JPS626791A - チタン被覆を鉄鋼母材表面に形成する方法 - 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】 本発明は耐食性に劣る金属母材表面に耐食性に優れた金
属材料の被覆を溶接法によシ形成する方法に関する。

炭素鋼のように不働態表面を形成する能力に欠ける金属
材料を腐食性環境、例えば化学装置に使用する場合、腐
蝕に対する防護手段として耐食性に劣る金属材料を耐着
ｖ１鍛富實絡警耐食性金属材料で被覆する方法が採用さ
れている。耐食性金属材料としては、チタン、タンタル
、ニオブ、ジルコニウム、モネル、ステンレスナトノ高
級耐食材料が多く用いられている。これら高級耐食材料
の母材金属表面への被覆方法として、耐食金属材料の薄
板を合わせ材として圧延法又は爆着法によってクラツド
鋼を製作する方法、耐食性金属材料の薄板を鋼板上に内
張溶接しまたは肉盛溶接する方法等が挙げられる。しか
しながら、前者のクラツド鋼を製作する方法は、材料を
平板状で施工しなければならないため、これを使用して
製品を製作するに当って曲げ、成形加工を伴う。従って
曲げ加工度が大きい場合は被覆材のはく離、破壊が生じ
るおそれがある。

また、爆着法の母材、合わせ材は爆薬の強力な爆発力に
耐えるだけの強度が必要で、板厚に制限がおる。例えば
、炭素鋼母材の厚さは８闘以上、チタン合わせ材の厚さ
は１５　ｖｇ以上必要とされている。また、後者の溶接
法は同種異質又は異種異質の溶接施工であるため、金属
母材と溶接された異種耐食性金属材料との間に脆い金属
間化合物が生じて接合強度が低下したシ、耐食性金属材
料の種類によっては接合自体が実際上不可能でらる等の
欠点がある。例えば、チタンは大気中で加熱すると急速
に酸化されるばかうでなく、酸素、窒素等ガスとの親和
性が極めて大きく、これらのガスを吸収、固溶して著る
しく脆化する。従って、チタンを溶接する場合には、タ
ングステンを電極としてアルゴン等の不活性ガス中で電
気アークを発生させ、チタンを溶加岸として溶接する、
いわゆるタングステン電極−イナートガスシールド・ア
ーク溶接法（一般に「ＴＩＧ溶接法」と略称されている
）が用いられている。しかしながら、このＴＩＧ溶接法
によっても、チタンと炭素鋼のような鉄鋼材料を直接溶
接することはできず、従って、従来、チタンの薄板を鉄
鋼材料に直接内張溶接し又は肉盛溶接して鉄鋼材料に耐
食性被覆を形成することは不可能であった。

本発明者らは、炭素鋼のような耐食性に劣る金属母材材
料の表面に、耐食性金属材料、殊にチタンの被覆を溶接
法によシ形成する方法について鋭意研究を行なった結果
、金属母材表面に予め金属材料を溶射法により溶着させ
、しかる後、その溶射被覆層上に、耐食性金属材料を肉
盛溶接し又は耐食性金属材料の薄板を溶接するようにす
れば、従来不可能とされていたチタンでも溶接法によシ
容易に鉄鋼又は非鉄金属母材表面に耐食被覆することが
できることを見出し、本発明を完成するに至った。

しかして、本発明によれば、金属材料を異種金属母材表
面に溶射し、形成される溶射被覆層上にさらに耐食性金
属材料を肉盛溶接するか又は耐食性金属薄板を溶接する
ことを特徴とする耐食性金属被覆を異性金属母材表面に
形成する方法が提供される。

本発明の方法によシ耐食性金属材料の被覆が形成されう
る金属材料は特に制限されるものでなく任意の金属材料
であることができるが、一般には腐食性環境で耐食性が
不十分な金属材料、例えば、炭素鋼、合金銅のような鉄
鋼材料あるいはアルミニウム、アルミニウム合金、銅、
銅合金のような非鉄金属材料等が挙げられる。

本発明の方法に従えば、かかる金属母株に対し、先ず最
初に該母体金属とは異種の金属材料が溶射被覆せしめら
れる。溶射される金属材料は該溶射被覆上に溶接される
耐食性金属材料と同種のものが適しているが、異種のも
のを使用する場合には、溶射される金属材料に対して良
好な溶接性を有するものを使用することが好ましい。し
かして、該耐食性金属材料としては、例えば、チタン、
タンタル、ニオブ、ジルコニウム、これら金属を含む合
金等の高級耐食性金属材料が挙げられ、本発明の方法は
中でも殊にチタンに対して有利に適用することができる
が、しかし、本発明の方法は耐食性金属材料としてチタ
ンを用いる場合に限られるものではなく、上記の如き他
の耐食性金属材料に対しても等しく適用することができ
る。

前記金属母材表面に上記の如き金属材料を溶射脂洗浄を
行彦った後、母材表面に存在しうる酸化被膜や付着物を
除去すると共に、表面に微細な凹凸をつけるための表面
粗面化前処理を行なう。この表面粗面化前処理は一般に
サンド・プラスト法又はグリッド・プラスト法によって
行なうことができる。上記脱脂洗浄にはトリクロルエチ
レン等の付着が懸念される油脂を溶解しうる溶剤が使用
される。また、サンド・ブラスト又はグリッド・ブラス
トに使用されるサンド又はグリッドは、母材硬度や母材
と溶射金属の組合わせ等を考慮に入れて各種粒径及び／
又は硬さのものの中から経験材表面には、本発明に従い
、金属材料が溶射される。金属溶射は、適当に圧縮した
ガスを、溶融した金属に吹きつけて噴霧状となし、母材
表面にこれを吹きつけ、金属の被覆層をつくらせるもの
で、金属溶射技術それ自体は古くから知られた技術でア
リ、本発明においてもそれ自体既知の金属溶射気溶線式
（アーク）溶射機、ガス溶線式（酸素−アセチレンフレ
ーム）溶射機、及び粉末状の溶射材料を用いるプラズマ
溶射機等を用いて実施することができる。

溶射された金属は、母材金属表面の凹凸と微細に交絡し
て強く接合し、溶射波腹層を形成する。

溶射被覆層の厚さは厳密に制限されるものではなく、溶
射金属の種類、該溶射被覆層上に設けられる耐食性金属
材料の溶接方法４条件等に応じて広範にわたり変えるこ
とができるが、一般には（１０５〜１ｆｉ、好ましくは
０．１〜０．６ｍの範囲内にするのが適当である。

かようにして形成される溶射金属被覆層は多孔性の皮膜
でオシ、腐食性の流体に対する防食効果はあまシ大きく
ない。

本発明の特徴は、かかる溶射被覆層を仲立ちとして、さ
らにその上に前記金属母材に直接溶接することが困難な
いし不可能な耐食性金属材料を溶接する点にあり、これ
により、金属母材、例えは炭素鋼に直接溶接することが
不可能であった耐食性金属材料、例えばチタンを該金属
母材表面に溶接被覆することが可能になったのである。

しかして本発明の一態様に従えば、耐食性金属材料が、
前記の如くして形成された金属材料の溶射被覆層上に肉
盛溶接される。肉盛溶接は前述したＴＩＧ溶接法と同様
に、不活性ガス雰囲気中のアーク溶接という観点からＭ
ＩＧ溶接法（メタル・イナートガス・アーク溶接法）あ
るいはプラズマ溶接法を用いても実施できる。ただし、
母材金属の溶込みをできる限り小さく、一般には溶込み
率を４０％以下、好ましくは３０％以下に抑えるように
して行なうのが望ましい。芝のためには、熱の集積が少
なくなるように、溶接電流はできるだけ小さくし、溶加
金属が溶射被覆層上に溶滴移行するように施工すること
が必要で、最適の溶接条件、例えば電流値、溶接速度、
ガス流量等は、当業者であれば、母材の種類や厚で等に
応じて、溶接機メーカーの指導書等を参考にして経験に
基き容易に決定することができるであろう。

肉盛溶接は溶射被覆がなされた母材表面の耐食被覆を希
望する領域の全面にわたって一層又は多層に行なうこと
ができる。肉盛溶接層の厚さは、希望とする耐食の程度
や肉盛溶接する金属の種類等に応じて異なるが、一般に
は１〜１０鳶私好ましくは６〜５ｎの範囲内とすること
ができる。肉盛溶接はできるだけ均一に行なうことが望
ましく、肉盛溶接を行なった後は、必要によシ、グライ
ンダー等を用いて表面を滑らかに仕上げることができる
。

上記肉盛溶接に使用する耐食性金属材料は溶射被覆層の
形成に用いたと同種の金属材料であることが望ましいが
、異種の金属材料であっても、溶射被覆層に対する溶着
性に優れたものであれば同様に使用することができる。

本発明のもう一つの態様によれば、前記の如くして形成
された耐食性金属材料の溶射被覆層上に、耐食性金属材
料の薄板を溶接することができ、これによって、耐食性
に劣る母材金属表面に耐食性に優れた金属材料の２イニ
ングを形成することができる。

添付の第１図は、板状の母材金属板、例えば炭接互等の
方法でライニングした状態を示すものでアシ、第２図は
丸棒状の金属母材に対して本発明の方法を適用した場合
の一例であり、Ａは金属母材、例えばアルミニクム丸棒
であυ、ｌは該母材表面に溶射されたチタン被覆層でア
シ、この溶射被覆層Ｚ上にチタン薄板且がすみ肉溶接ヱ
や突合せ溶接＊上旦事等によりライニングしたものであ
おる。

上記すみ肉溶接や突合せ溶接等の耐食性金属材料の薄板
の溶接は、通常、該耐食性金属材料の薄板と同様の金属
材料の溶加棒を用いるＴＩＧ溶接法あるνＸはＭＩＧ溶
接法等によって行なうことができる。

また、ライニングする耐食性金属薄板の厚さは特に制限
されるものではなく、希望とする耐食の程度や最終用途
等に応じて広範囲にわたって変えることができる。

以上述べた本発明の方法によれば、チタン、タンタル、
ニオブ、ジルコニウム、これらを含む合金等の高級耐食
性金属材料を炭素鋼のような安価谷金属母材表面に溶着
被覆することが可能となるので、本発明の方法は、耐食
性に劣る金属材料に耐食性金属被覆を形成する上で、工
業的に寄与するところ極めて犬である。

次に、実施例によシ本発明をさらに具体的に説明する。

実施例　１ 一般構造用圧延鋼材第２＠（ＪＩＳ　　Ｇ３１０１．５
５４１）の直径１２ｗ１長さ５００ｆｉの丸棒の表面を
、トリクロルエタンで洗浄、脱脂処理した後、粒径１４
〜．４０メツシユのアルミナグリッドをショット・プラ
スト装置を用いてプラストした。次いで、酸素アセチレ
ンフレーム溶線式金属溶射装置（メテコ社１２１１）を
用い、下記の条件下に金属チタンを溶射した。

溶射金属：直径五２酩の金属チタンワイヤーアトマイズ
用圧縮窒気：圧力ｓ、　ｓ　ｋｇＺ　ａｌ　ｓ流量１．
５　ｍ”／　ｍ　ｉ　ｎ。

溶射被膜の厚さ：　０．５　ｍｔｎ 第３α図は上記の方法で形成されたチタン溶射被覆層と
金属母材の境界部の横断面の顕微鏡写真（倍率：６５０
倍）でオシ、溶射被覆層の黒色部分は空隙でおる。

上記のチタンを溶射被覆した丸棒に対して、母材をでき
るだけ溶融させないよう注意しながら、下記の条件下に
金属チタンを肉盛溶接した。

溶接法”、ＴＩＧ溶接法（装置：松下電気産業社製　Ｆ
Ｐ３００型）一層肉盛り タングステン電極：直径２．４關 溶加棒：直径２．４露の金属チタンワイヤーアーク電流
：ＤＣ７０Ａ 肉盛溶接速度：　７　Ｑ　ｔｒｘ／ｍｉｎ。

アルゴンガス流量；トーチ　１１〜１５ｊ／ｍイｎ。

アフターシールド　２５ 〜３５１７ｍ１ｎ。

第３ｂ図は上記の方法で得られた製品の横断面の顕微鏡
写真（倍率二８５倍）であり、第５Ｃ図は同裂品の溶射
被覆と母材との境界部分の顕微鏡写真（倍率＝６５０倍
）である。第３α図と第３Ｃ図とを比較すると、チタン
溶射被覆層が肉盛溶射によって空隙が縮少し緻密化して
いることがわかる。第３ｂ図に示すように、肉盛溶接部
は緻密な組織の金属チタンでアシ、チタンの溶射被覆層
を介して金属母材に強固に接合している。

母材と溶射被覆層との境界線形状から算定した母材の溶
込み率は１８〜２８％の範囲であった。

第４図はＸ線マイクロアナライザー（日立裏作新製　Ｅ
ＮＸ−５Ｍ型）による上記製品のチタンと鉄の線分析チ
ャートでちる。

以上の如くして製造された肉盛溶接金属の表面は、ワレ
、クラック等の欠陥のない滑らかな金属チタンであり、
これにより、鋼材表面にチタンの耐蝕性被覆を形成せし
めることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の方法によって耐食性金属
被覆を形成された金属母材の斜視図であシ、 第３α図は、実施例１において形成されたチタン溶射被
覆層と金属母材との肉盛溶接前の横断面の金属組織を示
す顕微鏡写真（Ｘ３５０）であシ、第３ｂ図は、同肉盛
溶接後の製品の横断面の金属組織を示す顕微鏡写真（Ｘ
８５）であシ、第５Ｃ図は、同チタン溶射被覆層と金属
母材との境界部分の横断面の金属組織を・示す顕微鏡写
真（Ｘ３５０）でめシ、 第４図は、実施例１の製品のＸ線マイクロアナライザー
によるチタンと鉄の線分析チャートである。 第１図及び第２図において、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属材料を異種金属母材表面に溶射し、形成される
   溶射被覆層上にさらに耐食性金属材料を肉盛溶接するか
   又は耐食性金属薄板を溶接することを特徴とする耐食性
   金属被覆を異種金属母材表面に形成する方法。 ２、該耐食性金属材料がチタンであり、該異種金属母材
   が鉄鋼である特許請求の範囲第１項記載の方法。