JPS60501747A - 粉末金属被覆及び/又は耐火金属被覆を施した鉄系金属 - Google Patents

粉末金属被覆及び/又は耐火金属被覆を施した鉄系金属

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JPS60501747A JP84502827A JP50282784A JPS60501747A JP S60501747 A JPS60501747 A JP S60501747A JP 84502827 A JP84502827 A JP 84502827A JP 50282784 A JP50282784 A JP 50282784A JP S60501747 A JPS60501747 A JP S60501747A
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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】 「粉末金属被覆及び/又は耐火金属被覆を施した鉄系金属」本発明は一般的に鉄 系金属ヘースを持つ物品に施された細分化材料の保護被覆に関し、特に鉄系金属 ヘースを持つ金属ストリップの表面に、樹脂結合剤に分散された細分化金属及び 非金属耐火材料の巾広い範囲の改良保護被覆を造る方法、及び巾広い範囲の被覆 組成と表面特性の得られる各種の加熱処理条件に曝した該被覆鉄系金属ストリッ プに関するものである。
これまで細分化された金属又は非金属の耐火物質を含む被覆は鉄系金属ストリッ プの酸化、腐食、及び類似の応力に対する抵抗性を改良し、外観を改良し、又他 の例えばペンキ塗装性、又は溶接性などを良(するために種々の方法で鉄系金属 ストリップに応用された。
また例えば、鉄系金属のヘースの+に細分化された物質の被覆を造る方法として 、細分化された金属を揮発性有機材料に懸濁させ、この液を粒子の担体とし、ス トリップが非酸化性雰囲気中で加熱され−ζ、を機結合剤が除去されるまでスト リップ上に粒子を一時的に結合する方法が提案された(米国特許No、 2,2 89,614)。
また揮発性を機動のフィルムを粒子の粘着層としてその上に粒子をまき散らし、 次にこれを固めて焼結被覆又は拡散被覆が充分にできるよう加熱する方法が提案 された(米国特許& 3,954,460)本発明の目的の一つば、鉄系金属に 改良された被覆を施すこと及び鉄系金属製品上に、細分化された金属又は非金属 の耐火材料を常温では柔軟な樹脂結合剤に分散さセて保護被覆を造る工程と、歪 がなく被覆の広い範囲の厚みに対してうまく膨出してくれるような乾燥被覆を提 供することにある。
また本発明の他の目的は、金属又は非金属耐火表面被覆であって、主として細分 化された金属又は非金属耐火物を含め、鉄系金属ストリップに直接結合し、その ために室温では密着性と成形性が良く且つ歪がないことを特徴とし、広い範囲の 厚みに対して張出性の良い鉄系金属ストリップを造る改良性を提供するにある。
更に、本発明の他の目的は、固溶体鉄保護金属拡散合金表面被覆を直接該鉄系金 属ストリップの上に造り、室温においては、展延性、成形性及び機械強度が良く 、高温においては耐酸化性の良いことを特徴とする鉄系金属ストリップと、固溶 体で鉄を保護する金属拡散合金表面被覆を形成する処理法を提供するにある。
また他の目的は、強い酸化物形成体を合金形成必須元素として含む低合金鋼スト リップの表面に改良保護被覆を造る方法を提供することに成る。
また本発明の他の目的は、当業者が次に記された詳細な説明と請求の範囲を概略 図、グラフ、写真、顕微鏡写真等を参考として読めば明白であろう。この中の図 において第1図は本発明による数種の品を造るのに使われる処理工程の概略図で ある。
第2図はチタン含有アルミニウムキルト低炭素鋼パネル上に造られた数種の鉄− アルミニウム拡散合金被覆におけるアルミニウムの表面濃度及びその分布を示す もので、厚さの異なる乾燥粉末アルミニウムー樹脂(90: 10の比)被覆を パネルに施した後、816°C(1500°F)のJ)酸化性雰囲気中でパネル を40時間拡散熱処理したものである。
第3図は25μmの厚みの粉末アルミニウムー樹脂被覆(90: 10の比)を 施したパネルを指示温度に15時間加熱して造ったアルミニウムキルド低炭素鋼 パネルにおけるアルミニウムの表面濃度とその分布を示す図である。
第4a[19は重量パーセントで10%のアルミニウム表面濃度を有する固溶体 鉄−アルミニウム拡散合金被覆にできた表面酸化の写真で、拡散被覆を施された パネルが室温で膨出試験機中でできた膨出によって甚だしく応力変形された後、 チタン含有アルミニウムキルド低炭素鋼パネル上にロール被覆された乾燥樹脂− 粉末アルミニウム被覆(10: 90の比)を拡散加熱することにより造られ、 空中で816°C(1500°F)の温度に420時間加熱されたものである。
第4b図は通常の溶融メッキType Tアルミニウム被覆を施されたチタン含 有アルミニウムキルド低炭素鋼パネル中に生した表面酸化の写真で、第4a図の パネルと同様に膨出試験機中で室温で同しような変形を受けたものを空中で81 6°c (1500’F )で420時間加熱したものである。
第5図は膨出試験機によりパネルに形成された膨出の断面をその上に重ねて持つ 第4図の変形パネルの企図である。
第6図は鋼ストリップの断面の顕微鏡写真(250倍で4%ナイタール腐食した もの)であってストリップは、アルミニウムの表面濃度が約10重量パーセント である固溶体鉄−アルミニウム拡散合金被覆を有する。該鋼ストリップは鋼中の 炭素が全てチタン(!:結合しており、乾燥樹脂−粉末アルミニウム被覆を有す るチタン含有アルミニウムキルド低炭素銅ストリップを拡散熱処理することによ り造られる。
そして、第7図は鋼ストリップ上断面の顕微鏡写真(250倍、4%のナイター ル腐食)であって約10重量パーセントのアルミ表面濃度を有する固溶体鉄−ア ルミニウム拡散合金被覆を有し、鋼中にチタンと結合した炭素はなく、第6図と 同じ乾燥粉末−アルミニウム被覆を有するアルミニウムキルド低炭素鋼ストリ、 プを拡散加熱して造ったものである。
本発明の目的は次の如くして達成される。即ち先づ、低炭素鋼ストリップのよう な長い鉄系金属島のきれいな表面に、粉末金属アルミ又は粉末亜鉛とアルミとの 混合物のような細分化された金属材料を含むぬれたフィルムを造るが、又はほう ろうフリットのような細分化された非金属耐火材料を加熱成形に適する液体樹脂 結合剤−溶媒組成液体中で一様に拡散さ・已、溶媒を除去し、金属ストリップに よく密着し、室温で変形可能で、周辺温度又は室温ではべとつかない乾燥フィル ムを樹脂に施すことによって達成される。硬化された粉末−樹脂被覆を有する鋼 ストリップは、室温にて被覆を変形する必要のある構造物又は品物を造るのに通 ずる。
更に本発明の具体例をのべれば、硬化した樹脂−粉末金属被覆を施したストリッ プは、樹脂を除去し、常温変形性を改良し、製造中はげしい変形を受けても耐高 温酸化性のよい焼結または固溶体鉄−保護金属拡散合金の表面被覆を造るため高 温にあげるのにも適している。これによって被覆を施された鋼ストリップは、実 用中酸化雰囲気中で高温にさらされる品物を造るのに特に有用である。
本発明の他の具体例によれば、細分化された保護被覆材料たとえば粉末金属材料 または粉末耐火4−イ料でできた変形(tiのある密着性のよい被覆を、鉄系ヘ ースたとえば冷間圧延した低炭素鋼ストリップの表面に、圧延被覆することによ って造ることができる。
該鋼ストリップは、揮発性熱可塑性合成有機樹脂から成る液体熱可塑性樹脂結合 剤組成物中に均一に分散させた細分化された金属材料、又は耐火材料被覆を有す る。更に、上記揮発f’1.$可塑性合成有機樹脂は、該樹脂となじみの良い揮 発性有機材料に容易に7容解し、その結果上記樹脂結合剤中で細分化された保護 被覆材料の安定均質な懸濁液が形成されるのである。
粉末金属またはセラミック粒子の担体および結合剤として役に立つ組成体を鉄系 金属ヘースストリノブ上に造るのに有用なgヵi11塑性樹脂は、溶媒を除去し たのちには、鋼ストリップの表面に堅固で弾力性あるべとつかない密着性のよい 硬度係数を常温で持たなければならない。
また熱可塑性樹脂は、被覆を施されたストリップを高温に過熱した際、鋼スI・ リップ−1−に有害な残渣を残すことなく、揮発またはガス性生成物に分解する ことにより、被覆から除去されることが望ましい。また中性または還元雰囲気の 中でも、焼結または拡散温度たとえば 816℃(1500°F)及びそれ以上にあげられた場合、被覆中に著しい残渣 を残すことなく、完全に分解することが望ましい。たとえば、樹脂結合剤はスト リップを空気中で340℃〜535°C(644°F〜955 ’ F)の温度 に加熱するとほとんど揮発しどしまうものがよい。(すなわち少なくも樹脂の9 0%は揮発すること。)熱可塑性樹脂はツーコン硬度(Tukon l1ard ness、)で約10と22の間の硬度を持つべきであり、好ましくは粉末樹脂 被覆が“硬化(cured) ”状態で使われたときは約10〜15りらいがよ いが、硬化粉末樹脂被覆が直接加熱されて品物が鉄−金属拡散合金の表面被覆を 造るまでに至ると約15と22との間にくることもある。また熱可塑性樹脂は常 温にてねばつかないで処理し、扱うのに必要な程度の柔軟性を示す乾燥した柔軟 な被覆を提供するように、常温即ち室温より少し高い温度(35℃くらい)と1 80℃との間のガラス転移点く即ち軟化点)を持たなければならない。
前述の性質を有する熱可塑性樹脂には、アクリルアルキルエステル樹脂(acr ylic alkyl ester resin) と、ビスフェノール−A( bisphenol−A) と約20,000と35,000の間の分子量を有 するエビクロロヒドリン(epichlorohydrin)からできたフェノ キン樹脂(phenoxy resin)のようなビスフェノールAベースの樹 脂がある。適当なフェノキン形の樹脂は、ユニオンカーノ\イド社(Union  Carbide Corporation)製のヘークライ1.+I11 フ ェノキシ樹脂、例えばヘークライトレジンP K HHで25,000と30. 000の間の分子量を持ち、ガラス転移点が約100℃(212°F)と170 °C(338°F)との間にあるものがある。フェノキシレジンヘークライトf R1レジンP K II IIは、酸化雰囲気中で8906Fに5分間または8 00 ’ Fに15分間加熱すると樹脂の92パーセントおよび93.6パーセ ンI・がそれぞれ揮発する。本発明に使うのに特に適した熱可塑性アクリルアル キルエステル樹脂の中にはメタクリル酸メチルコポリマ、メタクリル酸エチルコ ポリマ、メタクリル酸メチル−フ′チルニ1ポリマ、メタクリル酸イソブチルポ リマおよびメタクリル酸エチルコポリマがある。
アクリルアルキルエステル樹脂で好ましいものi;I:、メタクリル酸エチルコ ポリマ(アクリロイl−’1(−72)であってこれはり一ノ、アンドハース会 社(Rohm and 1laas Company)の製品で比重が]、、1 5 g/<C、ガラス転移点(軟化点)が40℃(104°F)でありツーコン 硬度は10−11である。アクリロイトB−72(八c、ryloid[(−7 2)は600°F4こ10分間または700°Fに5分間熱すると樹脂の93パ ーセントが揮発する。
ここにのべた熱可塑性樹脂と似た性質を有する他の合成41機樹脂は、粉末被覆 の樹脂結合剤の組成を形成するのに使われろ。たとえば熱硬化性ポリエステル樹 脂と、例えばアクリリックとエボギン樹脂との混合物のような熱可塑性と熱硬化 性樹脂との混合物、はここにのべた熱可塑性樹脂と同様な性質を有し、かつある 程度の重合性と交叉結合性を示し、被覆から樹脂の溶媒を揮発させろために加熱 したのちは、常温即ち室温にて柔軟でねばつかない被覆を造れるものは、樹脂結 合剤を形成するものとして使うことができる。
有機溶媒で熱可塑性アクリルアルキルエステル樹脂とフェノキン樹脂とを混ぜる のに適したものの中には、セロソルブアセテ−+−(酢酸2−エトキシエチル) がある。これはきめられた被覆処理で使われるとき、所望の厚みの被覆を造るた めにある粘度の液組成をつくるのに必要な量だけ使われる。他の揮発性有機溶媒 で約30℃と約274℃(80°F〜525 ’ F)との間に加熱することに より都合よく除去され、且つ同様な性質を持つものでは、例えばメチルエチルケ トン、メチルイソブチルケトン、メチルセロソルブアセテート、または市場で手 に入る溶媒混合物(すなわちセロソルブアセテ−1・−セロソルブ溶媒−メチル エチルケトンの混合物)が使われる。
細分化されたまたは粉末の保護金属被覆材料で、本発明に使用されるものには次 のものがある。亜鉛、鉄−亜鉛混合物および合金、アルミニウム、アルミニウム ー亜鉛混合物および合金、アルミニウムー硅素混合物または合金、鉄−アルミニ ウム混合物および合金、銅、黄銅、青銅、銅−ニッケル混合物および合金、ジュ ロニッケル(duronickel)、ニッケルークローム混合物および合金、 鉄クロム混合物および合金、及びステンレス鋼である。六価のクロム化合物のよ うな増量剤および保護顔料も溶接性を加減し、塩水噴霧腐食抵抗を増しまた保護 被覆に好ましい他の性質を付与するために、本発明の粉末保護金属被覆材料の内 に加えることができる。
本発明による鉄系金属ストリップに応用し得る細分化された非金属耐火被覆材料 としては、細かく粉体化されたセラミ’7り材料、例えばエナメル粉体被覆、エ ナメルフリット、はうろうフリット、ガラスフリット、(粉体被覆)および通常 鉄系金属ストリップまたはシーI・上に被覆を溶融または焼結温度まであげて、 保護被覆または装飾被覆を造るのに使われる細分化耐火材料などがある。
粉体金属もまた細分化されたセラミック材料と混ぜて、サーメット−樹脂被覆お よび焼結サーメット(cermet)被覆を造るのに使われる。
粉体保護金属材料または耐火材料を液体樹脂結合剤組成物中に懸濁させる方法は 、噴霧被覆、浸漬被覆および圧延被覆等如何なる処理法によるとも適当であれば 鉄系金属ストリップに応用することができる。
粉末被覆を施された鋼ストリップが、乾燥状態または“硬化された(as cu red)”状態(すなわち溶媒は除去されるが樹脂は除去されないように加熱さ れる)で使われる場合は、好ましくは熱可塑性アクリルアルキルエステル樹脂ま たはフェノキシ型の樹脂のように体積で約50パーセントの樹脂組成、及び例え ば粉床金属アルミニウムのような体積で約50%の細分化された被覆材料の組成 を有するのが、硬化された被覆の代表的な例である。金属粉末または耐火物粉末 の濃度をこれ以上高くすることは、被覆を施されたストリップに深絞り性質を必 要としない場合か、硬化または乾燥された樹脂−粉末被覆が加熱されて、鉄−保 護金属拡散合金表面被覆を形成する場合には使われる。被覆を施された綱スIす 7プに焼結または単相の鉄−保護金属拡散合金表面被覆を施そうと思う場合は、 被覆溶液は好まし7くは体積で約12から20パーセントの樹脂を含み、溶媒の ない基準で体積で80パーセン[−から88パーセントの粉末を含ませるのがよ い。被覆を施すごとによって得られた成形性と腐食または酸化を防く性質は、被 覆の組成、被覆の厚さおよび被覆を施す処理の条件によって異なる。
本発明において通常用いられる鋼ベースは、冷間圧延された低炭素鋼であり、ア ルミニウムキルト鋼が望ましいがかならずしもそうでなくてもよいが、重量パー セントで最人約0.25パーセントを越えない炭素含有量で、好ましいのは約0 .001重量パーセントと約0.1重量パーセントとの間の炭素量を含有ずもの である。アルミニウムキルト低炭素鋼は臂通約0.01から0.08重量バーセ ントの炭素、約0.3から0.8重量パーセントのマンガン、最大約0.03重 量パーセントの硫黄〜最大0.015重量パーセントの燐、約0.05パーセン トの硅素、最大約0.10重景パーセントのアルミニウムおよび残りは主として 鉄と通常程度の不純物残渣を含む。鋼を真空中で脱ガスすると、鋼中のメタロイ ドの温度と不純物は非常に低くなる。低炭素アルミニウムキルド鋼で本発明に用 いられるのは、冷間圧延鋼ストリップで、重量ベースで次の組成を有する。即ぢ 、炭素0.05パーセント、マンガン0.25〜050パーセント、硫黄0,0 30パーセント、no、o2パーセント、硅素0.05パーセント、アルミニウ ム0.030パーセントから0090パーセント、そして残りは主として鉄と付 随の不純物である。
本発明は低炭素アルミニウムキルド鋼ストリップのLに均質なアルミニウム被覆 を造るとき乙こ特るこ有効であり、該鋼ストリップは合金元素として少量の酸化 物形成の強い金属たとえばチタンを約0.1から約1.0重量パーセント含む。
重要な合金元素とL2て強い酸化形成物を含む低炭素低合金鋼は、通常の連続被 覆処理によって高温酸化および/または腐食に対する優れた耐性を有する溶融ア ルミニウムメッキ被覆を連続的に均一に造ることはむつかしい。
被覆を施すべき鋼ストリップの表面は、通常の方法でよいが充分きれいにして、 圧延時の油、その他のlηれをストリップの表面から取除き、それから本発明の 粉末−樹脂材料で被覆を施さねばならない。特別な場合はストリップを脱脂溶媒 および/またはアルカリ洗浄溶液とブラシを用いて洗浄してもよい。洗浄液は約 65℃と80°C(+49 ’ Fと1766F)の間に加熱することが望まし い。洗浄ブラシュは通常のものたとえばスコッチ−プライドプラ・ノシュ(Sc otch−Rrite brush)を使えばよい。そしてブラソフJ−かけは 湯または熱いアルカリ洗浄液を使えばよい。ストリップを粉末金属−熱可塑性樹 脂結合剤の組成で被覆を施そうとする場合はその前に、ストリップの表面をアル カリで洗浄し、その後充分水洗して乾かす。
硬化粉末金属−樹脂被覆鋼ストリップを本発明の方法によって造ることを特例に よって説明すると、炭素含有量0.05重量パーセント、厚み約2璽璽、巾約1 105(bの冷間圧延されたアルミニウムキルト低炭素鋼のストリップをアルカ リ洗浄浴の中に毎秒約0.60mのライン速度で連続的に浸漬した。アルカリ洗 浄浴はリットル当り約15■(ガロン当り2オンス)の“パーカ356洗浄液( Parkcr356 C1eaner)”を含み60℃と77℃(150°F  −170°F)の間に熱せられた。アルカリ浴を出たストリップは、全負荷能力 の75%でItl+くスコ・ノチーブライトブラシュで連続的にぬれたままプラ ッシュされた。ここでストリップはもう一度同一組成と温度を有するアルカリ洗 浄浴を通され、それから16℃〜27°C(60°F〜80°F)の水で噴霧洗 浄され、それから60℃(+40 ’ F)のエアーナイフで乾燥された。ある 場合には仕十洗浄の前に、約47°C(115°F)のH,50,3%水?容液 にあてられた。
洗浄されたストす、プは通常の方法で、平均粒子の大きさが約9〜13ミクロン であるアルミニウム金属粉末(レイノルド−511)を、均一に熱可塑性樹脂結 合剤組成中に分散させて造った液体被覆組成で圧延被覆を施された。アルミ粉末 の量は硬化後、約67重量パーセント(約48体積パーセント)のアルミ金属粉 末と約33重量パーセント(約52体積パーセント)の熱可塑性樹脂よりなる乾 燥フィルムができるような量とする。熱可塑性樹脂結合剤の組成はメククリル酸 エチルコポリマー(アクリロイトB−72:ロームアンドハース社製)でそれは セロソルブアセテート溶媒を約170 m/(6オンス)溶媒対40グラム樹脂 の割合で含み、0.57 Pa、S (43秒11Zahn)の粘度と総量38 .2パーセン[・の固形物を含むものができた。メククリル酸エチルコポリマ樹 脂は10−11のツーコン硬度と、約40°Cのガラス転移点を持っていた。溶 媒はその組成物の粘度を調節するために加えられ、圧延被覆工程に対し所望の被 覆厚みかあ・bれるようにした。金属粉末の樹脂に対する割合は被覆中の金属成 度を所望のものにするように選ばれた。
前述の粉末アルミニウムー樹脂結合剤液体被覆組成が通常の圧延被覆処理によっ てストリップの両面に第1被覆場で着けられ、次に被覆は第1加熱炉中で硬化さ れた。該加熱炉中でスI・リップは約177°Cと279°C(350°Fと5 356F)の間に加熱された。できれば加熱炉の出口で計ったとき最高207° Cと212°C(4Q5°Fと415°F)の間にくるようにし、被覆から揮発 性のセロソルブアセテート有機溶媒を完全に除去し、樹脂を施すが樹脂結合剤を 除去したり劣化さ−せたりはしないようにし、約30.5μm (1,2m1l s)の厚めを有する硬化乾燥膜を造った。被覆をつけたストリップをその場で熱 処理して合金化された表面被覆を造ろうとずろ場合は、後述するように樹脂被覆 をつけられたストリップは207°Cという温度に加熱する必要はなく、実質的 に溶媒を除去するに足る温度に加熱すれば1分である(即ち150℃くらいでよ い)。その後、この工程Yは被覆システJ、の粘度は、被覆処理浴に乾燥被覆厚 めが約200μm (0,8m1ls)となる程度のセ「1ソルブアセテート溶 媒を加えることによ−、゛(減らされた。
同様な被覆液で乾いた被覆の厚めを約127μm (0,5m1d)から50. 8μm (2,0m1l)にするものができた。液体粉末アルミ被覆システムの 安定性はずぼらしかった。そのわけは被覆成分は8時間にわたって何等分離問題 を起こ1ことなく使用できたからである。
前述の工程中もアルミ被覆を鋼ストリップ表面土に圧延被覆方式で造るにあって 何等問題は認められなかった。
硬化粉末金属−樹脂被覆を低チタン合金低炭素鋼上に造る他の実例をあげると、 約003重量パーセントの炭素、約0.4重量パーセントの金属チタンと0.0 9重量パーセントのアルミニウムおよび通常程度のマンガン、硫黄、燐、硅素と 付随の不純物を含む低炭素アルミニウムキルド全硬鋼ストリップを次のような方 法で洗浄し圧延被覆を施した。工程に先立ぢ、樹脂結合剤(Il & I+アク リロイドB−72)と溶媒(セロソルブアセテート)とを結合剤195gと溶媒 ]、dm’ (1,625ポンドの結合剤対溶媒1ガロン)の割合で混ぜ、結合 剤110 dm’ (29ガロン)/78媒液を2086m3(55ガロン)の ドラムに入れ、同時にアルミニウム金属粉末154kg(340ボンド)(レイ ノルドアルミR400)も入れた。結合剤/溶媒液とアルミニウム粉末とをドラ ムの中でよく混ぜそれから分散液を圧延被覆工程に出した。分散液の粘度をセロ ソルブアセテートで調節して0゜26−0.30 Pa、S (21−24秒# 4 Zahn)とした。調節後は、湿式被覆混合物は、全固体が42.0%とな った6帛媒を除去した後に出来る好適な乾燥フィルl、被覆は90.1車量パー センI−のアルミニウム粉末と9.9重量パーセントの樹脂結合剤(90: 1 0の01合)を含有し、乾燥フィルムの厚みは22.9μm(0,9m1ls) である。11延被覆をかける前に$jlストリップは次の1明序で洗浄さ力た。
(1)“′パーカーm338洗浄液”の1.21kg/m”(2,5オンス/ガ ロン)の溶液を655°C(150°F)にしてアルカリ噴霧する6(21?= ”iA式ジブラッシング(3)655°c (1,506F)の“パーカーM3 38洗浄液 ”の密液0.997kg/m3(2,0オンス/ガロン)でアルカ リ噴霧する。+4)47.7°c (118°F)の3%H2SO,水7容液で 酸洗いする。[6160°C(140°F)の水で水ン先7先浄する。(7)乾 燥。
アルミニウム粉末被覆はストリップの両側を、被覆仕十場でアラニン被覆されそ れから被覆を乾燥、硬化さ−ぜた。温度テープ、接触温度計、およびイルコン( Ircon)赤外線言1測装置などが処理に適した最高金属硬化温度と良好な被 覆の密着性を得るための炉の温度を調節するのに使われた。工程の条件によって は、最高金属温度は193.3℃と210℃(3806F〜4106F)の間ま たは約207℃が好ましく、輻射率を0.73セ・ツトしてイルコンを使って測 定しながらその温度に維持された。
運転を続ける間に被覆の転移が、硬化炉の後ろのストリップの底側にある第一指 示接触ロールの所でおきたことがわかった。これはロールにあてる前の冷却時間 が不適当なためにおこったのである。それ故ストリップ底側の被覆の厚みは、湿 式フィルJ、厚みで最高38.1−40.6μm (1,5−1,6m1ls) に制限した。これは乾燥厚みで25.4μm(1,0m1l)に相当する。硬化 炉の後ろの接触ロールの所に被覆の転移ができるのをな(するため、スI・リッ プの底側に水噴霧をあてることにした。i;■記試運転では約12.7 p m  (0,5m11)と38.1μm(1,5m1l)の間の被覆ができた。
“ジンク17メタル(Zincrometal) ”被覆と同様な組成を持つ粉 末金属−樹脂被覆した釦1ストリップ(即ち、オハイオ州クリーブランドのダイ ヤモンドソヤムし1ツク会社(Diamond Shamrock Corpo ration)の亜鉛 クロメート(Zinc−chromate)製品)もこ こにのべるように、粉末材料として金属亜鉛粉末とクロノ。酸化物(Cry。
/Crz(L+)の混合物を使い、これをアクリロイ)”B−72という熱可塑 性樹脂と、曲鉛−クロメイト粉末混合物約86重量パーセント対アクリロイF’ B−72の如き熱可塑性樹脂約14重量パーセントの割合で使って、圧延被覆を 施すことができた。
鉄系金属ストリップにも多重層の粉末金属被覆を施すことができる。先づ亜鉛の ような粉末金属材料一種を使って−・成膜あるいは下地膜を造り、次にアルミニ ウムのような第一二の粉末金属材料を使って仕」−膜すなわち表面膜を造る。鉄 系金属ストリップはここにのべた方法または従来の方法で洗浄し、それから第一 被覆が施される。これはメタクリル酸エチルポリマのような熱可塑性樹脂の中に 粉末金属亜鉛の懸濁液を含み、乾燥ベースで約70重量パーセント(約50体積 パーセント)の粉末亜鉛と約30重量パーセント(約50体積パーセント)の樹 脂の割合で前記の規定した性質を有し、又粉末亜鉛の均一な懸濁液の形成を許し て充分に粘度を凍らすだけのセロソルブアセテートを含む、そして懸濁液を無限 に長い低炭素鋼冷間圧延鋼スI・リップに塗布し圧延被覆によって被覆を造り、 207°c−21,2°C(405°F〜415°F)の最高温度にて溶媒を除 去し硬化させると、厚み約15.2μ11(0,6m1ls’)の乾燥被覆がで きる。粉末亜鉛被覆はなめらかで、多孔性がなく、展延性があり、塩水噴霧に対 する抵抗性がすくれている。粉末アルミニウム金属被覆法は粉末アルミ被覆のと き既にのべたのと同し方法で乾燥曲船被覆に直接施される、そしで次に177’ f’:と279℃(350゜Fと525°F)の間の最高温度に加熱して溶媒を 除去し2、夕1例の被覆に樹脂を施しまたは硬化すればよい。被覆は調質圧延し 7て耐酸性のすくれた円滑で不浸透性の表面とすることもできる。
耐火物被覆の改良としたものも、きれいな表面の鋼パネルまたストリップの上に 施すことができる。その方法は本発明のプロセスにより、細分化されたガラスフ リット、アクリロイI=’B−72樹脂およびセロソルブアセラー−1・溶媒な どの分散系を−AむセEJ液を用い、溶媒を除去した後に約15.2μm (0 ,6m1l)から約30.511m (12m1l)の厚さとなる薄い乾燥被覆 を造るものである。樹脂対ガラスフリットの割合が、重量で樹脂35部対ガラス フリノI・65部のものを使い、鋼ストリップに圧延被覆を施し7、次に従来の 白コ゛ナメル上被覆をかげ1460°Fの温度で4分間火をかければ合成面4火 被覆ができる。該合成耐火被覆はオルゼンハトンテスt−(Olsen But ton Te5t)にも約10という値で合格する。ここで“0“とは巻取り作 業後、被覆が100%除去されたことを意味し、“10”とは全熱除去されなか ったことを意味する。次の成分を含むガラスフリフトは、次の数種の規定された 成分またはその同等量を約1010’C(1850°F)に5分間加熱、水中焼 入れし、微細粉末に粉砕すれば造られる。
ボラノクスガラス(Borax Glass) ・・52. 4グラム酸化鉛  ・・・・・・・ 5.3 〃 炭酸カルシラ1、 ・・・・・・・16.Ol/バリウム ・・・・・・・10 .9 〃アルミナ(八β203)・・・ ・・・11.0=炭酸ソーダ ・・・ ・・・・19.8 〃シリカ(SiO□) ・・・・・・・ 1.7 〃ガラス フリットを金属アルミニウム粉末または他の粉末保護金属と共に混ぜてもよい。
その割合は重量でガラスフリット約35部対金属粉末約65部とし7、これをア クリロイl’B−72樹脂にて?2. /fi液を造り、ここで述べたと同じ方 法で銅パネルに施ゼは成形性のよいサーメット被覆ができる。
さらに他の実施例をのべると、上述の方法で造った硬化樹脂−金属粉末で被覆を 施されたストリップを、酸素含有雰囲気たとえば空気のある焼鈍室に開放コイル 形にして入れ、比較的低’i”lL度で熱処理する。ここでストリップは649 °C(1200°F)と言う温度に加熱する。しかし一般的には約482°c  (9006F)を越えなし1方がよく、できれば約427℃(800°F)にて 熱可塑性樹脂結合剤を、樹脂を揮発させることによって大略除去できるのに充分 な期間加熱する。しかし脆い鉄−アルミニウムの金属間化合物の準表面層はでき ないようにする。
これができると被覆の成形性を大変損なうからである。ストリップが開放コイル 形で酸素を含む雰囲気中で加熱されて熱可塑性樹脂結合剤がとれると、アルミニ ウムのような金属粒子はIT−b s hこ結合され、また酸化物対酸化物結合 によって鉄系金属ベースと結合する。樹脂のなくなった金属被覆成形11は改善 され、鉄系金属へ一スの酸素ボンドは鉄系金属ボンドに変化され、該変化し;1 開放コイル焼鈍室にある酸素雰囲気を窒素ガスで置換し、しかる後開放コイル形 のストリップを5%水素−95%窒素のような還元雰囲気中で約482°C(9 00°F)を越えない温度、できれば約427°C(800゜F)に加熱して、 鉄系金属ストリップの表面Gこ、鉄系金属ホントにより酸化鉄を作らせ、酸化鉄 の準表面層とか脆い鉄−アルミニウム金属間化合物は作らせないようにする。斗 −記の方法で造られた粉末金属表面被覆はいづれも調質圧延または冷間圧延する と、被覆の厚みは60パーセントも少なくなり、冷間圧延後に番;1展延性と成 形性の良い円滑で不浸透な表面を持つ被覆が−できる。
本発明にかかる柔軟な硬化樹脂−金属粉末被覆は、執的及び機械的処理を種々組 合わせて製造前にさらに加二[するのに1、鴇こ適L7ている。これにより冷間 圧延加工および淳間珪延後の焼鈍を必”汀゛とする、または必要としない焼結被 覆を含めて巾広い範囲の有用な性質を有する被覆ができる(第1図を参照)。本 発明a=かかイ)柔軟な硬化樹脂−金属粉末被覆は、はぼ980°C(1800 61ガ)と1093’C(20006F)の温度範囲で、酸化を防<=−I+酸 化雰囲気のかで焼結してもよい。鋼ストリツプ上に造った、樹脂のない焼結被覆 LJ展延性に冨み多孔性である。樹脂のない焼結被覆しコ冷間圧延によつ、て6 0パーセントまで厚みが減って展延性のある不浸透性の焼結膜となる。そして冷 間圧延処理が低炭素鋼の結晶形をわるくするように働く場合は、ストリップを焼 鈍すればストリップの結晶形は所望のものとなる。
本発明にかかる樹脂で保護した金属粉末被覆を施す方法は又、優れた室温成形性 と耐高温酸化性を示す因溶体鉄 保護粉末金属拡散合金の表面被覆を造るのに便 宜な方法を提供する。たとえば粉末アルミニウム、−樹脂−溶媒のぬれたフィル J、を、低合金低炭素アルミニラJ・キルト鋼ストリップの上に圧延被覆を施す ことによりアルミニウムを被覆したずくれた製品ができる。前記低合金低炭素ア ルミニウムキルトllストリップは、約0.01重量パーセントと0.25パー セントの間の炭素と約0.02と0.09重量パーセントの間のアルミニラ1、 を含む冷間圧延された低炭素鋼ストリップであり、被覆されたストリップを約1 50’c (301°F)と210’c (410’ F)の間の低い温度に加 熱し7て溶媒を除去し、乾燥した樹脂−粉末アルミニウムの被覆(または乾燥し た樹脂−粉末アルミニウムー粉末硅素被覆混合物、または乾燥した樹脂−アルミ ニウム/硅素合金粉末被fW)を造り、その後乾燥した被覆ストリップを非酸化 雰囲気たとえば中性または還元雰囲気(即ち、各々窒素雰囲気または窒素5%水 素雰囲気)中である時間、ある温度においてハツチ即ち連続焼鈍炉中で拡散加熱 ずればてきる。前記時間、温度とは樹脂を除去し粉末アルミ被覆を鋼中に拡散さ セ、鋼ベースに直接結合され、拡散合金被覆表面のアルミニラJ、の濃度を少な くとも約8重量パーセント、できれば約8重量パーセントと約10重量パーセン トの間の固溶体鉄−アルミニウム拡散合金被覆からなる表面層即ち被覆を形成す るのに充分な時間と温度である。
鉄−アルミニウム合金で8重量パーセントまたはそれ以上のアルミニウムを含む ものは、通常室温では展延性が非常るこ少ないのに反し、鉄アルミニウム拡散合 金の薄い被覆を有する低炭素鋼ストリップで、粉末アルミニウムー樹脂被覆を拡 散加熱して造られ、約8と約10車量パーセントの間のアルミニウム表面濃度を 有するものは、室温にて激しく変形された後、酸化雰囲気中にて加熱すると、室 温にて良い展延性と高温ですくれた耐酸化性を示す。このように拡散合金被覆さ れた鋼ストリップの展延性は、合金拡散被覆の展延性とベースの鋼ストリップの 展延性との共働硬化如何によって異なる。それ故これら両方の区域におりる最適 の展延性は、拡散被覆されたストリップが室温にて製造中に激しい歪を受けた後 、耐高温酸化性のよい被覆製品を造るために必要である。
ストリップが曝される拡散熱処理の強度は、鋼ベースの結晶粒度の大きさを大巾 に増加し、それによって被覆さ狂た崎の室温展延性と成形性を減らずので、被覆 されたストリップの耐高温酸化性は被覆された鋼が室温での変形後酸化されると 著17 < xらされる。直線切断法(linear 1ntercept m ethod)による結晶粒大きさの測定は、数種の低チタン合金アルミ−トル1 低炭素鋼パネルについてパネルをハツチ式拡散熱処理室で高温に加熱した後に行 われた、その結果は次の表■に示される。
、表−−−!− 816℃ 30 #10 八5TI1 15 7 *数字の値が小さければ小さい程粒子の大きさは大きい。
816°C(1500°F)で50時間まで処理したパネルでは、結晶粒は大き くならなかった。著しい結晶粒の増大はチタン合金鋼へ−スを非酸化性雰囲気で 927℃ (1700’ F)に5と15時間熱した場合に起こった。従って、 約816℃(1,500’ F)という最適拡散熱処理温度は、良好な室温形成 性が要求される場合には粉末アルミニウム被覆された鋼ストリップを、約30か ら50時間拡散加熱するときに使われるべきである。最適成形性が要求されない ときは、816℃よりも高い拡散加熱温度を使ってもよい。
鉄−アルミニウム拡散合金被覆中のアルミニウムの濃度、特にアルミニラl、の 表面濃度は、鉄−アルミニウム拡散合金で被覆された拾1ストリップの室温成形 性と耐高温酸化性δこ重要な影響をおよばず。数種のチタン含有アルミニウムキ ルト低炭素鋼パネルは、それぞれの厚さが18μm、25μm837μm、5Q lrmおよび125/!mである乾燥樹脂 粉末アルミニウム(1,0: 90 の比)被覆を有するチタン含有アルミニラJ、キルト低炭素鋼パネルを圧延被覆 さセることにより、また粉末被覆されたパネルを非酸化性雰囲気で816℃ ( 1500°F)に40時間拡散加執することにコ゛り造られた。各拡散被覆のア ルミニラJ、の分布とアルミニウムの表面78度が、電子ブl:I−ブマイクロ 分析(electron probe m1croanalysis)によって 測定された。その結果は第2図にプロットされている。各拡散合金被覆の表面ア ルミニウム濃度は次の表Hにボされる。
未□−1 乾燥粉末被覆の厚め アルミニラJ、の人血濃度重用50 16.25 1.25 23.5 アルミニウムの「表面濃度Jとは電子プローブマイクロ分析のデータにもとづき 、鉄−アルミニラl、拡散合金被覆されたペネル中、拡散合金被覆の表面から約 25ミクロンFの点におけるアルミニウムの重量パーセント濃度のことをいう。
その理由はアルミニウム酸化物の表面フィルムが鉄−アルミニラJ、拡散合金被 覆の外側1−2μmの所にあるからである。
第2図の各パネルの室温展延性は、各パネルを室温で7631(0゜3インチ) のオルゼンボタン被覆厚みテストにかけて測定した。固溶体鉄−アルミニウl、 拡散合金被覆でアルミニラl、の表面濃度が約8と約10重量パーセントの間も ので、最大厚め約25μIN(1,0m1lllの乾燥粉末アルミニウムー鉄被 覆からできたものは、歪が約30パーセント歪をこえるような激しい変形部分で も極仔がのひびJ−たは割れを示しただけである。約37#m(1,5m1l) を著し7く、二えるような厚みの被覆のあるパネルで、表1JrjアルミュウJ 、濃度が約10重量パーセントを甚だしくこえるものは広範囲な割ね[二1を示 した。
アルミニウム被覆された釦JスI・リップ゛で室冶、での製造中曲げたり、プレ ス加]−する際ひびや割れ目が入りにくく、また¥温での製造後約704°C( 13000F)と約982℃ (1,800°F)の間の温度ですくれた耐酸化 V[を示すようなものを造る必要のある場合は、固濱体鉄−アルミニウム拡散合 金被覆中の表面アルミ二−ウ1.濃度は約8と約10重量パーセントの間に保た なければならない。拡散アルミ被覆中の表面アルミ濃度が8重量パーセントより 甚だしく低い場合には、約704°c (13006F)と約982℃ (18 00°ト)の間のような高温の酸化性雰囲気中で長時間の暴露に耐えるには、被 覆した鋼ストIJノブの耐酸化性は充分でない。そして固溶体拡散合金被覆の表 面アルミ濃度が約10重量パーセントを著しくこえるような場合には、普通製造 中おこることであるが、被覆が室温で甚だし、く変形されたり応力がかかったり する部分(即ち、30パーセントまたはそれ以−Lの歪がかかる)るこ著しいひ びや割れ目が認められる。変形されたストリップが自動車の排気ガスのような高 温の酸化雰囲気にさらされると、著しいひびや割れ目のある部分に不都合な酸化 がおこる。しかし被覆されたストリップが製造中室温ではたいして変形されない という場合のように、高温耐酸化性は望ましいが室温での良い成形性は必要とし ない場合には、薄い固溶体鉄−アルミニウム拡散合金被覆表面のアルミニウム濃 度は、鉄−アルミニウム拡散合金被覆の表面において約10重量ツマセント以上 であってもかまわない(即ち、最高約13重量パーセントまで)。
ここに述べる種類の低炭素鋼ストリップ上の固溶体鉄−アルミニウム拡散合金被 覆の表面アルミ濃度は、適当なアルミニウムの量を乾燥粉末金属−樹脂被覆中に 与え、調整拡散熱処理を使って所望のアルミニウム表面濃度ができるまで、鋼ス トリツプ中へのアルミニウムの拡散を達成させることによって調節できる。粉末 被覆の組成が金属アルミニウム粉末対樹脂の一定割合を有し、かつ拡散熱処理が 一定に保たれれば、被覆の厚みが鋼スI・リップ上の拡散合金被覆の表面アルミ ニウム濃度をきめることになる。たとえば乾燥粉末アルミニウムー樹脂被覆が重 量で約90部のアルミ粉末対約10部の樹脂(即ち、90 : 10の比)によ りなり、約17μm(0,7m1l)の厚みを持つものは、非酸化性の雰囲気で 816’C(1500″F)に40時間加熱すると、約8重量パーセントの表面 アルミニウム濃度を持つ鉄−アルミニウム拡散合金被覆となる。これに反し、同 様に加熱した厚み22μmの同し乾燥被覆は約10重量パーセントのアルミニウ ム表面濃度となる。
乾燥粉末アルミニウムー樹脂被覆の厚さが、ある拡散熱処理に対し鉄−アルミニ ウム拡散合金被覆中のアルミニウドの表面濃度及び分布に及ぼす影響は、第2図 の−Y−夕により明瞭に示される。
そのデータは、粉末アルミニウム 樹脂被覆(90: 10の比)を有するチタ ン含有アルミニウムキルト低炭素鋼パネルで、それぞれ異なった厚みを有するも のを同し拡散熱処理(816゛cで40時間)にかけることによって得られた。
乾燥粉末金属被覆が厚いほどアルミニウムの表面濃度は高くなり、鯉ベースへの アルミニウムの拡散は深くなる(即ち、拡散被覆の厚め)。もし拡散熱処理の温 度をあげると、拡散合金被覆中のアルミニラl、の表面濃度は減り、アルミニウ ムが鋼ベースの中へ拡散する距離は大きくなる(第3図を参照)。
時間と拡散熱処理温度条件とを適切に調節すると、拡散合金被覆中に好ましい1 0重量バーセンI−アルミニウムの表面濃度を造るのに、広範囲の乾燥フィルム 膜FII67jが使える。しかし粉末被覆された鋼ストリップを816’c ( 1500’F)よりもがなり高い温度に加熱することにより、鋼ベースの結晶粒 度はかなり増大するので、最適の室温成形性が要求される場合は、拡散熱処理温 度は約816℃(150Q°F)を越えないことが望ましい(表Iを尤照)。粉 末アルミニウム対樹脂の比率が乾燥被覆において90・10よりも高い場合は、 乾燥被覆厚みを好ましい22μm(0,9m1l)以下にしても、ここで好まし い拡散熱処理条件を使えば、鉄−アルミニウム拡散合金被覆表面におりるアルミ ニウム濃度を所望の10重量パーセントにすることができる。
炭素がすべてチタンと結合され、乾燥樹脂−粉末アルミニウム被覆を拡散加熱す ることにより造られたときに、約10重量パーセントの表面濃度を有する、好ま しい鉄−アルミニウム拡散合金被覆されたチタン含有アルミニウムキルド低炭素 鋼ストリップの特別すぐれた耐高温酸化性が第4図に示されている。ここで鉄− アルミニウム拡散合金被覆を有する低炭素鋼ストリ・ノブの耐酸化性(第4a図 )を、溶融金属アルミニウムType Iメッキ被覆を有1−る同様な鋼ストリ ップ(第4b図)、被覆されたストリップ゛をそれぞれ膨出試験機で室温変形さ せたものと比較する。試験を行う際、前述の被覆したストリップの平たいディス クをそれぞれタ゛イス間隙の周辺にそってディスクの周縁部をしつかり締め、ダ イスの間隙中に膨出部をつくるため丸いポンチをディスクの中心部Gこ向しすて 押して行く。ポンチが間隙に下るにつれてディスクはひろ力(る。
変形が、−+iな歪に堪えるディスクの能力を越えると、歪力く局部的となりひ びまたは割れ目がおこる。変形された鉄−アルミニウム拡散合金被覆したディス クと、溶融アルミニウムメッキ被覆したディスクとを816℃(150G°F) の酸化雰囲気(即ち、空気)1コで420時間の加熱にさらす。溶融アルミニウ ムメツ4−で表面を被覆したストリップは、5%以上の歪でかなりの酸化損傷( 黒<なった部分)とパネルの全面積にわたってスケールカくできた(第4b図参 照)。これに反し固溶体鉄−アルミニウム拡散合金被覆したパネルでは、どんな 応力部分にも極めて僅かの酸イヒカク毘召められオこだけである(第4a図参照 )6第4a図の拡散粉末ア/l/ミニウl、被覆された鋼ストリップの企図を第 5図に示した。第4b図の企図番ま実質的には第5図のとおりである。
チタン含有アルミニウムキルド低炭素鋼ストリップで、炭素力く全てチタンと結 合しており、厚みが約22μm(0,9m1l)のアルミニウム粉末−樹脂(9 0:]0)乾燥フィルム被覆を有するものを拡散熱処理するための好ましい操作 条件は、乾燥粉末アルミニウム拡散合金被覆した・ストリップを開放コイル形( またしま強く巻しまたコイル形)にして焼鈍室に入れ、非酸化雰囲気下(すなわ ら中性また番よ還元雰囲気)で約40時間、約816“C(1500°F)の温 度に加臥し、表面アルミニつム濃度が約10重量ツマ−セントの拡散合金被覆を J貴ることにより成る。このようにして造った固溶体鉄−アルミニウム拡散合金 被覆は、チタン含を低炭素鋼ストリップ”と直接1吉合されており、準表面金属 間化合物層もなく、他の目に見える鋼4」間層も著しい炭素形成(即ち、〈V表 面の冨炭素帯域)もなく、また250倍の倍率で目に見えるような介在物もない (第6図を参!!q)。
拡散被覆を施されたストリップは室温で、激しく変形さね、たe 816℃ ( 1500°F)で長い間加熱するとすくれた展延性と耐高渚、西9 (に性を示 す。そして、アルミニウム被覆が通常強し)とさね、−ζ(するJl:水雰囲気 、たとえば硫化または滲炭雰囲気にさらさね、ると1失−アルミニウム拡散合金 被覆はすくれた耐蝕性を示す。
鉄−アルミニウム拡散合金被覆した鋤1スI・リノフ゛祠料で、室温成形性がよ く、約704°C(1300°F)および982°C(1800°F)までの温 度で耐酸化性のあるものを造ろうとすると、低炭素鋼ベースでアルミニウムキル トしたものが望ましLNが必1′シもそうでなくともよいが、鋼中の炭素すべて と化学的に結合するだ6す乙こ充分な極少量のチタンが存在しなければならな% s0低炭素鋼番よ0.25重量パーセント以下の炭素、通常約0.001から約 0.1重量ノ(−セントの炭(り含イイ!、スζけ慎1゛ならない。アlレミニ −−ノムキルl” (氏ン虻先年1は一般に約0.01からO,nl’重量・マ ー4゛/I・のI′外、約02力・ら0.8重量パーセントのマンガン、最大λ ′す0.03重イノ(−シーン′−0Ii左−゛す、最大約0.01515重量 パーセント、約0.05重イノぐ−1−ンlの6+:、7+7雪最大約0.]0 重量パーセントのアルミニウムおよび残量もJ鉄と通常程度の不純物を含む。も し鋼を真空脱ガスすれば、鋼中の炭素とメタロイド全部と残渣は、非常に低いレ ヘルに保たれる。本発明に使われる代表的なチタン含有アルミニウムキルト重量 基準で次の組成を有する。即ち、炭素0.04/<−セント、マンガン0.25 パーセント、硫黄0.02パーセント、燐0.02ノ(−センI−、硅素0.0 5パーセンI・、アルミニウム0.05パーセント、チタン0.45バーセンI ・と残量は鉄とその付随の不純物である。
第6図は代表的な低チタン合金アルミニウムキルド低炭素鋼パネルの顕微鏡写真 (250倍、4%ナイタール腐食)であって、鋼中の炭素はずべてチタンと結合 している。また本発明にしたがって、約22μmlゾの乾燥粉末アルミニラ1、 −樹脂(90: 1.0の比)被覆を有する鋼パネルを40時間816℃ (1 500°F)の非酸化雰囲気中で加熱Jることによって造られた、アルミニウム 表面濃度約10パーセントの固溶体鉄 アルミニラl、拡散合金被覆を有するも のである。
第7図はアルミニウムキルド低炭素調子に造られた鉄 アルミJつJ、拡散合金 被覆の顕微鏡写真(250倍、ナイタール腐食)で、第6図に示すよう乙こ同様 の乾燥粉末アルミ:−ラム−樹脂被覆を拡散加熱−づることにより、チタンと結 合した炭素を鋼中に含まないシ、1である。第7図のアルミ二−ウムキルト低炭 本鋼パネル上の鉄−アルミニウム、拡散合金被覆は、第6図のチタン含有アルミ ニラJ、キルト低炭素鋼パネル十の粉末アルミニ一つl、被覆が均一・に拡散し ているのとは対照的に、ある種の処理を示す。
“低(タン合金”釦1とか“チタン含有゛鋼などという用語は、鋼中の炭素を全 てチタンと化学的に結合さセるkめに、少くとも鋼の炭素含有量の4倍のチタン を含む鋼を指すが、鋼中炭素の10倍までは含有しうる。チタン含有鋼が、鋼中 に結合していないチタンを少量(ずなわら約0.1から0.3重量パーセント) 余分に含もことは好ましいが必然的ではない。そして本発明で使われる鋼の炭素 含有量は、比較的小さく重量で0.1パーセント以下であるので、必要とする全 チタン量は小さく、一般に重量で約1.0重量パーセントを越えない。これより も大きいチタン量は、何等利益をもたらさず、第に鋼のコストをあげるだけであ る。低炭素銅に加えられるチタンは、鋼中の炭素全部と結合してチタン炭化物を 形成し、炭素を安定化するたりてなく被覆された製品の高温強度を改良するのに 著しく貢献する。そして高温強度を良くするチタン炭化物を充分にするには、約 0.02重量パーセントの炭素以上とすることが望ましい。またチタン4才鋼中 にある未結合の窒素および酸素とも結合するが、後者の元素は低炭素鋼1[喝こ は非常に少ししか存在しないので、窒素および酸素と結合するのに必要なチタン は一般にはたいした量にはならない。
室温においてずくれた成形性と約677°C(1,2506F)以」−の温度に おいてずくれた耐酸化性とが要求される場合、チタン+4低炭素鋼に添加すべき 重要な合金元素である。然1−2、他の金属合金元素たとえばモリブデンまたは コロンビウムを、鋼ベースの物理的性質を改良するために少量加えることも本発 明の範囲cに属する。しかし第一二7次合金元素は鋼の耐酸化性をそこなっては いけないし、また−次合金元素の量は重量で鋼の約2バーセンI−苓越えること ばは好ましくない。したがって本発明のベース釦1 !lいかなる場合でも低合 金低炭素鋼である、二とである。
本明細書および請求の範囲0こおいて“粉末アルミニウムウ”7トたはアルミニ ウム被覆”という用語は、文脈士他の解釈を必要と1−7ないかぎり、細分化さ れた金属アルミラム4′;よび金属アルミ、=〜ウムで、アルミニウムーペース 被覆の耐酸化性をたいして損なわないような他の金属、たとえば約5から12重 量パーセントの間の61素を少量含むものを指す。また本明細書および請求の範 囲で使、1′層′Jる“鉄系金属”という用語は、通常低炭素鋼中には存?E  Lないような合金元素を一種または複数種添加しても、全体とじて鋼の約2重量 パーセントを越えないように添加される低炭素鋼およびイ!t;合金鋼を指す。
本発明は、改良された樹脂−粉末保護被覆を施した鉄系金属−\−スを有する金 属ストリップを、処理する方法を含む。その被覆は硬化樹脂状態で有用であり、 更に処理すれば金属性の焼結被覆または固溶体鉄−アルミニウム拡散合金被覆の ような、展延性のある不浸透な保護金属被覆が得られ、また、より高価な被覆鋼 および合金シート材料の代りに比較的安い材料を使って、従来の設備で経済的に 広範囲の被覆ス]・リップ材料を造るのに特に適している。
FIG、 2 紘辰渾さ−7だ 〜−一 % 歪 補正書の翻訳文提出書 昭和60年3月7日 特許庁長官 志 賀 学 殿 / 特許出願の表示 PCT/US 84101048! 発明の名称 粉末金 属被覆及び/又は耐火金属被覆を施した鉄系金属 ”、 @作出願人 居所 アメリカ合衆国 60603 イリノイ ンカゴウエスト モンロー ス トリ−1−30名称 インランド スチール カンパニー代表者 ヤロウイノノ  ウオーレン エム。
(fil籍:アメリカ合衆国) り代理 人 神戸市中央区東町126番地の1貿易ビル9階補正書1984年10月9Iコ国 際事務局受理〔原請求の範囲第第1項乃至第20項を補正請求の範囲第1項乃至 第14項にかえる〕 請求の範囲 1ialヂタンチタ低合金低炭素鋼スl−’J ノブのきれいな表面に合成樹脂 から主としてなり、該樹脂に適合する揮発性有機溶媒乙こよって可溶性を増した 合成樹脂結合剤組成物中に細分化された保護金属を一様に拡散させた均質な湿式 フィルム被覆を施し、 (hllアルミニラ、 1.粉末、アルミニウム粉末と5−12重量%の硅素粉 末との混合物、アルミニラl、と5−12重量%の硅素の粉末合金、アルミニウ ムと亜鉛との粉末混合物、クロム酸化物と混ぜた粉末亜鉛、および細部化された セラミック材料よりなるグループから選ばれた該保護被覆金属とから成り、 ((・)上記保護被覆金属が湿式フィルムの体積で約80から88パーセントを 占め、該湿式フィルムが約17.5μmから37μmの間の乾燥フィルム被覆を 形成するのに充分な厚さを有し、+d]該溶媒を揮発さ1!る温度と時間の間該 湿式フィルム被覆を加熱し、該ストリップ表面に柔軟な乾燥フィルムを造るため 該樹脂を硬化し、そして fQ)上記鋼ストリップの結晶粒度が著しく大きくならないような高温、及び保 護表面被覆で室温で変形可能で、該鋼ストリップと接触して介在する層を生しる ことなく、該鋼スト’J yプの表面に直接接触する密着性の良い保護表面被覆 を形成するのに充分な時間、非酸化雰囲気中で上記乾燥フィルムを加熱する、 ことを特徴とする、室温で変形可能で高温で耐酸化性を有する密着性のよい保護 金属被覆で低合金ストリップを被覆する方法。
2、上記細分化された保護金属が、アルミニウム粉末、アルミニウム粉末と約5 から12重量パーセントの硅素粉末との混合物およびアルミニウムと約5から1 2重量パーセント硅素との粉末合金よりなる耐酸化金属粉末材料のグループから 選ばれることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
3、上記細分化された保護被覆材料が金属亜鉛粉末および金属アルミニウム粉末 よりなるグループから選ばれることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法 。
4、−ト記保護被覆材料が乾燥基準で約55重量パーセン[・の粉末金属アルミ ニウムと45重量パーセントの粉末金属亜鉛との混合物を含み、乾燥フィルムの 重量の約70および95パーセントは該混合物よりなり、残量は主として該熱可 塑性樹脂であることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の方法。
5、上記樹脂が約35℃と110℃ (95°Fと230 ’ F) ノ間(7 ) カラ/l。
転移温度を持つ熱可塑性合成樹脂であることを特徴とする請求の範囲第1項に記 載の方法。
6、上記熱可塑性樹脂が、メタクリル酸エチルコポリマ、メタクリル酸エチルコ ポリマ、メタクリル酸メチル/ブチルコポリマおよびメククリル酸イソフ゛チル ニ1ポリマよりなるグループ選ばれたアクリルアルキルエステルであることを特 徴とする請求の範囲第5項に記載の方法。
7、上記熱可塑性アクリルアルキルエステル樹脂が比重0.96、ガラス転移温 度約40℃(1046F)、ツーコン硬度値10から11の間の値をもつメタク リル酸エチルコポリマ樹脂であることを特徴とする請求の範囲第6項に記載の方 法。
8、上記樹脂が約20 、000と35.000の間の分子量を持つヒ゛スフエ ノール−Aとエビクロロヒドリンとの熱可塑性フェノキシ型の樹脂反応生成物で あることを特徴とする請求の範囲第5項に記載の方法。
9、上記乾燥フィルムがアルミニウムを主成分とし、上記低合金鋼ストリップが チタン含有低合金アルミニウムキルド低炭素鋼ストリップであり、炭素はすべて チタンと結合し未結合のチタンが極少量であり、且つ該鋼中の上記乾燥フィルム のつし)た酸ストリップを非酸化雰囲気を有する拡散加熱処理帯域で、固溶体鉄 −アルミニウム拡散合金被覆を造るのに充分な温゛度と時間の間加熱して、該拡 散合金被覆を該鋼ストリ・ノブに直接結合させ250倍に拡大しても介在する準 表面層が見えない室温で変形可能で少なくとも約8重量パーセントアルミニウム の表面濃度を有する被覆とすることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法 。
10、上記乾燥フィルムを持つ該スl−肝ノブが、約816’c (1500゜ F)の温度の上記拡散加熱処理帯域で加熱されることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の方法。
比上記ストリップで約90重量パーセントの金属アルミニウム粉末と約10重量 パーセントの上記樹脂を含む上記乾燥フィルムを有し、該乾燥フィルムの厚みが 約17.5μm(0,7m1l)から約37.0μm(1,5m11)であるも のを約816℃ (1500’ F)の非酸化雰囲気中で、約30時間と40時 間との間の時間加熱して、表面アルミニウム濃度が約8から10重重量−セント アルミニウムである密着性の良い固溶体鉄−アルミニウム拡散合金表面被覆を施 した該鋼ストリップを得、該固溶体鉄−アルミニウム拡散合金表面被覆が室温で 激しい変形を受けた後に、約704°C(1300°F)から約982℃(18 00°F)の間の温度で耐酸化性を有することを特徴とする請求の範囲第9項に 記載の方法。
12、上記ストリップを溶媒及び樹脂の揮発後に、酸化雰囲気中で上記細分化さ れた保護金属の隣り合う粒子間にもまた該保護金属の粒子と該鋼ストリップとの 間にも酸化物結合が形成されるに足る温度と時間の間加熱し、しかる後該ストリ ップを政綱の結晶粒度が著しく大きくなるのを避ける温度で還元雰囲気中で加熱 して、該細分化保護金属と該ストリップとの間に金属鉄結合を形成させるが、該 鋼ストリップに接触して金属間鉄化合物の層を形成させないことを特徴とする請 求の範囲第1項に記載の方法。
13、全ての炭素が化学的に結合し、鋼中の未結合のチタンが極少量であり、少 なくとも8重量%アルミニウノ、の表面濃度の固溶体鉄−アルミニウム含有拡散 合金表面被覆を有し、該表面被覆が室温で変形可能で、250倍で拡大して視て も介在率表面層がなく、更に約704℃(1300°F)から約982℃(18 00’F)の間の温度で耐酸化性を有することを特徴とするチタン含有低合金低 炭素鋼の鋼ストリップ。
4、上記拡散合金表面被覆が約8と約lO重量パーセントアルミニウムの間のア ルミニウム表面濃度を有し、室温にて激しく変形された後、約704℃ (13 00’ F)と約982°C(1800°F)の間ノ温度で耐酸化性を示すこと を特徴とする請求の範囲第13項6こ記載の被覆された低合金低炭素鋼の鋼スト リップ。
国際調査報告 第1頁の続き o発 明 者 アーガーワル シェイク ビーアメリカ合衆国95051 カリ フォルニア サンタ クララ ポインシアナ ドライブ 3707 #15

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1ial低チタフチタン炭素鋼ストリップのきれいな表面に熱可塑性樹脂と熱硬 化性樹脂より成るグループから選ばれた合成有機樹脂から主としてなり、該樹脂 に適合する揮発性有機溶媒によって可溶性を増した樹脂結合剤組成物中に細分化 された保護被覆材料を一様に拡散させた均質な湿式フィルム被覆を施し、 山)金属ストリップのきれいな表面によく密着し、約340°Cと535℃(6 44°Fと9556F)の間の温度に加熱すると、その90重量パーセント以上 を揮発するのに通ずる該樹脂と+c+アルミニウム粉末、アルミニウム粉末と5 から12重量パーセントの硅素粉末との混合物、アルミニラl、と5から12重 量パーセントの硅素の粉末合金、亜鉛粉末、アルミニウム粉末と亜鉛粉末との混 合物、クロム酸化物と混ぜた粉末亜鉛、および細部化されたセラミック材料より なるグループから選ばれた細分化された保護被覆材料とから成り、fd+該溶媒 を揮発さゼるのに充分な温度と時間の間該湿式フィルム被覆を加熱し、該ストリ ップ表面に柔軟な乾燥フィルムを造るため該樹脂を硬化し、そして随扁に(el 該乾燥フィルムを持つ該ストリップの結晶粒度が著しく大きくならないような時 間と温度で、密着した表面被覆が形成されるまで該ストリップを加熱する ことを特徴とする、鉄系金属ヘースを有する金属ストリップを密着性のよい保護 被覆で被覆する方法。 2 上記乾燥フィルムが主成分としてアルミニウムを含み、上記鉄系金属ストリ ップが低合金アルミニウムキルト低炭素銅ストリ、プであり、政綱中の炭素はす べてチタンと結合しており、表面アルミニウム濃度が少なくとも約8重量パーセ ントを有する固溶体鉄−アルミニウム拡散合金被覆で、該拡散合金被2νが該鋼 ストリップと直接結合したものを得るのに充分な温度と肋間の問罪酸化雰囲気を 持つ拡散熱処理帯域にて、該乾燥フィルムを有する該ストリップを加熱すること を特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 3、上記乾燥フィルムを持つ該ストリップが、上記拡散加熱処理帯域で最高温度 約816℃(1500°F)まで加熱されることを特徴とする請求の範囲第2項 に記載の方法。 4、上記ストリップで約90重量パーセントの金属アルミニウム粉末と約10重 量パーセントの上記樹脂を含む乾燥フィル1、を有し、該乾燥フィルムの厚みが 約17.5μm(0,7mi+)から約37.0.c+m(1゜5 +n11) であるものを約816℃ (1500°F)の非酸化雰囲気中で、約30時間と 40時間との間の時間加熱して、表面アルミニウム濃度が約8から10重量パー セントアルミニウムである密着性の良い固溶体鉄−アルミニウム拡散合金表面被 覆を施した該鋼ストリップを得、それにより該鋼が室温で激しい変形を受けた後 に、約704℃(1300F)から約982°C(1800°F)の間の温度で l1i4酸化性を有することを特徴とする請求の範囲第2項に記載の方法。 5、上記鉄系金属ストリップが低合金アルミニウムキルト低炭素鋼ストリップで あり、該鋼中の炭素はずべてチタンと結合しており、叶つL記乾燥フィルムのつ いた該ストリップを非酸化雰囲気を有する拡散加熱処理帯域で、該鉄系金属の結 晶粒度を太き(することなく固溶体鉄−保護被覆材料拡散合金被覆を造るの乙こ 充分な温度と時間の間加熱して、該拡散合金被覆を該鋼ストリップに直接結合さ せ250倍に拡大しても介在する字表面層が見えない被覆とすることを特徴とす る請求の範囲第1項に記載の方法。 6、上記ストリップが約90重量パーセントの金属アルミニウム粉末と約10重 量パーセントの上記樹脂を含む乾燥フィルムを持ち乾燥フィルムの厚さは約17 .5 u m(0,7m1l)から約37.0 p m(1,5m1l) とし 、該ストリップを約816℃ (1500°F)の非酸化雰囲気中で約30と4 0時間との間の時間加熱して、該鋼ストリップに約8から約10重量バーセント アルミニウl、のアルミニウム表面濃度を持つ密着性のよい固溶体鉄−アルミニ ウム拡散合金表面被覆を施し、それにより該ストリップを室温ではげしく変形さ せた後、約704℃ (13000F)と約982℃ (1800°F)の間の 温度において耐酸化性とすることを特徴とする請求の範囲第5項に記載の方法。 7、上記樹脂が約35℃と110°c(95°Fと2300F>の間のガラス転 移温度を持つ熱可塑性合成有機樹脂であることを特徴とする請求の範囲第1項に 記載の方法。 8、上記熱可塑性樹脂が、メタクリル酸メチルコポリマ、メタクリル酸メチルコ ポリマ、メタクリル酸メチル/ブチルコポリマおよびメタクリル酸イソブチルコ ポリマよりなるグループから選ばれたアクリルアルキルエステルであることを特 徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 9、」−記熱可塑性アクリルアルキルエステル樹脂が比重0.96、ガラス転移 温度約40℃(104°F)、ツーコン硬度値10から11の間の値をもつメタ クリル酸エチルコポリマ樹脂であることを特徴とする請求の範囲第8項に記載の 方法。 10、上記樹脂が約20,000と35 、000の間の分子量を持つビスフェ ノール−Aとエビクロロヒドリンとの熱可塑性フェノキシ型の樹脂反応生成物で あることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 11、上記金属ストリップ上の上記乾燥フィルムが約50と約90体積パーセン I・の間の細分化された保護被覆材料であり、残量は主として上記樹脂より成る ことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 12、上記乾燥フィルムが主として約10重量パーセントの細分化された保護被 覆材料と50体積パーセントの上記樹脂より成ることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の方法。 13、上記金属ストリップが低チタン合金低炭素鋼ストリップであり、上記細分 化された保護被覆材料が、アルミニウム粉末、アルミニウム粉末と約5から12 重量パーセントの硅素粉末との混合物およびアルミニウムと約5から12重量パ ーセント硅素との粉末合金よりなる耐酸化金属粉末材料のグループから選ばれる ことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 14、上記細分化された保護被覆材料が金属亜鉛粉末および金属アルミニウム粉 末よりなるグループから選ばれることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方 法。 15、上記保護被覆材料が乾燥基【Yで約55重量パーセントの粉末金属アルミ ニウムと45重量パーセントの粉末金属亜鉛との混合物を含み、乾燥フィルムの 重量の約70および95パーセントは該混合物よりなり、残量は主として該熱可 塑性樹脂であることを特徴とする請求の範囲第14項に記載の方法。 16、上記細分化された保護被覆材料が主として細分化された酸化クロム(Cr (h/CrJ:+)に粉末金属亜鉛を混ぜたものから成ることを特徴とする請求 の範囲第1項に記載の方法。 17、上記保護被覆材料がエナメルフリソI・、エナメル下地被覆、およびほう ろうフリットより成るグループからjxばれた細分化されたセラミック材料であ ることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 18、上記ストリップを該樹脂の揮発後に、酸化雰囲気中で上記細分化された保 護被覆材料の隣り合う粒子間Gこもまた該保護被覆材料と該金属ストリップとの 間にも酸化物結合が形成されるに足る温度と時間の間加熱し、しかる後該ストリ 、プを約482°C(900°F)を越えない最高温度で還元雰囲気中で加熱し て、該細分化保護被覆材料と該金属ストリップとの間に金属鉄結合を形成させる が、該鉄系金属ストリップ表面に金属間鉄化合物の連続層を形成させないことを 特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 19、低チタン合金低炭素鋼ストリップが保護被覆材料よりなる密着性のよい表 面被覆を有し、該保護被覆材料はアルミニウム粉末、アルミニウム粉末と5から 12重量パーセントの硅素粉末との混合物、および粉末状のアルミニウムと硅素 5から12重量パーセントの合金から成る粉末材料のグループから選ばれ、熱可 塑性樹脂と熱硬化性樹脂から成るグループから選ばれた樹脂の溶媒液中に一様に 分散されており、該樹脂は該溶媒を揮発させるために加熱させ、且つ該樹脂を硬 化させると該針に対し密着のよいものとなり該鋼ストリツプ上に柔軟でねばつか ないフィルム被覆を形成するのに適し、約o、ootと0.25重量パー七ント との間の炭素とや約01と1.0重量パーセントとの間のチタンを該低合金低炭 素鋼に含むが、そのチタン量は鋼中の炭素を全部結合するのに充分なだけの量で あり、該鋼ストリップを拡散加熱して該樹脂の揮発をはかり、該粉末材料を該鋼 中に拡散させて固溶体鉄−アルミニウム拡散合金または固溶体鉄−アルミニウム ー硅素の拡散合金ですくなくとも約8重量パーセントアルミニウムの表面濃度を 持つ表面被覆を造り、該被覆を250倍に拡大して視ても介在率表面層がなく政 調と直接に結合しており、約704℃ (13006F)と約982℃ (18 00°F)との間の温度において耐酸化性を有することを特徴とする被覆された 鉄系金属ヘース。 20、上記拡散合金被覆されたストリップで約8と約10重量パーセントの間の アルミニウム表面濃度を有し、室温にて激しく変形された後、約704℃ (1 300°F)と約982°C(1800°F)の間で高い耐酸化性を有すること を特徴とする請求の範囲第19項に記載の被覆された鉄系金属ヘース。
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