WO1997045566A1 - Procede pour renforcer un revetement pulverise - Google Patents

Description

明細書

溶射皮膜の強化方法 技術分野

本発明は、 耐摩耗性、 耐食性、 耐熱性などを付与するために行なう金属、 サー メ ッ トまたはセラミ ックス溶射を行なって構造部材の長寿命化を図るにあたり、 形成される溶射皮膜の強化方法に関する。 背景技術

通常、 構造部材の表面改質手段として、 金属、 サ―メ ッ トまたはセラ ミ ックス 溶射を施し、 溶射皮膜を形成することは各種工業用構造部材に対して適用されて いる。

従来は、 構造部材表面に形成された溶射皮膜に封孔処理が必要な場合、 目的厚 さの溶射皮膜を完成したのちに封孔処理が行なわれて L、る。

したがって、 前記した通常の封孔処理の場合、 封孔剤の皮膜内への浸入は高密 度皮膜ではその表面から 2〜 5〃m、 浸透性の良い皮膜でもせいぜい 2 0〃mの 封孔層が形成されるに過ぎず、 5 μ πι以上の深さになると不完全な封孔が行なわ れているのみであった。

そのため、 溶射皮膜を形成した構造部材の使用中に表面層が劣化したり摩耗す ると、 封孔処理の効果が低下して構造部材の耐用寿命が短くなるという問題があ つた。

封孔剤の浸透性を高めるために、 減圧下で封孔処理を行なうことも考えられる が、 コス ト高であり、 緻密な溶射皮膜の場合には浸透性に限度があり、 皮膜内部 までの緻密化には不十分であつた。

本発明は、 前記した従来の問題点を解決し、 緻密な溶射皮膜の内部まで封孔処 理することによりその緻密性を高めて強化するとともに、 耐剥離性に優れた溶射 皮膜の強化方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、 本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、 溶射層形成の 途中で、 封孔剤が完全に固形物化する封孔処理を施すことが有効であることを知 見し、 本発明を完成するに至った。 発明の開示

前記知見に基づいてなされた本発明は、 溶射皮膜を形成するにあたり最終厚さ 以下の溶射皮膜形成段階において、 形成された溶射皮膜に対し封孔剤による封孔 処理を行ない、 封孔剤を完全に乾燥して固形物化した後、 さらに溶射皮膜形成を 継続することを特徴とする皮膜内部の封孔緻密化による溶射皮膜の強化方法を要 旨としており、 前記溶射皮膜形成工程と封孔処理とを交互に複数回繰り返すこと、 あるいは封孔処理後に加熱およびブラッシングのいずれかまたは双方の処理をす ることよりなる皮膜内部の封孔緻密化による溶射皮膜の強化方法も本発明の要旨 である。

また本発明は、 最上部の仕上げ溶射層を封孔処理することよりなる皮膜内部の 封孔緻密化による溶射皮膜の強化方法も要旨としており、 封孔処理後、 溶射皮膜 内に C r ₂〇₃、 S i 0₂、 A l。0 _o、 Z r 0_o、 C r B ₀、 W B、 M o ₂B、 S i C、 T i C、 V C、 C r ₇ C ₃、 N b Cのいずれか、 あるいは 2種以上の共存または混合 物を生成する封孔剤を使用すること、 また、 封孔処理前後において溶射皮膜材質 が異なっている溶射皮膜を形成すること、 さらに高温、 高圧容器内で封孔処理を 行なうことも本発明要旨に含まれている。

本発明の構成と作用を説明する。

本発明では、 適当な厚さの溶射層を形成したのち、 封孔処理後、 溶射皮膜内に 酸化物、 硼化物、 炭化物またはこれらの共存または混合物を生成する封孔剤ある いは金属アルコキシドアルコール液などの封孔剤により封孔処理して十分に乾燥 させる。 さらに必要に応じて封孔処理表面を 1 0 0 °C以上に加熱し、 封孔固形物 の形成を図る。

その後再度同質または異質の溶射皮膜を形成する工程を施すが、 溶射前に、 表 面を軽度にブラッシングし、 不要の固形物を除去すると効果的である。 さらに加 熱処理により封孔剤を安定化合物にしてもよい。 このようにして、 封孔処理後再 溶射を行なうことにより溶射皮膜の深層部まで封孔緻密化をすることが可能とな る。

前記した工程を繰り返すことにより、 厚肉溶射皮膜の封孔処理を皮膜厚さ全体 にわたつて十分に行なうことができる。 また、 使用目的に応じて、 封孔処理厚さ を任意に設定することが可能となる。

本発明によれば、 従来の封孔処理溶射皮膜における欠点、 すなわち、 封孔処理 層の厚さが少ない点は解消され、 溶射皮膜を形成した構造部材の寿命は飛躍的に 向上することが約束される。

本発明で使用する封孔剤の濃度や種類は、 溶射皮膜の用途に応じ、 また封孔処 理時間は溶射皮膜厚みとの関係によって決定する。 普通、 クロム酸系の封孔剤ぁ るいは金属アルコキシドアルコール液などの封孔剤が使用されるが、 耐熱 ·耐摩 耗性ならびに溶射皮膜との密着性が高い封孔成分を主体とするものであれば、 封 孔物組成が酸化物系に限らず、 硼化物系や炭化物系あるいはこれらの混合物系の いずれも使用可能である。

封孔処理を適用する溶射皮膜としては、 比較的気孔率の高いサーメ ッ トあるい はセラ ミ ックス系の皮膜のほうが効果があるが、 金属系の溶射皮膜に適用してサー メ ッ ト化する手段としても利用できる。 この場合には封孔剤による生成固形物を 金属層中に分散させることにより、 サーメッ ト皮膜とすることができる。 また、 この場合必要に応じ、 最終処理として熱処理を適用することにより、 溶射皮膜の 緻密化をさらに高めることが可能である。 発明を実施するための最良の形態

本発明を、 主に鉄鋼製造ラインで使用される構造部材の製造に適用した実施例 により具体的に説明するが、 これによつて本発明が限定されることはない。 実施例 1

本発明により溶融亜鉛めつき浴中ロールの処理を行なった。 薄鋼板の溶融亜鉛 めっき浴中ロ一ル表面にサーメッ トまたはセラミ ックス溶射を適用した。

先ず、 素材ロール表面に皮膜厚さ 7 0 / mの硼化物一 W C系サーメ ッ 卜の高^ ガス溶射を行ない、 つづいて形成された皮膜にクロム酸系溶液 （C r ₂0₃濃度 3 0 ) または S i アルコキシドアルコール系封孔剤の単独または両方を塗布し、 十 分に乾燥させ、 2パスの硼化物— W C系サ一メッ 卜溶射または C r ₂0₃系セラミ ッ クス溶射の単独もしくは両方 （厚さ約 2 0 m ) を行なった。 さらにその上に前 記クロム酸系溶液または S iアルコキシドアルコール系封孔剤の単独もしくは両 方を塗布し、 4 0 0 で焼成した。

この場合、 封孔処理層の深さは 4 0 ju mに達し、 最終仕上げとしてのみ封孔処 理を行なう従来例に比べ 2倍以上の厚さの封孔処理層がえられた。 このロールに よる実操業ではクロム酸系溶液または S i アルコキシドアルコール系封孔剤の単 独使用の場合はいずれも使用限界寿命が 5 0日であり、 両方を塗布した場合は 6 0 日の使用限界寿命であった。

また、 上層溶射を硼化物— W C系サ一メ ッ ト溶射または C r ₂0₃系セラ ミ ックス 溶射の単独で使用した場合、 いずれも使用限界寿命は 5 0日であった。

両方を溶射した場合通常の亜鉛一アルミニゥム浴 （0 . 2 % A 1 ) では 5 0日 で差はなかったが、 2〜 3 %アルミニウム—亜鉛浴で使用した場合は、 単独溶射 の場合よりも明らかに効果のあることが判明した。

従来例のロールによる実操業では使用限界寿命が 3 0日であり、 大きく改善さ れていることがわかる。

これは、 従来法による封孔処理では、 表面の封孔層が短時間に摩耗して劣化が 早くなるためと推定される。

また、 溶射加工の最終の 1パス溶射を行なう前に、 前工程と同様の封孔処理を 行なつた場合には封孔層の密度が上がり、 ロール表面への溶融亜鉛付着が少なく なつて溶射皮膜の腐食進行が飛躍的に減少し、 通板している鋼板の品質が著しく 向上した。 この場合、 溶融亜鉛めつき浴中ロールの使用限界寿命はさらに延びて 5 0日以上に達した。

実施例 2

本発明をハースロールの製造に適用した。

M C r A 1 Y系サーメ ッ ト溶射ロールは、 主として連続焼鈍炉および連続亜鉛 めっきライ ンの焼鈍炉ハースロールとして使用されている。 このロールの溶射皮 膜形成後の表面にクロム酸溶液 （C r ₂0₃濃度 3 0 %) による封孔処理を行なった ものは、 耐ビルドアップ性に優れていることが知られている。 し力、し、 表面が摩 耗してくると、 生産量にもよるが 2年程度で耐ビルドアツプ性がやや劣化してく る。

そこで本発明により、 素材ロールに M C r A 1 Y系サーメッ トを溶射する際、 最後の 1パスを残して溶射を止め、 その表面に実施例 1で使用したクロム酸系溶 液で封孔処理をし、 2 0 0 °Cに軽く焼成した後に最終パスを 1 5 // m厚溶射して、 その上に前記溶液による封孔処理を行なった後 4 0 0 °Cの炉中で焼成した。 この 結果封孔処理層の厚みが増し、 同時に溶射皮膜密度も上昇して、 表面が多少摩耗 しても耐ビルドアツプ性が低下しないことが確認された。

実施例 3

本発明を、 酸性溶液中で使用されるブラッシュアップ ' ブライ ドルロールの製 造に適用した。

従来、 8 0 °Cの 5 %硫酸溶液中において使用されるブラッシュアップ ' ブライ ドルロールとしては、 W C— N i C r系サーメ ッ トを溶射した表面皮膜に S i 了 ルコキシ ドアルコール系封孔剤 （S i含有量 1 5 %) による封孔処理を行ない、 ロール寿命の向上を図ってきた。

しかしながら、 ロール使用中、 その表面皮膜がブラッシングにより摩耗すると 封孔処理の効果がなくなり、 使用限界寿命は 1〜 2年であった。

これに対し本発明を適用して、 素材ロールに W C— N i C r系サ一メ ッ 卜を溶 射するに際し、 最終 2パス （3 0 z m) を残して前記 S iアルコキシドアルコー ル系封孔剤による封孔処理を行ない、 2 0 0 °Cに表面焼成後 2パス溶射を施して、 さらにその上に同一封孔剤により封孔処理を行なった。 その結果、 使用限界寿命 は 3〜 5年に向上した。

実施例 4

本発明を内燃機関のビス ト ンロッ ドの製造に適用した。

通常、 内燃機関ピストンロッ ドの耐摩耗性を向上させるために、 ピストンロッ ドの摺動部分に酸化クロム系セラミ ックスの溶射が行なわれている。 これに対して本発明を適用し、 ピストンロッ ドの摺動部分に先ずセラミ ックス 溶射を溶射皮膜全厚 （3 0 ^m) の半分だけ施し、 その上にク ロム酸系溶液

(C r₂0₃濃度 30%) による封孔処理を行ない、 温度 200°Cで表面焼成後、 残 りの半分の厚さを溶射し、 さらに封孔処理を施してから炉內で温度 400°Cにお いて完全焼成した。

その結果、 ピス トンロッ ドの使用寿命は、 従来法製品に比べ 1. 5倍長くなつ た。

実施例 5

本発明を連続铸造モールドの製造に適用した。

通常連続铸造モールドは、 耐摩耗性、 耐熱亀裂性の向上を目的として、 N iめ つきの下地処理をしたのち N i一 C r系の自溶合金溶射が行なわれている。 これに対して本発明を適用し、 铸造モールド表面に N iめっきの下地処理をし た後、 N i— C r系の自溶合金またはサーメッ ト溶射に際して、 最終 2パス （50 ^m) を残してクロム酸系溶液 （C r_n0₃濃度 30%) を塗布し十分に乾燥させ、 2パス溶射を行なった。 さらにその上に前記溶液を塗布し、 最終処理として 400 °Cの熱処理を施した。

その結果耐熱亀裂性、 耐腐食性が向上し、 実操業では従来例に比べ、 寿命が 2 倍以上となった。

実施例 6

本発明を熱延工場のテーブル口一ラーの製造に適用した。

熱延工場のテーブルローラーは、 耐摩耗性、 耐焼付性、 耐スリップ性が要求さ れるが、 従来は、 高 C r铸鉄系铸造ロールに自溶合金溶射を施して使用されてい た。

これに対して本発明を適用し、 素材ロールに N i C r—WC系の自溶合金また はサーメ ッ ト溶射を行なうに際して、 最終 2パス （50〃m) を残してクロム酸 系溶液 （C r₂0₃濃度 30%) を塗布して十分に乾燥させた後、 2パス溶射を行な つた。 さらにその上に前記溶液を塗布し、 最終処理として 400°Cの熱処理を施 した。

この結果得られたテーブルローラ一は、 従来の高 C r铸鉄系铸造ロールの 2 0 倍以上の耐摩耗性を有し、 N i C r— W C系のサ―メ ッ 卜溶射のみでは使用でき なかつた冷却水がかかる腐食環境で使用しても、 溶射層の剥離が生じないことが 実操業で確認された。

実施例 7

本発明を腐食環境ライナ—の製造に適用した。

従来、 水および海水の腐食環境下で使用される耐摩耗性ライナーは、 高 C r铸 鉄系の铸かけライナ一、 サ一メッ 卜または自溶合金溶射ライナーが使用されてい たが、 銹かけライナーは耐摩耗性と欠損が、 サ一メ ッ ト溶射ライナーは長期間使 用することによる腐食が問題となっていた。

これに対して素材ライナーに本発明を適用し、 N i C r— W C系のサーメ ッ ト 溶射に際して最終 2パス （2 0 rn) を残してクロム酸系溶液 （C r。0₃濃度 3 0 % ) を塗布し十分に乾燥させ、 2パス溶射を行なった。 さらにその上に前記溶液 を塗布し、 最終処理として 4 0 0 °Cの熱処理を施した。

この結果、 従来の高 C r铸鉄系踌かけライナ—に比べ、 実操業で寿命が 3倍以 上に向上した。

実施例 8

本発明を製紙工場の製紙用ロール製造に適用した。

通常製紙用ロールの耐摩耗性を向上させるために、 素材ロール表面に対して W C 系サーメッ 卜の溶射が行なわれている。 この場合硫酸系の腐食液が使用されると ころでは、 耐食性を付与するための封孔処理が必要である。

これに対して素材ロールに本発明を適用し、 先ずサ―メッ ト溶射を溶射皮膜全 厚 （ 1 0 0 i m) の半分だけ施し、 その上にクロム酸系溶液 （C r。0。濃度 3 0 % ) 塗布による封孔処理を行ない、 2 0 0 °Cで表面を焼成した後、 残りの半分を 溶射し、 さらに前記溶液による封孔処理を施してから、 炉内で温度 4 0 0 °Cにお いて完全焼成した。

その結果、 製紙用ロールの使用寿命は、 従来法製品に比べて 1 . 5倍長くなつ た。 産業上の利用可能性

本発明は以上説明したように構成されているから、 従来通常の封孔処理を施し た溶射皮膜に比較して耐摩耗性、 耐食性、 耐熱性などが向上し、 構造部材の長寿 命化を図ることができるという優れた効果が奏され産業上極めて有用である。

Claims

請求の範囲

1. 溶射皮膜を形成するにあたり最終厚さ以下の溶射皮膜形成段階において、 形 成された溶射皮膜に対し封孔剤による封孔処理を行ない、 封孔剤を完全に乾燥 して固形物化した後、 さらに溶射皮膜形成を継続することを特徴とする皮膜内 部の封孔緻密化による溶射皮膜の強化方法。

2. 溶射皮膜形成工程と封孔処理とを交互に複数回繰り返す請求の範囲第 1項記 載の皮膜内部の封孔緻密化による溶射皮膜の強化方法。

3. 封孔処理前後において、 溶射皮膜材質が異なっている溶射皮膜を形成する請 求の範囲第 1項または第 2項記載の皮膜内部の封孔緻密化による溶射皮膜の強 化方法。

4. 封孔処理後に加熱およびブラッシングのいずれかまたは双方の処理をする請 求の範囲第 1項、 第 2項または第 3項記載の皮膜内部の封孔緻密化による溶射 皮膜の強化方法。

5. 最上部の仕上げ溶射層を封孔処理する請求の範囲第 1項ないし第 4項のいず れかに記載の皮膜内部の封孔緻密化による溶射皮膜の強化方法。

6. 封孔処理後、 溶射皮膜内に C r₂0₃、 S i O。、 A 1₂0₃、 Z r 0_o、 C r B₂、 WB、 Mo₀B、 S i C、 T i C、 VC、 C r₇C₃、 N b Cのいずれか、 あるい は 2種以上の共存または混合物を生成する封孔剤を使用する請求の範囲第 1項 ないし第 5項のいずれかに記載の皮膜内部の封孔緻密化による溶射皮膜の強化 方法。

7. 高温、 高圧容器内で封孔処理を行なう請求の範囲第 1項ないし第 6項のいず れかに記載の皮膜内部の封孔緻密化による溶射皮膜の強化方法。