JPS6247622B2

JPS6247622B2 -

Info

Publication number: JPS6247622B2
Application number: JP7007078A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; Shigeya Sakaguchi
Original assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 1978-06-10
Filing date: 1978-06-10
Publication date: 1987-10-08
Also published as: JPS54160520A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はNi−Ｐ合金系ペーストにより金属を
鋳ぐるむ方法に関するものである。船舶用フインチユーブは現在一般に鋳ぐるまれ
る鋼管に約10約μｍ厚の無電解Ni−（８〜13重量
％）Ｐ合金メツキを施し、約150℃、１時間のベ
ーキングを行ないメツキ皮膜中の水分、および水
素ガスを除去した後、この鋼管を鋳型中に設置
し、球状黒鉛鋳鉄を鋳込んで製造している。しか
し、この方法ではメツキする場合脱酸、脱脂の前
処理、メツキ、ベーキング等に時間を要し、又こ
れらに対する設備が必要であるため鋳物工場での
メツキ作業が困難で、他社からメツキした鋼管を
購入しなければならず、コストが高くなる等の欠
点を有する。更にメツキに用いられた廃液による
公害上の問題もある。これらの欠点を解消し、鋳物工場で一貫して鋳
ぐるみ鋼管を製造する方法としてNi−Ｐ合金メ
ツキに代えて、Ni−Ｐ合金ペーストを鋳ぐるま
れる鋼管に塗布し鋳ぐるむ方法を発明した。 Ni−Ｐ合金ペースト用バインダーとしては、
水ガラス、メチルセルローズ−メチルアルコール
−水等がよく知られているが、これらのバインダ
ーを用いたペーストはNi−Ｐ合金粉末間の固結
強度、Ni−Ｐ合金粉末と基材との接着強度、及
び水分を用いる事による基材の酸化等に問題があ
る。更に鋳込み時にバインダーから発生するガス
のために鋳ぐるみ接合面にピンホール等の欠陥が
生じるという欠点も有する。これらの欠点を解消する方法として、塗布乾燥
後の基材との接着強度、及びNi−Ｐ合金粉末間
の固結強度が大きく、かつ基材を酸化しないNi
−Ｐ合金ペーストを用いて、金属を鋳ぐるむ方法
を原料組成や熱処理方法、熱処理温度を適宜選択
して提供するのが本発明の鋳ぐるみ方法であり、
その要旨は、Ni−Ｐ合金粉末とニトロセルロー
ズ−アセトン−詐酸イソシアミル又は酢酸ｎ−ブ
チルよりなる組成のバインダーを100ｇ：10〜20
c.c.の割合で混練して得られたNi−Ｐ合金系ペー
ストを鋳ぐるまれる金属表面に塗布し、真空中で
150℃〜250℃、30分間以上加熱した後、この金属
鋳型中に設置して溶融鋳鉄を注入する事により、
Ni−Ｐ合金系ペーストにより金属を鋳ぐるむ方
法である。以下に本願の製造方法を開発するに至つた試験
及び結果を示す。 Ni−Ｐ合金はその状態図において、11重量％
Ｐの組成で融点880℃の共晶点があり、共晶組成
付近のNi−Ｐ合金は低融点である。しかもNi−
Ｐ合金はFe中へのNiの拡散がＰによつて促進さ
れるという特徴も有する。このためNi−Ｐ合金
のうちNi−（８〜13重量％）Ｐ合金を鋼管鋳ぐる
み接合に適用する事を考えた。Ni−（８〜13重量
％）Ｐ合金は400メツシユ以下の粉末を用い、そ
の結合剤としてニトロセルローズを選んだが、
Ni−Ｐ合金ペーストを得るためにはニトロセル
ローズを溶解しペースト状としなければならな
い。ニトロセルローズを溶解し、ペースト状にす
るための溶媒として常温で容易に溶解できるアセ
トンを選んだ。ニトロセルローズとアセトンの割合により粘度
の異なるバインダーが得られるが、適当な粘度を
有するバインダーを得るために下記第１表に示す
３種の異なる量比でニトロセルローズをアセトン
にて溶解する実験を行なつた。溶解は常温で行な

【表】い得られた各バインダーをNi−Ｐ合金粉末100ｇ
に対し15c.c.添加し乳鉢混合して３種のNi−Ｐ合
金ペーストを製造した。これら３種のペーストを
刷毛で鋼板基材に塗布した結果、バインダーとし
てNo.１を用いたペーストは粘度が低いため、又No.
３を用いたペーストは粘度が高いためNi−Ｐ合
金粉末用バインダーとしては適さず、No.２の組成
のバインダーが最適である事が分つた。更にNo.２
付近の組成について同様に調べた結果、ニトロセ
ルローズとアセトンの比が15〜25ｇ：65〜55c.c.の
組成のバインダーがNi−Ｐ合金粉末用バインダ
ーとして適する事が分つた。この組成のバインダ
ーを用いたペーストの粘度は最適であるが容器に
入れて数分間放置するとバインダー層とNi−Ｐ
粉末層の２相に分離し、Ni−Ｐ合金粉末は固結
してしまうので塗布する度に長時間の撹拌をしな
ければならない。この２相分離の現象をなくすた
めにNo.２のバインダーに酢酸イソアミル又は酢酸
ｎ−ブチルを添加する実験を行なつた。添加はニ
トロセルローズをアセトンで溶解した後行なつた
が添加量は下記第２表に示す如く変化させた。得
られた各バインダー15c.c.とNi−Ｐ合金粉末100ｇ
を乳鉢混合してペーストを得、刷毛により鋼板基
材に塗布し乾燥した後の基材との接着状態を調べ
た結果、No.７、No.８は粘性が悪く塗布が困難であ
つたが、No.４〜No.６のバインダーは良好な結果が
得られた。しかしNo.４およびNo.５のバインダーを
用いたペーストは２相分離現象が見られるため酢
酸イソアミル又は酢酸ｎ−ブチルの添加量はニト
ロセルローズ（20ｇ）−アセトン（60c.c.）に対し
60c.c.が最適である事が分つた。

【表】更にNo.６の組成のうち酢酸イソアミル又は酢酸
ｎ−ブチルを45〜75c.c.と変化させて同様の実験を
行なつた結果、酢酸イソアミル又は酢酸ｎ−ブチ
ルの添加量はニトロセルローズ（20ｇ）−アセト
ン（60c.c.）に対し50〜70c.c.が適する事が分つた。又、ニトロセルローズとアセトンの比が15〜25
ｇ：65〜55c.c.の各組成のバインダーに対しても酢
酸イソアミル又は酢酸ｎ−ブチルを添加する実験
を行なつたが、これらの組成のバインダーに対し
ても添加量は50〜70c.c.が最適である事が分つた。以上の実験よりニトロセルローズを用いたバイ
ンダーの組成はニトロセルローズ（15〜25ｇ）−
アセトン（65〜55c.c.）−酢酸イソアミル又は酢酸
ｎ−ブチル（50〜70c.c.）が良く、特にニトロセル
ローズ（20ｇ）−アセトン（60c.c.）−酢酸イソアミ
ル又は酢酸ｎ−ブチル（60c.c.）の組成において優
れたバインダーが得られることが分つた。次にニトロセルローズ（15〜25ｇ）−アセトン
（65〜55c.c.）−酢酸イソアミル又は酢酸ｎ−ブチル
（50〜70c.c.）の組成のバインダーと400メツシユ以
下のNi（８−13重量％）Ｐ合金粉末を混練しNi
−Ｐ合金ペーストを製造する実験を行なつたが
Ni−Ｐ合金粉末100ｇに対し、各組成のバインダ
ーとも10c.c.以下のバインダー量では粘性が大きく
又20c.c.以上では粘性がなく塗布困難であり、最適
は混練比はNi−Ｐ合金粉末100ｇに対して本発明
のバインダー10〜20c.c.である事が分つた。得られ
たNi−Ｐ合金ペーストは基材とのぬれ性がよ
く、塗布乾燥後のNi−Ｐ合金粉末の固結強度、
および基材との接着強度共に大である。下記第３
表に水ガラス、メチルセルローズ−メチルアルコ
ール−水、および本発明のバインダーを用いた
Ni−Ｐ合金粉末の塗布後の接着強度試験結果を
示す。試験

【表】はペーストを鋼板に塗布、乾燥した後、鋭利な刃
物で塗布層を剥ぎ取る場合の難易度を調べたが第
３表中×印は容易に剥ぎとられたもの、〇印は容
易に剥ぎとられなかつたものである。又、ニトロ
セルローズ−アセトン−酢酸イソアミル又は酢酸
ｎ−ブチルよりなる本発明のバインダーは水を全
く用いないため基材の酸化が生じにくい特長も有
する。次に400メツシユ以下のNi−Ｐ合金粉末とニト
ロセルローズ（20ｇ）−アセトン（60）−酢酸イソ
アミル又は酢酸ｎ−ブチル（60c.c.）よりなる組成
のバインダーとを100ｇ：15c.c.の割合で混練して
得たNi−Ｐ合金ペーストを鋼管表面に塗布し、
鋳型中に設置し、球状黒鉛鋳鉄で鋳ぐるむ実験を
行なつたが、ペースト中の気泡、およびバインダ
ー中のカーボンによると考えられるピンホールが
鋳鉄中に見られ良好な鋳ぐるみ接合状態が得られ
なかつた。このため鋼管にペースト塗布した後
100℃〜400℃の各温度で脱ガス、脱炭処理を施し
た。熱処理を真空以外の雰囲気で行なうと熱処理
中に雰囲気ガスがペースト中に吸蔵され、鋳ぐる
み時にピンホール等の欠陥を生じるため、熱処理
は、10^-2torrの真空度を有する真空炉中で行なつ
た。各温度において30分以内の熱処理で脱ガス、
脱炭は終了するが、下記第４表に１時間熱処理し
た後のペースト中のカーボン量変化を示す。200
℃の熱処理でカーボン量は塗布直後の1/3に減少
し、熱処理温度を300℃、400℃と上昇しても僅か
に減少するだけである。又、ペーストの強度は熱
処理温度を高くするにつれ次第に増大し、200℃
で最高強度となり200℃以上になると軟化する事
が分かつた。

【表】これらの結果からペースト中のカーボン量が少
なく、かつ強度のあるペーストの得られる熱処理
温度として200℃を選び、ペーストを塗布した後
この温度で１時間の熱処理を施した鋼管について
鋳ぐるみ試験を行なつた。このようにして得られ
た鋳ぐるみ鋼管はピンホール等の鋳造欠陥の見ら
れない良好な接合状態であつた。更に100℃〜300℃の間の各温度で１時間熱処理
を施した後、鋳ぐるみ試験を行なつた結果150℃
以下では脱ガス、脱炭が充分行なわれないためピ
ンホールが発生し、又250℃以上ではペーストの
強度不足により、良好な鋳ぐるみ接合状態が得ら
れなかつた。従つて本発明によるペーストの熱処
理温度は150℃〜250℃が最適である。以上述べた各実験より、Ni−Ｐ合金粉末のバ
インダーとして、ニトロセルローズ−アセトン−
酢酸イソアミル又は酢酸ｎ−ブチルを用いてペー
ストを製造する場合、最適な組成はニトロセルロ
ーズ（15〜25ｇ）−アセトン（65〜55c.c.）−酢酸イ
ソアミル又酢酸ｎ−ブチル（50〜70c.c.）であり、
Ni−Ｐ合金粉末100ｇに対するこの組成のバイン
ダー添加の割合は10〜20c.c.が良く、混練して得ら
れたペーストは塗布時の粘性、基材とのぬれ性、
および乾燥後のNi−Ｐ合金粉末の固結強度、基
材との接着強度共に優れる事が分かつた。又、こ
のペーストを鋼管などの金属材料を鋳鉄で鋳ぐる
む時の接合材として用いる場合、ペースト塗布
後、溶湯を鋳込む前に真空炉中で200℃、30分以
上の熱処理を施すとピンホール等の鋳造欠陥のな
い鋳ぐるみ接合状態が得られる。以下に実施例について説明する。実施例脱脂処理を施した圧力配管用炭素鋼鋼管（材
質：STPG38、外径：49mm、内径：45mm、長さ
200mm）の外周表面に本願発明のNi−Ｐ合金ペー
スト（Ni−Ｐ合金粉末の粒度：400メツシユ以
下、バインダー組成：ニトロセルロース（20ｇ）
＋アセトン（60c.c.）＋酢酸イソアミル（60c.c.）を
刷毛にて、0.3mmの厚さに塗布し、10^-2torrの真空
中にて200℃30分間の脱ガス、脱炭処理を行なつ
た後、第１図に示す要領にて生砂の鋳型１中に中
子２と共に設置した。次に、このNi−Ｐ合金３
が被覆された鋼管４に球状黒鉛鋳鉄（FCD−
45）4.8Kgを1400℃で鋳込み、第２図に示される
ように先端鋼管を鋳ぐるみ接合した球状黒鉛鋳鉄
管５（外径：72mm、内径：45mm、全長：600mm）
を得た。ここで鋼管と鋳鉄管の接合部分６の長さ
は100mmであり、接合部を光学顕微鏡にて観察し
たがピンホール等の接着不良部は認められなかつ
た。又、E.P.M.A.による調査の結果、Niおよび
Ｐは鋼管、鋳鉄管双方に充分拡散しており良好な
鋳ぐるみ接合状態であつた。以上述べたように、本願発明のNi−Ｐ合金系
ペーストによる鋳ぐるみ法によれば、従来のメツ
キ法によりNi−Ｐ合金を被覆する方法に比し、
前処理、メツキ、ベーキング等に要する時間が圧
倒的に短かくて済み、メツキ、廃液処理等の特別
の設備をも必要とせず、公害問題も全くない為、
鋳ぐるみ作業が鋳物工場で一貫してでき、結果的
に安価な鋳ぐるみ品が製造できる。又、本願発明
のNi−Ｐ合金ペーストは塗布、乾燥後の基材と
の接着強度、Ni−Ｐ合金粉末間の固結強度に優
れ、溶湯鋳込み時にNi−Ｐ合金被覆層が離脱せ
ず、塗布後に真空中にて200℃、30分間以上の熱
処理を施す為、Ni−Ｐ合金ペーストの脱ガス、
脱炭が行なわれ、ピンホール等の鋳造欠陥が発生
しない等の特長をも有する。更に、本願発明の
Ni−Ｐ合金ペーストは先述のようによく知られ
る水ガラス、メチルセルローズ＋メチルアルコー
ル＋水等のバインダーと全く異なり、バインダー
中に水分を全く含まない為、水による鋼管の酸化
が起こらず、Ni−Ｐ合金粉末を塗布した鋼管の
永年の保存も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の実施例による鋳型の縦断面
図。第２図は鋳ぐるみ鋳鉄管の縦断面図。

Claims

【特許請求の範囲】

１ Ni−Ｐ合金粉末（400メツシユ以下）とニト
ロセルローズ（15〜25ｇ）−アセトン（55〜65
c.c.）−酢酸イソアミル又は酢酸ｎ−ブチル（50〜
70c.c.）よりなる組成のバインダーとを100ｇ：10
〜20c.c.の割合で混練して得たNi−Ｐ合金系ペー
ストを鋳ぐるまれる金属表面に塗布し、真空中で
150℃〜250℃、30分間以上加熱した後、この金属
を鋳型中に設置して溶融鋳鉄を注入することによ
りNi−Ｐ合金系ペーストにより金属を鋳ぐるむ
方法。