JP3080651B2 - 溶融金属浴用浸漬部材の製造方法 - Google Patents
溶融金属浴用浸漬部材の製造方法Info
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Description
高温の溶融金属浴中に長期間浸漬して使用される浸漬部
材の製造方法に関するものである。特に本発明は、溶融
亜鉛めっきライン、溶融アルミニウムめっきライン、溶
融錫めっきライン等における溶融金属浴用浸漬部材、例
えば溶融亜鉛めっき浴、溶融アルミニウムめっき浴等に
浸漬状態で使用されるシンクロール、サポートロールと
いった溶融金属浴用浸漬部材の製造方法に関する。
金属浴中で長時間浸漬状態で使用される浸漬部材に関し
ては、当然溶融金属による侵食が起こりにくいことが要
求される。特にシンクロール、サポートロールにおいて
は、溶融金属による侵食が起こりにくいばかりでなく、
該ロールが浴に漬けられる鋼板等の被めっき基板との接
触によっても摩耗しにくいこと、金属の付着が起こりに
くいこと、も要求される。
ル付着が発生すると、これらのロールに導かれて浴に漬
けられる鋼板等の被めっき基板やメッキ面に疵がついて
しまう。又このため、シンクロール、サポートロール等
の浸漬ロールが使用できなくなるという問題がある。
ト系材料を溶射した浸漬部材が開発され、使われてきた
が、未だ十分なものではない。例えば、溶融金属浴用浸
漬部材としてWC−Coサーメット溶射皮膜が使われている
が、溶融金属侵食性の点で十分ではない。
要求、製造コストの低減の要求、あるいは浸漬ロールの
長寿命化の要求に伴って、益々高まっている。
漬部材本体の表層が、タングステン炭化物、タングステ
ン硼化物、モリブデン硼化物の1種又は2種以上及びCo
からなる溶融亜鉛浴等浸漬部材を発明し、日本特許出
願、特願平1−231293号(特開平3−94048号、公開日1
991年4月18日)をしているところ、この発明により浸
漬部材の溶融金属浴に対する耐溶蝕性を向上することに
成功したが、未だ長期間の使用において侵食剥離を起こ
す問題が課題であった。
浸漬部材の溶融金属中での長期間の使用においては、溶
融金属がこのクラックや小孔を通って溶射皮膜内部に浸
入し、溶射皮膜を破壊したり、溶射皮膜を下地から侵食
して、溶射皮膜が剥離する現象が見られた。これが侵食
剥離である。
ックや小孔をコールタールによって充填した浸漬部材を
テストしたが、溶融金属浴中等の高温条件下ではコール
タールに含まれる有機物質が分解してしまい、ガス化
し、このため溶射皮膜が劣化して、結局長寿命の浸漬部
材は得られなかった。
生するという弊害も起きた。
融金属浸漬部材の溶射皮膜のクラックや小孔に充填後、
溶融金属中での使用前に加熱処理してしまうことを試み
たが、加熱処理時にコールタールに含まれる有機物質の
分解によりガスが発生し、このためミクロピットが発生
したり、コールタールの充填自体が損なわれ、良い結果
は得られなかった。
の如き研究・発明を経て、種々研究の結果、本発明をな
したものである。
硼化物(WB等)を含有させ、かつ、H2CrO4等との酸化反
応によって、少なくともクラック及び小孔中にCr2O3−B
2O3系ガラスを生成させ、この現象を利用して緻密強固
な溶射封孔皮膜を形成する点にある。本発明により、従
来にない緻密で強固な表面皮膜層を備えた優れた溶融金
属用浸漬部材を得ることに成功したものである。
が使われているが、まず、本発明者は研究の結果WCのほ
かWBが溶融金属耐侵食性の点で優れていることを認め
た。次にWBはWCより熱膨張計数が高く、溶射皮膜は熱衝
撃性にも強いことを認めた。また硼化物は酸化性雰囲気
ではB2O3を表面に生成し、これが一部高温で揮発する
が、表面に残存することを認めた。
種又は2種以上でサーメット化し、WC,WBをNi,Co等で被
包コーティングした溶射材料、又は微粉化し造粒の上、
中性雰囲気で焼結した溶射材料は、高速ガス溶射法ある
いはプラズマ溶射法で溶射し良好な皮膜が得られること
を確認した。
溶融亜鉛に対しても附着しにくいことが判明した。しか
しWBを多量に添加すると、大気中での良好な溶射が困難
となることが分かった。
で、50wt%以下とすることが望ましい。又少量にすぎる
とその効果がない。よってWBは1〜50wt%を含有させ
る。より好ましい含有量は10〜40wt%の範囲である。
有させるのは、耐剥離性、硬度を高め、良好な皮膜をう
るためである。Ni、Co、Cr、Moの1種又は2種以上の含
有量は3〜25wt%とする。3wt%以下ではサーメットと
しての効果がない。又金属相が25wt%超ではWC,WB等の
セラミックス添加の効果が失われる。Cr,Moの1種又は
2種を15wt%以下添加すれば金属相の溶融金属耐侵食性
を改善する効果が得られる。但し、この場合はNi、Co、
Cr、Moの総量で25wt%以下とする必要がある。
硼化物、ジルコニウム硼化物、チタン硼化物のうち1種
又は2種以上を1〜30wt%含有させ、かつタングステン
硼化物を含めこれらの金属硼化物の合計量が50wt%以下
となるように含有させることができる。
があるが、本発明の製造方法においても溶射皮膜形成
後、処理液含浸処理前、あるいは焼成処理後に研磨仕上
げしてよい。なお、処理液としてはクロム酸を主成分と
した強酸溶液を使用する。該処理液を溶射皮膜に含浸処
理するためには、溶射皮膜を形成した溶融金属浴用部材
を該処理液に浸漬したり、又は溶融金属浴用部材本体表
面に形成した溶射皮膜に該処理液をはけ塗りすることで
行なうことが出来る。含浸処理により、処理液はクラッ
ク(ミクロ割れ部)や小孔に浸透しこれらをうめること
になる。次いで、クラックや小孔内の処理液中のクロム
酸(H2CrO4及びH2Cr2O7)は焼成時の初期加熱により、C
rO3化し、まずクラックや小孔を充填する効果を発揮す
ることになる。クロム酸溶液は加熱することにより乾燥
し、水分は除かれるが、さらに加熱を続けると200℃近
辺で溶融CrO3(無水クロム酸)となり、溶射皮膜にCrO3
溶融塩処理を行なうことが出来る。そしてこれに接して
いる溶射皮膜を酸化すると共に、CrO3は溶射皮膜と緻密
に結合する。すなわち、CrO3による反応により、クラッ
クや小孔の内表面と生成するCr2O3が化学的に結合し、
緻密なセラミックス充填溶射皮膜が生成する。焼成温度
としては、Cr2O3化が十分行なわれる400℃以上、500℃
以下がよく、この温度でCrO3のほぼ全部がCr2O3化す
る。
融金属に対する耐侵食性を示す理由は、処理液の含浸処
理及び焼成処理後、溶射皮膜中のWB等硼化物がCr2O3と
緻密かつ強固に結合するためであることが分った。
成したB2O3とCrO3とのガラス化反応が重要である。即ち
B2O3は加熱時約300℃からガラス化が始まるが、その温
度ではCrO3は溶融酸化物となっており、このガラス化し
たB2O3と溶融酸化物となっているCrO3は、溶射皮膜の表
面及びクラックや小孔中で皮膜を酸化しつつ、CrO3−Cr
2O3−B2O3ガラス質となり緻密に融着する。さらに加熱
がすすみ、400℃以上になるとCrO3はCr2O3化し完全に固
化するが、B2O3分は逆に軟化が一層すすみ、一部はCr2O
3と反応し、より緻密に結合し、クラックや小孔も充填
することになる。ちなみにB2O3の融点は450℃程度であ
る。
シーリング(glass sealing)というべきものであっ
て、溶射皮膜とCrO3の酸化結合、及び、CrO3とB2O3との
ガラス化による結合が、相乗して、強力かつ完全なクラ
ック・小孔充填作用及び皮膜緻密化作用を発揮するもの
である。又加熱反応時に水分やアルコール分の揮発、焼
成がなく、(本発明では脱水反応は起るが、溶融CrO3生
成前に水分は除去されてしまう。)加熱時にミクロピッ
トを生成することが全くない。このため緻密で強固な表
面皮膜を完成できるものと考えられる。
属浴用浸漬部材に歪みや残留応力を発生するため、好ま
しくない。
00℃程度が推奨される。
が、その浸透性を改善し皮膜表面金属酸化物の溶解性を
B2O3に与えるため、Na+,K+イオンを付加するため、これ
らの塩類を少量添加してもよい。例えば、水酸化ナトリ
ウム(NaOH)あるいは水酸化カリウム(KOH)を少量添
加すれば良い。
ン酸アンモニウム、あるいはモリブデン酸ソーダ及びモ
リブデン酸アンモニウムの両者を添加することが出来
る。これにより、上述のようなガラス化を助け、更にMo
O3の共存による、より緻密で強固な充填緻密化作用を得
ることが出来る。
2O3−B2O3−MoO3−硼酸塩(例えばNa2B4O7)系となるた
めと考えられる。
が、この場合にはクロム酸による酸化反応が起るので、
含浸処理への使用の直前に混合し、使用するのがよい。
より確実にするため、処理液の含浸処理及び焼成処理の
サイクルを2回以上繰り返して行なうことも出来る。
6金属板(JIS規格SUS316に当る)を多数用い、該金属板
各々の片面に高速ガス溶射法(High Velocity Oxygen F
uel Gun Method)により溶射皮膜を形成して、表1に記
載のように、a〜k,o,p,q,rの各組成の溶射皮膜を形成
した金属板を作成した。表1にサンプル金属板表面に形
成した溶射皮膜の成分組成を示す。記号a〜kの組成は
本発明の条件範囲内の組成である。記号o及びpの組成
は本発明の条件範囲外の組成であり、比較例となるもの
である。記号q及びrのサンプル金属板は従来の標準品
に当る従来例であり、WC−Co系サーメット溶射皮膜であ
る。
たサンプル金属板に、処理液の含浸・焼成処理を行い、
溶融亜鉛浴中浸漬テストを行った。併せて、処理液の含
浸・焼成処理を行わないサンプル金属板についても溶融
亜鉛浴中浸漬テストを行い、本発明の実施例と比較し
た。
Al)めっき浴でAl含有量3%のものである。テストは、
各サンプル金属板をこのめっき浴に連続浸漬し、浴温を
500℃に維持して、各サンプル金属板の溶射皮膜の状態
を観察して評価した。評価は、30日間連続浸漬でも侵食
剥離の見られないものは◎、10日間連続浸漬でも侵食剥
離が見られないが15日間連続浸漬で侵食剥離の見られる
ものは○、10日間連続浸漬で侵食剥離の見られるものは
△、で表わした。
例31乃至42は実施例1乃至28とそれぞれ同一の溶射皮膜
について処理液の含浸処理、焼成処理を行わない例であ
る。これらの結果から明らかなように、同一成分の溶射
皮膜を有する浸漬部材であっても、処理液の含浸処理、
焼成処理を行なわないと長寿命がえられないことが分
る。又従来例のWC−Coサーメット溶射皮膜を形成した浸
漬部材は処理液の含浸処理、焼成処理を行なっても比較
例45、46のように良結果が得られない。又比較例43,44
から分るように、溶射皮膜の金属相が2wt%,38wt%の場
合には、WBが10wt%含有されているにもかかわらず良好
ではなかった。これは金属相が少なすぎる場合には、セ
ラミックス材が溶射皮膜から剥離しやすくなり、金属相
が多すぎる場合には、金属相が溶融金属により侵食され
るためと分った。
果が大きいことが分る。
の製造方法は、溶融金属に対する耐侵食性、耐侵食剥離
性に優れ、かつ耐摩耗性にも優れ、長寿命であって、か
つ溶融金属のぬれ性にも優れ、メタル付着も少ない、溶
融金属活用浸漬部材を製造出来るので、産業上極めて有
用なものである。
Claims (5)
- 【請求項1】溶融金属浴用浸漬部材本体の表面に、タン
グステン硼化物を1〜50wt%含有し、かつ金属相として
Ni,Co,Cr,Moのうち1種又は2種以上を3〜25wt%含有
し、残部タングステン炭化物と不可避不純物よりなる溶
射皮膜を形成し、その後、該溶射皮膜にクロム酸(H2Cr
O4及びH2Cr2O7)を主成分とした処理液で含浸処理を行
ない、次いで焼成処理を行なう、溶融金属浴用浸漬部材
の製造方法。 - 【請求項2】溶融金属浴用浸漬部材本体の表面に、タン
グステン硼化物を10〜40wt%含有し、かつ金属相として
Ni,Co,Cr,Moのうち1種又は2種以上を3〜25wt%含有
し、残部タングステン炭化物と不可避不純物よりなる溶
射皮膜を形成し、その後、該溶射皮膜にクロム酸(H2Cr
O4及びH2Cr2O7)を主成分とした処理液で含浸処理を行
ない、次いで焼成処理を行なう、溶融金属浴用浸漬部材
の製造方法。 - 【請求項3】溶融金属浴用浸漬部材本体の表面に、タン
グステン硼化物を1〜49wt%含有し、さらにクロム硼化
物、モリブデン硼化物、ジルコニウム硼化物、チタン硼
化物のうち1種又は2種以上を1〜30wt%含有し、かつ
これらの金属硼化物の合計量が50wt%以下であり、かつ
金属相としてNi,Co,Cr,Moのうち1種又は2種以上を3
〜25wt%含有し、残部タングステン炭化物と不可避不純
物よりなる溶射皮膜を形成し、その後、該溶射皮膜にク
ロム酸(H2CrO4およびH2Cr2O7)を主成分とした処理液
で含浸処理を行ない、次いで焼成処理を行なう、溶融金
属浴用浸漬部材の製造方法。 - 【請求項4】請求の範囲1、2又は3記載の溶融金属浴
用浸漬部材の製造方法において、焼成処理を400〜500℃
で行なう、溶融金属浴用浸漬部材の製造方法。 - 【請求項5】請求の範囲1乃至4のいずれかに記載の溶
融金属浴用浸漬部材の製造方法において、溶射皮膜に含
浸させる処理液はモリブデン酸ソーダ及び/又はモリブ
デン酸アンモニウムを含有する、溶融金属浴用浸漬部材
の製造方法。
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