JPS6027462A - 複合構造管の製造方法 - Google Patents

複合構造管の製造方法

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JPS6027462A
JPS6027462A JP13730283A JP13730283A JPS6027462A JP S6027462 A JPS6027462 A JP S6027462A JP 13730283 A JP13730283 A JP 13730283A JP 13730283 A JP13730283 A JP 13730283A JP S6027462 A JPS6027462 A JP S6027462A
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pipe
ceramic
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cylindrical tube
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Osamu Odawara
修 小田原
Yasumasa Ishii
康允 石井
Hiroshi Yamazaki
洋 山崎
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Kubota Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Kubota Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/02Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of elongated solid or hollow bodies, e.g. pipes, in moulds rotating around their longitudinal axis

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

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】 本発明は、テルミット反応を利用して1円筒管内面にセ
ラミック層を被覆形成する複合構造管の製造方法の改良
に係り、特にそのセラミック層の品質の改善を図るため
の方法に関するものである。
管内面にセラミック層が被覆形成された複合構造管は、
セラミック層が耐熱性、耐摩耗性、1li1食性等の良
好な特性を発揮するため、各種流体の輸送管や工業用配
管部材として広汎な適用用途を有している。
この種の複合構造管の製造手段としては、従来種々の方
法が実施されてきているが、最近ではその好適な製造手
段として、遠心力とチルミント反応を利用するいわゆる
遠心テルミット法が提起されている。この方法を最も代
表的なアルミニウムー酸化鉄系のテルミット反応を利用
して、鋼管のような鉄又は鉄合金製円筒管の内面にアル
ミナ(筒管(1)内にアルミニウム(AI!’)と酸化
鉄(ye山又はFe、Oa)の各粉末あるいは粒子によ
る一定比率の混合物からなるテルミツト剤(2)を装填
シ、これを高速回転による遠心力場内で着火して、下記
式に示す如きチルミント反応を行なわせ、この発熱反応
により生成される溶融金属(Fe)と溶融セラミック(
A/5oj)とを比重分離して、第2図に示すように円
筒管(X)の内面に金属層(3)を介して所期のセラミ
ツク層(4)を被覆形成するものである。
Fe5On + 2 kl −Almol + 2 F
S +199 Kat4/All0@ :Lモル3 F
@+Oa +8 kl →4 A/諺Os+ 9 Fe
+ 194 Ka4/Altos 1モルこの方法によ
れば、一般には上記のAl−酸化鉄糸のみならず種々の
強還元性元素と金属酸化物よりなるテルミット反応系を
利用することができ。
その装填量を調整することによって任意の金属製円筒管
に対して、その内面に所望の厚さで種々のセラミックコ
ーティングを簡単に施すことができ。
しかもそのセラミックコーティングは同時に生成される
金属層を介して円筒管に高い密着状態で結合される利点
を有する。
ここで、この遠心テルミット法において最も利用性が大
で、かつ代表的な前述の鉄系円筒管に対しAl −Fe
酸化物系のテルミット反応を適用する場合について更に
考察すると□、この場合の鉄系円筒管の内面に被覆形成
されるセラミック層は、前記反応式より明らかなように
、α−Abog(コランダム)を主とするものからなる
。この場合における遠心テルミット法の問題点として、
その生成セラミック層の気孔率が高いことが掲げられる
そこで、木−発明者等はこの問題を改善するため。
先に特願昭56−144376号において、テルミツト
剤に添加物として810.の粉末あるいは粒子を添加す
る方法を提案した。この方法は、前記問題の改善に大い
に貢献したのであるが、尚、金属層とセラミック層との
分離が不十分であり、またセラミック表面の平滑性に問
題があった。
本発明はかかる点に鑑みなされたもので1円筒管内面に
テルミット反応を利用してセラミックコーティングする
場合、セラミック層の気孔率の低下をはじめ、金属層と
セラミック層の分離の促進及び凝固後のセラミック表面
の平滑化、外観の改善を目的としている。そして、その
特徴とするところは1円筒管内に、テルミツト剤を装填
し、遠心力場内で該テルミツト剤に着火し、テルミット
反応を行なわせて、前記円筒管内面にテルミット反応に
より生成された金属及びセラミック層を被覆形成する方
法において、前記テルミット剤ヲ装填する前に、予め円
筒管内面にバインダーを介して結合したケイ素化合物又
は金属化合物粉末の被膜を形成する点にある。
以下本発明について詳述する。
先ず、本発明に使用する円筒管+11について述べる。
前記説明では、この円筒管fi+として鉄系のものにつ
いて述べたが、本発明に使用する円筒管il+は鉄系に
限らず、テルミット反応に耐える高融点の金属1例えば
銅、ニッケルなども例示でき、更にコンクリート、石綿
セメントのような無機質系のものであってもよい。また
、該円筒管(1)は、予め作成されたものである必要は
なく1通常の遠心鋳造により作成された円筒管をそのま
ま引き続いて使用してもよい。
次に、前記円筒管(1)内面に、バインダーを介して結
合したケイ素化合物の一例として810.粉末の被膜の
形成方法について述べる。該被膜は、 810j粉末に
無機バインダー(例えば、水ガラス水溶液)を加えて泥
状にした後、これを前記円筒管(+1内面に、刷毛やス
プレーにより、均一な厚み有する膜として形成し、しか
る後例乾燥固化させたものである。第3図は、上記のよ
うにしてバインダーを介して結合した810.粉末の被
膜(5)を有する円筒管+11の横断面を示している。
ここで、 Sin、のバインダーとしては、たとえば水
ガラスなどが考えられ。
粉末に対し、数%〜10数%ぐらい加えることかできる
(場合によっては、30%ぐらいまで)。810重粉末
の結合度を増したい場合は、水ガラスを増量する。また
、5101粉末の粒子の大きさは、溶融セラミックへの
溶出の容易さから0.1 W以下が好ましく、使用する
S10.粉末の重量は、使用チルミツト剤の重量の/2
0〜1/、。程度とする。
ところで、前記被膜15)の生成素材は、S10□であ
るが、生成素材としては他のケイ素化合物又は金属酸化
物を適用することができる。ここで、他のケイ素化合物
又は金属化合物とは、セラミックと固溶体を形成し、溶
融セラミックの流動性を増し。
凝固後のセラミックの性能を向上させる酸化物を意味し
1例えばケイ素化合物として81.N、、金属化合物と
してTi(%、 Zr0m、 CuO11Mg01Ba
d、Coo。
NiO、MnO、Croon、NimeslMnsOa
、 NaF*、 CaF=などを例示できる。
以上のようにして1円筒管+11内面に、バインダーを
介して結合したS10.粉末の被膜(6)をY:、成し
た後、第4図に示すようにS該円筒管(1)を遠心機金
枠(6)内に挿入し、その両端を中心部に孔(8)を有
するバンド+71 +71で固定し、所定の回転に達し
だところで、テルミツト剤散布用の樋(9)をバンド(
7)の孔(8)へ挿入反転し、テルミツト剤(2)を被
膜illが形成された円筒管+11内へ散布する。今、
被膜(5)は810虐粉末が比較的強固に結合されてい
るので、単に810゜粉末を遠心力で円筒管f1+内面
に付着させた程度の810、層に比べて、テルミツト剤
(2)の散布時に被膜(6)が破壊されることはなく、
テルミツト剤(2)が直に円筒管(1)内面に接触する
心配がない。
次に、前記テルミツト剤(2)が散布された円筒管(+
1を更に高速で回転させ所定の回転(通常、 GN。
で70〜200)にしたところで1円筒管fil中のテ
ルミツト剤(2)に着火し、テルミット反応を起こさせ
る。このとき被膜(5)は、テルミット反応の高温によ
り、そのバインダーが解離し、粉末8101層となり、
溶融セラミック中への溶出を容易にする。また、前記粉
末5105層は、テルミット反応生成熱の円筒管(1)
への熱伝導を防ぎ、つまり断熱層として作用し、テルミ
ット反応による高温状態を保持し。
溶融セラミック中の気泡の放出や金属層とセラミック層
の分離を促進する。
かくして、テルミット反応が開始されると、テルミツト
剤はその反応生成物たる溶融金属と溶融セラミックとに
変り、さらにこれらは両者の比重差に基づき分離される
。この頃には、前記粉末状と化した810!は、比重差
により溶融アルミナ中へ溶出し、AbO* BiO*系
セラミックを形成する。
こうして、テルミット反応が終了し1円筒管il+を金
枠(6)より取り出すと、良質なセラミックが、その内
面にコーティングされた複合構造管が得られる。
次に、本発明の実施例、比較例を掲げて説明する。
〈実施例1〉 円筒管として、外径101.6 tm 、厚さ4.2 
fi 、全長250fiの鋼管を使用し、管内面の錆を
落とし磨いた後、その内面に5ins 150 y (
粒径約40μm以下)に水と水ガラスを、それぞれ1o
oy、 50yを混合し泥状にしたものを均一な厚みを
有するように塗布し、しかる後に自然乾燥させ、更に加
熱乾燥して水分を完全に除去し、厚みが約1〜2鯛の被
膜を得た。
次に、この被膜付の鋼管を遠心機金枠内に挿入し、その
両端をバンドで固定した後、金枠を約50Orpmで回
転し、 Al −Fe酸化物系テルミツト剤1500y
を管内へ散布した。その後、金枠の回転を160Orp
mに上げたところで、管内テルミツト剤に着火し、テル
ミット反応を起こさせた。反応終了後充分時間をおき、
金枠を冷却させ、遠心機を停止し金枠より鋼管を取り出
し、セラミック複合鋼管を得た。
この複合鋼管の横断面を観察すると、鋼管の内面より約
1.5ffの生成鉄を介して、約3.0鱈のセラミック
層が形成されており、このセラミック層は極めて緻密で
あ、!1+、その表面は平滑であった。
また、金属層とセラミック層の分離もよく、明瞭にその
区分が判別できた。
〈実施例2〉 円筒管として、外径101.6m+、厚さ4.2fi、
全長250#の鋼管を使用し、内表面の錆を落とし磨い
た後、その内面に810諺約60y(粒径約40μm以
下)に水と水ガラスを、それぞれ4’OF、20yを混
合し泥状にしたものを均一な厚みを有するように塗布し
、しかる後に自然乾燥させ、更に加熱乾燥させ水分を完
全に除去し、該鋼管の内面に被膜を形成した。
次に、この被膜付の鋼管を遠心機金枠内に、厚さ31−
の黒鉛製円筒を介して挿入し、その両端をバンドで固定
した。黒鉛製円筒を介した理由は。
黒鉛の熱伝導率が、金枠の材料である鋼のそれより大き
く、前記被膜の作用を確認するのに好都合だからである
。ちなみに、黒鉛の熱伝導率は。
0.31(14’(llIl、Elec、 ’C,鋼の
それは、 0.13a+//m、sea、’cである。
そして、前記金枠を約50Orpmで回転させ。
Fe504 : A/ ” 699P : 236 F
からなるテルミツト剤935yを前記鋼管内へ散布した
後、回転を1580rpm(()NOで130)に上げ
たところで、管内テルミツト剤に着火し、テルミット反
応を起こさせた。反応終了後充分時間をおき、金枠を冷
却させ、遠心機を停止し金枠より鋼管を取り出し、セラ
ミック複合鋼管を得た。
この複合鋼管の横断面を観察すると、〈実施例1〉の場
合と同様に、金属層とセラミック層との分離もよく、そ
のセラミック層は非常に緻密なものであり、またその表
面は、美麗で平滑であった。
また、圧壊強度を調べたところ約2200KgAであっ
た。
〈比較例1〉 〈実施例2〉におけるセラミック複合構造管の製造条件
において、鋼管内面に被膜を形成する点を被膜を形成せ
ず、他は同様の条件でセラミック複合構造管を製造した
きころ、金属層とセラミック層の分離が悪く、セラミッ
ク表面には凹凸が生じ、また微粉末状の白色汚れも目立
った。そして圧壊強度を調べたところ、1900Kr/
c+dであり〈実施例1〉の場合より低い値を示しだ。
〈比較例2〉 〈実施例2〉におけるセラミック複合構造管のm造条件
において、鋼管内面に被膜を形成する点を被膜を形成せ
ず、またテルミツト剤として、〈実施例2〉のものを、
これに510g65y加えたものとし、他は同様の条件
でセラミック複合構造管を製造したところ、未だ、金属
層とセラミック層の分離が十分でなく、また、セラミッ
ク層表面に気孔が目立った。しかし、セラミック層は全
般的に非常に緻密化されており、圧壊強度は約2480
に1’/ciと比較的良い値を示した。
以上のように大発明によると、生成セラミック層の品質
が他のものに比べて優れたものであることが判ったが、
木発明者等は、更に前記被膜の作用、つまりセラミック
層を良質化する原因となるチルミント反応の高温保持作
用を確めるため、放射温度針を用いて、〈実施例2〉、
〈比較例1〉。
〈比較例2〉について、セラミック生成中の鋼管内の温
度状態を観察した。
この観察方法を述べると、第5図に示すように放射温度
計(ロ)は、水平に設置された遠心機金枠(6)の一方
のバンド(7)から約3m離れた位置に設置された。そ
して、バンド(7)の孔(8)を通して、水平方向と約
18度の角度を有して、黒鉛製円筒αη中の鋼管(+0
1の内面で、鋼管(10)の末端より約100 m離れ
た位置の温度を測定すぺく、放射温度計(6)の観測方
向が設定され、その放射率は、0.3に固定された。
また、この放射温度計(6)には、変換器(2)及びレ
コーダ0帥が接続され、鋼管(1o)の内面温度が自動
的に記録された。
上記温度測定の結果を第6図に示す。第6図は。
見かけ温度2000 ’Cを越えてからの経過時間に伴
う見かけの温度を示しており、セラミックが溶融状態で
あると考えられる2000”C以上の高温保持時間は、
〈実施例2〉の場合が、9.2秒、〈比較例1〉の場合
が6.9秒、〈比較例2〉の場合が6.6秒であり、〈
実施例2〉の場合、つまり鋼管(9)内面に被膜15)
を形成した場合が、他の場合、っ捷り鋼管(9)内面に
被膜15)を形成しない場合に比べて、高温保持時間が
非常に長いことが確認された。
以上述べたように、大発明による複合構造管の製造方法
によれば、気孔率の低い緻密な、まだ。
金属層との分離が明瞭になされた1表面が平滑であシ美
麗なセラミック層が、その内面にコーティングされた品
質の優れたセラミック複合構造管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、遠心テルミット法の製造工程を示
す円筒管の横断面説明図であり、第1図はテルミット反
応前のテルミツト剤装填状態を、第2図は、テルミット
反応後における金属層を介してのセラミック層の被覆状
態を示している。 第3図から第5図は、大発明の実施例を示し。 第3図は、被膜が形成された円筒管の横断面図。 第4図は、被膜が形成された円筒管にテルミット剤散布
用樋の挿入中の状態説明図、第5図は、テルミット反応
中の円筒管内面の温度を観測している状態説明図、第6
図は、見かけ温度2000℃を越えてからの経過時間に
対するテルミット反応中の円筒管内面の温度の関係を示
す図である。 +11・・・円筒管、(2)・・・テルミツト剤、(3
)・・・金属層。 (4)・・・セラミック層、(5)・・・被膜。 特許出願人 」H妖川田裕部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 円筒管内に、テルミツト剤を装填し、遠心力場内で
    該テルミツト剤に着火し、テルミット反応を行なわせて
    、前記円筒管内面にテルミット反応により生成された金
    属及びセラミック層を被覆形成する方法において、前記
    テルミツト剤を装填する前に、予め円筒管内面にバイン
    ダーを介して結合したケイ素化合物又は金属化合物粉末
    の被膜を形成することを特徴とする複合構造管の製造方
    法。
JP13730283A 1983-07-26 1983-07-26 複合構造管の製造方法 Granted JPS6027462A (ja)

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JPH0328255B2 JPH0328255B2 (ja) 1991-04-18

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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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JPH0328255B2 (ja) 1991-04-18

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