JPH11217663A - 溶融めっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 高融点で高価なめっき金属でも経済的に
有利にめっきできる溶融めっき方法を提供すること。 【解決手段】 金属母材表面４の一部領域を誘導加熱し
ながら該領域に加熱されためっき金属１を供給してめっ
き金属を融着させる局部めっき操作を、対象領域を移動
させながら順次適用してめっき層を形成して行く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロール，シャフト，
パイプ，形条材，平板などの金属部材の表面に耐食性，
耐摩耗性等を付与し、あるいは補修を行なうなどの目的
で溶融めっきを施す方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融めっきは、鋼管などの母材の表面に
亜鉛などのめっき金属を融着させてめっき層を形成させ
る金属被覆方法であり、めっき金属の溶湯中に被めっき
材をくぐらせる浸漬方式で従来行われてきた。しかし
て、１工程で、しかも短時間で厚膜の金属被覆を形成で
きる経済的な方法としてSn系，Zn系，Al系など低融点且
つ安価な被覆金属に多用されてきた。

【０００３】Ni基合金，Co基合金なども用途の広い被覆
金属であり種類も多岐に亘るが、高融点（1000℃前後）
且つ高価であって、高温の溶湯に接した形で用いる大
きなめっき槽や槽内ロールをはじめとして設備コストが
法外に高くつき、又、直ちにはめっきに関与しない部
分が大方である大量のめっき金属を上記高温の溶湯の形
で用意しておく必要があるため、めっき金属の調達とめ
っき浴の立上げに多大な投資と時間を要するとともに消
費熱量も大であり、更には、母材内部迄高温に加熱さ
れた部材の冷却に一品毎に長時間を要することから、溶
融めっきの適用は１種類の合金についてさえままなら
ず、いわんや用途毎に合金の種類を取り替えて対応する
などは到底考えられないという事情にあった。

【０００４】よって、上記合金のように溶融めっきの困
難な金属の被覆は主として溶射法により行われてきた。
しかしながら、溶射法は、溶融させた被覆材料微粒子を
高速で投射して適用する方法であって、飛行中に冷却さ
れて凝固の進んだ微粒子が対象面上に堆積し、母材に通
じる気孔を大なり少なり含んだ形で被覆が形成される。
即ち、金属を溶融させて適用する方法ではあっても、環
境遮断性においては、被覆金属が連続相状に融着した溶
融めっきに匹敵しえない。このため、環境遮断性が重視
される用途にあっては、被覆を連続相化するための再溶
融処理を溶射後に施していた。しかして、再溶融処理
は、補助的な処理でありながら、本処理の溶射と同等の
操業コストを要することから、元より高価な上記合金類
の溶射を更に高価にしているという事情にあった。

【０００５】この他、パイプの外面のみに、あるいは板
材の片面のみにZnめっきを施したい場合など、浸漬方式
のめっきでは、めっきをつけない面へのマスキング処置
やこれの除去に要する工数が大きく、全面にめっきをつ
けるよりも却ってコスト高になるという事情もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の溶融め
っきに係る上記諸事情に鑑みてなされたものであって、
めっき金属が高融点のものであるなどの理由により従来
方式の溶融めっきの適用が困難なケースにも容易に適用
できて、経済的にも有利な溶融めっき方法の提供を課題
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべくな
された本発明溶融めっき方法は、金属母材表面の一部の
領域を対象として母材表面を誘導加熱しながら別途に加
熱しためっき金属を母材表面に供給し、この際、母材表
面及び供給するめっき金属の加熱条件を、めっき金属が
母材表面上にてめっき金属の融点以上，融点＋200℃以
下の温度となるうに設定することによりめっき金属を母
材表面に融着させるようにして前記領域を対象とした局
部めっき操作を構成するとともに、該局部めっき操作を
その対象領域を母材表面に対して相対的に移動させなが
ら順次進めて母材表面の所望範囲にめっき金属を順次融
着させて行くことを特徴とするものである。なお、ここ
で、めっき金属が合金の場合には、溶融相の存否を分け
る固相線の温度を以て融点とする。

【０００８】上記本発明方法によれば、簡易な小型設備
で、母材表面の小領域を対象として誘導加熱による表層
部分の急速加熱を行なって該領域の母材表面を必要な時
間だけ必要温度に昇温させ、又、めっき金属を必要な少
量だけ必要温度に加熱して供給する構成により、系への
入熱がめっき金属の融着に必要な最小限で済むことか
ら、設備コストが安いうえ設備スペースも小さくて済
み、大量のめっき金属の調達やめっき浴の立ち上げの
ための投資や時間を要せず、又、消費熱量も小さく、
施工後の冷却が容易となって、従来の溶融めっき方法を
事実上適用できなかったNi基合金の溶融めっきなども可
能になる。又、従来の溶射と比べても被覆を連続相化さ
せるための再溶融処理が不要であり、１工程，短時間で
連続相状の金属被覆が得られるという特長を有する。

【０００９】更には、パイプの外面，板材の片面などを
対象とした部分めっきも、マスキング処置が不要である
ため、コスト増を伴なわずに実施できる。即ち、本発明
は、上述の適用性ならびに経済性により前記本発明の課
題を悠に解決するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明方法の適用が可能な金属部
材としては、金属処理ライン用のガイドロール，レベラ
ーロール，圧延ロール，コンダクターロールなどのロー
ル類，ピストンロッド，スライドシャフト，回転シャフ
トなどのロッド材，転動用レール，スライドレール，形
鋼などの金属条材，ポンチ，ダイスなどの型具，ボイラ
ーチューブ，水道管などのパイプ材，ガイドテーブル，
ターンテーブルなどの盤部材を例示できる。なお、パイ
プ内面，穴内面，入り組んだ部分などについては寸法上
あるいは幾何学上の制約が伴うこともある。

【００１１】又、本発明方法で溶融めっきすることので
きるめっき金属としては、母材金属より融点が低いとい
う条件付きで、前記Ni基合金，Co基合金の他、Cu系，Al
系，Zn系，Sn系の純金属あるいは合金、更には、これら
の合金等にWC，Cr₃C₂，SiC，TiB₂などの硬質セラミック
の微粒子を配合したサーメットを例示できる。因に、従
来の溶融めっき方法では、サーメットをめっきしようと
してもセラミック微粒子が均等に分散しためっき層を得
ることができなかったが、本発明方法ではめっき金属を
少量ずつ順次供給して溶融めっきを行なうので、微粒子
の分散状態を維持した形でサーメットの溶融めっきが行
なえるものである。

【００１２】次に、本発明方法における局部めっき操作
について説明する。該局部めっき操作においては、めっ
き金属を溶融させて母材表面に流しかけさえすればめっ
き金属が融着するというものではない。これは、溶融し
ためっき金属が母材表面に接触した途端に母材による大
きな抜熱作用によって凝固してしまい、めっき金属が溶
融状態で母材表面を濡らすいとまが生じないことが多い
ためである。即ち、めっき金属が、極く短時間にせよ、
母材表面上にてめっき金属の融点以上の温度となってい
ることが要件となる。

【００１３】一方、母材表面上のめっき金属の温度が高
すぎると、めっき金属の溶融粘度が大きく低下して母材
表面から流れ落ちてしまい、所期の厚さのめっき層を形
成できなくなる。多くの用途において最低限必要となる
数10μm厚さのめっき層を得るためには、母材表面上の
めっき金属の温度がその融点＋200℃を超えないように
しなければならない。

【００１４】よって、めっき金属が母材表面上にてめっ
き金属の融点以上，融点＋200℃以下の温度となるよう
に母材表面及び供給するめっき金属の加熱条件を設定す
るものである。この加熱条件はめっき金属の供給形態に
応じて異なるので、以下、めっき金属の供給形態別に好
適加熱条件について述べる。

【００１５】その１は、溶融させためっき金属を母材表
面に流下させて供給するケースである。この場合、めっ
き金属の温度は母材表面に到達した段階で融点以上であ
るから、母材表面の方は、上記温度を維持ないしは微調
整すべくめっき金属の融点−100℃以上，融点＋100℃以
下の目安で加熱するのがよい。熱量の大きい母材の表面
温度の方を、実験検討も含めて適正化しておけば安定し
ためっきが行なえるものであり、これは後述する他の供
給形態においても同様である。

【００１６】ここで、上記供給形態においては供給分だ
けのめっき金属を順次溶融させて流下させるのが熱経済
的に好ましく、たとえば図１に示す方式が推奨される。
図１の例では、めっき金属１はペレットの形でセラミッ
ク容器２に収容されており、該容器の下端部に配した誘
導コイル３（図示しない交流電源に接続されている）に
よって下端部のめっき金属1aが誘導加熱され、急速溶融
して容器下端の流出孔2aから母材表面４へ流下する。即
ち、供給分だけのめっき金属１が溶融される仕組となっ
ており、大量の溶湯を用意する従来の溶融めっきとは大
きく異なる。上例においては、めっき金属１の加熱条件
は、母材表面４上での温度よりもむしろ供給速度に大き
く影響する。なお、図１において5a，5bは母材表面４を
加熱するための誘導コイルである。

【００１７】その２は、溶融させためっき金属１を母材
表面４にスプレイして供給するケースである。めっき金
属１は微粒子の形で母材表面４迄飛行するので、その間
に冷却が進み融点前後の温度で母材表面４に到達する。
よって、母材表面４の方は、上記温度を昇温気味に適正
化すべくめっき金属の融点以上，融点＋200℃以下の目
安で加熱するのがよい。

【００１８】溶融させためっき金属をスプレイする手段
としては、既製の溶射ガンが、溶融させるための加熱手
段も装備されており、好適に利用できる。又、めっき金
属を全姿勢的に供給できるという利点を有する。尤も、
本発明方法における上記スプレイは、基本的にはめっき
金属を母材表面に供給できさえすればよいので、全姿勢
的な供給を要する場合を除けば通常の溶射のように叩き
つけて付着させるための高速のスプレイが必須ではな
い。よって、溶射ガンによる低速のスプレイ、あるいは
図１に示した装置にエジェクター（冷却を避けるために
高温気体によるのがよい）を付加した程度のスプレイ装
置で十分対応できる。低速スプレイの方が粉塵の飛散も
少なく好ましい。

【００１９】その３は、めっき金属１の融点以上の温度
に加熱した母材表面４に固体状態のめっき金属１を接触
させ順次溶融させて供給するケースである。この場合、
母材表面４に接触しためっき金属１が早く融点以上の温
度に達するようめっき金属１を融点未満、望ましくは融
点直下の温度に予熱しておくのがよい。母材表面４につ
いては、融解熱の入熱も考慮にいれて高目の温度に加熱
するのがよく、めっき金属の融点＋50℃以上，融点＋25
0℃以下の目安で加熱するのがよい。

【００２０】固体状態で供給するめっき金属１の形とし
ては、棒状，紐状，粒体，粉体などの形を例示できる。
又、これらの予熱手段としても、図１に示したような供
給直前での誘導加熱が有利である。

【００２１】上記その３の方式は、母材表面４を他の方
式よりも高目の温度に加熱することになるが、本発明方
法においては、図１にて例示したように誘導加熱法によ
って母材表面４の必要領域を集中的に加熱するので、母
材全体への入熱を必要最小限に留めて実施できる。又、
めっき金属１を溶融状態で取扱わないので、供給設備を
簡略化しやすい。

【００２２】母材表面の誘導加熱は、供給されるめっき
金属１との干渉が生じないように誘導コイルを配して行
う。図１の例では、めっき金属１が供給される部位の両
脇に誘導コイル5a，5bを配することによって干渉を避け
ている。

【００２３】図１に例示した本発明方法においては、局
部めっき操作の対象領域が母材表面４に対して相対移動
するので、該相対移動の母材軸線方向成分により、母材
表面４は若干の時差を以て、コイル5aによる加熱→めっ
き金属の供給→コイル5bによる加熱、を順に受けて行く
ことになる。この場合、コイル5a，5bの少なくとも一方
によって前記条件の母材表面加熱が行われゝばよい。

【００２４】供給されるめっき金属１との干渉を避けた
誘導コイル５の配置の別例を図２に示す。この例では、
コイル５をめっき金属供給側の反対側に配することによ
って干渉を避けており前記相対移動のための母材の回転
によって母材表面４に対する加熱とめっき金属１の供給
が相前後して行われることになる。なお、６は磁束を集
束するためのコアである。母材がパイプ材のように中空
状である場合には、図３あるいは図４に示したようなコ
イル配置としてもよい。

【００２５】更には、図５に示したように、母材表面４
とめっき金属１を同時に且つ干渉を生じることなく加熱
する構成としてもよい。図５の例では、誘導コイル５
が、母材表面とめっき金属の両方を加熱している。この
例では棒状の固体状態のめっき金属１が上記加熱によっ
て融点直下迄予熱され、融点以上の温度に加熱された母
材表面４に接した先端部1aが順次溶融して母材表面４に
融着して行く。なお、母材表面４とめっき金属１に対す
る入熱の配分比の調整は、たとえば図中に示した距離
L₁，L₂を調整することによって行うことができる。

【００２６】本発明方法は、以上に述べた局部めっき操
作を、該操作の対象領域を母材表面に対して相対的に移
動させながら順次進めて母材表面の所望範囲にめっき金
属を順次融着させて行くものである。この相対移動は、
母材の方を動かして行なってもよく、又、加熱手段とめ
っき金属供給手段とを有する局部めっき手段の方を動か
して行なってもよい。

【００２７】上記相対移動により母材表面をカバーする
代表的な態様として、母材をその軸線を中心に回転さ
せながら母材又は局部めっき手段を母材軸線方向に移動
させることにより、スパイラル状の相対移動軌跡を描か
せる態様、ならびに、母材又は局部めっき手段を母材
軸線方向に移動させて直線状の相対移動軌跡を描かせる
操作を母材周方向の各方位に次々に適用して行く態様を
例示できる。

【００２８】の態様はロール，スリーブなどの円筒状
外周面を有する母材に適しており、の態様は形鋼，パ
イプなど長尺の母材、特に円筒状でない外周面を有する
母材に適している。

【００２９】上述の本発明方法の実施に当たっては、、
めっき金属を融着させるための金属表面の活性化手段な
いしは酸化防止手段として、フラックスの使用，めっき
金属へのＢ，Siなどフラックス生成成分の配合，保護ガ
ス雰囲気の形成といった施策を適宜講じることが望まし
い。又、本発明方法に好適な母材表面の酸化防止手段と
して、本発明方法を適用しようとする母材表面に、予
め、耐酸化性金属の溶射層又はめっき層を薄膜状に形成
しておく施策が推奨される。上記溶射層としては10〜10
0μm厚さ相当の自溶性合金の溶射層を、又、めっき層と
しては１〜10μm厚さのNi系無電解めっき層を例示でき
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、上述のように、母材表面の小
領域に必要量だけのめっき金属を供給し最小限の入熱で
めっき金属を融着させる局部めっき操作を、該操作の対
象領域を母材表面に対して相対的に移動させながら順次
進めて所望の範囲にめっき層を形成する溶融めっき方法
であるから、次の効果が得られる。

【００３１】即ち、上記本発明方法によれば、従来の溶
融めっきのように大量のめっき金属溶湯を用意する必要
がないため、Ni基合金やCo基合金のような高融点且つ高
価な被覆金属についても設備面，初期投資面，操業面の
難題を伴わずに溶融めっきが行えるところとなって、溶
射後再溶融処理を施した被覆に匹敵する連続相状の金属
被覆を少ない投資と１工程の操作で安価に形成できる。
サーメットも硬質微粒子の分散状態を維持した形でめっ
きできる。又、多種に亘る被覆金属に随時対応可能であ
り、更には、パイプの外側だけへのめっきなどもコスト
増を伴わずに実施できる。

【００３２】よって、本発明によれば溶融めっきという
経済的に有利な金属被覆手段の適用範囲が被覆金属の種
類あるいは用途面で拡大されるものであり、産業界への
貢献は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法をロール状の母材表面に適用した一
例の模式的断面図。

【図２】図１の方法における母材表面の加熱態様の別例
を模式的に示した断面図。

【図３】本発明方法を管状の母材表面に適用した場合の
母材表面の加熱態様の一例の模式的断面図。

【図４】図３における母材表面の加熱態様の別例を模式
的に示した断面図。

【図５】本発明方法において、母材表面とめっき金属を
まとめて加熱する例を模式的に示した断面図。

【符号の説明】

１ めっき金属 ２ セラミック容器 2a 流出孔 ３ 誘導コイル ４ 母材表面 ５，5a，5b 誘導コイル ６ コア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小 林 良 治 神奈川県川崎市川崎区殿町２丁目17番８号 第一高周波工業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属母材表面の一部の領域を対象として
   母材表面を誘導加熱しながら別途に加熱しためっき金属
   を母材表面に供給し、この際、母材表面及び供給するめ
   っき金属の加熱条件を、めっき金属が母材表面上にてめ
   っき金属の融点以上，融点＋200℃以下の温度となるう
   に設定することによりめっき金属を母材表面に融着させ
   るようにして前記領域を対象とした局部めっき操作を構
   成するとともに、該局部めっき操作をその対象領域を母
   材表面に対して相対的に移動させながら順次進めて母材
   表面の所望範囲にめっき金属を順次融着させて行くこと
   を特徴とする溶融めっき方法。
2. 【請求項２】 母材表面をめっき金属の融点−100℃以
   上，融点＋100℃以下の温度に加熱しながら、めっき金
   属を溶融状態に加熱して該母材表面に流下させて供給す
   る請求項１に記載の溶融めっき方法。
3. 【請求項３】 母材表面をめっき金属の融点以上，融点
   ＋200℃以下の温度に加熱しながら、めっき金属を溶融
   状態に加熱して該母材表面にスプレイして供給する請求
   項１に記載の溶融めっき方法。
4. 【請求項４】 母材表面をめっき金属の融点＋50℃以
   上，融点＋250℃以下の温度に加熱しながら、めっき金
   属を溶融しない程度に加熱して該母材表面に接触させ順
   次溶融させて供給する請求項１に記載の溶融めっき方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の溶融め
   っき方法を、耐酸化性金属の溶射層又はめっき層を薄膜
   状に形成させた母材表面に適用することを特徴とする溶
   融めっき方法。