JPWO2016063561A1 - Coated metal substrate - Google Patents

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Abstract

本発明のコート金属基材は、金属からなる基材上に、セラミック原料からなるセラミックコート層が形成されたコート金属基材であって、上記セラミックコート層の内部には、均一に分散した気孔が形成されており、上記セラミックコート層の表面粗さ(Ra)が8μm以下であり、上記気孔は上記セラミックコート層に直接囲まれていることを特徴とする。The coated metal substrate of the present invention is a coated metal substrate in which a ceramic coat layer made of a ceramic raw material is formed on a substrate made of metal, and the pores dispersed uniformly in the ceramic coat layer The surface roughness (Ra) of the ceramic coat layer is 8 μm or less, and the pores are directly surrounded by the ceramic coat layer.

Description

本発明は、コート金属基材に関する。 The present invention relates to a coated metal substrate.

エンジンを搭載した自動車等の車両では、エンジン部分で大きな熱が発生するが、発生した熱はエンジン部材を介して周囲に拡散し易く、必ずしも発生した熱を充分に利用しきれていないのが現状である。 In vehicles such as automobiles equipped with an engine, a large amount of heat is generated in the engine part, but the generated heat is easily diffused to the surroundings through the engine member, and the generated heat is not necessarily fully utilized. It is.

そこで、エンジンに発生する熱を有効に利用し、燃費等の特性をより向上させようとする研究が盛んに行われており、熱ロスの低減に向け、エンジンやその周辺部材の軽量化等を図るために用いられているアルミニウム製部材の断熱化を図る試みも行われている。 Therefore, researches have been actively conducted to effectively use the heat generated in the engine and improve characteristics such as fuel efficiency. To reduce heat loss, the weight of the engine and its peripheral members have been reduced. Attempts have been made to insulate aluminum members used for the purpose.

従来、アルミニウム部材の断熱化を図る方法として、基材表面に断熱性の膜を形成する試みが行われている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, as a method for achieving heat insulation of an aluminum member, an attempt has been made to form a heat insulating film on a substrate surface (for example, Patent Document 1).

特開2012−072745号公報JP2012-072745A 国際公開第2012/093697号International Publication No. 2012/093697 特開2014−092035号公報JP 2014-092035 A

特許文献1には、アルミニウム合金母材の表面に陽極酸化処理によるポーラス層を形成し、該ポーラス層の上に上記母材よりも熱伝導率が低いZrO等を含有する被覆層を設けたアルミ製品の断熱構造が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載された被覆層は溶射皮膜であるため、皮膜強度及び基材との接着性が充分ではなく、皮膜にクラックが発生したり、剥離したりするという問題があった。また、特許文献1には、ポーラス層の表面の凹凸を反映して被覆層の表面にも凹凸が形成されることが開示されている。凹凸の形成された被覆層の表面をガスが流通する場合、被覆層の凹凸によってガスの流れが乱され、流体抵抗の増加に起因する熱伝達係数の増加によって、断熱性能が低下するという問題があった。
In Patent Document 1, a porous layer is formed by anodization on the surface of an aluminum alloy base material, and a coating layer containing ZrO 2 or the like having a lower thermal conductivity than the base material is provided on the porous layer. An insulation structure for aluminum products is disclosed.
However, since the coating layer described in Patent Document 1 is a thermal spray coating, the coating strength and the adhesion to the substrate are not sufficient, and there is a problem that the coating cracks or peels off. Patent Document 1 discloses that irregularities are also formed on the surface of the coating layer, reflecting the irregularities on the surface of the porous layer. When gas flows through the surface of the coating layer with irregularities, there is a problem that the gas flow is disturbed by the irregularities of the coating layer, and the heat insulation coefficient decreases due to an increase in heat transfer coefficient due to an increase in fluid resistance. there were.

特許文献2には、気孔が表面被覆層の厚み方向の中心部に偏在している表面被覆層を備えた排気管が開示されている。特許文献2によれば、気孔が表面被覆層の厚み方向の中央部に偏在していると、表面近傍で発生したクラックが気孔によって進展を阻害され、表面被覆層が完全に破壊されることが防止できると記載されている。しかしながら、この方法では、断熱性を向上させることのできる気孔が表面被覆層の中心部にしか存在しないため、例えばエンジン部材などのように高い断熱性能が要求される箇所への適用においては断熱性能が不充分であるという問題があった。 Patent Document 2 discloses an exhaust pipe including a surface coating layer in which pores are unevenly distributed in the center portion in the thickness direction of the surface coating layer. According to Patent Document 2, if the pores are unevenly distributed in the central portion in the thickness direction of the surface coating layer, cracks generated in the vicinity of the surface are inhibited from progressing by the pores, and the surface coating layer may be completely destroyed. It is described that it can be prevented. However, in this method, since pores that can improve heat insulation exist only in the center portion of the surface coating layer, the heat insulation performance is applied in places where high heat insulation performance is required, such as engine members. There was a problem that was insufficient.

特許文献3には、シリコーン系樹脂と、磁性粉末と、上記シリコーン系樹脂の一部が酸化されてなるSi系酸化物と、非磁性材料からなる中空状粒子を含む断熱層が形成されたエンジン燃焼室部材の断熱構造体が開示されている。特許文献3のように、気孔を中空状粒子によって形成した場合、気孔とセラミックコート層であるSi系酸化物層との界面に中空状粒子の殻層が存在することとなる。そのため、セラミックコート層であるSi系酸化物層と殻層との熱膨張率の差に起因してクラックが発生しやすいという問題があった。 Patent Document 3 discloses an engine in which a heat insulation layer including a silicone resin, magnetic powder, a Si oxide obtained by oxidizing a part of the silicone resin, and hollow particles made of a nonmagnetic material is formed. A heat insulating structure for a combustion chamber member is disclosed. When the pores are formed of hollow particles as in Patent Document 3, a shell layer of the hollow particles exists at the interface between the pores and the Si-based oxide layer that is the ceramic coat layer. Therefore, there is a problem that cracks are likely to occur due to the difference in thermal expansion coefficient between the Si-based oxide layer, which is the ceramic coat layer, and the shell layer.

上記の問題を解決すべく発明者らが鋭意研究を行ったところ、セラミックコート層に均一に分散した気孔を形成し、セラミックコート層の表面粗さ(Ra)を8μm以下に抑え、さらに、気孔がセラミックコート層によって直接囲まれるように構成することで、断熱性を向上させることができることを見出し、本発明に想到した。 The inventors conducted extensive research to solve the above problems, and as a result, uniformly dispersed pores were formed in the ceramic coat layer, and the surface roughness (Ra) of the ceramic coat layer was suppressed to 8 μm or less. It has been found that heat insulation can be improved by constituting so that is directly surrounded by the ceramic coat layer, and the present invention has been conceived.

すなわち、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、断熱性に優れるセラミックコート層をその表面に形成させたコート金属基材を提供することを目的とする。 That is, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a coated metal substrate on which a ceramic coat layer having excellent heat insulation properties is formed.

上記目的を達成するために、本発明のコート金属基材は、金属からなる基材上に、セラミック原料からなるセラミックコート層が形成されたコート金属基材であって、上記セラミックコート層の内部には、均一に分散した気孔が形成されており、上記セラミックコート層の表面粗さ(Ra)が8μm以下であり、上記気孔は上記セラミックコート層に直接囲まれていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the coated metal substrate of the present invention is a coated metal substrate in which a ceramic coat layer made of a ceramic raw material is formed on a substrate made of metal, and the inside of the ceramic coat layer Are characterized in that uniformly dispersed pores are formed, the surface roughness (Ra) of the ceramic coat layer is 8 μm or less, and the pores are directly surrounded by the ceramic coat layer.

本発明のコート金属基材は、セラミックコート層の内部に均一に分散した気孔が形成されている。そのため、断熱性に優れたセラミックコート層となる。
さらに、セラミックコート層の表面は、表面粗さ(Ra)が8μm以下であるため、セラミックコート層表面を流れるガスの流れが乱れにくく、見かけの熱伝導率を低くすることができる。
加えて、気孔はセラミックコート層に直接囲まれている、換言すると、中空状粒子による殻層が存在していないため、殻層に由来するクラックの発生を抑制することができる。
なお、表面粗さ(Ra)はJIS B 0601(2001)に準拠した算術平均粗さであり、例えば、表面粗さ測定機等により測定することができる。
In the coated metal substrate of the present invention, pores that are uniformly dispersed are formed in the ceramic coating layer. Therefore, it becomes a ceramic coat layer excellent in heat insulation.
Furthermore, since the surface of the ceramic coat layer has a surface roughness (Ra) of 8 μm or less, the flow of gas flowing on the surface of the ceramic coat layer is hardly disturbed, and the apparent thermal conductivity can be lowered.
In addition, since the pores are directly surrounded by the ceramic coat layer, in other words, there is no shell layer made of hollow particles, so that the generation of cracks originating from the shell layer can be suppressed.
In addition, surface roughness (Ra) is arithmetic mean roughness based on JISB0601 (2001), for example, can be measured with a surface roughness measuring machine etc.

なお、均一に分散した気孔であるかどうかは、以下の手順によって確認することができる。
まず、セラミックコート層の断面を走査型電子顕微鏡(以下、SEMともいう)により観察して、その断面における気孔の様子を撮影し、以下の手順で気孔径が0.1μmを超える気孔の数をカウントする。
セラミックコート層の厚さ(膜厚ともいう)ごとに撮影倍率を次のように変更する。
5μm以上50μm未満の場合:2000倍
50μm以上100μm未満の場合:1000倍
100μm以上300μm未満の場合:500倍
300μm以上500μm未満の場合:200倍
500μm以上1000μm未満の場合:150倍
1000μm以上2000μm未満の場合:100倍
なお、SEM画像は、気孔の分散を確認する対象となるセラミックコート層を任意の5箇所で撮影する。この時、SEM画像中にセラミックコート層の厚さ方向の全領域が収まるように撮影する。続いて、撮影したSEM画像を、縦3×横3の9つの領域に分割し、各領域中に存在する気孔径が0.1μm以上の気孔の数をカウントする。
気孔径が0.1μm以上の気孔が各領域において10個以上確認できた場合、すなわち、9領域×5箇所=45領域の全てにおいて、気孔径が0.1μm以上の気孔が10個以上確認できた場合、そのセラミックコート層に存在する気孔は、均一に分散しているとする。
なお、撮影したSEM画像を9つの領域に分割する場合、セラミックコート層の厚さ方向については、セラミックコート層の厚さ(膜厚)が三等分となるように分割し、セラミックコート層の厚さ方向に対して垂直な方向については、上記分割されたセラミックコート層の厚さ方向の1.5倍の長さとなるような所定の領域とする。
Whether or not the pores are uniformly dispersed can be confirmed by the following procedure.
First, the cross section of the ceramic coat layer is observed with a scanning electron microscope (hereinafter also referred to as SEM), the state of the pores in the cross section is photographed, and the number of pores having a pore diameter exceeding 0.1 μm is determined by the following procedure. Count.
The imaging magnification is changed as follows for each thickness (also referred to as film thickness) of the ceramic coat layer.
5 to 50 μm: 2000 times 50 to 100 μm: 1000 times 100 to 300 μm: 500 to 300 μm to less than 500 μm: 200 to 500 μm to less than 1000 μm: 150 to 1000 μm to less than 2000 μm Case: 100 times In addition, the SEM image is taken at five arbitrary locations of the ceramic coat layer which is a target for confirming the dispersion of pores. At this time, photographing is performed so that the entire area of the ceramic coat layer in the thickness direction is included in the SEM image. Subsequently, the photographed SEM image is divided into nine regions of 3 × 3 in the vertical direction, and the number of pores having a pore diameter of 0.1 μm or more present in each region is counted.
When 10 or more pores having a pore diameter of 0.1 μm or more can be confirmed in each region, that is, 10 or more pores having a pore diameter of 0.1 μm or more can be confirmed in all 9 regions × 5 locations = 45 regions. In this case, it is assumed that the pores existing in the ceramic coat layer are uniformly dispersed.
When the photographed SEM image is divided into nine regions, the ceramic coat layer is divided so that the thickness (film thickness) of the ceramic coat layer is divided into three equal parts. The direction perpendicular to the thickness direction is a predetermined region that is 1.5 times as long as the thickness direction of the divided ceramic coat layer.

すなわち、本発明のコート金属基材は、上記セラミックコート層の厚さ方向の全領域が収まるように、上記セラミックコート層の厚さが5μm以上50μm未満の場合には2000倍、50μm以上100μm未満の場合には1000倍、100μm以上300μm未満の場合には500倍、300μm以上500μm未満の場合には200倍、500μm以上1000μm未満の場合には150倍、1000μm以上2000μm未満の場合には100倍の倍率で撮影された上記セラミックコート層の断面における走査型電子顕微鏡画像を、縦の長さを上記セラミックコート層の厚さとし、横の長さを上記セラミックコート層の厚さの1.5倍とする矩形領域として5箇所無作為に選択し、さらに、上記矩形領域をそれぞれ縦3×横3の9領域に等分割して合計45の領域とした場合に、上記45の領域の全てにおいて、気孔径が0.1μm以上の気孔が10個以上存在しているともいえる。 That is, the coated metal substrate of the present invention is 2000 times, 50 μm or more and less than 100 μm when the thickness of the ceramic coat layer is 5 μm or more and less than 50 μm so that the entire region in the thickness direction of the ceramic coat layer is accommodated In the case of 100 μm or more and less than 300 μm, 500 times, in the case of 300 μm or more and less than 500 μm, 200 times, in the case of 500 μm or more and less than 1000 μm, 150 times, in the case of 1000 μm or more and less than 2000 μm, 100 times A scanning electron microscope image of the cross section of the ceramic coat layer taken at a magnification of 5 mm is taken as the vertical length is the thickness of the ceramic coat layer, and the horizontal length is 1.5 times the thickness of the ceramic coat layer. Are randomly selected as 5 rectangular areas, and the rectangular areas are further divided into 9 areas each of 3 × 3 In case of a split to the total of 45 regions, in all areas of the 45, it can be said that the pore diameter or more pores 0.1μm is present more than 10 pieces.

本発明のコート金属基材においては、上記金属がアルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。
金属がアルミニウム又はアルミニウム合金であると、軽量であるため、エンジン等の軽量化及び燃料消費率の向上を図ることができる。
また、アルミニウム又はアルミニウム合金はその表面にアルマイト処理等を施すことによってアルマイト層を形成することができる。
In the coated metal substrate of the present invention, the metal is preferably aluminum or an aluminum alloy.
When the metal is aluminum or an aluminum alloy, it is lightweight, so that it is possible to reduce the weight of the engine and improve the fuel consumption rate.
Aluminum or an aluminum alloy can form an alumite layer by subjecting its surface to an alumite treatment or the like.

本発明のコート金属基材においては、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材の表面にはアルマイト層が形成されており、上記アルマイト層が形成された基材上に上記セラミックコート層が形成されていることが好ましい。
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材の表面に形成されたアルマイト層は、基材の一部を変質させたものであるため、基材とアルマイト層は一体化している。そして、アルマイト層はその表面に多数の凹凸を有しているので、セラミックコート層との接触面積が増えることとなる。さらに、アルマイト層は酸化物で構成されているため、酸素を介してセラミックコート層を構成する原子と化学的に結合することができ、基材とセラミックコート層との接着力が高まる。そのため、基材とセラミックコート層との接着性を向上させることができる。
また、本発明のコート金属基材においては、焼成工程で軟化したセラミックコート原料が金属基材の表面に行き渡って表面の凹凸に入り込むことにより、基材表面の凹凸を相殺する。そのため、金属基材表面に凹凸が形成されている場合であっても、この凹凸形状がセラミックコート層の表面形状に反映されず、セラミックコート層の表面には凹凸が形成されない。そのため、セラミックコート層の接着力を維持しつつ、セラミックコート層の表面の表面粗さを小さくすることができる。
In the coated metal substrate of the present invention, an alumite layer is formed on the surface of a substrate made of aluminum or an aluminum alloy, and the ceramic coat layer is formed on the substrate on which the anodized layer is formed. It is preferable.
Since the alumite layer formed on the surface of the base material made of aluminum or an aluminum alloy is obtained by altering a part of the base material, the base material and the alumite layer are integrated. And since an alumite layer has many unevenness | corrugations on the surface, a contact area with a ceramic coat layer will increase. Furthermore, since the alumite layer is composed of an oxide, it can be chemically bonded to the atoms constituting the ceramic coat layer via oxygen, and the adhesive force between the substrate and the ceramic coat layer is increased. Therefore, the adhesiveness between the substrate and the ceramic coat layer can be improved.
Moreover, in the coated metal base material of the present invention, the ceramic coating material softened in the firing process spreads over the surface of the metal base material and enters the surface unevenness, thereby canceling the unevenness on the surface of the base material. Therefore, even when unevenness is formed on the surface of the metal substrate, the uneven shape is not reflected on the surface shape of the ceramic coat layer, and the unevenness is not formed on the surface of the ceramic coat layer. Therefore, the surface roughness of the surface of the ceramic coat layer can be reduced while maintaining the adhesive force of the ceramic coat layer.

本発明のコート金属基材において、上記セラミック原料の軟化点は、250〜550℃であることが好ましい。
セラミック原料の軟化点が250℃未満であると、軟化点が低すぎるため、焼成の際に、セラミック原料が溶融しにくく、均一な厚さの膜を形成することが困難となることがある。一方、セラミック原料の軟化点が550℃を超えると、セラミックコート原料を構成するセラミック原料が軟化するよりも前に界面活性剤の熱分解が終了してしまうことがある。このような場合、界面活性剤の熱分解により発生した分解ガスは、焼成雰囲気中に拡散してしまい、気孔を形成することができない。
In the coated metal substrate of the present invention, the softening point of the ceramic raw material is preferably 250 to 550 ° C.
If the softening point of the ceramic raw material is less than 250 ° C., the softening point is too low, so that the ceramic raw material is difficult to melt during firing, and it may be difficult to form a film having a uniform thickness. On the other hand, if the softening point of the ceramic raw material exceeds 550 ° C., the thermal decomposition of the surfactant may end before the ceramic raw material constituting the ceramic coating raw material softens. In such a case, the decomposition gas generated by the thermal decomposition of the surfactant diffuses into the firing atmosphere and cannot form pores.

本発明のコート金属基材において、上記セラミックコート層は、さらに結晶性無機材を含むことが好ましい。セラミックコート層に結晶性無機材を含むことで、セラミックコート層の機械的強度、耐熱性、接着性、及び、断熱性等を向上させることができる。 In the coated metal substrate of the present invention, it is preferable that the ceramic coat layer further contains a crystalline inorganic material. By including a crystalline inorganic material in the ceramic coat layer, the mechanical strength, heat resistance, adhesiveness, heat insulation and the like of the ceramic coat layer can be improved.

本発明のコート金属基材において、上記結晶性無機材は、アルミナ、ジルコニア、チタニア、ランタニア、サマリア、シリカ、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、及び、ハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
これらの結晶性無機材は耐熱性に優れるため、上記結晶性無機材を含むセラミックコート層の耐熱性を向上させることができる。
In the coated metal substrate of the present invention, the crystalline inorganic material is composed of at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, titania, lanthania, samaria, silica, yttria, calcia, magnesia, ceria, and hafnia. It is preferable.
Since these crystalline inorganic materials are excellent in heat resistance, the heat resistance of the ceramic coat layer containing the crystalline inorganic material can be improved.

本発明のコート金属基材において、上記セラミックコート層の厚さは10〜1000μmであることが好ましい。
セラミックコート層の厚さが10μm未満の場合、セラミックコート層の厚さが薄すぎるため、コート金属基材が充分な断熱性を発揮することができない。
一方、セラミックコート層の厚さが1000μmを超えると、セラミックコート層に熱衝撃等が加わった際に、クラックが発生しやすくなることがある。
In the coated metal substrate of the present invention, the thickness of the ceramic coat layer is preferably 10 to 1000 μm.
When the thickness of the ceramic coat layer is less than 10 μm, the thickness of the ceramic coat layer is too thin, so that the coated metal substrate cannot exhibit sufficient heat insulation.
On the other hand, if the thickness of the ceramic coat layer exceeds 1000 μm, cracks may easily occur when a thermal shock or the like is applied to the ceramic coat layer.

図1(a)は、本発明のコート金属基材の断面を模式的に示した断面図であり、図1(b)は図1(a)の矩形Aで示す領域の部分拡大断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a coated metal substrate of the present invention, and FIG. 1B is a partially enlarged cross-sectional view of a region indicated by a rectangle A in FIG. is there. 図2(a)は、セラミックコート層中の気孔が均一に分散しているか確認する手順を模式的に示したものであり、図2(b)は、SEM画像を9つの領域に区画する方法を模式的に示した説明図である。FIG. 2A schematically shows a procedure for confirming whether pores in the ceramic coat layer are uniformly dispersed, and FIG. 2B shows a method of dividing an SEM image into nine regions. It is explanatory drawing which showed typically. 図3は、実施例1に係るコート金属基材の断面を撮影したSEM画像である。FIG. 3 is an SEM image obtained by photographing a cross section of the coated metal substrate according to Example 1.

(発明の詳細な説明)
以下、本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
(Detailed description of the invention)
Hereinafter, the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following contents, and can be appropriately modified and applied without departing from the scope of the present invention.

本発明のコート金属基材は、金属からなる基材上に、セラミック原料からなるセラミックコート層が形成されたコート金属基材であって、上記セラミックコート層の内部には、均一に分散した気孔が形成されており、上記セラミックコート層の表面粗さ(Ra)が8μm以下であって、上記気孔は上記セラミックコート層に直接囲まれていることを特徴とする。 The coated metal substrate of the present invention is a coated metal substrate in which a ceramic coat layer made of a ceramic raw material is formed on a substrate made of metal, and the pores dispersed uniformly in the ceramic coat layer The surface roughness (Ra) of the ceramic coat layer is 8 μm or less, and the pores are directly surrounded by the ceramic coat layer.

図1(a)は、本発明のコート金属基材の断面を模式的に示した断面図であり、図1(b)は図1(a)の矩形Aで示す領域の部分拡大断面図である。
図1に示すように、本発明のコート金属基材10では、金属からなる基材11上にセラミックコート層12が形成されている。
セラミックコート層12の内部には、均一に分散した気孔13が存在している。
そして、図1(b)に示すように、気孔13はセラミックコート層12に直接囲まれている。さらに、セラミックコート層の表面12aでは、表面粗さ(Ra)が8μm以下となっている。
なお、本明細書における表面粗さ(Ra)はJIS B 0601(2001)に基づいて測定される値である。
FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a coated metal substrate of the present invention, and FIG. 1B is a partially enlarged cross-sectional view of a region indicated by a rectangle A in FIG. is there.
As shown in FIG. 1, in the coated metal base material 10 of the present invention, a ceramic coat layer 12 is formed on a base material 11 made of metal.
Inside the ceramic coat layer 12 are uniformly dispersed pores 13.
As shown in FIG. 1 (b), the pores 13 are directly surrounded by the ceramic coat layer 12. Furthermore, on the surface 12a of the ceramic coat layer, the surface roughness (Ra) is 8 μm or less.
In addition, the surface roughness (Ra) in this specification is a value measured based on JIS B 0601 (2001).

気孔が均一に分散しているかを確認する方法を図2(a)及び図2(b)を用いて説明する。
図2(a)は、セラミックコート層中の気孔が均一に分散しているか確認する手順を模式的に示したものであり、図2(b)は、SEM画像を9つの領域に区画する方法を模式的に示した説明図である。
まず、気孔の分散を確認したいセラミックコート層の断面をSEMによって撮影する。
このとき、図2(a)に示す矩形Bで示された領域が、SEM画像を撮影する領域となる。図2(a)に示すように、SEM画像は、セラミックコート層12のうち、セラミックコート層の厚さ方向の全域がSEM画像内に収まる倍率を選択するようにする。
SEMの倍率はセラミックコート層の厚さ(膜厚)により異なり、セラミックコート層の厚さが5μm以上50μm未満の場合には2000倍、50μm以上100μm未満の場合には1000倍、100μm以上300μm未満の場合には500倍、300μm以上500μm未満の場合には200倍、500μm以上1000μm未満の場合には150倍、1000μm以上2000μm未満の場合には100倍とする。1つのセラミックコート層につき、無作為に5箇所のSEM画像を撮影する。図2(a)が無作為に撮影されたSEM画像の1つ(5箇所のうちの1箇所)であるとして、以下説明を続ける。
撮影したSEM画像は、図2(b)に示すように、縦3×横3の9ブロックに分割する。
図2(b)に示したSEM画像は、縦方向(図2(b)中、両矢印cで示す方向)をセラミックコート層の厚さ方向の全域を三等分するよう、両矢印cを三等分した両矢印c、c及びcによって区画されている。セラミックコート層の厚さがSEM画像中で変動する場合、最も厚さが厚くなっている箇所におけるセラミックコート層の厚さを基準とする。
また、縦方向に垂直な方向である横方向(図2(b)中、両矢印bで示す方向)の長さbはセラミックコート層の厚さcの1.5倍の長さであり、これを三等分した両矢印b、b及びbは全て、c、c、cの1.5倍の長さである。
すなわち、SEM画像は、(セラミックコート層の厚さ)×(セラミックコート層の厚さの1.5倍の長さ)によって定義される長方形を、厚さ方向(縦方向)及び長さ方向(横方向)にそれぞれ三等分することにより9つの領域に区画される。
続いて、9つに区画された各領域中に存在する気孔径が0.1μm以上の気孔の数をカウントする。9領域×5箇所の合計45領域の全てにおいて、気孔径が0.1μm以上の気孔の数が10個以上あれば、そのセラミックコート層には気孔が均一に分散していると判断する。
A method for confirming whether the pores are uniformly dispersed will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b).
FIG. 2A schematically shows a procedure for confirming whether pores in the ceramic coat layer are uniformly dispersed, and FIG. 2B shows a method of dividing an SEM image into nine regions. It is explanatory drawing which showed typically.
First, the cross section of the ceramic coat layer for which the pore dispersion is to be confirmed is photographed by SEM.
At this time, an area indicated by a rectangle B shown in FIG. 2A is an area for capturing an SEM image. As shown in FIG. 2A, in the SEM image, a magnification in which the entire region of the ceramic coat layer 12 in the thickness direction of the ceramic coat layer 12 falls within the SEM image is selected.
The magnification of SEM varies depending on the thickness (film thickness) of the ceramic coating layer. When the thickness of the ceramic coating layer is 5 μm or more and less than 50 μm, it is 2000 times, when it is 50 μm or more and less than 100 μm, it is 1000 times, or 100 μm or more but less than 300 μm Is 500 times, 200 times when 300 μm or more and less than 500 μm, 150 times when 500 μm or more and less than 1000 μm, and 100 times when 1000 μm or more and less than 2000 μm. 5 SEM images are taken at random for each ceramic coat layer. The description will be continued below assuming that FIG. 2A is one of SEM images (one of five) taken at random.
The photographed SEM image is divided into 9 blocks of 3 × 3 as shown in FIG.
In the SEM image shown in FIG. 2B, the double-headed arrow c is divided so that the longitudinal direction (the direction indicated by the double-headed arrow c in FIG. 2B) is equally divided into three in the entire thickness direction of the ceramic coat layer. It is partitioned by double arrows c 1 , c 2 and c 3 which are divided into three equal parts. When the thickness of the ceramic coat layer varies in the SEM image, the thickness of the ceramic coat layer at the portion where the thickness is the thickest is used as a reference.
Further, the length b in the horizontal direction (direction indicated by a double-headed arrow b in FIG. 2B) which is a direction perpendicular to the vertical direction is 1.5 times the thickness c of the ceramic coat layer, The double arrows b 1 , b 2, and b 3 that divide this into three are all 1.5 times longer than c 1 , c 2 , and c 3 .
That is, the SEM image has a rectangular shape defined by (thickness of the ceramic coat layer) × (1.5 times the thickness of the ceramic coat layer) in the thickness direction (vertical direction) and the length direction ( It is divided into nine regions by dividing each of them in the horizontal direction.
Subsequently, the number of pores having a pore diameter of 0.1 μm or more present in each of the nine regions is counted. If the number of pores having a pore diameter of 0.1 μm or more is 10 or more in all 45 regions of 9 regions × 5 places, it is determined that the pores are uniformly dispersed in the ceramic coat layer.

換言すると、本発明のコート金属基材は、セラミックコート層の厚さ方向の全領域が収まるように、セラミックコート層の厚さが5μm以上50μm未満の場合には2000倍、50μm以上100μm未満の場合には1000倍、100μm以上300μm未満の場合には500倍、300μm以上500μm未満の場合には200倍、500μm以上1000μm未満の場合には150倍、1000μm以上2000μm未満の場合には100倍の倍率で撮影されたセラミックコート層の断面における走査型電子顕微鏡(以下、SEMともいう)画像を、縦の長さをセラミックコート層の厚さとし、横の長さをセラミックコート層の厚さの1.5倍とする矩形領域として5箇所無作為に選択し、さらに、上記矩形領域をそれぞれ縦3×横3の9領域に等分割して合計45の領域とした場合に、45の領域の全てにおいて、気孔径が0.1μm以上の気孔が10個以上存在しているともいえる。 In other words, the coated metal substrate of the present invention is 2000 times larger when the thickness of the ceramic coating layer is 5 μm or more and less than 50 μm so that the entire region in the thickness direction of the ceramic coating layer is accommodated, and 50 μm or more and less than 100 μm. 1000 times, 500 times if 100 μm or more and less than 300 μm, 200 times if 300 μm or more and less than 500 μm, 150 times if 500 μm or more and less than 1000 μm, 100 times if 1000 μm or more and less than 2000 μm In a scanning electron microscope (hereinafter also referred to as SEM) image of the cross section of the ceramic coat layer taken at a magnification, the vertical length is the thickness of the ceramic coat layer, and the horizontal length is 1 of the thickness of the ceramic coat layer. .Randomly select five rectangular areas to be multiplied by 5 times, and each of the rectangular areas is divided into 9 areas of 3 × 3 In the case of the equally divided to the total of 45 regions in all 45 areas, it can be said that the pore diameter or more pores 0.1μm is present more than 10 pieces.

なお、気孔径が0.1μm以上の気孔の数をカウントする際に、複数の気孔が連結して1つの気孔を形成している場合、1つの気孔としてカウントする。さらに、区画した領域中に完全に収まっていない気孔に関してはカウントしない。即ち、例えば、セラミックコート層に存在する気孔が全て、互いに連続した連続気孔である場合、気孔の数は全体で1個とカウントするため、9つに分割された各領域における気孔の数は全て0個となる。 When counting the number of pores having a pore diameter of 0.1 μm or more, if a plurality of pores are connected to form one pore, it is counted as one pore. Furthermore, pores that are not completely contained in the partitioned area are not counted. That is, for example, when the pores existing in the ceramic coat layer are all continuous pores, the number of pores is counted as one in total, so the number of pores in each region divided into nine is all 0.

本発明のコート金属基材は、均一に分散した気孔が存在しているため、断熱性能に優れる。 The coated metal substrate of the present invention has excellent heat insulating performance because there are uniformly dispersed pores.

本発明のコート金属基材を構成するセラミックコート層には気孔が存在しているが、この気孔はセラミックコート層に直接囲まれている。
気孔がセラミックコート層に直接囲まれていない場合としては、気孔がセラミックコート層とは異なる構造物、例えば中空状粒子等によって形成されている場合が挙げられる。このような場合、気孔は上記中空状粒子(殻層ともいう)を介してセラミックコート層に囲まれていることになる。セラミックコート層と上記殻層とは異なる物質である場合、熱膨張係数の違いによって、セラミックコート層にクラックが発生することがある。
本発明のコート金属基材を構成するセラミックコート層では、気孔がセラミックコート層に直接囲まれており、殻層が存在しないため、上記のような問題が発生しない。
The ceramic coating layer constituting the coated metal substrate of the present invention has pores, but the pores are directly surrounded by the ceramic coating layer.
Examples of the case where the pores are not directly surrounded by the ceramic coat layer include a case where the pores are formed of a structure different from the ceramic coat layer, for example, hollow particles. In such a case, the pores are surrounded by the ceramic coat layer via the hollow particles (also referred to as a shell layer). When the ceramic coat layer and the shell layer are different materials, cracks may occur in the ceramic coat layer due to the difference in thermal expansion coefficient.
In the ceramic coat layer constituting the coated metal substrate of the present invention, since the pores are directly surrounded by the ceramic coat layer and there is no shell layer, the above problem does not occur.

本発明のコート金属基材を構成するセラミックコート層の室温での熱伝導率は0.1〜3W/m・Kであることが好ましい。
熱伝導率が0.1W/m・K未満であると、上記熱伝導率を達成するために必要な気孔率が高くなるため、形成されたセラミックコート層の機械的強度が低下しすぎることがある。一方、熱伝導率が3W/m・Kを超えると、充分な断熱の効果が得られないという問題がある。所望の断熱効果を得るためには、セラミックコート層の厚さを厚くする必要があるため、本発明のコート金属基材をエンジン部材等に適用しようとする場合には設計におけるスペースの確保が困難となる問題がある。なお熱伝導率の測定は、レーザーフラッシュ装置(熱定数測定装置:NETZSCH LFA457 Microflash)を用い、JIS R 1611(2010)に基づいて測定される。
The thermal conductivity at room temperature of the ceramic coating layer constituting the coated metal substrate of the present invention is preferably 0.1 to 3 W / m · K.
If the thermal conductivity is less than 0.1 W / m · K, the porosity required to achieve the above thermal conductivity is increased, so that the mechanical strength of the formed ceramic coat layer may be excessively lowered. is there. On the other hand, if the thermal conductivity exceeds 3 W / m · K, there is a problem that a sufficient heat insulating effect cannot be obtained. In order to obtain a desired heat insulation effect, it is necessary to increase the thickness of the ceramic coat layer. Therefore, when applying the coated metal substrate of the present invention to an engine member or the like, it is difficult to secure a space in the design. There is a problem. The thermal conductivity is measured based on JIS R 1611 (2010) using a laser flash device (thermal constant measuring device: NETZSCH LFA457 Microflash).

セラミックコート層中に形成されている気孔について、その平均気孔径は特に限定されないが、0.1〜80μmであることが好ましく、0.5〜50μmであることが好ましく、1〜50μmであることがさらに好ましい。
平均気孔径が0.1μm未満の場合、気孔によって得られる断熱効果が小さく、充分な断熱効果が得られないことがある。一方、平均気孔径が80μmを超えた場合、気孔の大きさが大きすぎるため、セラミックコート層の機械的強度が低下してしまうことがある。
気孔の平均気孔径は、上述した気孔が均一に分散しているかどうか、の判定に用いたSEM画像と同様の画像を用いて求めることができる。具体的には、区画された9つの領域に存在する全ての気孔についての気孔径を測定し、平均値を求めることにより平均気孔径が得られる。気孔の形状が円形でない場合、その気孔の直径は、投影面積円に相当する直径(ヘイウッド径)とする。
The average pore diameter of the pores formed in the ceramic coat layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 80 μm, preferably 0.5 to 50 μm, and 1 to 50 μm. Is more preferable.
When the average pore diameter is less than 0.1 μm, the heat insulating effect obtained by the pores is small, and a sufficient heat insulating effect may not be obtained. On the other hand, when the average pore diameter exceeds 80 μm, the pore size is too large, and the mechanical strength of the ceramic coat layer may be lowered.
The average pore diameter of the pores can be obtained using an image similar to the SEM image used for determining whether or not the pores described above are uniformly dispersed. Specifically, the average pore diameter can be obtained by measuring the pore diameter of all the pores present in the nine divided areas and obtaining the average value. When the shape of the pores is not circular, the diameter of the pores is the diameter corresponding to the projected area circle (Haywood diameter).

本発明のコート金属基材を構成するセラミックコート層の気孔率は5〜75%であることが好ましく、10〜60%であることがより好ましく、20〜45%であることがさらに好ましい。
セラミックコート層の気孔率が5%未満である場合、セラミックコート層の断熱性能が充分でないことがある。一方、セラミックコート層の気孔率が75%を超える場合、気孔率が高すぎるためにセラミックコート層の機械的強度が低下し、クラックが発生し易くなることがある。
セラミックコート層の気孔率は、上述した気孔が均一に分散しているかどうか、の判定に用いたSEM画像と同様の画像を用いて求めることができる。具体的には、区画された9つの領域に存在している全ての気孔が占める面積の合計値を求め、これを9つの領域の合計面積で除した値とし、この値を5箇所で測定し、その5箇所の平均値をセラミックコート層の気孔率とする。
The porosity of the ceramic coat layer constituting the coated metal substrate of the present invention is preferably 5 to 75%, more preferably 10 to 60%, and still more preferably 20 to 45%.
When the porosity of the ceramic coat layer is less than 5%, the heat insulating performance of the ceramic coat layer may not be sufficient. On the other hand, when the porosity of the ceramic coat layer exceeds 75%, the porosity is too high, the mechanical strength of the ceramic coat layer is lowered, and cracks are likely to occur.
The porosity of the ceramic coat layer can be obtained using an image similar to the SEM image used for determining whether or not the above-described pores are uniformly dispersed. Specifically, the total value of the area occupied by all the pores existing in the nine divided areas is obtained and divided by the total area of the nine areas, and this value is measured at five locations. The average value of the five locations is taken as the porosity of the ceramic coat layer.

セラミックコート層の表面(基材と接触していない側の表面)は、表面粗さ(Ra)が8μm以下であって、4μm以下が好ましく、2μm以下がさらに好ましい。
表面粗さ(Ra)の下限は特に限定されないが、製品の歩留まりの関係から1μmであることが好ましい。
セラミックコート層の表面粗さ(Ra)が8μmを超えた場合、セラミックコート層の表面を流れる流体の流れが乱流となりやすく、熱伝達係数が増加するため、エネルギーのロスにつながる。
The surface of the ceramic coat layer (the surface not in contact with the substrate) has a surface roughness (Ra) of 8 μm or less, preferably 4 μm or less, and more preferably 2 μm or less.
The lower limit of the surface roughness (Ra) is not particularly limited, but is preferably 1 μm from the viewpoint of product yield.
When the surface roughness (Ra) of the ceramic coat layer exceeds 8 μm, the flow of fluid flowing on the surface of the ceramic coat layer tends to be turbulent, and the heat transfer coefficient increases, leading to energy loss.

次に、本発明のコート金属基材を構成する各部材について順次説明する。
まずは、本発明のコート金属基材を構成する基材について説明する。
金属からなる基材としては、ステンレス鋼、耐熱鋼(SUH)、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、インコネル、ハステロイ、インバー等が挙げられる。また、各種鋳造品(例えば、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼等)等が挙げられる。
耐熱鋼(SUH)として、具体的には、マルテンサイト系耐熱鋼(SUH3、SUH11等)、オーステナイト系耐熱鋼(SUH35等)、フェライト系耐熱鋼(SUH446等)等が挙げられる。また、インコネル(NCF751等)のNi基耐熱合金も挙げられる。
また、アルミニウム合金としては、純アルミ(1000番台)、Al−Cu系合金(2000番台)、Al−Mn系合金(3000番台)、Al−Si系合金(4000番台)、Al−Mg系合金(5000番台)、Al−Mg−Si系合金(6000番台)、Al−Zn―Mg系合金(7000番台)等が挙げられる。なお、上記合金の組成は、特に限定されるものではない。
Next, each member which comprises the coated metal base material of this invention is demonstrated one by one.
First, the base material constituting the coated metal base material of the present invention will be described.
Examples of the base material made of metal include stainless steel, heat resistant steel (SUH), aluminum, aluminum alloy, iron, inconel, hastelloy, and invar. Moreover, various cast products (for example, cast iron, cast steel, carbon steel, etc.) etc. are mentioned.
Specific examples of the heat resistant steel (SUH) include martensitic heat resistant steel (SUH3, SUH11, etc.), austenitic heat resistant steel (SUH35, etc.), ferritic heat resistant steel (SUH446, etc.) and the like. Further, Ni-based heat-resistant alloys such as Inconel (NCF751 etc.) are also included.
Aluminum alloys include pure aluminum (1000s), Al-Cu alloys (2000s), Al-Mn alloys (3000s), Al-Si alloys (4000s), Al-Mg alloys ( 5000 series), Al-Mg-Si based alloys (6000 series), Al-Zn-Mg based alloys (7000 series), and the like. The composition of the alloy is not particularly limited.

基材の形状は特に限定されるものではなく、例えば、ガス流通部材として使用される部材の形状等に合わせて任意にその形状を設定することができるが、少なくともガスが流通する部分には、セラミックコート層が形成されていることが好ましい。ガス流通部材の具体例としては、例えば、吸気ポート、排気ポート、エンジンバルブ、ピストン等のエンジン部材が挙げられる。上記基材は、平板、湾曲板、屈曲板等の板状体や、傘型やキノコ型等の円錐体等であってもよい。 The shape of the substrate is not particularly limited, and for example, the shape can be arbitrarily set according to the shape of a member used as a gas flow member, etc., but at least in the portion where the gas flows, A ceramic coat layer is preferably formed. Specific examples of the gas distribution member include engine members such as an intake port, an exhaust port, an engine valve, and a piston. The substrate may be a plate-like body such as a flat plate, a curved plate, a bent plate, or a cone such as an umbrella type or a mushroom type.

上記基材の表面には、粗化処理が施されていることが好ましい。粗化処理により表面積が増大し、基材とセラミックコート層との密着性が増大するからである。
粗化処理された基材の表面粗さ(Ra)は、0.05〜10μmであることが好ましい。
上記表面粗さ(Ra)が0.05μm未満では、基材の表面積の増加が密着性の増加に余り寄与しない。一方、上記表面粗さ(Ra)が10μmを超えると、基材表面に形成されたセラミックコート層と基材表面との間に空気が介在し易くなり、セラミックコート層との密着性が低下する。
The surface of the substrate is preferably subjected to a roughening treatment. This is because the surface area is increased by the roughening treatment, and the adhesion between the substrate and the ceramic coat layer is increased.
The surface roughness (Ra) of the roughened substrate is preferably 0.05 to 10 μm.
When the surface roughness (Ra) is less than 0.05 μm, an increase in the surface area of the substrate does not contribute much to an increase in adhesion. On the other hand, when the surface roughness (Ra) exceeds 10 μm, air is likely to intervene between the ceramic coat layer formed on the substrate surface and the substrate surface, and the adhesion with the ceramic coat layer is reduced. .

次に、基材表面に形成されていてもよいアルマイト層について説明する。
基材にアルマイト層を形成する方法は、特に限定されるものではなく、従来から用いられている公知の方法を使用することができるが、例えば、基材を陽極として電解浴中で通電すること[アルマイト処理(陽極酸化処理ともいう)]によってアルマイト層を形成する方法を適用することができる。
基材の一部にアルマイト処理を行う場合、アルマイト処理を行わない部分にマスキングテープ等を貼り付けて保護することが好ましい。
Next, the alumite layer that may be formed on the substrate surface will be described.
The method for forming the alumite layer on the base material is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, the base material is used as an anode and an electric current is supplied in an electrolytic bath. A method of forming an alumite layer by [alumite treatment (also referred to as anodizing treatment)] can be applied.
When alumite treatment is performed on a part of the base material, it is preferable to protect by masking tape or the like on a portion where the alumite treatment is not performed.

アルマイト層の厚さは0.2〜100μmであることが好ましい。
アルマイト層の厚さが0.2μm未満であると、アルマイト層の厚さが薄すぎるため、セラミックコート層との密着力の向上という効果がほとんど得られないことがある。一方、アルマイト層の厚さが100μmを超えると、アルマイト層を形成するための時間がかかり過ぎ、不経済である。アルマイト層の厚さは10〜50μmであることがより好ましい。
なお、アルマイト層の厚さは、コート金属基材の断面をSEM等を用いて観察することによって測定することができる。
The thickness of the alumite layer is preferably 0.2 to 100 μm.
If the thickness of the alumite layer is less than 0.2 μm, the thickness of the alumite layer is too thin, and the effect of improving the adhesion with the ceramic coat layer may be hardly obtained. On the other hand, if the thickness of the alumite layer exceeds 100 μm, it takes too much time to form the alumite layer, which is uneconomical. The thickness of the alumite layer is more preferably 10 to 50 μm.
In addition, the thickness of an alumite layer can be measured by observing the cross section of a coat metal base material using SEM etc.

アルマイト層は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属基材の酸化により形成された酸化アルミニウム又は酸化アルミニウムと他の金属酸化物の複合酸化物の層であり、基材を構成する金属とアルマイト層とは、酸素を介して化学結合しているため、基材とアルマイト層とはしっかりと密着している。 An alumite layer is a layer of a composite oxide of aluminum oxide or aluminum oxide and another metal oxide formed by oxidation of a metal substrate made of aluminum or an aluminum alloy. The base material and the alumite layer are in close contact with each other because they are chemically bonded via oxygen.

電解時の電流波形としては、直流、交流、交直重畳、交直併用、不完全整流波形、パルス波形、矩形波などを用いることができる。
また、電解方法としては、定電流、低電圧、定電力法及び連続、断続あるいは電流回復を応用した高速アルマイト法などを用いることができる。
As the current waveform during electrolysis, direct current, alternating current, AC / DC superimposition, AC / DC combined use, incomplete rectification waveform, pulse waveform, rectangular wave, and the like can be used.
Moreover, as an electrolysis method, a constant current, a low voltage, a constant power method, a high-speed alumite method applying continuous, intermittent, or current recovery can be used.

次に、セラミックコート層について説明する。
セラミックコート層は、セラミック原料からなっており、セラミック原料としては、非晶性無機材が挙げられる。
非晶性無機材は、ガラスからなることが好ましく、軟化点が250〜550℃の低軟化点ガラスからなるものであることがより好ましい。
軟化点が250〜550℃の低軟化点ガラスとしては、SiO−TiO系ガラス、SiO−PbO系ガラス、SiO−PbO−B系ガラス、B−PbO系ガラス、Al−SiO−B−PbO系ガラス、NaO−P−SiO系ガラス等が挙げられる。
なお、軟化点は、JIS R 3103−1(2001)に規定される方法に基づいて、例えば、有限会社オプト企業製の硝子自動軟化点・歪点測定装置(SSPM−31)を用いて測定することができる。
Next, the ceramic coat layer will be described.
The ceramic coat layer is made of a ceramic raw material, and examples of the ceramic raw material include amorphous inorganic materials.
The amorphous inorganic material is preferably made of glass, and more preferably made of low softening point glass having a softening point of 250 to 550 ° C.
Examples of the low softening point glass having a softening point of 250 to 550 ° C. include SiO 2 —TiO 2 glass, SiO 2 —PbO glass, SiO 2 —PbO—B 2 O 3 glass, and B 2 O 3 —PbO glass. Al 2 O 3 —SiO 2 —B 2 O 3 —PbO glass, Na 2 O—P 2 O 5 —SiO 2 glass, and the like.
The softening point is measured using, for example, a glass automatic softening point / strain point measuring device (SSPM-31) manufactured by Opt Corp. based on the method defined in JIS R 3103-1 (2001). be able to.

上記セラミックコート層は、上記したセラミック原料に加えて、さらに結晶性無機材を含んでいてもよい。
上記結晶性無機材としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、ランタニア、サマリア、シリカ、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、及び、ハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
The ceramic coat layer may further contain a crystalline inorganic material in addition to the ceramic raw material described above.
The crystalline inorganic material is preferably made of at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, titania, lanthania, samaria, silica, yttria, calcia, magnesia, ceria, and hafnia.

上記セラミックコート層の厚さは、10〜1000μmが好ましく、10〜600μmがより好ましく、10〜200μmがさらに好ましい。
上記セラミックコート層の厚さが10μm未満では、セラミックコート層の厚さが薄すぎるため、コート金属基材が充分な断熱性を発揮することができない。一方、上記セラミックコート層の厚さが1000μmを超えると、セラミックコート層に熱衝撃等が加わった際に、クラックが発生しやすくなることがある。
The thickness of the ceramic coat layer is preferably 10 to 1000 μm, more preferably 10 to 600 μm, and still more preferably 10 to 200 μm.
If the thickness of the ceramic coat layer is less than 10 μm, the thickness of the ceramic coat layer is too thin, so that the coated metal substrate cannot exhibit sufficient heat insulation. On the other hand, if the thickness of the ceramic coat layer exceeds 1000 μm, cracks may easily occur when a thermal shock or the like is applied to the ceramic coat layer.

次に、本発明のコート金属基材を製造する方法について説明する。
本発明のコート金属基材は、例えば、金属からなる基材を準備する基材準備工程と、上記基材上にセラミック原料と界面活性剤とからなるセラミックコート原料を塗布することによりセラミックコート層形成用の塗布層を形成する塗布層形成工程と、上記塗布層が形成された基材を所定の温度で焼成してセラミックコート層を形成させる焼成工程によって製造することができる。
Next, a method for producing the coated metal substrate of the present invention will be described.
The coated metal substrate of the present invention includes, for example, a substrate preparation step for preparing a substrate made of metal, and a ceramic coat layer formed by applying a ceramic coat material made of a ceramic material and a surfactant on the substrate. It can be produced by a coating layer forming step for forming a coating layer for forming and a firing step in which the substrate on which the coating layer is formed is fired at a predetermined temperature to form a ceramic coat layer.

以下、上述した基材準備工程、塗布層形成工程、焼成工程について説明する。 Hereinafter, the above-described substrate preparation step, coating layer forming step, and firing step will be described.

(a)基材準備工程
基材準備工程では、金属からなる基材を準備する。
(A) Substrate preparation step In the substrate preparation step, a substrate made of metal is prepared.

基材の形状、材料等は、本発明のコート金属基材の説明において説明したものと同様であるので、ここでは、その説明を省略する。 Since the shape, material, and the like of the base material are the same as those described in the description of the coated metal base material of the present invention, the description thereof is omitted here.

まず、基材準備工程においては、基材表面の不純物を除去すべく洗浄処理を行うことが好ましい。
上記洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理法を用いることができ、具体的には、例えば、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行う方法等を用いることができる。
First, in the base material preparation step, it is preferable to perform a cleaning process to remove impurities on the surface of the base material.
The cleaning treatment is not particularly limited, and a conventionally known cleaning treatment method can be used. Specifically, for example, a method of performing ultrasonic cleaning in an alcohol solvent can be used.

基材とセラミックコート層との密着性をさらに向上させたい場合には、セラミックコート層を形成する部分に粗化処理を施してもよい。粗化処理の方法としては、例えば、サンドブラスト処理、エッチング処理、高温酸化処理、アルカリ処理等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。この粗化処理後にさらに洗浄処理を行ってもよい。
なお、粗化処理は、後述する塗布層形成工程よりも先に行うことが好ましい。
When it is desired to further improve the adhesion between the substrate and the ceramic coat layer, a roughening treatment may be applied to the portion where the ceramic coat layer is formed. Examples of the roughening treatment include sand blast treatment, etching treatment, high temperature oxidation treatment, and alkali treatment. These may be used alone or in combination of two or more. You may perform a washing process after this roughening process.
In addition, it is preferable to perform a roughening process ahead of the coating layer formation process mentioned later.

上記基材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材である場合、基材表面には、アルマイト処理を施すことが好ましい。
アルマイト処理を施すことにより、基材表面にアルマイト層を形成し、基材とセラミックコート層との密着性をさらに向上させることができる。
基材の一部にアルマイト処理を行う場合には、アルマイト処理を行わない部分にマスキングテープ等を貼り付けて保護することが好ましい。
なお、アルマイト処理は、後述する塗布層形成工程よりも先に行うことが好ましい。
When the substrate is a substrate made of aluminum or an aluminum alloy, the substrate surface is preferably subjected to an alumite treatment.
By applying the alumite treatment, an alumite layer can be formed on the surface of the substrate, and the adhesion between the substrate and the ceramic coat layer can be further improved.
When alumite treatment is performed on a part of the substrate, it is preferable to protect it by attaching a masking tape or the like to a portion where the alumite treatment is not performed.
In addition, it is preferable to perform an alumite process before the coating layer formation process mentioned later.

アルマイト処理の際に用いる電解浴としては、酸性浴の他に、アルカリ浴、あるいはホルムアミド系とホウ酸系などの非水浴も用いることができる。酸性浴としては、硫酸、リン酸、クロム酸、しゅう酸、スルホサリチル酸、ピロリン酸、スルファミン酸、リンモリブデン酸、ホウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、クエン酸、酒石酸、フタル酸、イタコン酸、リンゴ酸、グリコール酸などを一種又は二種以上溶解した水溶液を用いることができる。
また、アルカリ浴としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、リン酸カリウム、アンモニア水などを一種又は二種以上溶解した水溶液を用いることができる。
上記アルマイト処理により、基材の表面に0.2〜100μmのアルマイト層を形成する。
As the electrolytic bath used for the alumite treatment, an alkaline bath or a non-aqueous bath such as formamide and boric acid can be used in addition to the acidic bath. Acid baths include sulfuric acid, phosphoric acid, chromic acid, oxalic acid, sulfosalicylic acid, pyrophosphoric acid, sulfamic acid, phosphomolybdic acid, boric acid, malonic acid, succinic acid, maleic acid, citric acid, tartaric acid, phthalic acid, itacone An aqueous solution in which one or two or more acids, malic acid, glycolic acid and the like are dissolved can be used.
Moreover, as an alkaline bath, the aqueous solution which melt | dissolved 1 type, or 2 or more types of sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium phosphate, ammonia water etc. can be used.
By the alumite treatment, an alumite layer having a thickness of 0.2 to 100 μm is formed on the surface of the base material.

(b)塗布層形成工程
(b−1)セラミックコート原料調製工程
続いて、塗布層を形成するためのセラミックコート原料を調製する。
セラミック原料と界面活性剤を混合することによりセラミックコート原料が得られる。
セラミック原料と混合されてセラミックコート原料を構成する界面活性剤は、液体であってもよく、固体であってもよい。
(B) Coating layer formation step (b-1) Ceramic coating material preparation step Subsequently, a ceramic coating material for forming a coating layer is prepared.
A ceramic coating material is obtained by mixing the ceramic material and the surfactant.
The surfactant that is mixed with the ceramic raw material to constitute the ceramic coating raw material may be a liquid or a solid.

セラミック原料は、本発明のコート金属基材の説明において説明したものと同様であるので、ここでは、その説明を省略する。 Since the ceramic raw material is the same as that described in the description of the coated metal substrate of the present invention, the description thereof is omitted here.

セラミックコート原料は、例えば、セラミック原料と、界面活性剤と、水とを混合し、ボールミル等によって湿式混合することにより得ることができる。上記3成分を混合する順番及び組み合わせは特に限定されず、例えば、まずセラミック原料と水とを混合し、さらに界面活性剤を添加してもよいし、セラミック原料と界面活性剤を混合した後に水を添加してもよいし、セラミック原料と界面活性剤と水とを一度に混合してもよい。
なお、界面活性剤は、分子内に親水基と疎水基を有する物質の総称であり、その種類は特に限定されず、液体であってもよく、固体であってもよい。
The ceramic coating raw material can be obtained, for example, by mixing a ceramic raw material, a surfactant, and water and wet-mixing with a ball mill or the like. The order and combination of mixing the three components are not particularly limited. For example, the ceramic raw material and water may be mixed first, and a surfactant may be further added. May be added, or the ceramic raw material, surfactant and water may be mixed at once.
The surfactant is a general term for substances having a hydrophilic group and a hydrophobic group in the molecule, and the kind thereof is not particularly limited, and may be a liquid or a solid.

セラミックコート原料中に含まれる界面活性剤は、続く焼成工程において熱分解を起こし、気孔を形成する。すなわち、界面活性剤は造孔剤として機能する。 The surfactant contained in the ceramic coat raw material undergoes thermal decomposition in the subsequent firing step to form pores. That is, the surfactant functions as a pore forming agent.

セラミック原料と水との配合比は、特に限定されるものではないが、セラミック原料100重量部に対して、水100重量部程度が好ましい。このような重量比率でセラミック原料と水とを混合すると、金属基材に塗布するのに適した粘度となりやすいからである。また、必要に応じて、上記セラミックコート原料には、有機溶剤等の分散媒及び有機結合剤を配合してもよい。 The mixing ratio of the ceramic raw material and water is not particularly limited, but about 100 parts by weight of water is preferable with respect to 100 parts by weight of the ceramic raw material. This is because when the ceramic raw material and water are mixed in such a weight ratio, a viscosity suitable for application to a metal substrate is likely to be obtained. Moreover, you may mix | blend dispersion media, such as an organic solvent, and an organic binder with the said ceramic coat raw material as needed.

上記分散媒としては、例えば、水や、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒を用いることができる。セラミックコート原料中の分散媒の含有量は特に限定されないが、例えば、セラミック原料100重量部に対して、分散媒が50〜150重量部であることが好ましい。このような割合で分散媒を配合することにより、セラミックコート原料の粘度が基材に塗布するのに適した粘度となるからである。
上記有機結合剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、分散媒と有機結合剤とを併用してもよい。
As the dispersion medium, for example, water or an organic solvent such as methanol, ethanol, or acetone can be used. Although content of the dispersion medium in a ceramic coat raw material is not specifically limited, For example, it is preferable that a dispersion medium is 50-150 weight part with respect to 100 weight part of ceramic raw materials. This is because, by blending the dispersion medium in such a ratio, the viscosity of the ceramic coat raw material becomes a viscosity suitable for application to the substrate.
Examples of the organic binder include polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Further, a dispersion medium and an organic binder may be used in combination.

セラミックコート原料中における界面活性剤の含有量は、セラミックコート原料全量に対して、固形分換算で0.1〜10重量%であることが好ましく、0.2〜5重量%であることがより好ましく、0.5〜3重量%であることがさらに好ましい。
界面活性剤の含有量が0.1重量%未満の場合、セラミックコート層に充分な量の気孔を形成できないことがある。一方、界面活性剤の含有量が10重量%を超える場合には、添加する界面活性剤の量が多すぎるため、気孔が大量に形成されて互いに連結してしまうことがある。このような気孔はセラミックコート層に均一に分散した気孔とはならず、断熱性能の低下及び機械的強度の低下を招くおそれがある。
The content of the surfactant in the ceramic coat raw material is preferably 0.1 to 10% by weight and more preferably 0.2 to 5% by weight in terms of solid content with respect to the total amount of the ceramic coat raw material. Preferably, it is 0.5 to 3% by weight.
When the content of the surfactant is less than 0.1% by weight, a sufficient amount of pores may not be formed in the ceramic coat layer. On the other hand, when the content of the surfactant exceeds 10% by weight, the amount of the surfactant to be added is too large, and a large amount of pores may be formed and connected to each other. Such pores do not become pores uniformly dispersed in the ceramic coat layer, and there is a possibility that the heat insulation performance and the mechanical strength are lowered.

界面活性剤としては、水溶性の界面活性剤であることが好ましい。
界面活性剤が水溶性であると、軟化したセラミック原料中での自己分散性に優れ、均一な気孔を形成しやすくなる。そのため、高い断熱性能を有するセラミックコート層が得られる。また、上記界面活性剤の種類は特に限定されず、アニオン系、カチオン系、ノニオン系のいずれの界面活性剤を用いてもよいが、セラミック原料中での自己分散性及び均一な気孔の形成という観点から、アニオン系の界面活性剤を用いることがさらに好ましい。
アニオン系の界面活性剤としては、ポリカルボン酸及び/又はその塩、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物及び/又はその塩、ポリアクリル酸及び/又はその塩、ポリメタクリル酸及び/又はその塩、ポリビニルスルホン酸及び/又はその塩等が挙げられる。
なお、水溶性の界面活性剤とは、グリフィン法におけるHLB値が8.0以上のものを示す。
The surfactant is preferably a water-soluble surfactant.
When the surfactant is water-soluble, it is excellent in self-dispersibility in the softened ceramic raw material, and it becomes easy to form uniform pores. Therefore, a ceramic coat layer having high heat insulation performance can be obtained. Further, the type of the surfactant is not particularly limited, and any anionic, cationic or nonionic surfactant may be used, but self-dispersibility and formation of uniform pores in the ceramic raw material. From the viewpoint, it is more preferable to use an anionic surfactant.
Examples of the anionic surfactant include polycarboxylic acid and / or salt thereof, naphthalene sulfonate formalin condensate and / or salt thereof, polyacrylic acid and / or salt thereof, polymethacrylic acid and / or salt thereof, polyvinyl Examples thereof include sulfonic acid and / or a salt thereof.
The water-soluble surfactant is one having an HLB value of 8.0 or more in the Griffin method.

界面活性剤の熱分解温度は200〜600℃であることが好ましい。
界面活性剤の熱分解温度が上記範囲であると、セラミックコート層中に均一に分散した気孔を形成しやすくなる。
熱分解温度が200℃未満であると、焼成工程の初期の段階において、セラミックコート原料を構成するセラミック原料が軟化するよりも前に界面活性剤の熱分解が終了してしまうことがある。このような場合、界面活性剤の熱分解により発生した分解ガスは、焼成雰囲気中に拡散してしまい、気孔を形成することができない。一方、熱分解温度が600℃を超える値とすることは技術的に困難である。
なお、界面活性剤の熱分解温度は、熱重量分析(TGA)によって測定される、界面活性剤の重量が5重量%減少する際の温度である。
The thermal decomposition temperature of the surfactant is preferably 200 to 600 ° C.
When the thermal decomposition temperature of the surfactant is within the above range, pores uniformly dispersed in the ceramic coat layer are easily formed.
If the thermal decomposition temperature is lower than 200 ° C., the thermal decomposition of the surfactant may be completed before the ceramic raw material constituting the ceramic coating raw material is softened in the initial stage of the firing process. In such a case, the decomposition gas generated by the thermal decomposition of the surfactant diffuses into the firing atmosphere and cannot form pores. On the other hand, it is technically difficult to set the thermal decomposition temperature to a value exceeding 600 ° C.
The thermal decomposition temperature of the surfactant is a temperature at which the weight of the surfactant is decreased by 5% by weight as measured by thermogravimetric analysis (TGA).

セラミックコート原料には、必要に応じて、さらに、結晶性無機材を添加してもよい。
セラミックコート原料に結晶性無機材を加える場合、結晶性無機材を添加するタイミングは特に限定されないが、例えば、上述したセラミック原料と界面活性剤と水とを混合する前に、セラミック原料と結晶性無機材を混合する工程を有していてもよい。
結晶性無機材は、本発明のコート金属基材の説明において説明したものと同様であるので、ここでは、その説明を省略する。
なお、セラミックコート原料としてさらに結晶性無機材を加える場合、上述したセラミック原料と界面活性剤と水とを混合する前に、セラミック原料と結晶性無機材を混合する工程を有していてもよい。
If necessary, a crystalline inorganic material may be further added to the ceramic coat raw material.
When the crystalline inorganic material is added to the ceramic coating raw material, the timing of adding the crystalline inorganic material is not particularly limited. For example, before mixing the ceramic raw material, the surfactant, and water, the ceramic raw material and the crystalline material are mixed. You may have the process of mixing an inorganic material.
Since the crystalline inorganic material is the same as that described in the description of the coated metal substrate of the present invention, the description thereof is omitted here.
In addition, when adding a crystalline inorganic material further as a ceramic coat raw material, you may have the process of mixing a ceramic raw material and a crystalline inorganic material, before mixing a ceramic raw material, surfactant, and water mentioned above. .

(b−2)塗布工程
次に、塗布工程として、基材上に、セラミックコート層を形成するためのセラミックコート原料を塗布することによりセラミックコート層形成用の塗布層を形成する。
(B-2) Coating step Next, as a coating step, a coating layer for forming a ceramic coating layer is formed by coating a ceramic coating material for forming a ceramic coating layer on a substrate.

塗布層の厚さは特に限定されないが、10〜1000μmであることが好ましく、10〜200μmの厚さのセラミックコート層を形成することのできる厚さであることが好ましい。
塗布層の厚さが10μm未満の場合、形成されるセラミックコート層の厚さが薄すぎるため、コート金属基材が充分な断熱性を発揮することができないことがある。
一方、塗布層の厚さが1000μmを超えると、形成されるセラミックコート層の厚さが厚くなりすぎて、セラミックコート層に熱衝撃が加わった際に、クラックが発生しやすくなることがある。
Although the thickness of a coating layer is not specifically limited, It is preferable that it is 10-1000 micrometers, and it is preferable that it is the thickness which can form the ceramic coat layer of thickness 10-200 micrometers.
When the thickness of the coating layer is less than 10 μm, the thickness of the formed ceramic coating layer is too thin, and the coated metal substrate may not be able to exhibit sufficient heat insulation.
On the other hand, when the thickness of the coating layer exceeds 1000 μm, the thickness of the formed ceramic coat layer becomes too thick, and cracks may easily occur when a thermal shock is applied to the ceramic coat layer.

基材に塗布層を形成する方法としては、例えば、スプレーコート、静電塗装、インクジェット、スタンプやローラ等を用いた転写、ハケ塗り等の方法が挙げられる。 Examples of the method for forming the coating layer on the substrate include spray coating, electrostatic coating, inkjet, transfer using a stamp or roller, brush coating, and the like.

(c)焼成工程
次に、焼成工程として、塗布層が形成された基材に300〜600℃で焼成を施し、基材表面にセラミックコート層を形成する。
焼成温度は、非晶性無機材の軟化点以上とすることが好ましい。焼成温度を非晶性無機材の軟化点以上の温度とすることにより、塗布された非晶性無機材が軟化、溶融し、形成されたセラミックコート層と基材とが強固に密着する。
このとき、セラミックコート原料中に含まれる界面活性剤が、軟化したセラミック原料中に分散し、熱分解を起こすことによって気孔が形成される。
界面活性剤には自己分散性があるため、軟化したセラミック原料中に広く分散して、セラミックコート層中に均一に分散した気孔を形成することができる。さらに、界面活性剤が分解して形成された気孔はセラミックコート層に直接囲まれることとなるので、異物の発生が抑制され、断熱性能の低下やクラックの発生を抑制することができる。
また、焼成中に、気孔がセラミックコート層の表面に露出した場合、セラミックコート層を形成するセラミック原料は軟化しているため、気孔が露出した箇所を速やかに塞ぐことができる。そのため、焼成後のセラミックコート層は、表面に気孔が露出しておらず、平坦度の高い(表面粗さの低い)セラミックコート層が得られる。
基材表面にアルマイト層が形成されている場合には、セラミックコート層とアルマイト層とが強固に密着するとともに、アルマイト層に形成されたクラック等の凹凸の内部にもセラミックコート層が浸透し、基材やアルマイト層に対してより強固に密着する。
(C) Firing step Next, as the firing step, the base material on which the coating layer is formed is fired at 300 to 600 ° C. to form a ceramic coat layer on the surface of the base material.
The firing temperature is preferably equal to or higher than the softening point of the amorphous inorganic material. By setting the firing temperature to a temperature equal to or higher than the softening point of the amorphous inorganic material, the applied amorphous inorganic material is softened and melted, and the formed ceramic coat layer and the substrate are firmly adhered.
At this time, the surfactant contained in the ceramic coat raw material is dispersed in the softened ceramic raw material, and pores are formed by causing thermal decomposition.
Since the surfactant has self-dispersibility, it can be widely dispersed in the softened ceramic raw material to form uniformly dispersed pores in the ceramic coat layer. Furthermore, since the pores formed by the decomposition of the surfactant are directly surrounded by the ceramic coat layer, the generation of foreign matters can be suppressed, and the deterioration of heat insulation performance and the generation of cracks can be suppressed.
Further, when pores are exposed on the surface of the ceramic coat layer during firing, the ceramic raw material forming the ceramic coat layer is softened, so that the exposed portions of the pores can be closed quickly. Therefore, pores are not exposed on the surface of the fired ceramic coat layer, and a ceramic coat layer with high flatness (low surface roughness) can be obtained.
When the alumite layer is formed on the surface of the base material, the ceramic coat layer and the alumite layer are in close contact with each other, and the ceramic coat layer penetrates into the irregularities such as cracks formed in the alumite layer, It adheres more firmly to the base material and alumite layer.

以下に、本発明のコート金属基材の作用効果を列挙する。
(1)本発明のコート金属基材では、基材上に形成されたセラミックコート層中に気孔が均一に分散している。そのため、断熱性能及び耐熱衝撃性に優れる。
The effects of the coated metal substrate of the present invention are listed below.
(1) In the coated metal substrate of the present invention, pores are uniformly dispersed in the ceramic coat layer formed on the substrate. Therefore, it is excellent in heat insulation performance and thermal shock resistance.

(2)本発明のコート金属基材は、気孔がセラミックコート層に直接囲まれているため、気孔内に異物の混入が起こりにくく、気孔を内部から破壊されることを抑制することができる。そのため、コート金属基材の断熱性能の低下及びクラックの発生を抑制することができる。 (2) Since the pores are directly surrounded by the ceramic coat layer in the coated metal substrate of the present invention, it is difficult for foreign matter to enter the pores, and the pores can be prevented from being broken from the inside. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the heat insulating performance of the coated metal substrate and the occurrence of cracks.

(3)本発明のコート金属基材は、セラミックコート層の表面粗さ(Ra)が8μm以下となっているため、コート金属基材の表面を流れる流体の流れが乱されにくく、熱伝導率を低く保つことができる。 (3) Since the surface roughness (Ra) of the ceramic coat layer is 8 μm or less in the coated metal substrate of the present invention, the flow of fluid flowing on the surface of the coated metal substrate is hardly disturbed, and the thermal conductivity Can be kept low.

(実施例)
以下に実施例を掲げ本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
(Example)
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
(a)基材準備工程
基材として、アルミニウム(A1050)からなる板(150mm×70mm×0.5mmt)を準備し、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行い、続いて、サンドブラスト処理を行って基材の表面(両面)を粗化した。サンドブラスト処理は、Al砥粒を用いて60分間行った。これにより、基材表面のJIS B 0601(2001)に基づき測定した表面粗さ(Ra)は、1.0μmとなった。
Example 1
(A) Substrate preparation step A plate (150 mm × 70 mm × 0.5 mmt) made of aluminum (A1050) is prepared as a substrate, and ultrasonic cleaning is performed in an alcohol solvent, followed by sand blasting. The surface (both sides) of the material was roughened. The sand blasting process was performed for 60 minutes using Al 2 O 3 abrasive grains. Thereby, the surface roughness (Ra) measured based on JIS B 0601 (2001) on the surface of the substrate was 1.0 μm.

(b)塗布層形成工程
(b−1)セラミックコート原料調製工程
非晶性無機材の粉末として、SiO−TiO系ガラス(軟化点400℃)を準備した。
有機結合剤として、メチルセルロースを準備した。
界面活性剤としてはポリカルボン酸型界面活性剤を準備した。
原料混合物の調製にあたっては、非晶性無機材の粉末100重量部に界面活性剤を2重量部加え、さらに水を100重量部加えて、ボールミルで湿式混合することによりスラリーを調製し、セラミックコート原料を得た。
(B) Coating layer forming step (b-1) Ceramic coat raw material preparation step SiO 2 —TiO 2 glass (softening point 400 ° C.) was prepared as a powder of an amorphous inorganic material.
Methylcellulose was prepared as an organic binder.
A polycarboxylic acid type surfactant was prepared as the surfactant.
In the preparation of the raw material mixture, 2 parts by weight of a surfactant is added to 100 parts by weight of the amorphous inorganic material powder, 100 parts by weight of water is further added, and a slurry is prepared by wet mixing with a ball mill. The raw material was obtained.

(b−2)塗布工程
平板状の基材の表面に、スプレーコートによりセラミックコート原料を塗布した。
焼成後のセラミックコート層が330μmの膜厚となるように塗布時間を調整し、乾燥機内で100℃で60分乾燥した。
(B-2) Application process A ceramic coating material was applied to the surface of a flat substrate by spray coating.
The coating time was adjusted so that the fired ceramic coating layer had a thickness of 330 μm, and the coating was dried in a dryer at 100 ° C. for 60 minutes.

(c)焼成工程
上記工程の後、空気中、520℃の加熱炉において10分間加熱することによりセラミックコート層を形成し、実施例1に係るコート金属基材を得た。この後、コート金属基材の表面を垂直に切断し、その断面をSEMにより撮影した。得られた写真を図3に示す。なお、図3の左上部にみられるセラミックコート層の欠けは、SEM画像を撮影するためにセラミックコート層を切断した際に欠けたものである。
(C) Firing Step After the above step, a ceramic coat layer was formed by heating in a heating furnace at 520 ° C. for 10 minutes in the air to obtain a coated metal substrate according to Example 1. Thereafter, the surface of the coated metal substrate was cut vertically, and the cross section thereof was photographed by SEM. The obtained photograph is shown in FIG. Note that the chipping of the ceramic coat layer seen in the upper left part of FIG. 3 is missing when the ceramic coat layer is cut in order to take an SEM image.

(実施例2)
(c)焼成工程において、560℃で60分間加熱したほかは、実施例1と同様の方法で実施例2に係るコート金属基材を得た。
(Example 2)
(C) A coated metal substrate according to Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that heating was performed at 560 ° C. for 60 minutes in the firing step.

(比較例1)
(c)焼成工程において、610℃で10分間加熱したほかは、実施例1と同様の方法で比較例1に係るコート金属基材を得た。
(Comparative Example 1)
(C) In the firing step, a coated metal substrate according to Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that heating was performed at 610 ° C. for 10 minutes.

(コート金属基材の特性の評価)
各実施例及び比較例で製造したコート金属基材について、その特性を以下の手順で評価した。
(Evaluation of properties of coated metal substrate)
About the coated metal base material manufactured by each Example and the comparative example, the characteristic was evaluated in the following procedures.

(気孔の分散性の確認及び膜厚の測定)
各実施例及び比較例で製造したコート金属基材の表面を垂直に切断し、その断面を無作為に5箇所選び出し、SEMにより撮影した。得られた各SEM画像を上述した方法によりそれぞれ9つの領域に区画し、各領域中に存在する気孔径が0.1μm以上の気孔の数をカウントすることにより気孔が均一に分散されているかどうかを確認した。結果を表1に示す。なお、気孔が均一に分散しているものを○、気孔が均一に分散していないものを×として示している。
さらに、5つのSEM画像から無作為に選択した10箇所についてセラミックコート層の厚さを測定し、この平均値をセラミックコート層の厚さ(膜厚)とした。結果を表1に示す。
(Verification of pore dispersibility and measurement of film thickness)
The surface of the coated metal substrate produced in each of the examples and comparative examples was cut vertically, and five sections were randomly selected and photographed by SEM. Whether each of the obtained SEM images is divided into nine regions by the method described above, and the pores are uniformly dispersed by counting the number of pores having a pore diameter of 0.1 μm or more in each region. It was confirmed. The results are shown in Table 1. The case where the pores are uniformly dispersed is indicated by ◯, and the case where the pores are not uniformly dispersed is indicated by ×.
Furthermore, the thickness of the ceramic coat layer was measured at 10 locations randomly selected from the five SEM images, and this average value was taken as the thickness (film thickness) of the ceramic coat layer. The results are shown in Table 1.

(気孔率の測定)
気孔の分散性の確認で用いたものと同様のSEM画像を用いて、セラミックコート層中に示す気孔の割合を求めた。5つのSEM画像における気孔の割合の平均値を気孔率として求めた。結果を表1に示す。
(Measurement of porosity)
Using the same SEM image used for confirming the dispersibility of the pores, the ratio of the pores shown in the ceramic coat layer was determined. The average value of the ratio of the pores in the five SEM images was determined as the porosity. The results are shown in Table 1.

(気孔径の測定)
気孔の分散性の確認で用いたものと同様のSEM画像を用いて、目視により全ての気孔の大きさ(気孔径)を測定し、得られた数値を平均化することによって平均気孔径を測定した。結果を表1に示す。
(Measurement of pore diameter)
Using the same SEM image used to confirm the dispersibility of the pores, measure the size of all pores (pore size) by visual observation, and measure the average pore size by averaging the obtained numerical values. did. The results are shown in Table 1.

(表面粗さの測定)
実施例及び比較例で製造したコート金属基材について、表面粗さ測定機(東京精密社製、ハンディサーフE−35B)を用いてセラミックコート層の表面粗さRaを測定した。結果を表1に示す。
(Measurement of surface roughness)
About the coated metal base material manufactured by the Example and the comparative example, surface roughness Ra of the ceramic coat layer was measured using the surface roughness measuring machine (The Tokyo Seimitsu company make, Handy Surf E-35B). The results are shown in Table 1.

(熱伝導率の測定)
各実施例及び比較例における(b−1)セラミックコート原料調製工程で調製したセラミックコート原料を水平面に静置したアルミ板上に塗布し、各実施例及び比較例と同様の条件で焼成することで、それぞれ、実施例1、実施例2、比較例1に係る熱伝導率測定用の試験片を作製した。熱伝導率測定用の試験片の膜厚は実施例1に係る試験片が330μm、実施例2に係る試験片及び比較例1に係る試験片が700μmであった。この試験片について、レーザーフラッシュ装置(熱定数測定装置:NETZSCH LFA457 Microflash)を用い、JIS R 1611(2010)に基づいて測定を行い、セラミックコート層の厚さ方向の熱伝導率を測定した。結果を表1に示す。ただし、比較例1に係る試験片は脆く、レーザーフラッシュ装置に設置する際に割れてしまい、熱伝導率を測定することができなかった。
(Measurement of thermal conductivity)
(B-1) In each example and comparative example, the ceramic coat raw material prepared in the ceramic coat raw material preparation step is applied on an aluminum plate placed on a horizontal surface and fired under the same conditions as in each example and comparative example. Thus, test pieces for measuring thermal conductivity according to Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 were prepared. The film thickness of the test piece for measuring thermal conductivity was 330 μm for the test piece according to Example 1, and 700 μm for the test piece according to Example 2 and the test piece according to Comparative Example 1. About this test piece, it measured based on JISR1611 (2010) using the laser flash apparatus (thermal constant measuring apparatus: NETZSCH LFA457 Microflash), and measured the heat conductivity of the thickness direction of the ceramic coat layer. The results are shown in Table 1. However, the test piece according to Comparative Example 1 was brittle and cracked when installed in the laser flash device, and the thermal conductivity could not be measured.

以上の結果から、本発明のコート金属基材は、セラミックコート層中に気孔が均一に分散しており、断熱性に優れていることがわかった。 From the above results, it was found that the coated metal substrate of the present invention was excellent in heat insulating properties because the pores were uniformly dispersed in the ceramic coat layer.

10 コート金属基材
11 基材
12 セラミックコート層
12a セラミックコート層の表面
13 気孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Coated metal base material 11 Base material 12 Ceramic coat layer 12a Surface of ceramic coat layer 13 Pore

Claims (8)

金属からなる基材上に、セラミック原料からなるセラミックコート層が形成されたコート金属基材であって、
前記セラミックコート層の内部には、均一に分散した気孔が形成されており、前記セラミックコート層の表面粗さ(Ra)が8μm以下であって、
前記気孔は前記セラミックコート層に直接囲まれていることを特徴とするコート金属基材。
A coated metal substrate in which a ceramic coat layer made of a ceramic raw material is formed on a metal substrate,
In the ceramic coat layer, uniformly dispersed pores are formed, and the surface roughness (Ra) of the ceramic coat layer is 8 μm or less,
The coated metal base material, wherein the pores are directly surrounded by the ceramic coat layer.
前記金属がアルミニウム又はアルミニウム合金である請求項1に記載のコート金属基材。 The coated metal substrate according to claim 1, wherein the metal is aluminum or an aluminum alloy. 前記基材の表面にはアルマイト層が形成されており、
前記アルマイト層が形成された基材上に前記セラミックコート層が形成されている請求項2に記載のコート金属基材。
An alumite layer is formed on the surface of the substrate,
The coated metal substrate according to claim 2, wherein the ceramic coat layer is formed on the substrate on which the alumite layer is formed.
前記セラミック原料の軟化点は、250〜550℃である請求項1〜3のいずれかに記載のコート金属基材。 The coated metal substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein a softening point of the ceramic raw material is 250 to 550 ° C. 前記セラミックコート層は、さらに結晶性無機材を含む請求項1〜4のいずれかに記載のコート金属基材。 The coated metal substrate according to claim 1, wherein the ceramic coat layer further contains a crystalline inorganic material. 前記結晶性無機材は、アルミナ、ジルコニア、チタニア、ランタニア、サマリア、シリカ、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、及び、ハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなる請求項5に記載のコート金属基材。 6. The coated metal group according to claim 5, wherein the crystalline inorganic material is at least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, titania, lanthania, samaria, silica, yttria, calcia, magnesia, ceria, and hafnia. Wood. 前記セラミックコート層の厚さは10〜1000μmである請求項1〜6のいずれかに記載のコート金属基材。 The coated metal substrate according to claim 1, wherein the ceramic coat layer has a thickness of 10 to 1000 μm. 前記セラミックコート層の厚さ方向の全領域が収まるように、前記セラミックコート層の厚さが5μm以上50μm未満の場合には2000倍、50μm以上100μm未満の場合には1000倍、100μm以上300μm未満の場合には500倍、300μm以上500μm未満の場合には200倍、500μm以上1000μm未満の場合には150倍、1000μm以上2000μm未満の場合には100倍の倍率で撮影された前記セラミックコート層の断面における走査型電子顕微鏡画像を、縦の長さを前記セラミックコート層の厚さとし、横の長さを前記セラミックコート層の厚さの1.5倍とする矩形領域として5箇所無作為に選択し、さらに、前記矩形領域をそれぞれ縦3×横3の9領域に等分割して合計45の領域とした場合に、
前記45の領域の全てにおいて、気孔径が0.1μm以上の気孔が10個以上存在している請求項1〜7のいずれかに記載のコート金属基材。
When the thickness of the ceramic coat layer is 5 μm or more and less than 50 μm, it is 2000 times when the thickness of the ceramic coat layer is 5 μm or more and less than 100 μm, and when the thickness is 50 μm or more and less than 100 μm, it is 1000 times, or 100 μm or more and less than 300 μm. Of the ceramic coating layer photographed at a magnification of 500 times, 200 times when 300 μm or more and less than 500 μm, 150 times when 500 μm or more and less than 1000 μm, and 100 times when 1000 μm or more and less than 2000 μm. Scanning electron microscope images in the cross section are randomly selected as five rectangular areas with the vertical length being the thickness of the ceramic coat layer and the horizontal length being 1.5 times the thickness of the ceramic coat layer. In addition, when the rectangular area is equally divided into 9 areas each of 3 × 3 in the vertical direction, for a total of 45 areas,
The coated metal substrate according to claim 1, wherein 10 or more pores having a pore diameter of 0.1 μm or more are present in all 45 regions.
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