JPS6169955A - 金属のフローコーテイング - 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 本発明は金属に溶融被覆金属（ｍｏｌｔｅｎ　ｃｏａｔ
ａｎｔｍｅｔａｌ　）を受電することにより金属を彼覆
二（−ることに関する。この技術は簡便には［フローコ
ーティング（Ｈｏｗ　ｃｏａｔｉｎｇ　）Ｊと呼ばれる
。

堕来の技術 スチール製品の耐食性を改善するために、メタリック塗
装（ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　）が広く用
いられている。この塗装法は製造上の観点から、厚さに
よって、（ａ）ｌ＆ミクロンまでの場合と、（ｂ）１０
ミクロン以上の場合の２群に大別される。典型的には蒸
着塗装および電着塗装を包含する（ａ）において最も良
く知られた製品は、電着塗装およびフローメルティング
（Ｎｏｗ　ｍｅｌｔｉｎｇ　）によって製造されるスズ
プレートてあり、そのスズ被覆物は通常厚さｌまたは２
ミクロンである。つや消し面を何する非常に薄いスズ電
着塗膜で被覆されたスチールストリップを、室温空気中
でスズの融点以上に加熱すると、被覆物が溶融し、流動
して光沢のある仕上りを有する平滑な被覆物を生ずる。

この方法は、スズが緩慢に溶融されるので、フローメル
ティングと呼ばれる。しかしながら、アルミニウムはス
ズのようにはフローメルティング挙動を示さない。なぜ
なら、粘着性の（ｔｅｎａｃｉｏｕｓ）酸化物膜がアル
ミニウム粒子上に形成され、アルミニウム粒子の合着ま
たは流動が妨げられれからである。同様の挙動か炬鉛ま
たは地鉛−アルミニウム合金彼覆物の場合にしみられる
。

Ｉｔｌ　（ｂ　）の場合は、１００ミフロンν」二の上
り罎い被覆であるが、通常、ホノトデイノビノグｉ（ｈ
ｏｔｄｉｐｐｉｎｇ　）　、メタルスプレーイノグ（Ｉ
Ｉｅｔａｌｓｐｒａｙｉｎｇ　）またはロールボッディ
ング（ｒｏｌｌｂｏｎｄｉｎｇ　）によって製造される
。これらの方法によって得られる製品の耐食性は、薄い
被覆物の場合よりもはるかに優れている。最も良く知ら
れＬものとしては、ホットディプピング法によって亜鉛
メッキされた、通充厚さ２０〜４０ミクロンのスチール
ストリップか例示されろ。ホットディプピッグ法によっ
て穐鉛メッキ、アルミニウムメッキまたはアルミニウム
−亜鉛メッキされたスチールストリップは大規模に製造
される（典型的には、速度ｌ　５０　ｍ／ｍｉｎまての
連続運転プラントで製造される）。この場合、スチール
ストリップを高温還元雰囲気中を通過させることによっ
て表面上の酸化物を除去した後、該スチールストリップ
を保護雰囲気中に保持しながら溶融金属浴へ直接導く。

波型金属は酸化物を含まない加熱スチール表面と接触し
て該面を被覆する。冷却後、被覆物（通常は両面塗装）
はスチールと冶金学的に結合する。

ホットディプピング法によるこれらの製品の主な難点は
、スチールストリップが必然的に溶融金属浴の温度より
も低温に保持されるポットディッピング処理中の相当な
拡散に起因する損傷である。

亜鉛またはアルミニウム層への鉄の拡散は、境界面に脆
性金属間化合物を生しさせ、これは厄性の大きな損失の
原因となる。アルミニウムに珪素を添加して鉄・アルミ
ニウム金属間化合物の生成を抑制することが知られてい
るが、珪素は耐食性を低下させるだけでなく延性も低下
させる。この方法によって銅を用いてスチールを被覆す
ると、銅はスチールの結晶粒界に沿って拡散し、結晶粒
界の弱さの原因となる。

メタルスズレーイングによる被覆法は、大きな静的構築
物にしばしば用いられる。広範な彼覆金属および合金が
使用できるが、最も頻繁に使用されるのは、亜鉛および
アルミニウムである。これらの場合、１ｉＴＬ席鋼製構
築物をグリッドブラスティングして表面を磨き、大きな
スケールを除去し、表面を粗くし、その後、空気中で燃
料ガス、アークプラズマまたはアークスプレー装置を用
いて、表面をスプレー塗装する。これらのスプレー被覆
物が比較的多孔性であり、酸化物を含有することに注目
することは重要である。これらの被覆物はスチール基材
に冶金学的には結合していない。なぜなら、グリノトブ
ラスティノグ後にスチールストリップ上に存在する薄い
酸化物被覆によって結合か妨害されるからである。その
結果、グリッドブラスティングした担い表面に主に機械
的な結合により、被覆物はスチールストリップ上に保持
されている。結合力の弱さよｊよびスプレー沈着物の固
有の脆性のために、被覆物の延性は非常に小さい６基材
製品との合金はほとんどまたはまったく生していない。

ス国特許公報第２１１５０１・し」には加ｊｕＡスゲ・
−ル堰材りにアルミニウムを６射することが提案されて
いるが、この場合、基＋４の温度は２００〜５００℃に
すぎない。

発明の解決しようとずろ問題点 これらの方法とは対照的に、本発明方法によれば、冶金
学的に結合しｆこツソ品の製造かｉ’＋Ｊ能となり、該
製品は従来の製品と比較してよ、り大きい延性、より薄
い金属間化合物層および改善された外観を何する。被覆
物は、所望により、片面受装または両面塗装に仕上げる
ことら可能である。

問題点を解決するための手段 即ち本発明には、酸化物不含表面を有し、温度を被覆金
属の融点領域内（例えば絶対温度目盛りで５％以内）に
維持した披スプレー処理堰材製品に、被覆金属を溶融霧
化（ｍｏｌｔｅｎ　ａｔｏｍｉｓｅｄ　）　（好ましく
はガス霧化）粒子のスプレー形態で噴霧し、該基材製品
に衝突するスプレーによって形成される液状スプラット
（’　５ｐｌａ１ｓ　）を共融合させて平滑流動被覆層
を形成させ、該被覆層を冷却さＵでｌ−分緊、甑な冶金
・、ｃ、的に結合した製品を得ろ金属被覆製品の製造方
法か含まれる。。か冷却は、いずれの所定点にｔ；いて
ら、最初の液状スブラーノトの衝突後１秒以内に被覆物
を凍結さ仕ろのに十分急速におこなうのか好ましい。

二の方法によると、うる種の新規シ）製品を得ろ二とか
て、３ろ。例人ば、全波、′１ブｌ゛Ｉの１／・１以ド
Ｑ）金属間化合物層を介して鉄含イ了金届ストリップに
結合したアルミニウムて被覆した鉄含有金属ストリップ
が挙げられ、該アルミニウムは珪素をほとんどまたはま
−たく含上ないギャスｈ　ＨｉｉＸｉをｈ″セる。従来
は、アルミニウムの構造を修正するために、あるいは、
金属間化合物の生成を抑制するために、珪素を添加して
キャスト横這に類似させなければならなかうた。

金属被覆物は純粋金属からなってらよいし、あるいは合
金てあってもよい。後者の場合、融点は合金の液相線で
あり、基材製品の最低温度は溶融合金スプラットか隣接
物に流動するような温度である。溶融霧化粒子スプレー
は、いずれの適当な方法で製造してらよいが、特に効果
的な方法はガス霧化法、好ましくは不活性ガス霧化方法
てあり、好ましくは実質的に室温で行なう。この場合、
溶融霧化粒子は、周囲の霧化気体よりもかなり高温であ
る。この方法においては、冷却気体が重要な役割を果た
す。なぜなら、冷却気体は被覆過程中および被覆過程後
に加熱製品にあたって、霧化ガスによって生ずる保護雰
囲気中での被覆に続いて製品の表面温度を急速に降下さ
せるからである。

これによって境界面における金属間化合物および合金の
形成、基材製品への被覆粒子の結晶粒界拡散およびこれ
に関連した影響が低減され、より延性のある改善された
製品が得られる。

本発明方法は、ｉｌｌ’覆金居が堰オよりも低い融点を
４丁するいづれの金属の組合せにも適用できるが、商業
的Ｅ点から連続的に製造されるスチールストリップ上へ
の亜鉛、アルミニウムまたは亜鉛・アルミニウムの被覆
の場合が特に重要である。これらの製品は本発明方法を
説明するための例示にすぎず、該方法が他の被覆製品、
例えば連続法、半連続法、あるいは、個別法またはバッ
チ法による銅被覆スチールの製造に適していることは自
明である。

従来のホットディッピング法と本発明方法の間の差退を
考察することはを用である。典型的には、本発明の方法
においては、清浄な平滑なほどか４−。

た（ａｓ−ｒｏｌｌｅｄ　）軟鋼ストリップをＮ、およ
びＨ。

からなる雰囲気中、高温例えば、７００℃および８００
℃の間に加熱された炉中を通過させる。純粋なアルミニ
ウム（融点６６０℃）を被覆金属として便用する場合、
例えば、６８０°Ｃおよび６５０℃の間の温度にＮ、ノ
エノトが該ストリップを冷却する冷却室中へ該ストリッ
プを通過さＵ・ろ前に、平滑な該ストリップ表面上の酸
化物は鉄にｚ元される。次いて、該ストリップを不活性
雰囲気下においてスプレーチャンバー内に心入し、該チ
ャンバー内において、溶融霧化アルミニウム滴をストリ
ップの片面に注いて均一な被覆物を製造Ｃろ。

溶融金属の小滴はスチール表面上で潰れ、酸化物が存在
しないのでスチール表面を濡らす。この上うな金属スプ
ラットは速かには凍結Ｕず、数十ミリ秒間液状のままで
あるが、これは、スチールの、みに度がほぼアルミニウ
ムの融点温度に等しいから　−である。このため、金属
スプラットは其融合して比較的下滑均−で緊密な披１ｕ
物を形成することか可能になる。アルミニウム滴スプラ
ットの拡散作用は、典型的には１ミリ秒以内でおこなわ
れ、スプラットの第一層は数十ミリ秒内にスチールスト
リップ上に形成される。被覆物の全厚さはおよそＯ１秒
で形成される。金属粒子を包囲すら霧化ガスの温度はか
なり低いので、スチールストリップの表面は速やかに冷
却され、ストリップ上に形成される溶融フィルムを凍結
させる。その結果、スチール表面を濡らす平滑流動被覆
物はきわめて速やかに形成され、これはフローイノグプ
ロセスを補助する表面上の高速度ガスによって促進され
る。同時に、比較的低温の霧化ガスは被覆されたスチー
ルストリップを冷却するので、凝固は　０２から０５秒
の間に完了する。このため、境界面において金属間化合
物または合金が形成される時間はほとんどない。−３の
結果、金属間化合物または合金層の厚さは、スチールス
トリップを溶融アルミニウム、と２〜３秒間接触させろ
ｔ；ｔ＝　Ａ−のポノトディノビング法によって製造さ
れる層の厚さよりら小さくなる。アルミニウム岐覆スヂ
ールの場合、温度を５５０″Ｃ以下または５００℃まで
９速に冷却し続けて合金層かさらに成長するのを避ける
ことか賢明であるか（同様の処理か紘来のホットディッ
ピノグ法による製品の場合にらなされろ）、凍結によっ
てアルミニウムの拡散速度は急激に低下する。温度は異
なるが、亜鉛および亜鉛−アルミニウム合金被覆物につ
いてら同様である。

一般に、急速冷却は絶対温度目盛りで被覆物融点の少な
くとも９０〜８５％までおこなうことか望ましい。

本発明方法において、被覆物はストリップ表面上で溶融
するのではなく、該表面に達する前に既に溶融しており
、溶融スプラットが単に共流動して平滑な被覆物を形成
する。この点を明確にするために、本発明方法をフロー
メルティング（ｆｌｏｗｍｅｌｔｉｎｇ　）ではなくフ
ローコーティング（Ｎｏｗｃｏａｔｉｎｇ　）と呼ぶ。

すでにスズプレートに関して説明したように、別の差異
は最初のスプレー塗装およびその後の空気中での加熱に
よって被覆物を溶融させる処理によってはフローコーテ
ィングを模倣することができないことである。

フローコーティングの他の利点は、浸漬塗装によるより
も薄い被覆物が得られること、および、浸漬塗装よりら
消費エネルギーが少ないこと（例えば４０トンの大きな
溶融金属浴を維持する必要性が避けられる）である。従
来の方法でスチールストリップが静止しているときに生
しるような溶融金属浴中でのスチールストリップの溶解
の危険性をＩＹうことなしに瞬時の注意で操作を開始お
よび停止することがてきろ。

いづれの霧化法を使用してもよいが、簡便な方法はガス
霧化法である。この方法は冷却に不活性ガス流を使用す
るもので、これによって液状スプラットの散性化と流動
化ら促進される。霧化ガスの酸素含有量は低く維持すべ
きで、好ましくはＩｏ　ｏ　ｐ、ｐ、ｍ、以ドにずへき
である。均一被覆層をより容易に得ることができるので
、微細なスプレーが特に有用である。

いくつかの霧化ガス法を本発明方法に使用することがで
き、例えば被覆金属が通常ワイヤー杉聾であるアークス
プレー法か含まれる。この方法は比較的小さな披１頁面
積の場合有用である。大部シＪの池の場合、経済的な理
由から溶融物のガム霧化が好ましい。粉末を送給するア
ークプラズマの使用によってフローコーティングをおこ
なうことかできるが、界面における厚い金属間化合物ま
たは合金の層の形成を避けるための急速な冷却を十分に
おこなうことはできない。燃料ガス霧化法ら同じ問題を
ｆｆするが、酸素をスプレーチャンバーに必然的に導入
することに付随して、付着性と流動性の両方が悪影響を
受けるので、より好ましくない。

片面および両面被覆物の両方を本発明方法で製造するこ
とができる。所望により片面を他面よりも厚くおよび／
または異なる被覆物にしてもよい。

これは沈着速度およびストリップ移動達度によって左右
されろ。広い面積をスプレーによって１皮葭し、均一な
沈着層を得ろときはスプレー乙しくは製品の走査が通ｎ
必要とされる。ストリップの場合には、明らかに走査ノ
ズルか好ましく、本発明方法に適した走査ノズルは英国
特許第１４５５８６２号明細調に記載されたものである
。

本発明方法の制御は主にストリップかスプレー処理に付
されろ温度に関連ずろ。温度か高すぎると、流動は生じ
るが、凍結に長時間を要するので、その間に合金が生じ
、界面に厚い合金層を有する不十分な製品が得られる。

アルミニウムの場合、このような温度は約７００℃以上
（融点＋５％）である。温度が低すぎると、被覆物の付
着はおこなわれるが、十分な流動がおこなわれる前に凍
結し、表面が粗くなり、曲げると亀裂を生じる。アルミ
ニウムの場合、このような温度は６２０°Ｃ以下（融点
−５％）である。最適な結果を得るための正確な温度範
囲は、温度、圧力および霧化ガス量に左右される。高い
ガス温度は合金を生成しやすく、低いガス温度、高いガ
ス１カわよひ多塗の霧化ガスは合金を生成しにくく４ろ
。

客Ｊ色向 以下、本発明方法を実施ずろ装置の一聾（、ρを喚式的
に示す添付図に基−）いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、２００ミフロンシアルミニウムを用いて幅１
ｍのスチールストリップを５０　ｍ／ｍｉｎの速度で移
動さ仕ながら被覆するプラントの模式図である。Ａおよ
びＢの間の部分は、本発明において最も重要である。

添付図中、厚さ０８ｏＩｌｌＩＩ１幅ｌａＩの軟鋼スト
リップは（１）においてほどかれ、ダクト（３）中のバ
ッフル（２）を経て、絶縁ローラー（７０）上を速度５
０ｍ／ｍｉｎで通過し、還元炉（４）へ送給されろ。該
ストリップは、ボート（６）から炉（４）に供給される
還元雰囲気（５０％Ｈ＋＋５０％Ｎｔ）中で電気抵抗エ
レメント（５）によって７５０℃土１００℃に加熱され
る。ストリップは絶縁ローラー（７）上を通過してダク
ト（８）を通ってスプレーチャンバー（９）に入る。絶
縁ローラー（７）およびスプレーチャンバー（９）の間
においては、冷却窒素ジェット（１０）がストリップに
衝突し、ストリップの温度を６８０℃±１０℃に低下さ
せる。ストリップが一連のバッフル（１２）を通過した
後、スプレーチャンバー（９）に入る直曲に、光学高温
計（１１）を用いて該ストリップの温度を測定する。ス
トリップの移動方向に垂直な平面内において常に走査を
おこなうためにスプレーに偏向して配設された英国特許
第１４５５８６２号明細書に記載のような霧化および走
査用ノズル（１４）からストリップの−ｌ二部表面上に
は霧化溶融アルミニウム小滴（１３）のスプレーが注が
れる。ノズル（１４）には加熱された保有容器（１５０
７００℃）から垂直方向に溶融アルミニウム流が供給さ
れる。該保有容器（１５）はコンテナ中の溶融金属ヘッ
ドを一定の適当な高さに維持するために近くの溶融炉（
図示されていない）から補給される。ストリップのスプ
レー走査はアルミニウム約６ｋｇ／ｍｉｎおよび霧化窒
素ガス約２ｋｇ／ｍｉｎを用いて５０サイクル／秒でお
こなわれる。ノズル（１４）に導かれろ１亥ガスの温度
は室温で、圧力は１５ｋＮ−一２である。使用ガスの流
出は、主としてストリップの上部のボート（１７）内の
フィルター（１６）を通しておこなイつれる。過剰のス
プレー粉末およびガスはストリップの下部のボート（＋
８）を通して排出される。バッフル（１２）は霧化ガス
がダクト（８）に流入するのを効果的に防止する。実際
、炉チヤンバ−（４）内の圧力をスプレーチャンバー（
９）内の圧力よりら幾分高＜イ［持することによって過
剰ガスはバッフル（＋２）を経てスプレーチャンバー（
９）内へ流入する。スプレー沈着物はストリップの表面
」二を流動して非常に薄い溶融層を形成し、該溶融層は
ひと続きその上を通過する霧化ガスによって冷却され（
約１０Ｑ〜３００℃）、はぼ゛（１９）によって示され
る点て凝固する。任意の冷却ガスノエノト（図示されて
いない）をこの点においてまたはこの点の近くでストリ
ップの下部に注いでもよい。ストリップは連続的に急激
に５５０℃以下まで冷却され、鉄中へのアルミニウムの
拡散は実質上限°正される。ストリップはさらにバッフ
ル（２０）を通過し、冷却ジェット（２１）を浴びた後
、プラントからのストリップを巻き取るコイラー（２２
）へ導かれる。

種々のプロセスパラメーター、特に温度に関ずろプロセ
スパラメーターはｌ１ｌｌ！’Ｅに関係づけられろ。

本発明方法の制御は、主として冷却ノズル（１０）にお
けるガス圧力を変化させることによっておこない、正確
な温度は放射高温謂（ｌ　Ｉ）による測定によって維持
される。（１０）におけろ典型的なガス消費量は、室温
またはそれ以下の温度においては霧化ガス（１４）の流
量の半分である。監視ボート（２３）を通してストリッ
プの上部表面を観察することによって、さらに点検を行
なうことができる。上部表面には光沢があるべきである
。即ち、同化によってつや消し面となるａ（＋９）まで
はスプレーのもとで溶融状態でなければならない。その
地点が出口に向ってさらに移動するとストリップか熱く
なり過ぎ（逆の場合ら同様である）、冷却ジェット（Ｉ
　Ｏ）を調整しなければならない。あろいは、−元炉（
４）のｉＭＡ　Ｉｆ　’にたはストリップの多動速度ま
たは霧化ガス圧力を調整してらよいが、これらの各ファ
クターは池のファクター、例えば、酸化物の還元度、被
覆物の厚さおよび霧化１１にそれぞれ影響を与える。そ
れゆえ、これらを適当な偵に固定し、主に冷却ノエノト
　（１０）によ−て制御するのか最良である。

該プラントから送り出されるストリップは、ソー而に厚
さ約３ミクロンの金属間化合物層を’１（“１４゛る１
９さ２０ミクロノの被覆層を何する。表面は平滑であり
、曲げ試験で測定した延性は、このクラスの材料として
は醗れた乙のである。ストリップは、必ずしも必要では
ないが、冷間圧延まｆ二は熱間圧延してらよい。

温度を適当に調整することによって同様の装置を亜鉛お
よび亜鉛−アルミニウム合金被覆物に使用することがで
きる。

還元炉（４）においては、常に炉雰囲気が金属ストリッ
プの酸化物を還元し、該雰囲気中の酸素含ｑ母がスプレ
ーチャツバ−（９）内において＋００ｐ、ｐ、ｍ　　以
下に維持されるならば、いずれの加熱方式を採用しても
よい。特にＧｍな加熱方式（既にあるプラントで使用さ
れている）は、ストリップ自体の抵抗加熱方式であり、
特に還元炉（４）の異なった加熱方式と併用することに
よってチャンバー（９）内のストリップ温度はより正確
に制御さ、　れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の一態様を示す模式
図である。 （２）はパブフル、　　（３）はダクト、（４）は−元
炉、　　　（７）はローラー、（８）はダクト、 （９）はスプレーチャツバー、 （１０）は冷却窒素ノエノト、 （１１）は光学高温計、　（１２）はバッフル、（１４
）はノズル、　　　　（１５）は保有容器、（１６）は
フィルター、　（２ｏ）はバッフル、（２１）は冷却ジ
ェット、（２２）はコイラー、（２３）は監視ボートを
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物不含表面を有し、温度を被覆金属の融点領域
   内に維持した基材製品に、被覆金属を溶融霧化粒子スプ
   レー形態で噴霧し、該基材製品に衝突するスプレーによ
   って形成される液状スプラットを共融合させて平滑流動
   被覆層を形成させ、該被覆層を冷却させて冶金学的に結
   合した緻密な製品を得ることを含む金属被覆製品の製造
   方法。 ２　最初の液状スプラットの衝突後１秒以内にいずれの
   所定点における被覆物を凍結させるのに十分急速に冷却
   処理をおこなう第１項記載の方法。 ３、最初の液状スプラットの衝突後０．２〜０．５秒以
   内にいずれの所定点における被覆物を凍結させるのに十
   分急速に冷却処理をおこなう第２項記載の方法。 ４、霧化粒子がガス霧化粒子である第１項から第３項い
   ずれかに記載の方法。 ５、霧化ガスの温度が実質上室温である第４項記載の方
   法。 ６、スプレー処理に付される基材製品の温度が、絶対温
   度目盛りで、被覆金属の融点の５％以内である第１項か
   ら第５項いずれかに記載の方法。 ７、被覆金属がアルミニウム、亜鉛またはアルミニウム
   −亜鉛合金で、基材製品が鉄を含有する第１項から第６
   項いずれかに記載の方法。 ８、実施例に関して実質上記載された第１項記載の方法
   。 ９、第１項から第８項いずれかに記載の方法によって製
   造される金属被覆製品。 １０、全被覆厚の４分の１以下の金属間化合物層を介し
   てストリップと結合し、キャスト構造を有するアルミニ
   ウムで被覆された鉄含有ストリップ。