JPH11140660A - 金属表面へのアルミナ皮膜被覆方法 - Google Patents

金属表面へのアルミナ皮膜被覆方法

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JPH11140660A
JPH11140660A JP9312416A JP31241697A JPH11140660A JP H11140660 A JPH11140660 A JP H11140660A JP 9312416 A JP9312416 A JP 9312416A JP 31241697 A JP31241697 A JP 31241697A JP H11140660 A JPH11140660 A JP H11140660A
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JP
Japan
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alumina
boehmite
metal surface
seeds
coating
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JP9312416A
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English (en)
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Shuichi Yamazaki
修一 山崎
Fumiyoshi Saito
文良 齋藤
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1000℃以下の低い加熱温度で金属表面を
α−アルミナで被覆する。 【解決手段】 ベーマイトゾルに粉砕処理を施した後、
金属表面に塗布し、加熱焼き付ける。ベーマイトゾルに
は必要に応じて種子用α−アルミナを添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属表面をα−ア
ルミナ皮膜で被覆する方法に関し、例えば耐磨耗性の要
求される分野で使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】一般に金属材料は強度と加工性のバラン
スに優れ、各種分野に使用されている。金属材料をより
過酷な条件で使用するためには、その特性をより向上さ
せる必要がある。具体的には耐酸化性の改善、表面の硬
化等である。この目的に適した方法は表面をセラミック
スで被覆することである。特にα−アルミナで被覆され
た鋼板は表面が硬質化するため、耐磨耗性の優れたもの
になる。
【0003】安価なコロイド状の水和物を金属表面に塗
布し焼き付ける方法は、複雑な設備を必要とせず、工業
的に有利である。特にベーマイト構造を有するアルミナ
水和物を水溶液中に分散させたベーマイトゾル(アルミ
ナゾルとも称される)は、造膜性が良好であり、コーテ
ィング剤として使いやすい。ところが、ベーマイトに限
らず、ギブサイト等のアルミナ水和物を高温で処理して
α−アルミナを得ようとした場合、1200℃以上の加
熱を要すると言われている。このような高い温度では金
属母体の結晶成長が著しい。したがって、単にベーマイ
トゾルを金属表面に塗布乾燥の後、焼付処理を行った場
合には、表面にα−アルミナ皮膜を形成することはでき
ても、焼付処理によって金属自体の強度が劣化してしま
う。
【0004】最近、ベーマイトにα−アルミナを種子と
して添加すると、ベーマイトのγ−アルミナを経由した
α−アルミナへの変態温度が低下できることが報告され
ている (M. Kumagai and G. L. Messing : J. Am. Cer
am. Soc., vol 68, p 500 (1985)) 。しかしながら、同
報告においてもα化温度は1000℃をうわまわってい
る。現在までのところ、ベーマイトから1000℃以下
の加熱温度でα−アルミナを得る方法は報告されていな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、造膜性良好
なベーマイトの利点を生かし、α化温度を低温化するこ
とにより、金属表面に対する安価なα−アルミナ被覆方
法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では、ベーマイト
ゾルを金属表面に塗布し、α−アルミナ皮膜を形成する
にあたり、1000℃以下の加熱によってα−アルミナ
皮膜を形成するために、ベーマイトゾルの粉砕処理ある
いは、さらにα−アルミナ(以下、最終生成物であるα
−アルミナと区別するために、種子用α−アルミナと称
する)添加を行うことを特徴とするものである。
【0007】
【作用】本発明の要点は、ベーマイトゾルに対する粉砕
処理によってα−アルミナ化温度1000℃以下になる
こと、および粉砕処理に種子用アルミナを添加すること
によりさらにα化温度を低下できるとの知見に基づくも
のである。ベーマイトゾルに種子用α−アルミナ(平均
粒径0.1μm)をその添加量を変えて分散させ、ボー
ルミルによる粉砕処理を30分間行い、これを乾燥して
ゲル化させた後、各種温度まで加熱した。それぞれの試
料につき冷却後X線回折を行い、α−アルミナ化温度を
調べた。ここで言うところのα化温度は、原料物質のα
−アルミナへの変態がほぼ100%完了する温度であ
る。
【0008】図1はこの実験結果を整理したものであ
る。種子用α−アルミナを添加せず、かつ粉砕処理をし
ない場合のα化温度は1100℃であり、種子用α−ア
ルミナの添加によりα化温度が低下するが、1000℃
以下にはならない。これに対し、粉砕処理を施した場合
には、種子用α−アルミナを添加せずとも1000℃で
α化している。また、種子用α−アルミナを添加すれば
α化温度をさらに低下させることができ、50%の添加
では750℃付近まで下がっている。
【0009】以上の事実より、ベーマイトゾルを粉砕処
理した後、金属表面に塗布するならば、1000℃以下
の加熱処理により金属表面にα−アルミナ皮膜による被
覆ができることがわかる。また、これに種子用α−アル
ミナを添加して塗布加熱するならば、さらに低い加熱温
度でこれが実現できることになる。アルミナ水和物のボ
ールミル粉砕時にアルミナボールを用いて処理を行う
と、アルミナボールの磨砕粉が発生し、これによってア
ルミナ水和物のα化温度が低下することが報告されてい
る (吉澤友一、齋藤文良:J. Ceram. Soc., Jpn., vol
104, p 867 (1996))。発明者らは、ベーマイトのα化温
度の低減に関する粉砕処理効果は、このアルミナボール
の磨砕粉による効果とは異なると考えている。これは、
α化温度の低下を達成するに十分なアルミナ粉をアルミ
ナボールの磨砕効果によって得るためには、数時間ない
し数十時間の処理が必要であり、これに対し、図1のよ
うな効果はせいぜい数十分の処理で得られるからであ
る。図1から、仮に粉砕効果によって1100℃から1
000℃にα化温度を下げるためには、約20%の種子
用α−アルミナを添加しなければならないことになる
が、わずか30分の粉砕により、20%のα−アルミナ
磨砕粉が生成するとは考えがたい。
【0010】したがって、30分の粉砕処理によるα化
温度の劇的低減は理由を別に求めなければならない。発
明者らは、現在のところこれを以下のように推定してい
る。ベーマイトゾル中において、ベーマイト粒子は二次
凝集している可能性がある。粉砕処理により二次凝集が
ほぐれ、ベーマイト粒子の分散性が向上し、これがα化
温度低下の原因と考えられる。
【0011】図1からわかるように、粉砕処理によって
種子用α−アルミナ添加のα化温度低下効果は増大して
いる。これは、ベーマイト粒子の二次凝集がほぐされた
ことにより、種子用α−アルミナとの混合が均一化され
た結果と解釈している。いずれにしても、ベーマイトの
粉砕処理は、単にそれ自体α化温度低下に効果を発揮す
るのみならず、種子用α−アルミナの効果を促進するこ
とにもなっているといえる。
【0012】
【発明の実施の形態】つづいて本発明の実施形態を述べ
る。本発明においては、アルミナ皮膜を形成するための
アルミナ水和物としては、ベーマイトゾルを採用する。
これは、ベーマイトゾルの造膜性が極めて良好であるこ
とによる。場合によってはアルミナゾルとも呼ばれるベ
ーマイトゾルは市販品を用いても良く、通常公知の方法
(例えば各種アルミニウム塩、アルミニウムアルコキシ
ドの加水分解等)で合成しても良い。また、Vista Chem
ical社から販売されているベーマイト微粉末、 Catapal
あるいはあるいはDispalは、希酸もしくは水に容易に分
散し、ベーマイトゾルを作成することができる。
【0013】粉砕処理には、公知の粉砕機で良い。例え
ばボールミル、コロイドミル等を採用できる。粉砕処理
時間は10以上確保すれば1000℃以下のα化温度が
得られる。粉砕は乾式、溶媒を用い湿式のいずれでも良
い。たとえば、Vista Chemical社から販売されている C
atapalあるいはDispalのように、溶媒に分散するとコロ
イド状になるベーマイト微粉末は、乾式で粉砕処理を行
った後水に懸濁しても良いし、また、粉砕処理前に水に
懸濁し湿式で粉砕処理を行ってもかまわない。
【0014】特に低いα化温度を必要とする場合は、種
子用α−アルミナを添加する。種子用α−アルミナはな
るべく粒子の細かいものが望ましく、平均粒径0.5μ
m以上では効果がほとんどない。このような目的に適し
た市販のα−アルミナとして、住友化学工業(株)製A
KP−50があげられる。種子用α−アルミナ添加量の
上限は得ようとするα化温度により決めることができる
が、ベーマイトに対して50重量%以下とする。その理
由は、50%を越えて添加しても添加量に見合う効果が
無く非経済であるばかりでなく、ベーマイトの有する良
好な造膜性を損ねるからである。
【0015】種子用α−アルミナは粉砕処理の後で添加
しても良いが、粉砕処理の前に添加した方がベーマイト
ゾルとの混合が均一になり、好ましい。また、以下のよ
うな工夫をすることにより、種子用α−アルミナを意図
的に添加することなしに、極めて低いα化温度を得るこ
とができる。すなわち、ミル媒体(ボールミルの場合は
ボール、コロイドミルの場合は砥石)にα−アルミナ製
のものを採用し、処理時間を数ないし数十時間確保す
る。この場合には、ベーマイトの粉砕処理と、ミル媒体
の磨耗による種子用α−アルミナ添加が、同一工程で行
われることになる。
【0016】以上のように粉砕処理を施したベーマイト
ゾルを金属表面に塗布し、加熱することにより、100
0℃以下の加熱温度で表面がα−アルミナで被覆された
金属材料を得ることができる。塗布方法としては公知の
ロールコート法、噴霧法、浸漬法等、いずれでも良い。
【0017】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、
実施例における種子用α−アルミナの添加量は、ベーマ
イトに対する重量%換算である。したがって、ベーマイ
トゾルの場合、ゾル乾燥重量に対する重量%である。
【0018】実施例1 ベーマイト粉末(Vista Chemical社製、23N4−8
0)に種子用α−アルミナ(住友化学工業(株)製、A
KP−50)を表1のような添加量で加えた後、ボール
ミルで30分間の乾式粉砕処理を行い、水に懸濁するこ
とにより20重量%のゾルを作成した。これを厚さ1mm
の鋼板に塗布乾燥し、各種温度で焼き付けた。比較例と
して粉砕処理を施さずに作成したベーマイト粉末の20
重量%の水懸濁液を塗布焼き付けた。焼付後の皮膜厚さ
はいずれも20μmである。表1に示すように、ベーマ
イト粉末を粉砕処理し、またさらに種子用α−アルミナ
を添加したものは、1000℃以下の焼付温度、すなわ
ち母材の強度が劣化することのない温度でα−アルミナ
皮膜が形成できている。
【0019】
【表1】
【0020】実施例2 ベーマイトゾル(日産化学社製、AS−520、ベーマ
イト分20%)をコロイドミルで30分間の湿式粉砕処
理した後、種子用α−アルミナ(住友化学工業製、AK
P−50)を表2のような添加量で加え、十分に攪拌し
た。これを厚さ1mmの鋼板に塗布乾燥し、各種温度で焼
き付けた。比較例として粉砕処理を施さずにベーマイト
ゾルを塗布焼き付けた。焼付後の皮膜厚さはいずれも2
0μmである。表2に示すように、ベーマイトゾルを粉
砕処理し、またさらに種子用α−アルミナを添加したも
のは、1000℃以下の焼付温度、すなわち母材の強度
が劣化することのない温度でα−アルミナ皮膜が形成で
きている。
【0021】
【表2】
【0022】実施例3 ベーマイトゾル(日産化学社製、AS−520、ベーマ
イト分20%)に、アルミナボールを用いたボールミル
粉砕処理もしくはアルミナ砥石を用いたコロイドミル粉
砕処理を、いずれも湿式で施した。これを厚さ1mmの鋼
板に塗布乾燥し、各種温度で焼き付けた。焼付後の皮膜
厚さはいずれも20μmである。表3に示すように、い
ずれも1000℃以下の焼付温度、すなわち母材の強度
が劣化することのない温度でα−アルミナ皮膜が形成で
きている。
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】本発明により、金属表面へのα−アルミ
ナ皮膜による被覆が、1000℃以下、すなわち、金属
の機械的性質を劣化させない温度での加熱処理で可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ベーマイトのα−アルミナ化温度におよぼす、
ベーマイトに対する粉砕処理および種子用α−アルミナ
添加効果を示す図である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベーマイトゾルを粉砕処理した後金属表
    面へ塗布し、750℃以上で焼き付けることを特徴とす
    る、金属表面へのアルミナ皮膜被覆方法。
  2. 【請求項2】 ベーマイトゾルを粉砕処理した後、平均
    粒径0.5μm以下のα−アルミナを添加し、金属表面
    に塗布して750℃以上で焼き付けることを特徴とす
    る、金属表面へのアルミナ皮膜被覆方法。
  3. 【請求項3】 平均粒径0.5μm以下のα−アルミナ
    を添加したベーマイトを粉砕処理し、金属表面に塗布し
    て750℃以上で焼き付けることを特徴とする、金属表
    面へのアルミナ皮膜被覆方法。
  4. 【請求項4】 α−アルミナの添加量がベーマイトに対
    して50重量%以下であることを特徴とする、請求項2
    または3記載の、金属の表面へのアルミナ皮膜被覆方
    法。
  5. 【請求項5】 粉砕処理がボールミル、コロイドミルに
    よって10分以上行われることを特徴とする、請求項
    1,2,3または4記載の、金属表面へのアルミナ皮膜
    被覆方法。
  6. 【請求項6】 ボールミル粉砕処理において、α−アル
    ミナ製ボールを用いることにより、粉砕処理とα−アル
    ミナ添加を同時に行うことを特徴とした、請求項2,
    3,4または5記載の、金属表面へのアルミナ皮膜被覆
    方法。
  7. 【請求項7】 コロイドミル粉砕処理において、α−ア
    ルミナ製砥石を用いることにより、粉砕処理とα−アル
    ミナ添加を同時に行うことを特徴とした、請求項2,
    3,4または5記載の、金属表面へのアルミナ皮膜被覆
    方法。
JP9312416A 1997-11-13 1997-11-13 金属表面へのアルミナ皮膜被覆方法 Withdrawn JPH11140660A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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