TWI341876B - - Google Patents

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|I341876 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於在金屬體的表面形成防腐 膜的熔射方法，尤其適合鋼構造物等現場修 【先前技術】 作爲鐵塔、橋樑、高架設施、槽等鋼構 策以往通常是使用塗漆工法。但是該塗漆工 本高之外，耐用年數有限，此外，由於必須 有修補成本高的問題。因此，對於取代塗漆 策，提出在鋼材表面形成熔射皮膜的工法。 利文獻1記載有在鋼構造物的惡劣環境部位 劣環境部位以外的部分使用耐大氣腐蝕性鋼 防腐構造。根據該防腐構造，可提升鋼構造 蝕性，降低建設成本及修補成本。 並且，長期間曝曬在嚴苛腐蝕環境的海 是使用形成樹脂覆蓋皮膜的工法，提出熔射 場修補該覆蓋皮膜的損傷位置。例如，日本: 記載進行底層處理使覆蓋皮膜產生的缺陷部 ，將此缺陷部預熱至預定的溫度，隨後在該 分子化合物的粉體形成修補皮膜的防腐用覆 方法。根據此一方法，和以常溫硬化型的塗 方法比較，獲得壽命長並可進行可靠性高的】 用金屬熔射皮 補的熔射方法 造物的防腐對 法除了塗漆成 要定期重塗而 工法的防腐對 例如，日本專 進行熔射，惡 的鋼構造物的 物整體的耐腐 洋構造物以往 工法以作爲現 專利文獻2所 粗糙面化之後 缺陷部熔射高 蓋皮膜的修補 料修補的習知 見場的修補。 -5- (2) (2)1341876 熔射皮膜具有耐腐蝕性、耐熱性、耐磨損性等優異的 特性’熔射不僅限於鋼構造物構件的鋼材，在廣泛的領域 中利用作爲各種原材料及製品的表面改性技術。溶射是將 加熱至熔融或半熔融狀態的熔射材料噴塗在被熔射體上形 成熔射皮膜，主要的熔射方法有氣體火焰熔射法和電漿熔 射法。 氣體火焰熔射法是使用氧和可燃性氣體的燃燒火焰將 線形、棒形或粉末狀熔射材料加熱，形成熔融或接近熔融 的狀態噴塗在被熔射體上形成皮膜的熔射法。由於該氣體 火焰熔射法的操作簡單，設備費用' 運轉費用低廉而最爲 普及。 並且電漿熔射法可以使用高熔點的陶瓷，以至金屬、 塑膠作爲熔射材料，可以進行大氣外圍環境、惰性外圍環 境或者減壓外圍環境的熔射》電漿熔射的熔射材料主要爲 粉末狀物，但是近年來在曰本專利文獻3 ~5中提出一種使 用線形或者棒型的熔射材料的電漿電弧焊炬。 專利文獻1:特開2001-89880號公報 專利文獻2 :特開2002-69604號公報 專利文獻3 :特公平5-802 73號公報 專利文獻4 :特公平6-39682號公報 專利文獻5 :特許第3 2 6 1 5 1 8號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之問題〕 -6 - (3) (3)1341876 但是，在進行熔射時，必須要有除去被熔射體表面的 塗料或電鍍皮膜、氧化物等的同時使表面粗糙面化的工程 作爲對於被熔射體的前處理。使被熔射體表面粗糙面化， 藉此機械式地咬合熔射粒子粗糙面化後的表面的凹凸提高 熔射皮膜和被熔射體間的密接黏著度，及產生所謂的錨固 效果。該粗糙面化一般是藉著稱爲電漿處理的方法來進行 。電漿處理雖有數種的方式，但是一般的進行是利用壓縮 空氣將天然礦物、人造礦物、金屬砂粒、非金屬砂粒、鋼 絲切製九粒等投射到被熔射體上，表面露出基底的同時， 表面形成不規則爲小凹凸的方法。 進行該噴砂處理時，需要噴砂材用的鏟斗、供料槽、 空氣壓縮裝置、壓縮空氣配管、噴砂材供料管、噴射器、 噴砂材回收裝置、集塵裝置等的大型裝置。在鋼構造物等 的材料加工工廠設置該等裝置，在材料加工階段進行噴砂 處理，將噴砂處理後施以熔射的材料運至建設現場組裝鋼 構造物等的建設工程的場合，並沒有噴砂處理的實施上的 問題。但是，現場修補的場合，從成本面、作業面及環境 面來看會有很大的問題，會隨著實施產生大的困難。爲了 在修補現場進行噴砂處理，將上述一組裝置在修補現場配 齊上困難。並且，大型構造物的現場修補的場合多是形成 高處作業，在高處設置必要的裝置困難。另外，處理時噴 砂材的回收或產生的粉塵的集塵困難，因爲飛散的噴砂材 或粉塵使得作業環境惡化，導致有污染環境的問題。 因此，在現場修補進行熔射時，實際上不能進行噴砂 (4) (4)1341876 處理，因此必須要尋求代替噴砂處理的粗糙面化方法。又 ’即使在材料加工工廠進行噴砂處理仍不免會造成作業環 境的惡化，因此運用粗糙面化處理來代替噴砂處理時即不 會有以上的問題。 本發明所應解決之課題是對於金屬體熔射金屬熔射材 料形成防腐熔射皮層時，明白解出實用上充分獲得熔射皮 膜和被熔射體之間密接黏著力的被熔射體的粗糙面化條件 和熔射條件，維持著防腐效果之外，並可獲得粗糙面化工 程作業性的提昇和熔射成本的降低。 〔解決課題的手段〕 本發明人針對作爲熔射前處理的被熔射體的粗糙面化 條件和熔射條件對於熔射皮膜和被熔射體間的密接黏著力 的影響專心地檢討下，獲得一種即使使用較簡單的工具獲 得粗糙面化的被熔射體，仍可以特定的熔射條件熔射，藉 此獲得實用上充分的熔射皮層的密接黏著力，以完成本發 明。 即，本發明涉及的熔射方法是對於金屬體熔射金屬熔 射材料，尤其是藉電漿熔射法熔射形成防腐用熔射皮膜的 熔射方法，其特徵爲，包含：使用硏磨工具進行粗糙面化 處理使被熔射體表面的平均粗糙度Ra形成2 1 0 // m範圍 的工程，及在熔射材料的熔融粒子附著被熔射體的表面時 的上述熔融粒子每1粒子的平均面積爲】〇〇〇〇〜100000 y m2的條件下進行熔射的工程。 -8- (5) (5)1341876 其中，以使用線形或棒形金屬熔射材料的熔射裝置作 爲電漿熔射裝置爲佳，並以鋁合金、更以使用鋁-鎂合金 作爲上述金屬溶射材料爲佳。並且，可以包含在熔射後的 塗層進行封孔處理的工程。 〔發明效果〕 以熔射粒子附著在被熔射體表面時的每1粒的平均面 積形成預定範圍的條件進行電漿熔射，藉以使被熔射體表 面的溫度上升提高對於被熔射體表面的熔滴濡濕性。藉此 ，即使以比噴砂處理時形成較低粗糙面化程度的硏磨工具 進行粗糙面化時，仍可獲得噴砂處理和氣體火焰熔射的組 合時相同程度之熔射皮膜的密接黏著力。利用硏磨工具進 行的粗糙面化不需要如噴砂處理時的大型裝置，只要可攜 帶的小型工具即可同時使用於現場修補的高處作業，僅微 量的硏磨粉對於環境污染的問題少。並且，使用電弧熔射 法來代替電漿熔射法只要以熔融粒子每1粒平均面積形成 1 00 0 0〜100 0 00 // m2的條件進行熔射，即可獲得和上述同 樣的作用、效果。 【實施方式】 本發明之熔射對象爲金屬體。熔射雖然同時可適用於 非金屬’但是本發明是以電漿熔射爲前提，並以金屬構造 物的防腐功能的強化和修補成本的降低爲目的，採用金屬 構造物或相對於其構件形成金屬熔射皮膜的熔射方法。 -9- (6) (6)1341876 本發明中’作爲熔射前處理的粗糙面化處理是使用硏 磨工具進行。其中硏磨工具是指在圓盤形或帶狀底材上固 定磨粒的電動工具、在飛輪的外圍面植設鉸鏈或金屬線的 電動工具等，該等工具類爲可以手持作業的小型物，尤其 是可適合於現場修補的場合。使用上述的硏磨工具硏磨被 熔射體的表面時，表面會產生多數條平行線形痕跡。使硏 磨工具朝著一定方向移動時形成一定方向的線形痕跡，移 動方向交叉時同時形成交叉線形痕跡。在形成如噴砂處理 時的多數凹凸時，雖以硏磨工具的移動方向交叉的方式爲 佳，但是本發明的粗糙面化處理即使一定方向的線形痕跡 仍可獲得充分的密接黏著力。此外，線形痕跡交叉時的交 叉角度雖是任何角度皆可，但是以交叉角度6 0~90度爲佳 〇 藉此一粗糙面化處理所獲得的表面粗糙度，平均粗糙 度Ra爲2〜10/zm，更適合以5〜的範圍。並且，最大 粗糙度Rz爲20〜1 00 μ m，粗糙度的最大測量値RPc是以 30〜ΙΟΟμιτι爲佳。表面粗糙度在上述的範圍時，熔射時熔 融粒子衝突於粗糙面時表面無間隙地擴開，可增強咬合粗 糙面上的錨固效果。 表面粗糙度的平均粗糙度Ra小於2 // m時不能獲得充 分的錨固效果，會降低熔射皮膜的密接黏著力。粗糙度的 平均粗糙度Ra大於l〇/im時，對於熔射皮膜的密接黏著 力雖然理想，但是在形成以上粗糙面上硏磨工具所使用的 磨料粒徑必須較大，會產生硏磨阻力而導致操作硏磨工具 -10- (7) (7)1341876 的作業員較大的負擔使用上並不實際。並且，形成極端大 的表面粗糙度時’熔融金屬會使得粗糙面表面過度地扁平 而擴開，在表面和熔融粒子之間產生間隙降低熔射皮膜的 密接黏著力。 最大粗糙度Rz小於2〇Vm時’除了可獲得適當的平 均粗糙度之外，並需要均質的表面粗糙度’因此使用上述 硏磨工具形成粗糙面化處理上的困難。最大粗糙度Rz大 於lOOym以上時，必須要形成硏磨粒子直徑大的硏磨工 具，但是大的硏磨粒子的消耗迅速，因此會有進行均質施 工的困難，降低其作業性。粗糙度的最大測量質RPc小於 20時，凹凸的數量少而存在有多數的小平滑部分，使得熔 融粒子的密接黏著力降低。相反地最大測量質RPc大於 ]00時，凹凸的間隔過小，熔融粒子在表面上未能充分融 入間隙內，導致間隙的產生降低其密接黏著力。 本發明中，使用電漿熔射裝置，以使用線形或棒型金 屬熔射材料的熔射裝置作爲熔射裝置爲佳。上述熔射裝置 本體係如日本專利文獻3〜5所記載的習知裝置，本發明中 也可以利用習知的熔射裝置。本發明是使用上述電漿熔射 裝置，以熔射材料的熔融粒子附著在被熔射體表面時的熔 融粒子每1粒的平均面積形成10000~100000;zm2爲條件 進行熔射。 使用線形或棒型金屬融射材料的電漿熔射裝置進行熔 射的場合’如第1圖所示，熔融粒子衝突於被熔射體S的 表面呈扁平層疊，形成複雜的形狀層疊，因此各個熔射塗 -11 - (8) (8)1341876 層m彼此間的密接黏著力增高，同時使得整體的熔射塗層 Μ的密接黏著力增高。以熔射材料的熔融粒子附著在被熔 射體表面時的熔融粒子每1粒的平均面積形成1 0000〜 1 000 0 0 // m2進行熔射時，會使得被熔射體表面的溫度上升 提高對於被熔射體表面的熔滴濡濕性。 另一方面，以氣體火焰熔射裝置進行熔射時，如第 I4B圖表示，初期的熔融粒子形成埋入被熔射體S的表面 凹部的方式，各個熔射塗層m由於形成薄鱗形片使塗層面 平滑，降低和層疊其上塗層的密接黏著力，導致整體熔射 塗層Μ的密接黏著力降低的問題。因此以氣體火焰熔射裝 置進行熔射時，必須要和噴砂處理形成粗糙面化時同一程 度之粗糙度的表面凹凸。表面粗糙度大時，如第1C圖表 示，薄鱗形片的各個熔射塗層m是沿著被熔射體S的表面 的凹凸面形成，可抑制依序層疊之熔射塗層m彼此間密接 黏著力的降低，因此整體的熔射塗層Μ具有充分的密接黏 著力。 本發明中，藉著前處理對平均粗糙度Ra爲2〜10#m 的被熔射體表面進行電漿熔射，但是此時以熔射材料的熔 射粒子附著在被熔射體表面時的熔融粒子每1粒的平均面 積形成1 0000〜1 00000 /im2的條件進行熔射，藉此如第1A 圖表示獲得各個熔射塗層的層疊，整體可獲得高的熔射塗 層的密接黏著力。熔融粒子每1粒的平均面積即使遠低於 或遠大於上述範圍時，各個的熔射塗層之間會產生間隙不 會充分地使被熔射體表面的溫度上升，而不能獲得充分之 -12- (9) (9)1341876 溶射塗層的密接黏著力。氣體火焰熔射時的熔融粒子每1 粒的平均面積爲數百~數千電弧熔射塗層的熔融粒 子每1粒的平均面積爲數百〜數千//m2，含有較氣體火焰 熔射時稍大的熔融粒子，但是被熔射體表面的平均粗糙度 R a在2〜1 〇 m程度則不能獲得充分的熔射塗層的密接黏 著力。 上述粗糙面化處理和表面粗糙度及熔射條件以外並沒 有加以限定的要件。熔射皮膜的厚度只要因應所要求的防 腐性能在20〜200ym的範圍內選定適當的膜厚即可。作爲 熔射材料的金屬可以使用習知的鋁、鋅、銅、鈷、鈦等， 及該等的合金等各種的金屬。該等之中，從充分發揮犧牲 陽極作用的點來看，鋁或者鋁鎂合金或鋅鋁合金等的鋁合 金特別合適。並且，也可以在熔射塗層形成後，進行封孔 處理。尤其在現場修補的場合，可以在熔射後盡快地進行 封孔處理。封孔材料可以使用以往習知的樹脂類或有機藥 品類。 〔實施例〕 以下，針對本發明之熔射方法運用在鋼構造物的現場 修補的實施例，說明主要工程的順序如下。其中，預製的 鋼構造物是在鍍鋅鋼材上施以塗漆的構造物，局部的塗漆 剝離’以藉著熔射修補鍍鋅腐蝕後的部分的場合爲例說明 -13- (10)1341876 〔粗糙面化處理工程〕 第2圖是表示本實施例中使用硏磨工具之一例的 圖。 該硏磨工具1是稱爲硏磨輥式砂磨機的電動是硏 具，在輥2上安裝砂紙3，藉著其轉動進行鋼材損傷 的表面硏磨。以樹脂黏合材將粒度編號# 2 0~# 40 ( 粒徑1 000〜425 //m)的碳化矽或氧化鋁等的硏磨粉固 著在砂紙3上。利用該硏磨工具1在鋼材表面上硏磨 以硏磨塗漆和電鍍的損傷部分，鋼材表面形成平均粗 Ra爲5〜8//m程度的粗糙面。此外，作爲硏磨工具除 磨輥式砂磨機以外，同時可以適當使用帶式砂磨機或 磨輪、翼片拋光輪、旋轉刷等。 〔熔射裝置〕 第3圖是表示在熔射狀態下本實施例中所使用電 射裝置之主要部的構造圖。 電漿熔射裝置6的電漿噴射器（省略本體部的內 造）7的電極8是從具有噴嘴9的絕緣性的後壁部10 前端側突出設置。噴嘴9具有連接後壁埠10的圓筒 圍壁1 1，及設置在周圍壁1 1前端側，朝著前端側使 外觀急劇縮小的圓錐型尖端筒部1 2。周圍壁1 1形成 數個在噴嘴9內使電漿氣體沿著周圍方向流入的流入 。電漿氣體可以使用單體的氮氣、氬、氦等惰性氣體 者混合使用。 透視 磨工 位置 平均 定黏 ，可 糖度 了硏 圓盤 漿熔 部構 向著 形周 剖面 有複 〕1 3 ，或 -14- (11) (11)1341876 噴嘴9的尖端筒部1 2的外圍部設有氣體沿著外圍面 朝著噴嘴9的中心線前端側噴出的外圍噴嘴1 9。使用空氣 、氮氣、氬、氨等作爲氣體。並且，外圍噴嘴19的外側 ’即噴嘴9中心線的前端側較氣體噴出部的更底側，設有 送出作爲熔射材料的AUMg合金的金屬線14的供給裝置 15。供給裝置15具備引導構件16及擠壓輥17。 電極8連接在直流電源裝置18的負極上，金屬線14 是連接在直流電源裝置18的正極上。直流電源裝置18可 供給30〜200V左右的直流電壓及50〜500A左右的直流電 流。並且，直流電源裝置18可以在短時間外加約3000V 的高電壓。 〔熔射工程〕 配置電漿熔射裝置6使電漿熔射裝置6的噴嘴9的中 心線相對於被熔射體的鋼材4的表面呈垂直。 從電漿熔射裝置6的流入口 13使電漿氣體流入時， 電漿氣體沿著周圍壁1 1產生漩渦流。在此狀態下’利用 直流電源裝置18外加3000V的電壓時，在電極8和金屬 ^丨4之間產生火花放電。使電漿氣體產生漩渦而降低中 心、部分的壓力，利用火花放電使該中心部分的電漿氣體優 先放電。一旦產生或花放電時，使電極8和金屬線1 4之 間的電漿氣體離子化製成電離狀態’形成直流電的流動。 電漿氣體中藉著直流電的流動更促進氣體的電獎化’形成 ®獎弧流。電漿弧流沿著藉漩渦流減壓的電漿氣體中心部 -15- (12) (12)1341876 分流出，電漿氣體是藉著此一電漿弧流加熱，從噴嘴9的 出口 20形成電漿火焰而急速地噴出。 金屬線1 4的前端部是藉著電漿弧流急劇地加熱熔融 。熔融後的金屬線1 4形成熔融粒子2 1，利用電漿火焰噴 至鋼材4側。由於電漿氣體是使用惰性氣體，因此減少接 觸熔融粒子21的氧量，可防止所形成之熔射皮膜5的氧 化。並且，前端部熔融消失的金屬線14藉著擠壓輥17朝 著前端側移動使前端和噴嘴9的中心線一致。外圍噴嘴19 是從後方流入壓縮後的氣體，並從前方呈圓錐形噴出。將 氣體從外圍側噴射至熔融粒子2 1，使熔融粒子2 1微小化 ，形成熔射皮膜5形成時的最適當大小。微小化後的熔融 粒子21和鋼材4的表面衝突形成扁平狀，藉著多數層疊 、結合該熔融粒子2 1予以冷卻而形成熔射皮膜5。 〔密接黏著力測定結果〕 爲了確認本發明之熔射方法的效果，測定以噴砂處理 進行和硏磨處理進行被熔射體表面之粗糙面化的場合，並 以習知的氣體火焰熔射裝置和第3圖表示的電漿熔射裝置 分別進行熔射時的粗糙面化處理後的表面粗糙度及熔射皮 膜的密接黏著力。將測定結果顯示於表1。並且，在ISO (International organization for standardization > 國際標 準化機構）2063的解說中，實用上足夠的密接黏著力是在 4.5N/mm2以上。本實施例是採用該數値爲密接黏著力的 必要値。 -16- (13) (13)1341876 〔表1〕 熔射法 粗糙面化處理 粗糙面化處理後 熔射皮膜的密 的表面粗糙度 接黏著力 Ra ( μ m) (N/mm2 ) 氣體火 噴砂處理 20 6〜7 焰熔射 硏磨處理 10 3〜4 2 1〜2 噴砂處理 20 7以上 電漿熔射 10 6〜7 硏磨處理 2 6〜7 1 2〜3 註）密接黏著力的測定是以JIS H8 66 1爲基準的電表進行 從表1可獲知，氣體火焰熔射的場合，以進行噴砂處 理作爲粗糙面化處理獲得表面粗糙度Ra爲20//m左右時 ’熔射皮膜的密接黏著力形成6〜7N/mm2左右，雖然可獲 得足夠的密接黏著力，但是藉著硏磨處理僅能獲得表面粗 糙度Ra小於15"m的粗糙度時，熔射皮膜的密接黏著力 形成4N/mm2以下而不能獲得實用上的密接黏著力。通常 ’噴砂處理時的表面粗糙度Ra在15〜40以m左右，氣體 火焰熔射可以獲得6~7N/mm2左右的密接黏著力。相對於 此電漿熔射的場合，即使以硏磨處理的表面粗糙度Ra在 -17- (14) (14)1341876 2〜10# m的範圍時’熔射皮膜的密接黏著力形成 6~7N/mm2，獲得充分的密接黏著力。但是，表面粗糙度 R a小於2 /Z m時，密接黏著力低實用上無法加以期待。 〔產業上的可利用性〕 以上雖以鋼構造物作爲金屬體的例說明本發明的熔射 方法，但是本發明的熔射方法可運用在包含鋼構造物的各 種金屬構造物及其構件的防腐上。並且可藉著金屬熔射材 料的材質或熔射條件的適當選定，同樣可應用於金屬以外 的構造物或構件上。 【圖式簡單說明】 第1A圖是模式表示以電漿熔射裝置熔射時之熔射塗 層的層疊狀態圖。 第1B圖是模式表示以氣體火焰熔射裝置熔射時之熔 射塗層的層疊狀態圖。 第1C圖是模式表示以電漿熔射裝置熔射的場合，表 面粗糙度大時之熔射塗層的層疊狀態圖。 第2圖是表示在實施例中使用硏磨工具的一例之透視 圖。 第3圖是表示在熔射狀態下，於實施例中使用電漿熔 射裝置主要部的構造圖。 【主要元件之符號說明】 -18- (15) (15)1341876 1 :硏磨工具 2 :輥 3 :砂紙 4 :鋼材 5 :熔射皮膜 6 :電漿熔射裝置 7 :電漿噴射器 8 :電極 9 :噴嘴 1 〇 :後壁部 1 1 :周圍壁 12 :尖筒部 1 3 :流入口 1 4 ·金屬線 1 5 :供料裝置 16 :引導構件 1 7 :擠壓輥 1 8 :直流電源裝置 19 :外圍噴嘴 20 :出口 2 1 :熔融粒子

Claims (1)

1. (1) (1)1341876 十、申請專利範圍 1 . 一種熔射方法，係對於金屬體熔射金屬熔射材料 形成防腐用熔射皮膜的熔射方法，其特徵爲，包含：使用 硏磨工具進行粗糙面化處理使被熔射體表面的平均粗糙度 Ra形成2〜1 〇 μ m範圍的工程，及熔射材料的熔融粒子附 著在被熔射體的表面時的上述熔融粒子每1粒子的平均面 積爲1 0000〜1 00000 μ m2的條件下進行熔射的工程。 2-如申請專利範圍第〗項記載的熔射方法，其中是 使用電漿熔射法進行上述熔射。 3 ·如申請專利範圍第2項記載的熔射方法，其中是 使用線形或棒形金屬熔射材料的熔射裝置作爲電漿熔射裝 置。 4.如申請專利範圍第1項記載的熔射方法，其中是 使用銘合金或鋁·鎂合金或鋅鋁合金等的銘合金作爲上述 金屬熔射材料。 5 ·如申請專利範圍第2項記載的熔射方法，其中是 使用銘合金或鋁-鎂合金或鋅鋁合金等的鋁合金作爲上述 金屬熔射材料。 6 .如申請專利範圍第3項記載的熔射方法，其中是 使用銘合金或鋁-鎂合金或鋅鋁合金等的鋁合金作爲上述 金屬熔射材料。 7 ·如申請專利範圍第1項記載的熔射方法，其中包 含在溶射被膜形成後進行封孔處理的工程。 8 .如申請專利範圍第2項記載的熔射方法，其中包 -20- (2) (2)1341876 含在熔射被膜形成後進行封孔處理的工程》 9. 如申請專利範圍第3項記載的熔射方法，其中包 含在熔射被膜形成後進行封孔處理的工程。 10. 如申請專利範圍第4項記載的熔射方法，其中包 含在熔射被膜形成後進行封孔處理的工程。 11. 如申請專利範圍第5項記載的熔射方法，其中包 含在熔射被膜形成後進行封孔處理的工程。 12. 如申請專利範圍第6項記載的熔射方法，其中包 含在熔射被膜形成後進行封孔處理的工程。