JPH04272188A - 金属基複合材料膜を備えた金属管の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、その内面に金属基複合
材料膜がライニングされた金属基複合材料膜を備えた金
属管の製造方法に関し、特に各種燃焼筒、原子力廃棄物
処理用輸送管及び化学プラント用配管等に使用される金
属管として好適の金属基複合材料膜を備えた金属管の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属管内面に金属基複合材料膜を
ライニングする方法としては、以下に示すものがある。

【０００３】（１）ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）装置又はＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）
装置等を使用して、真空中において金属基複合材料を加
熱し、この金属基複合材料を金属管の内面に蒸着させる
ことによりライニング膜を形成する蒸着法。

【０００４】（２）金属基複合材料からなる溶射材をプ
ラズマ炎等で溶融し、この金属基複合材料をガスの噴射
圧力で金属管の内面に吹き付けてライニング膜を形成す
る溶射法。

【０００５】（３）金属基複合材料からなる筒を形成し
、この筒を金属管に焼きばめ、鋳ぐるみ又はろう付け拡
散接合する方法。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来方法には、以下に示す問題点がある。即ち、（１）
の方法においては、真空チャンバ、蒸発るつぼ及び加熱
源等の設備が必要である。また、この方法により形成可
能なライニング膜の膜厚は数ｍｍ程度が限界であると共
に、ライニング膜の形成に長時間を必要とする。

【０００７】（２）の方法においては、プラズマ発生装
置及び溶射ガン等の設備が必要であり、イニシャルコス
トが高い。また、この方法により形成可能なライニング
膜の膜厚は高々１ｍｍ程度が限界であり、それ以上に膜
厚を厚くすると、ライニング膜の割れ及び剥離等の不都
合が発生する。更に、この方法により形成されたライニ
ング膜の組織は緻密でないため、耐摩耗性が劣る。

【０００８】（３）の方法においては、例えば冷間静水
圧プレス（以下、ＣＩＰという）工程及び焼結工程等の
金属基複合材料からなる筒を形成する工程と、この筒を
金属管の内側に焼きばめ、鋳ぐるみ又はろう付け拡散接
合する工程とが必要であり、作業性が悪い。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、膜厚が厚く且つ組織が緻密であって耐摩耗
性が優れているライニング膜を得ることができると共に
、作業性が良好な金属基複合材料膜を備えた金属管の製
造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る金属基複合
材料膜を備えた金属管の製造方法は、金属管の内側に弾
力性部材からなる内筒を配置してこの金属管と内筒との
間にセラミックス粉末を充填する工程と、このセラミッ
クス粉末を密封する工程と、冷間静水圧プレス処理を施
して前記金属管の内面に前記セラミックス粉末の圧粉体
を被着させる工程と、前記内筒を除去する工程と、前記
金属管の内側に配置される筒状の内壁部及び前記金属管
の外側に配置される筒状の外壁部を備えこの内壁部と外
壁部との間の空間を気密的に封止することが可能な容器
内に前記圧粉体を被着させた金属管を装入する工程と、
前記容器内を脱気した状態で容器を密封する工程と、熱
間静水圧プレス処理を施す工程と、前記容器を除去する
工程とを有し、前記容器は少なくとも前記内壁部が金属
からなることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本願発明者等は、膜厚が厚く且つ組織が緻密な
金属基複合材料膜を備えた金属管を製造すべく、種々実
験研究を行なった。その結果、予め金属管内面にセラミ
ックス粉末からなる圧粉体を被着させた後、この金属管
の内側に金属部材を配置して熱間静水圧プレス（以下、
ＨＩＰという）処理を施すことにより、膜厚が厚く且つ
組織が緻密な金属基複合材料膜を金属管の内面に容易に
形成できることを見出した。本発明はこのような実験結
果に基づいてなされたものである。

【００１２】つまり、本発明においては、先ず、金属管
の内側に例えばゴム管のような弾力性部材からなる内筒
を配置し、この金属管と内筒との間にセラミックス粉末
を充填する。そして、例えばゴム栓等を前記金属管の両
端部に配置して、前記セラミックス粉末を密封する。次
に、ＣＩＰ処理を施こして、前記金属管内面に前記セラ
ミックス粉末の圧粉体を被着させる。その後、金属管か
ら前記内筒等を取り外した後、この金属管を容器内に装
入する。この容器は、前記金属管の内側に配置される内
壁部及び前記金属管の外側に配置される外壁部を備えて
おり、この内壁部と外壁部との間の空間を気密的に封止
することができるようになっている。また、この容器は
、少なくとも前記内壁部が金属からなる。次に、この容
器内を脱気した後、容器を密封する。次いで、この容器
に対してＨＩＰ処理を施す。このＨＩＰ処理工程におい
て、前記圧粉体の気孔中に前記容器の内壁部から金属分
が溶出して浸潤し、その結果、金属管の内面に金属基複
合材料膜が被着形成される。

【００１３】本発明方法においては、このようにして金
属管の内面に金属基複合材料膜を形成するから、膜厚が
厚い金属基複合材料膜を容易に形成できる。また、本発
明方法により形成された金属基複合材料膜は、ＨＩＰ処
理が施されているため、組織が緻密であり、耐摩耗性が
高い。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【００１５】図１乃至図５は本発明の実施例方法を工程
順に示す断面図である。

【００１６】先ず、図１に示すように、金属管１の内側
にゴム管２を配置し、この金属管１とゴム管２との間に
セラミックス粉末３を充填する。そして、金属管１の両
端部にゴム栓４を配置して、このセラミックス粉末３を
密封する。

【００１７】次に、図２に示すように、ＣＩＰ処理を施
して、セラミックス粉末からなる圧粉体３ａを金属管１
の内面に被着させる。その後、ゴム管２及びゴム栓４を
除去する。

【００１８】次に、図３に示すように、この圧粉体３ａ
を被着させた金属管１を金属容器５内に装入する。この
金属容器５は、金属管１の内側に配置される内壁部５ａ
及び金属管１の外側に配置される外壁部５ｂを有してお
り、この内壁部５ａ及び外壁部５ｂ間の空間を気密的に
封止することができるようになっている。また、この金
属容器５は、脱気管を介して真空ポンプ（図示せず）に
接続されている。

【００１９】次に、図４に示すように、金属容器５内を
十分に脱気し、脱気管を密封して真空ポンプと金属容器
５とを分離した後、この金属容器５に対してＨＩＰ処理
を施す。このＨＩＰ処理工程において金属容器５から金
属分が溶出し、この金属分が圧粉体の気孔中に浸潤して
、金属管１の内面に金属基複合材料膜６が被着形成され
る。

【００２０】次いで、図５に示すように、金属容器５を
取り除く。これにより、その内面に金属基複合材料膜６
がライニングされた金属管を得ることができる。

【００２１】次に、本実施例方法により実際に金属基複
合材料膜を備えた金属管を製造した結果について説明す
る。

【００２２】先ず、Ｓ４５Ｃ鋼材（ＪＩＳ　Ｇ　４０５
１炭素鋼鋼材）からなる金属管の内側にゴム管からなる
内筒を配置し、この金属管とゴム管との間に平均粒径が
５μｍのＳｉＣ（炭化ケイ素）からなるセラミックス粉
末を充填した。そして、この金属管の両端部にゴム栓を
配置してセラミックス粉末を密封した。その後、ＣＩＰ
装置を使用して、加圧力が３トン／ｃｍ２　の条件で加
圧処理を施し、金属管の内面全体に上述のセラミックス
粉末の圧粉体を被着させた。

【００２３】次に、この金属管をチタン製の容器に装入
した。この容器は金属管の内側に配置される内壁部及び
金属管の外側に配置される外壁部を備えており、この内
壁部と外壁部との間の空間を気密的に封止することがで
きるようになっている。また、この容器は、脱気管を介
して真空ポンプに接続されている。

【００２４】次に、真空ポンプによりこの容器内を十分
に脱気した後、容器を密封して真空ポンプから分離した
。その後、この容器に対して加圧力が１４００気圧、温
度が１４００℃の条件でＨＩＰ処理を施した。

【００２５】次いで、旋盤加工により、前記チタン製の
容器を切削除去した。これにより、膜厚が５ｍｍであり
、ＴｉとＳｉＣとの比率が重量比で１：１であるチタン
基複合材料膜がライニングされた実施例に係る金属管を
得た。

【００２６】一方、比較例の金属管を製造した。即ち、
先ず、平均粒径が１５μｍのチタン粉末と、平均粒径が
５μｍのＳｉＣ粉末とを１：１の重量比で混合し、この
混合粉末をゴム型に詰めた。そして、ＣＩＰ装置を使用
し、このゴム型に対して３トン／ｃｍ２　の圧力で加圧
処理を施し、筒状の圧粉体を得た。次に、この圧粉体を
真空炉にて１３００℃の温度で焼結させて、チタン基複
合材料からなる筒を得た。次いで、この筒をＳ４５Ｃ鋼
材からなる金属管に焼きばめることにより、膜厚が５ｍ
ｍのチタン基複合材料膜がライニングされた比較例に係
る金属管を得た。

【００２７】この実施例及び比較例のチタン基複合材料
膜を備えた金属管に対して、以下の特性を調べた。

【００２８】■比重ライニング膜の比重をマイクロピク
ノメーターにより測定した。■硬度ライニング膜の硬度
をビッカース硬度計により測定した。■比摩耗量ライニ
ング膜の比摩耗量を大越式迅速摩耗試験機により測定し
た。

【００２９】これらの測定結果を下記表１にまとめて示
す。

【００３０】

【表１】

【００３１】この表１から明らかなように、実施例の金
属管は、比較例の金属管に比してライニング膜が緻密で
あり、硬度が高く、比摩耗量が少ない。

【００３２】なお、上述の実施例においては金属基複合
材料がチタン基複合材料の場合について説明したが、鉄
基複合材料、アルミニウム基複合材料、銅基複合材料、
ニッケル基複合材料及びコバルト基複合材料等の他の金
属基複合材料の場合についても、金属容器の材質を替え
ることにより、上述の実施例と同様にして金属基複合材
料膜を形成することができる。また、金属管としては、
上述したＳ４５Ｃ鋼材の外に、ＳＫ材（ＪＩＳ　Ｇ　４
４０１炭素工具鋼鋼材）、ＳＫＤ材（ＪＩＳ　Ｇ　４４
０４合金工具鋼鋼材）、ステンレス鋼材及びＳＣＭ材（
ＪＩＳ　Ｇ　４１０５クロムモリブデン鋼）等の種々の
金属管を使用することができる。

【００３３】更に、本発明において使用可能なセラミッ
クスは、上述のＳｉＣに限定されるものではなく、Ｃｒ
２　Ｏ３　、ＴｉＯ２　、ＺｒＯ２　、ＭｇＯ及びＹ２
　Ｏ３　等の酸化物系セラミックス、Ｓｉ３　Ｎ４　、
ＴｉＮ、ＢＮ及びＡｌＮ等の窒化物系セラミックス、Ｔ
ｉＣ、Ｂ４　Ｃ及びＣｒＣ２　、ＷＣ等の炭化物系セラ
ミックス、ＺｒＢ２及びＴｉＢ２　等のホウ化物系セラ
ミックス並びにサイアロン等、種々のものを使用するこ
とができる。また、これらのセラミックスを２種類以上
混合して使用することもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明方法によれば
、金属管の内面にセラミックス粉末からなる圧粉体を被
着させた後熱間静水圧プレス処理を施すから、膜厚が厚
く且つ組織が緻密で耐摩耗性が優れた金属基複合材料膜
を備えた金属管を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例方法の１工程を示す断面図であ
る。

【図２】同じくその１工程を示す断面図である。

【図３】同じくその１工程を示す断面図である。

【図４】同じくその１工程を示す断面図である。

【図５】同じくその１工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１；金属管 ２；ゴム管 ３；セラミックス粉末 ３ａ；圧粉体 ４；ゴム栓 ５；金属容器 ６；金属基複合材料膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属管の内側に弾力性部材からなる内
   筒を配置してこの金属管と内筒との間にセラミックス粉
   末を充填する工程と、このセラミックス粉末を密封する
   工程と、冷間静水圧プレス処理を施して前記金属管の内
   面に前記セラミックス粉末の圧粉体を被着させる工程と
   、前記内筒を除去する工程と、前記金属管の内側に配置
   される筒状の内壁部及び前記金属管の外側に配置される
   筒状の外壁部を備えこの内壁部と外壁部との間の空間を
   気密的に封止することが可能な容器内に前記圧粉体を被
   着させた金属管を装入する工程と、前記容器内を脱気し
   た状態で容器を密封する工程と、熱間静水圧プレス処理
   を施す工程と、前記容器を除去する工程とを有し、前記
   容器は少なくとも前記内壁部が金属からなることを特徴
   とする金属基複合材料膜を備えた金属管の製造方法。