(57)【要約】【課題】土木建築分野における鋼構造物の流れさびの抑制に好適な、鋼材の表面に耐候性に優れたコールドスプレー被膜を形成する鋼材の表面処理方法およびコールドスプレー被膜を備えた鋼材を提供する。【解決手段】鋼材表面に平均粒子サイズが０．０１〜１００μｍの、Ｆｅ３Ｏ４、α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨの１種または２種以上を含むさび粒子を、コールドスプレーして、膜厚が１０μｍ〜１ｍｍのコールドスプレー被膜を形成する。前記さび粒子をコールドスプレーする際、スプレーガンのチャンバーにおけるガスは温度が５℃〜２００℃で、圧力を１〜１０Ｍｐｓとする。前記コールドスプレー被膜を備えた鋼材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材表面に前処理を施した後、該前処理された鋼材表面に、平均粒子サイズが０．０１〜１００μｍのさび粒子を、スプレーガンのチャンバーにおけるガスの温度が５℃〜２００℃で、ガスの圧力が１〜１０Ｍｐｓの条件でコールドスプレーして、膜厚が１０μｍ〜１ｍｍの被膜を形成することを特徴とする鋼材の表面処理方法。
【請求項２】
前記さび粒子が、Ｆｅ３Ｏ４、α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨの１種または２種以上からなることを特徴とする請求項１記載の鋼材の表面処理方法。
【請求項３】
前記前処理がブラスト処理であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の表面処理方法。
【請求項４】
耐候性に優れたコールドスプレー被膜を少なくとも最表層に備えた鋼材。
【請求項５】
前記コールドスプレー被膜は、Ｆｅ３Ｏ４、α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨの１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項４記載の鋼材。
【請求項６】
前記コールドスプレー被膜の膜厚が、１０μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項４または５に記載の鋼材。
【請求項７】
前記コールドスプレー被膜は、平均粒子サイズが０．０１〜１００μｍであることを特徴とする請求項５または６に記載の鋼材。
【請求項８】
鋼構造物であって、外表面の一部または全部に、請求項４乃至７のいずれか一つに記載のコールドスプレー被膜を備えていることを特徴とする鋼構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の表面に耐候性に優れたコールドスプレー被膜を形成する鋼材の表面処理方法およびコールドスプレー被膜を備えた鋼材に関し、特に土木建築分野における鋼構造物の流れさびの抑制に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
土木建築分野ではライフサイクルコストを低減するため、無塗装で長期の耐食性を向上させる鋼材として、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、などのさびの保護性強化に有効な金属元素を添加した耐候性鋼材がＪＩＳ規格化（ＪＩＳＧ３１１４）され広く用いられている。
【０００３】
また、耐候性鋼の耐候性を改善するため、鋼材の表面に樹脂とさびの成分を混合したさび安定化補助処理を施し、早期に保護性の高いさびを形成させる方法（例えば、特許文献１、２）や、鋼材製造後、表面に塩素系有機溶剤を塗布する、高濃度酸素に接触させる、熱処理をするなど、化学的な処理を行うことで積極的に保護性の高いさびを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献３、４、５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９３２７７９号公報
【特許文献２】特許第３５９７１１８号公報
【特許文献３】特開平８−１６５５８６号公報
【特許文献４】特開平１１−２６４０７９号公報
【特許文献５】特開２０００−３４５３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、耐候性鋼材を用いた場合、保護性さび形成までに長時間を要し、供用初期に生じる流れさびが構造物の土台のコンクリ−ト、例えば橋梁橋脚を汚し、特許文献１、特許文献２記載のさび安定化補助処理を行う方法では樹脂を表面に塗布するため、初期の流れさびによる構造物外観の汚染はないものの、樹脂が劣化してさびに置換わる際に、構造物の外観を著しく損なうという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献３、特許文献４、特許文献５記載の方法は、化学処理であるため製造時に長時間を要し、大量、大面積の処理を要する土木建築用途の鋼材製造には不向きである。  
【０００７】
そこで、本発明は、前記課題を解決した耐食性に優れた鋼材の表面処理方法およびそれを用いた鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題は解決するため、鋼材表面に耐候性に優れるコールドスプレー被膜を形成することを着想して鋭意検討をおこない、さび粒子をコールドスプレーして被膜を形成した場合、流れさびの発生が抑制されることを見出した。本発明は得られた知見をもとに更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１．鋼材表面に前処理を施した後、該前処理された鋼材表面に、平均粒子サイズが０．０１〜１００μｍのさび粒子を、スプレーガンのチャンバーにおけるガスの温度が５℃〜２００℃で、ガスの圧力が１〜１０Ｍｐｓの条件でコールドスプレーして、膜厚が１０μｍ〜１ｍｍの被膜を形成することを特徴とする鋼材の表面処理方法。
２．前記さび粒子が、Ｆｅ３Ｏ４、α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨの１種または２種以上からなることを特徴とする１記載の鋼材の表面処理方法。
３．前記前処理がブラスト処理であることを特徴とする１または２に記載の鋼材の表面処理方法。
４．耐候性に優れたコールドスプレー被膜を少なくとも最表層に備えた鋼材。
５．前記コールドスプレー被膜は、Ｆｅ３Ｏ４、α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨの１種または２種以上を含有することを特徴とする４記載の鋼材。
６．前記コールドスプレー被膜の膜厚が、１０μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする４または５に記載の鋼材。
７．前記コールドスプレー被膜は、平均粒子サイズが０．０１〜１００μｍであることを特徴とする５または６に記載の鋼材。
８．鋼構造物であって、外表面の一部または全部に、４乃至７のいずれか一つに記載のコールドスプレー被膜を備えていることを特徴とする鋼構造物。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐候性に優れた鋼材および鋼構造物が得られ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】コールドスプレー装置を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は厚板、形鋼など様々の形状の鋼材を対象とし、当該鋼材の表面に耐候性に優れるコールドスプレー被膜を形成することを特徴とする。
【００１２】
図１はコールドスプレーに用いられる装置の構成を説明する模式図で、スプレーされる粒子の融点より低温なガスをスプレーガンから超音速流で噴出して、当該ガス中の粒子で、鋼材表面にコールドスプレー被膜を形成する。
【００１３】
粒子は粉末供給装置からスプレーガンのチャンバー内で当該ガス中に供給される。ガスは、Ｎ２，Ｈｅを使用し、チャンバー内において、５〜２００℃、好ましくは１００〜２００℃となるように、予めヒーターで加熱される。また、超音速流とするため、チャンバー内のガス圧力は、１〜１０Ｍｐｓとし、スプレーガンの形状を先細末広形のラバルノズルとする。尚、コールドスプレー被膜の形成は、真空中で行う。
【００１４】
本発明では、粒子としてさび粒子を用い、当該さび粒子で形成するコールドスプレー被膜は、膜厚を１０μｍ〜１ｍｍとする。
【００１５】
コールドスプレー被膜は、その厚さが１０μｍ未満では耐候性向上効果に乏しく、一方、１ｍｍを超えるとその効果が飽和し、また、製造能率を低下させるので、１０μｍ〜１ｍｍとする。
【００１６】
さび粒子は大気中におけるコールドスプレー被膜の耐候性を高めるため、大気中の保護性さびの主成分である、Ｆｅ３Ｏ４、α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨの１種または２種以上で構成する。Ｆｅ３Ｏ４、α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨは、大気中の保護性さびの主成分であり、大気中におけるコールドスプレー被膜の耐候性を高める。
【００１７】
コールドスプレー被膜は重畳して形成しても良く、その場合は、最も大気中において安定なさびである、α−ＦｅＯＯＨが連続層になるようにコールドスプレー被膜を形成することが好ましい。
【００１８】
更に、コールドスプレー被膜の形成が可能な、表面状態が得られれば、前処理として他の表面処理を行うことは差し支えないが、大気に曝される最外層は耐候性に優れたコールドスプレー被膜とする。
【００１９】
コールドスプレー被膜におけるこれらのさび粒子の割合は、耐候性や被膜の色調に影響を与えるため、鋼構造物としての耐久性や美観などを考慮して適宜選定する。
【００２０】
但し、コールドスプレーに用いる粒子は平均粒子サイズを０．０１〜１００μｍとする。０．０１μｍ以下では所定の膜厚を得るのに長時間を要し、一方、１００μｍ以上では密着性が低下するためである。尚、平均粒子サイズは、ＳＥＭ観察写真における、任意の１０個の粒子について、写真の垂直方向の径を測定し、それを平均粒径とする。ＳＥＭ観察時の倍率は、測定対象粒子の粒径に対して、測定に適切な条件を適宜選択すれば良いが、例えば、平均粒径１〜２μｍの場合は５，０００倍のＳＥＭ観察写真によって求める。
【００２１】
コールドスプレー被膜の耐候性を更に高めたり、被膜強度を高めたりする場合、平均粒子サイズが０．０１〜１００μｍの、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂの一種または二種以上の金属粒子を５〜８０ｍａｓｓ％の割合で上記粒子に含ませる。
【００２２】
本発明に係る表面処理方法で、コールドスプレー被膜を形成する場合、前出の図１に示した装置において、スプレーガンのチャンバー内におけるガスは、温度を５℃〜２００℃、圧力を１〜１０Ｍｐｓとする。
【００２３】
チャンバー内におけるガスの温度が５℃未満では、Ｆｅ３Ｏ４、α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨの鋼鈑表面に対する接着効果が小さく、一方、２００℃を超えるとこれらさび粒子が変質し、耐候性が低下するためである。
【００２４】
チャンバー内におけるガスの圧力が１Ｍｐｓ未満ではさび粒子が鋼鈑表面に密着せず、コールドスプレー被膜が形成されない。一方、圧力が１０Ｍｐｓを超えても密着効果が飽和する。また、装置が高価となるため、１〜１０Ｍｐｓとする。
【００２５】
また、コールドスプレー被膜を形成する鋼材は、コールドスプレーを行う際、鋼材表面とさび粒子の噛み合いを良くするための前処理を行う。前処理としてブラスト処理が適用可能であるが、限定するものでない。
【００２６】
本発明に係る表面処理方法は対象とする鋼材の品種、形状を限定しない。厚板工場内に設置したコールドスプレー装置により、コールドスプレー被膜を形成した後、製品として出荷することも可能である。コールドスプレー被膜を耐候性鋼に形成した場合は特に耐候性に優れた鋼材が得られる。
【００２７】
また、橋梁などの鋼構造物を現地において組立て後、耐候性を向上させる場合の表面処理技術として用いたり、部分的に劣化した箇所の補修技術として本発明に係る表面処理方法を適用しても良い。コールドスプレー被膜を形成する箇所は移動式真空チャンバーを用いて部分的に真空とする。
【００２８】
本発明によれば、鋼材表面に耐食性に優れたさび被膜を表面に形成させることで、初期より流れさびを生じない。また、さび安定化補助処理を施した鋼材と異なり、当初からさびの外観を呈するので、樹脂の劣化による構造物の外観を著しく損なうことがない。また、鋼材表面の一部が自然に腐食してさびが形成される耐候性鋼材と異なり、本発明では最初からさびが付着しているために、腐食による板厚の減少が著しく抑制できる。以下、実施例を用いて本発明の効果を具体的に示す。
【実施例】
【００２９】
図１に示す構成のコールドスプレー装置で、さび粒子として、Ｆｅ３Ｏ４、α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨの１種または２種以上を用いて、鋼材表面にコールドスプレー被膜を形成し、大気中暴露試験を行って耐候性を評価した。耐候性は腐食による板厚減少量と流れ錆の発生状況を目視で観察して判定した。
【００３０】
コールドスプレー被膜は、種々の平均粒子のさび粒子を用いて、コールドスプレーの際のガス温度、ガス圧力を変化させることでその膜厚を変化させた。尚、ガスはＮ２とし、被膜を形成する鋼材はＪＩＳＧ３１１４規格材で、ブラスト処理により、被膜を形成する表面の表面粗さを粗くした。
【００３１】
表１に試験条件と試験結果を示す。試験Ｎｏ．１〜３０は本発明例で、良好な耐候性が確認された。一方、試験Ｎｏ．３１〜３７はさび粒子の平均粒子サイズ、ガスの温度、ガスの圧力が本発明範囲外で、耐候性に劣るか、被膜自体が形成されず、試験不可能であった。
【００３２】
【表１】
2010209437.tif 000003
【図１】
2010209437.tif 000004