明の樹脂材料を充ＩＩ４後溶射皮膜を
形成した基材孔蝕部の断面図、第３図は本発明の樹脂材
料を充填後プラストしてから溶射皮膜を形成した基拐孔
蝕部の断面図、第４図は本発明の樹脂材料を充填した基
材孔蝕部の拡大断面図、第５図は従来の樹脂材料を充填
した基材孔蝕部の拡大断面図、第６図は本発明の樹脂材
料の耐摩耗性を示す図、第７図は本発明の樹脂材料の引
張強度試験片の断面図、第８図は本発明の樹脂材料の粉
末含有量と引張強度の関係を示す図、第９図は本発明の
樹脂材料の密着強度試験片の断面図、第１０図は本発明
の樹脂材料の紛未含右ｔｒ１と密着強度の関係を示す図
、第１１図は本発明の樹脂材料の粉末含有量ど引張強度
および密着強■σの関係を示ザ図、第１２図（ａ）は樹
脂層がない場合の溶射皮膜の密着強度試験片の断面図、
同図（ｂ）はこの場合の溶射皮膜の厚さと密着強度の関
係を示す図、第１３図（ａ　）は従来の樹脂月利を用い
た場合の密着強度試験ハの断面図、同図（ｂ）はこの場
合の樹脂層の厚さと密盲強度の関係を示す図、第１４図
は水ツノ機械暴利の孔蝕部の断面図、第１５図（ａ）と
同図（ｂ）は基材孔隙部の残留応力を示す図、第１６図
は溶射コーティングをした基材腐食部の断面図、第１７
図は溶射コーティングをした基材孔隙部の断面図、第１
８図は従来の樹脂材料で充填後溶射：１−ライングした
基材孔隙部の断面図である、。 １・・・金属基材、８・・・孔蝕部、１０・・・エポ１
−シ樹脂、１１・・・ＡＩ微粉末、１３・・・ボンドコ
ート、１４・・・１〜ツプコー１へ。 ５ 寸　さ） ７７３− （−１−） Ｕ） 筆藍賃那０勧Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エポキシ樹脂と、Ａｌ、Ａｆ＿２Ｏ＿３、安定化Ｚ
   ｒＯ＿２、ＢＮ、ＴｉＯ＿２、Ｃｒ＿２Ｏ＿３、および
   Ｙ＿２Ｏ＿３のうちから選択される少なくとも１種類の
   微粉末と、を含むことを特徴とする金属粒子分散樹脂コ
   ーティング材料。 ２、前記微粉末がＡｌである請求項１記載の金属粒子分
   散樹脂コーティング材料。 ３、前記Ａｌ微粉末のエポキシ樹脂に対する容量比率が
   １０〜１５％である請求項２記載の金属粒子分散樹脂コ
   ーティング材料。 ４、エポキシ樹脂と、Ａｌ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、安定化Ｚ
   ｒＯ＿２、ＢＮ、ＴｉＯ＿２、Ｃｒ＿２Ｏ＿３およびＹ
   ＿２Ｏ＿３のうちから選択される少なくとも１種類の微
   粉末とを含む金属粒子分散樹脂コーティング材料を金属
   基材の凹部に充填する工程と、前記コーティング材料を
   充填した金属基材上に金属溶射コーティングを施す工程
   を含むことを特徴とするコーティング方法。