JPS63154341A

JPS63154341A - 遠赤外線放射体

Info

Publication number: JPS63154341A
Application number: JP30233186A
Authority: JP
Inventors: 川崎　龍夫; 和秀石井; 肥野　真行
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-12-18
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1988-06-27
Also published as: JPH0542954B2

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、＃酸化ステンレス鋼表面に塗布した遠赤外線
塗料の剥離を有効に防止するもので、遠赤外線放射を利
用する暖房機器や加熱装置として利用される。この場合
、耐酸化ステンレス鋼に直接通電して加熱する方法と、
燃焼等による外熱によって加熱する方法の両方の分野に
適用される。

〔従来の技術〕

遠赤外線は、人の体内などに深く浸透する性質があり、
暖房装置や、食品加熱に有効に利用されるものである。

この遠赤外線を放射するためには、発熱体または外熱に
より加熱された放射体の表面に５〜３０ｇｍの波長を有
効に放射する遠赤外線放射物質を塗布する必要がある。

従来は、このためにこれら放射物質を溶射により塗布す
る方法（特開昭４９−１１９２４４）が採られていた。

遠赤外線放射体はその使用方法から必然的に、常に加熱
と冷却が繰返されるものであり、このような溶射方法で
塗布された塗膜は使用中に剥離する問題があった。

剥離は溶射厚さを低減すれば軽減されるが、溶射厚さが
薄くなり過ぎると、下地の金属特有の波長の赤外線を放
出し、エネルギー効率の低下を来たす問題がある。一方
、厚さが厚くなり過ぎると剥離の傾向が顕著になる。従
って遠赤外線塗膜の上から、ガラスコーティングを行っ
たり、マイカで被膜する等の対策が必要となっている。

また、この剥離を軽減するために、遠赤外線放射物質と
下地金属との熱膨張差を軽減する方法（特開昭６Ｏ−１
３００８）等が採られているが、遠赤外線放射物質を下
地金属と完全に固着することができないため剥離に関し
てやはり問題を生じる。

本発明者らは、特願昭６１−１６９４２２において、Ａ
ｆＬ含有ステンレス鋼の表面にアルミナの表面積を増大
させるウィスカ層を形成せしめ、このアルミナウィスカ
から遠赤外線を放射する放射体を提案した。

その後さらに詳細な検討を加えた結果、このアルミナウ
ィスカ層のみでも遠赤外線特性は得られるが、生成する
被膜の層厚みが薄いため、下地のＦｅからの赤外特性も
認められ、必ずしも遠赤外線放射特性として最高の結果
とはならないことが判明した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは遠赤外線塗料の剥離の問題を解決するため
、耐酸化ステンレス鋼の表面について、種々検討を行っ
た。試みに上記のウィスカを有する皮膜に対して、従来
法と同様に遠赤外線塗料を塗布したところ急激な加熱冷
却に対しても、塗膜の剥離は生ぜず、また、遠赤外線特
性も十分なものが得られることを発見し、本発明を完成
するに至った。

すなわちＡｎ含有の耐酸化ステンレス鋼表面に、表面積
を増大するような酸化皮膜を形成し、その上に塗料被覆
層を形成したものが、遠赤外線放射体の急熱急冷を行っ
た場合にも、遠赤外線塗料の剥離はほとんど生ぜず、ま
たガス流等による機械振動によっても剥離が起こりにく
い。

本発明は熱衝撃、機械振動等に対して、剥離抵抗の小さ
かった従来の遠赤外線放射体の塗膜の剥離の問題を解決
し、特別に剥落を防止するためのガラスコーティングや
、マイカ皮膜等を必要としない、優れた性能をもつ遠赤
外線放射体を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ステンレス鋼の表面に表面積を増加するよう
に生成されたウィスカ状またはピラミッド状のアルミナ
の上に、遠赤外線塗料被覆層を有し、遠赤外線塗料の耐
剥離性に優れた遠赤外線放射体である。このようなステ
ンレス鋼として好ましい特性をもつ組成は次のイ）〜二
）に例示される。

イ）ステンレス鋼が、Ｃ：０．０３重量％以下Ｎ　　：０．０２５重量％以下Ｓｉ：１重量％以下Ｃｒ：１０〜２６重量％Ａｉ：１．８〜８重量％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的に混入する不純物から
なるもの。

口）上記イ）にＴｉ、Ｚｒの単独または複合で０．０１
〜０．８重量％を含むもの。

ハ）上記イ）にＹ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄおよびＧｄから選
ばれた１種または２種以上を、Ｙにおいては０．０１　
ＮＯ，７重量％、Ｌａ、Ｃｅ。

ＮｄまたはＧｄにおいては０．００１〜０．１重量％を
含むもの。

二）上記口）にさらにＹ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄおよびＧｄ
から選ばれた１種または２種以上を、Ｙにおいては０．
０１〜０．７重量％、Ｔ、ａ。

Ｃｅ、ＮｄまたはＧｃｌにおいては０．０　Ｏ１〜０、
１重量％を含むもの。

〔作用〕

ステンレス鋼の表面にウィスカやピラミッド状のアルミ
ナを形成せしめて表面積を大きくし、凹凸を生ぜしめて
おくことによって、遠赤外線塗料の剥離抵抗が著しく増
大する。特に、表面に凸状に形成した皮膜が有効でこの
凸状の高さは、０．５舊ｍ以上が好ましい。

第１図〜第４図はＡｌ含有耐酸化ステンレス鋼表面の走
査型電子顕微鏡写真を示したもので、第１図はアルミナ
ウィスカの生成したもので、１〜３ｐｍの凸状となった
もの、第２図はピラミッド状アルミナの生成したもので
、約０．５ｐｍの凸状となったもの、第３図は平滑なア
ルミナを示すもの、第４図は０．５ｇｍ程度の凹凸を有
するが、凹部が支配的な酸化皮膜を示すものである。

本発明は、ステンレス鋼の表面に鋼中のＡｎが酸化され
て皮膜を形成し、ウィスカまたはピラミッド状に表面積
の増加したアルミナを生成しており、凸状となっている
ことが必須の要件である。アルミナを生成させる加熱温
度としては８００〜１２５０℃にすることが望ましい、
また、１２５０℃の高温でも表面積の増大した皮膜を得
るためには最低０．５時間を必要とする。これよりも短
時間では、耐剥離性に優れた被膜は得られない。

本発明を達成するためには、ウィスカ状あるいはピラミ
ッド状のアルミナの酸化皮膜を生成する必要があり、耐
酸化ステンレス鋼の成分は以下の如く限定される。

Ｃ：Ｃは耐酸化性を阻害する元素であり、酸化雰囲気中でＣ
Ｏ２ガスとなり、酸化皮膜を破壊し、窒素の侵入を引起
こし、主要成分のＡｎをＡ、ＱＮとして消費するため、
低い方が良い。

０．０３重量％以下では、その有害性が小さくなるため
、この値以下に限定される。

Ｎ：Ｎは鋼中でＡｌＮとなるため、有効なＡｎを消費するの
で、低く抑える必要がある。実質的な悪影響を生じさせ
ないために０．０２５重−１５１ｇ以下に限定する。

Ｓｉ：Ｓｉは耐酸化性に有効な元素であるが、過剰に含まれる
と、表面酸化皮膜の全属地からの剥尊性を増すため、１
重量％以下に限定される。

Ｃｒ：Ｃｒは耐酸化ステンレス鋼の必イ１元素であり。

１０重量％未満では、耐酸化性がなく、表面にＡ１２０
３の皮膜が形成されなくなる。また、Ｃｒが過剰になる
と鋼を脆いものにし、実質的に遠赤外線放射体に加工す
ることが不可能となるため、２６重量％以下に限定され
る。

Ａ立：Ｃｒとともに耐酸化性を与えるとともに、表面積を増大
した酸化皮膜を形成するための必須元素である。１．８
重量％未満ではＦｅ、Ｃｒを主体とした酸化物が形成さ
れ、ＡｆＬ２０３とするためには、１．８重量％以上で
ある必要がある。またＡｌは多ければ多いほど本発明の
目的を達成することができるが、８重量％を超えると、
Ｃｒを１０重量％程度にしても鋼を脆くするため、上限
は８重量％とする必要がある。

Ｔｉ、Ｚｒ：Ｔｉ、Ｚｒは、Ｃ，Ｎの悪影響を軽減するために添加す
ると好結果を示す。その場合、０．０１重量％未満では
効果がなく、逆に過剰に加えると、耐酸化性を低下させ
スケールコブを生成し易くなるため、０．８重量％以下
に限定される。

Ｙ　：Ｙは耐酸化性を改善する元素でありＡｌ２０３皮膜の形
成を助ける。また、Ａｌ２Ｏ３と下地金属の密着性を良
くするため添加すると好適である。しかし、０．０１重
量％未満ではその効果がなく、０．７重量％を超えると
鋼を脆くし、また材料のコスト高となるため、０．０１
〜０．７重量％に限定される。

Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇｄ：Ｙと同様にＡｌ１０３皮膜の形成を助け、下地金属とＡ
ｕ２０３皮膜との密着性を改善するが、ｏ、　ｏ　ｏ　
ｉ重量％未満ではその効果はなく、また０、　１重量％
を超えると結晶粒界に低融点の金属間化合物を生成し、
鋼を加工不能のものとするため、ｏ、ｏｏｔ−ｏ、ｉ重
量％に限定する必要がある。

以上のＴｆ　、Ｚｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ。

ＧｄはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ耐酸化ステンレス鋼の耐酸化性
を改善するものであり、これらを単独あるいは複合で添
加すると、その効果は加算的に改善される。

遠赤外線塗料としては、従来より公知の炭素、グラファ
イトおよび酸化物、炭化物セラミック等を用いることが
でき、有機溶剤、水、酸性あるいは塩基性の溶剤を用い
て塗布を行う。

これらの塗布厚みは、通常１０−１００４ｍ程度である
が、本発明法によれば、１００ｇｍ以上５００ルｍ程度
でも、剥離の問題は生じておらず、塗布厚みは限定され
ない。

塗布の方法は刷毛、スプレー、ローラあるいは浸漬方法
等、通′１ｑとり得る方法は適用可部である。

塗布後の乾燥は、用いる溶剤の種類に応じて適宜行えば
よく、４′ｊに限定される条件下で行なう必要はない。

すなわち、有機溶剤等では６０〜１５０℃程度で３０分
以下の乾燥でよく、水の場合には温度は常温〜８０℃程
度が好ましく、３０分〜１昼夜程度の条件となる。温度
と時間の関係は、低温はど長時間となる。酸または１１
！基系溶剤の場合にはこれらの成分を有効に気化させる
ため、２００〜４００℃の加熱が好ましく、３０分以上
の乾燥で塗料の被覆は達成される。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

第１表に示すような組成の耐酸化ステンレス鋼を用い、
種々の酸化処理をした後、遠赤外線塗料を塗布した。

遠赤外線塗料としては、Ｚｒ５ｉ０２系の市阪品を用い
、インプロピルアルコールにて希釈したものを約５０ｐ
ｍ厚さになるように塗布した。

約１５０℃のオーブンで３０分乾燥した後、剥離性の試
験を行った。この試験は試験片を８００℃に加熱し、水
冷するもので、急加熱・水冷を２回繰返した後、水分を
乾燥し、重量の変化で剥離量を評価した。＃剥離性の評
価は塗料の重量減少が１％以下のものを合格とした。

第２表に酸化処理と酸化物形態および！Ａ離試験評価を
示した。

本発明範囲の組成を有する鋼で、かつウィスカ状あるい
はピラミッド状のアルミナ酸化物皮膜を有するものでは
、第２表中の耐剥離性評価として０印を付したように、
剥ｆａ重量は１％以下であり、優れた耐剥離性を有して
いる。

第２表（註）＊：アルミナ酸化物は生成せず〔発明の効果〕本発明に従い、耐酸化鋼とその表面酸化物形態を調整す
ることにより、実質的に急加熱、急冷を行っても塗膜の
剥離のほとんどない優れた遠赤外線放射体を得ることが
できる。本発明によれば、剥落防止のためのコーティン
グ等が不要となり、非常に長寿命の遠赤外線放射体とす
ることがてき、これを各種加熱機器に応用することかで
き、産業上その利点は大である。

本発明の効果は、遠赤外線放射体に限らず、石油暖房機
器等の燃焼筒等に対しても応用することかでき、遠赤外
線放射のみならず、耐８塗料を用いて燃焼効率の向上を
図ることができる等の応用範囲がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はステンレス鋼表面の走査電子顕微鏡写
真を示し、第１図はアルミナウィスカ（鋼Ａ、９３０℃
Ｘ６ｈｒ）、第２図はピラミッド状アルミナ酸化物（鋼
Ａ、１０００°ＣＸ４ｈｒ）、第３図は平滑なアルミナ
酸化物（鋼Ａ、７００℃ｘ２４ｈｒ）、第４図は平滑な
アルミナ酸化物（鋼Ｇ、１０００°Ｃｘ４ｈｒ）が生成
していることを示す写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１　ステンレス鋼の表面に生成された凸状のアルミナが
ウィスカ状またはピラミッド状であり、その上に、遠赤
外線塗料被覆層を有することを特徴とする遠赤外線塗料
の耐剥離性に優れた遠赤外線放射体。２　ステンレス鋼が、Ｃ：０．０３重量％以下Ｎ：０．０２５重量％以下Ｓｉ：１重量％以下Ｃｒ：１０〜２６重量％Ａｌ：１．８〜８重量％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的に混入する不純物から
なる特許請求の範囲第１項に記載の遠赤外線放射体。３　ステンレス鋼が、Ｃ：０．０３重量％以下Ｎ：０．０２５重量％以下Ｓｉ：１重量％以下Ｃｒ：１０〜２６重量％Ａｌ：１．８〜８重量％Ｔｉ、Ｚｒの単独または複合で０．０１〜０．８重量％を含み、残部はＦｅおよび不可避的に混入する不純物か
らなる特許請求の範囲第１項に記載の遠赤外線放射体。４　ステンレス鋼が、Ｃ：０．０３重量％以下Ｎ：０．０２５重量％以下Ｓｉ：１重量％以下Ｃｒ：１０〜２６重量％Ａｌ：１．８〜８重量％およびＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇｄから選ばれた１種ま
たは２種以上を、Ｙにおいては０．０１〜０．７重量％、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＧｄ
においては０．００１〜０．１重量％を含み、残部はＦ
ｅおよび不可避的に混入する不純物からなる特許請求の
範囲第１項に記載の遠赤外線放射体。５　ステンレス鋼が、Ｃ：０．０３重量％以下Ｎ：０．０２５重量％以下Ｓｉ：１重量％以下Ｃｒ：１０〜２６重量％Ａｌ：１．８〜８重量％Ｔｉ、Ｚｒの単独または複合で０．０１〜０．８重量％を含み、さらにＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇｄから選ばれ
る１種または２種以上をＹにおいては０．０１〜０．７重量％、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄまた
はＧｄにおいては０．００１〜０．１重量％を含み、残
部はＦｅおよび不可避的に混入する不純物からなる特許
請求の範囲第１項に記載の遠赤外線放射体。