JPS61213365A - 合金層の形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属材料、特に鉄鋼材料の表面処理技術に関す
るものである。

［従来の技術とその問題点］ 従来、金属材料の表面に異なる組成の合金層を形成し表
面を改質する方法としては、メッキ法、溶射法、蒸着、
イオンブレーティング等により表面に金属又は合金を被
覆し、これを熱処理する方法がある。

例えばチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）を鋼材表面に拡
散浸透させると、鋼の耐食性、耐摩耗性が大幅に向上す
ることは良く知られている。

これらの拡散処理を行う方法としては、蒸着、イオンブ
レーティング、あるいはＣＶＤ法と呼ばれる、ハロゲン
化合物のガスを用い炭化物、窒化物等を被覆する方法等
がある。しかしながら、これらはそれぞれ専用の設備を
必要とし、処理コストが非常に高くなるという欠点を有
している。又、鋼の耐食性を向上させるため、表面に錫
、アルミニウム、亜鉛を被覆することも行われているが
、いずれも専用の設備を必要とし、更にメッキにより行
おうとする場合には深刻な公害問題を生ずることもある
。

［発明の目的］ 本発明の目的は、より安価で簡便な方法で鉄鋼材料の表
面に合金層を形成させることにある。

［発明の概要］ 本発明では、被覆すべき金属に純金属又は合金の粉末を
用い、これを被覆させやすいよう有機高分子化合物およ
び溶剤で溶いて塗料状とし、さらに高分子化合物として
は、合金層形成のための加熱の際熱分解してしまうもの
を選定し、しがち分解ガスが被処理物及び被覆金属を酸
化から保冷する役目を持たせている。

本発明の方法の実施に必要な有機高分子化合物（樹脂）
の有すべき特性は、 （１）その溶液若しくは分散液が金属表面上に固着する
被膜を形成しうろこと、 （２）各樹脂に適した温度における加熱による熱分解に
よってその被膜中から実質的に連敗消失すること、 である。

上記（１）の特性を持つものとしては一般有機性実用塗
料被膜をつくる有機高分子化合物で十分であった。しか
し、上記（２）の特性を有するためには特殊の化学構造
を持つことが必要であった。

本発明者らは有機高分子化合物の中で、空気中、さらに
望ましくは窒素中において測定された熱重量分析曲線（
ＴＧＡ曲線）が２００〜７００℃において９５％又はそ
れ以上の分解率を示すものに着目し、多数の有機高分子
化合物について試験研究の結果、予想どおり、それらの
化合物が本発明の目的に合致することを確認した。ただ
しＴＧ八へ線は測定試料の形態、加熱Ｍ度等によって変
化し、同一化合物でも、その重合度分布によって差異を
示すので、同曲線だけからの判定は［ｉな場合もあるが
、本発明の方法の実施に適するものとしては次のにうな
ものがある。

ａ）ボリア瞼タール樹脂（２６０℃［９５％熱分解点、
以下同様］） ｂ）アクリル酸、アクリル酸のメチル−、エチル−、イ
ソプロピル−１ｎ−ブチル−１２−エチルへキシル−１
２−ヒドロキシエチルー、ヒドロキシプロピル−エステ
ル、−メタクリル酸、メタクリル酸のメヂルー、エチル
−、イソプロピル−１ｎ−ブヂルー、ｎ−へキシル−、
ラウリル−１２−ヒドロキシエチル−、ヒドロキシプロ
ピル−エステルのようなアクリル酸及びメタクリル酸の
エステル類、ヒドロキシエステル類、フマル酸、マレイ
ン酸、イタコン酸の中から選ばれた１種の化合物の重合
物（３５０〜４５０’Ｃ）Ｃ）ポリオキシプロピレンと
スクロースの付加物のようなポリエーテル類（３５０〜
４００℃）ｄ）ポリエステル類若しくはポリニーデル類
と、２．４−若しくは２，６−ドリレンジインシアネー
ト及びその他のポリイソシアネート類との付加重合物の
ようなウレタン結合を有する重合物（３８０〜ＳＯＯ℃
） ０）尿素樹脂（３５０℃） ［）メラミン樹脂（３５０℃） ｇ）ベンゾグアナミン樹脂（３１０℃）［１）アルキル
化変性尿素樹脂（４００℃）ｉ）アルキル比変メラミン
樹脂（４００℃）ｊ）アルキル化変性ベンゾグアナミン
樹脂（４２０”Ｃｋ）ポリカーボネート樹脂（５３０℃
）１）芳香族ポリエステル類（５８０℃）ｍ）ブチラー
ル樹脂（６００℃） ０）米国ジェネラル・エレクトリック（Ｇｅｎｅｒａ　
１Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）社製量のような芳香族ポリエステ
ルイミド類（６３０℃） ｐ）米国デュポン（ＤｕｐＯｎｔ　）社製品力プトント
１（にａｐｔｏｎ　Ｈ）のような芳香族ポリイミド類（
６７０℃）の単品若しくはそれらの混合物若しくは共重
合物。

上記の有機高分子化合物はそれぞれ、水、アルコール類
、ケトン類、エステル類、セロソルブ類、カルピトール
類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジ
メチルスルホキシド等の溶剤の１種若しくはそれらの混
合物に可溶で、その溶液は溶剤の揮散後、金属の表面で
造膜し、それぞれ上記０内の温度域で熱分解して、被膜
系から実質的に消失する。これに反し同じく有機溶剤に
可溶で造膜性のあるポリ塩化ビニル、ウレタン結合を含
まないエポキシ系樹脂、繊維素系樹脂は窒素気流中での
加熱では７００℃に達しても、２０〜６５％の残留分が
あり、空気中で加熱ずれば酸化燃焼を伴うので残留分は
減少するが、特に耐熱性材料が共存する被ＩＱ中では完
全に燃焼ゼず、相当量の炭素分その他が残留するので本
発明の実茄材利としては不適当である。

本発明の実施に適当な上記有機高分子化合物は、既述の
水若しくは有１溶剤溶液以外に、水若しくは有機溶剤中
でのコロイド状分散液としても使用できる。特に上記（
ａ）に属する化合物から、いわゆるエマルジョン重合法
によって製造された樹脂の水性原液はそのまま本発明の
実施の好適な原料として使用しうるちのである。

粉末金属としては、亜鉛、錫、ニッケル、アルミニウム
、チタン、クロム及びこれらを主成分とりる合金の中の
少なくとも１種からなるものが適している。この金属粉
末の粒子の大きさは次の理由から０．５ｍｍ以下が望ま
しい。すなわち、粒子が大き過ぎると、樹脂溶液と混合
した場合、比重が大きいため沈降し易くなり、又合金粉
末とした場合、分離が起り易くなってくる。更に溶融し
たときには粉末は細かい方が均一に合金化し易い。

［実施例］ 以下実施例について説明する。

実施例１ 塗料として、３００メツシユ以下のＴｉ粉末５１％にメ
タクリル樹脂液とｎ−ブタノール変性メラミン樹脂液の
１：１のもの９％及びエチルセロソルブ４０％を配合し
、これを２Ｏｎ＋ｎ＋径、１０ＩＩＩＩｌｌ厚のｍ（Ｓ
Ｋ３）に均一に塗布した。これをＡ「ガス雰囲気中で１
２００℃で２時間熱処理し冷却した。

この鋼材の断面を検鏡したところ、表面に１００〜２０
０μｍにわたり、均一なＴｉ拡散層が生成しているのが
認められた。この層のＸ線解析を行つＩこところ、この
層はＴｉＣが主成分であり、その他に「ｅ２■ｉ等の金
属開化合物の存在することが認められた。又表面のマイ
クロビッカース硬度を測定すると、Ｈｖ１２００の極め
て高い硬度が得られた。

実施例２ 塗料として、３００メツシユ以下のＣｒ粉末５１％に”
ｆｌＺ飾Ｑλ１１．１−固ｖしの樹ｎ譜下シび〃ｆｔ９
１を＾−仝１．−宗飾９−１１と同様の鋼（ＳＫ３）に
均一に塗布した。これをＡｒガス雰囲気中１２００℃で
２時間熱処理し冷却した。この鋼材の断面を検鏡したと
ころ、表面に約２０μｍにわたり、均一なｃｒの拡散層
の生成が認められた。この層のＸ線解析を行ったところ
、Ｃｒの炭化物が生成していることが認められ、その主
成分はＣｒ７Ｃ３あった。又表面のマイクロビッカース
硬度は、Ｉｆ　ｖ　２０．００と極めて高いものであっ
た。

実施例３ ｎ−ブチル化変性メラミン樹脂原液、メチルイソブチル
ケトン及び塗料用アルミニウムペーストを、それぞれｆ
ｆ１ｈｌで７％、４３％、５０％の割合で均一に混合し
、実施例１．２に示した鋼材に均一に塗布した。これを
大気中にて５００℃で３０分及び引続き８５０℃で３０
分間加熱し冷却した。

この鋼材の断面を検鏡したところ、表面に均一に約２０
０μｍにねたり八１の拡散層が形成され、いわゆるアル
ミナイジングされたことがわかった。

［発明の効果］ 本発明による金属粉入り塗材を用いることによリ、この
塗材を容易に鉄鋼材料面上に固着させることが可能であ
り、メッキ処理、蒸着、溶射等専用の設備によらず、塗
布した状態で加熱することにより極めて簡便に合金層の
形成が可能となる。

また樹脂成分を慎重に選定し、熱分解時の分解ガスに還
元性をもたらせることにより、いわゆるフラックス効果
を発生させより均一な処理が可能となり、また、大気中
で加熱処理しても被覆処理材を酸化から保護し、不活性
雰囲気中で処理したのと同等の効果をもたらすことがで
きる。

この様に本発明による方法は、樹脂、溶剤、金属粉を混
合して塗布するという今までにはない全く新しい合金層
の形成方法と言うことができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱分解によつてそれ自体が実質的に消失するよう
   な有機高分子化合物の溶液若しくはコロイド状分散液に
   、金属粉を１種又は２種以上混合し、それを鉄及び鉄合
   金から成る母材の表面に塗布し、次にこれを加熱するこ
   とにより前記母材表面に塗布した成分の全部もしくは一
   部を含有する合金層を形成させることを特徴とする合金
   層の形成方法。
2. （２）有機高分子化合物の溶液若しくはコロイド状分散
   液に混合する金属粉が、亜鉛、錫、ニッケル、アルミニ
   ウム、チタン、クロム及びこれらを主成分とする合金の
   中の少なくとも１種である、第１項又は第２項記載の方
   法。
3. （３）金属粉末の粒子の大きさが０．５ｍｍ以下である
   、請求の範囲第１項記載の方法。
4. （４）有機高分子化合物が、 ［１］アクリル酸、アクリル酸エステル、アクリル酸エ
   ステルヒドロキシ誘導体、メタクリル酸、メタクリル酸
   エステル、メタクリル酸エステルヒドロキシ誘導体、マ
   レイン酸、フマル酸及びイタコン酸の中から選ばれた１
   種若しくは１種以上の混合物を含む原料の重合物、 ［２］ウレタン結合を有する重合物、 ［３］尿素樹脂、アルキル化変性尿素樹脂、メラミン樹
   脂、アルキル化変性メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹
   脂、アルキル化変性ベンゾグアナミン樹脂、ブチラール
   樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、芳
   香族ポリエステル及び芳香族ポリエステルイミドから選
   ばれた１種若しくはそれらの２種以上の混合物、の中の
   少なくとも１種である、請求の範囲第１項記載の方法。