(57)【要約】【課題】サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみするには、ハイクロム鋳鉄の高温溶湯のヒートショックにからサーメットチップを守り割損を防止することが必要である。又、サーメットチップの種類、形状に係わらずハイクロムライナの材料として利用するにはサーメットチップを粉砕しサーメット粒をロウ付けしてサーメット塊を生成する必要があった。【解決手段】サーメットチップに複数のメッキ層を形成し、メッキ層に液体フラックスを塗布して鋳込むことにより、ハイクロム鋳鉄を鋳込む際の急激な加熱によるヒートショックを軽減し、サーメットチップの割損を防止する。さらにメッキ層に琺瑯を焼き付けることや、溶射でコーティングすることによりヒートショックを低減する。又、サーメットチップをサーメット粒にしてロウ付けしてサーメット塊を生成し、サーメット塊をハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみ方法を具現化した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、該サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、１回もしくは複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみすることを特徴とするサーメットチップの鋳ぐるみ方法。
【請求項２】
請求項１記載のサーメットチップの鋳ぐるみ方法によりサーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、前記サーメットチップに前記メッキ層を形成した後、該メッキ層に琺瑯を焼き付けて、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみすることを特徴とするサーメットチップの鋳ぐるみ方法。
【請求項３】
請求項２記載のサーメットチップの鋳ぐるみ方法によりサーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、前記琺瑯は液体フラックスにメッキスラジを混合した釉薬を塗布して焼き付けたものであることを特徴とするサーメットチップの鋳ぐるみ方法。
【請求項４】
請求項１記載のサーメットチップの鋳ぐるみ方法によりサーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、前記メッキの上に溶射し、該溶射に前記液体フラックスを塗布してハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみことを特徴とするサーメットチップの鋳ぐるみ方法。
【請求項５】
請求項１記載のサーメットチップの鋳ぐるみ方法によりサーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、前記サーメットチップを粉砕し、サーメット粒を生成し、該サーメット粒の表面に前記メッキ層を形成した後、前記液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみすることを特徴とするサーメット粒の鋳ぐるみ方法。
【請求項６】
請求項５記載のサーメット粒の鋳ぐるみ方法において、前記サーメット粒の表面に前記メッキ層を形成し前記液体フラックスを塗布した後、前記サーメット粒を型枠に入れてロウ付けし、サーメット塊を生成し、該サーメット塊をハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみすることを特徴とするサーメット粒の鋳ぐるみ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は機械加工用刃物や機械部品として使用され、使用後は産業廃棄物として大部分廃棄されているサーメットを有効利用して、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみすることにより、サーメットチップとハイクロム鋳鉄との複合ライナの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
耐磨耗性を要求される設備の摩耗対策としては、硬化肉盛り法が多用されており、手棒肉盛り、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接などにより溶接肉盛りされている。しかし、硬化肉盛りは靱性が低く衝撃で割損し剥離する欠点があり厚くできないので、比較的短周期で繰り返し肉盛りする必要があった。又、硬化肉盛り法は職人技能に左右され、ある程度経験を積み重ねないと所要の硬度や品質を確保できない問題がある。又、最近は３Ｋ作業が敬遠され、汚い・熱い（又は寒い）・危険な現場で根気のいる長時間作業をやる職人が激減している問題が顕在化しつつある。他に溶射やセラミックスライニング、ハイクロムライナ、浸炭・窒化処理などがあるが、それぞれに長所・短所があり、過去の経験則から寿命とコストを考慮して採用されていた。一方セラミックスライニングやハイクロムライナはオフラインで製造したライナを現場に持ち込んで取り付けるだけであり、特に技能的な要求はないので今後このような整備スタイルが拡大していくものと推察される。
【０００３】
ライニング材の代表的なものはハイクロム鋳鉄製のライナである。ハイクロムライナは耐磨耗性に優れ大荷重、大衝撃に耐えるので昔から耐磨耗ライニングの主流を占めている。しかし、ハイクロムライナは一人の人間が持ち運び可能な重さとして２０ｋｇ／枚以内でなければならない制限がある。又、現場のホッパーやシュートは広い面積をライニングしなければならないが経年的に熱や荷重で変形しており、取り付けボルト位置がずれてしまっているがために取り付けに長時間要する問題がある。このため、ハイクロムライナの現場取り付け作業は作業者にとって、溶接と同等なぐらい３Ｋ作業となっていた。ハイクロムライナの重量を軽減し取り付け作業を容易にすることや寿命を延長し取り換え作業の回数を減らしていくことは製造業の整備の根本を改善する意味で極めて重要なことである。ハイクロムライナの寿命を延長する方法は、単純に厚みを厚くする方法がとられてきたが、これがハイクロムライナの大型化の主要因である。これでは取り換え作業の負荷や危険度を増大させるばかりである。
【０００４】
特開２００９−６３４７号広報「鋳造複合材」においては、母材表面の所定の部位に耐摩耗材を鋳ぐるみによって溶着した鋳造複合材において、前記母材表面の所定部位には、前記耐摩耗材で形成された粒状体が母材を覆うように並べられて粒状体層が形成されており、前記耐摩耗材で形成された柱状体が、所定の間隔で前記粒状体層から母材へ埋め込まれていることを特徴とする鋳造複合材が提案されている。
【０００５】
特開２００１−９６１８２号広報「鋳ぐるみ蝋付け法」においては、超硬合金チップ、サーメットチップと高クロム鋳鉄との間の結合強度（界面接合力）を向上させるために、超硬合金チップ、サーメットチップの表面に鑞付け層を形成する材質として、無電解Ｎｉ−Ｐ鍍金を採用する方法が提案されている。
【０００６】
特開平６−３３１８２号広報「耐摩耗用焼結体及びその製造方法」においては、鋳造によって硬質層としての超硬粒子を鋳物で一体に成型して成る耐摩耗用焼結体において、該超硬粒子を多角形とし、かつ辺部に凹部を設けた事を特徴とする耐摩耗用焼結体が提案されている。
【０００７】
特開２０１２−０８６２２５号広報「超硬合金の鋳ぐるみ方法」においては、超硬合金にメッキを施した後、液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳込むことにより、超硬合金とハイクロム鋳鉄を拡散接合する方法が示されている。回収超硬合金チップ表面にメッキしたＮｉ−Ｐメッキ層で、超硬合金をハイクロム鋳鉄に拡散接合し、超硬合金の脱落を防止できた。しかし、サーメットを超硬合金に鋳込むのは極めて困難であった。その理由は、ＷＣ超硬とＴｉＣの線膨張係数は４．３×１０−６と８．５×１０−６で２倍近い差がある。逆に熱伝導率はＷＣ超硬が２９．３Ｗ／ｃｍＫ、ＴｉＣが１６．７Ｗ／ｃｍＫである。急激な加熱を受けた場合、ＷＣは変形が小さく熱吸収性がよいので割れにくいが、ＴｉＣは変形が大きく熱吸収性が悪いので偏熱により熱応力が大きくなり割れやすい。このため、ＴｉＣは鋳ぐるみのようなヒートショックに弱く割損しやすい。サーメットの比重は小さいので割損したサーメットの小片は鋳造表面にランダムに浮き上がり部分的な欠陥となり衝撃荷重で割れやすいハイクロム鋳鉄ライナとなる。ＷＣ系超硬合金の場合は線膨張係数４．３×１０−６に対してハイクロム鋳鉄（例えば２３クロム系の場合）は９．５×１０−６であり母材側が２．２倍の圧縮応力で鋳造応力としてＷＣ系超硬合金チップを包含する。一方、ＴｉＣ系サーメットは８．５×１０−６と逆にハイクロム鋳鉄系の９．５×１０−６と近いため、ＴｉＣ系サーメットチップの表面をマスキングして、ハイクロム鋳鉄の高温溶湯の初期流れ込みによる急加熱を緩和することができれば割損の危険性は回避できる。サーメットチップの急加熱による熱膨張を緩和し割損を回避する技術の確立である。
【０００８】
ＷＣ系の超硬合金は機械切削用の刃物として使用され、使用後は回収チップにＣｕメッキやＮｉ−Ｐメッキを施し、ハイクロム鋳鉄と拡散接合する方法で鋳ぐるみして、超硬合金とハイクロム鋳鉄の複合ライナを製造し、耐磨耗ライナの寿命を大幅に寿命延長することができた。従来、回収超硬合金は超硬合金メーカーが回収し、粉砕、溶解し高価なタングステン溶液として取り出していた。超硬合金表面にはチップの寿命延長のため真空薄膜（窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、チタンアルミナイトライド（ＴｉＡＬＮ）、アルミクロムナイトライド（ＡＬＣｒＮ）などの硬質物質を化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ）などにより皮膜形成）がライニングしてあり、これらの薄膜のため鋳ぐるみ接合が不可能であった。そのため、従来ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみしても接合が不可能であり、２０〜３０％使用した時点で脱落して抜け落ちていた。本発明者は特願２０１０−２３２２０号広報で超硬合金とハイクロム鋳鉄の鋳ぐるみを具現化した。
【０００９】
同じ刃物でも超硬合金はＷＣやＮｉ、Ｃｏなどの元素を容易に回収できる技術があることやハイクロム鋳鉄との鋳込みが可能なことから再利用されているが、サーメットチップは再利用の方法がなく廃棄されているのが現状である。回収チップからＴｉを抽出するには多額のコストがかかることや、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳込んだ場合は鋳込み時のヒートショックでサーメットチップが割損する問題があり再利用の道が閉ざされていることが原因であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献０１】特開２００９−６３４７号広報「鋳造複合材」
【特許文献０２】特開２００１−９６１８２号広報「鋳ぐるみ蝋付け法」
【特許文献０３】特開平６−３３１８２号広報「耐摩耗用焼結体及びその製造方法」
【特許文献０４】特開２０１２−０８６２２５号広報「超硬合金の鋳ぐるみ方法」
【特許文献０５】特開２００９−１４５８号広報「グラスライニング用上くすり組成物」
【特許文献０６】特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」
【特許文献０７】特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスの製造方法及びその装置」
【特許文献０８】特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスの製造方法と製造装置及び液体フラックス」
【特許文献０９】特開２０１１−０８８１８０号広報「溶接用フラックスと溶接法」
【特許文献１０】特開２０１１−０９８３６７号広報「溶接肉盛り用フラックスと溶接肉盛り法」
【特許文献１１】特願２０１２−２４８０４号広報「液体フラックス」
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献０１】超硬合金の特徴と今後の方向性、小坂田  宏造、SOKEIZAI、Vol.52(2011)No.10
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の方法における問題点は、耐摩耗材で形成された粒状体の表面にメッキなどの処理をしないままにハイクロム鋳鉄中に鋳込むので、ハイクロム鋳鉄との接合性が悪く粒状体が剥離してしまうことである。
【００１３】
特許文献２の方法における問題点は、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ（カニゼンメッキ）を回収超硬合金チップに施す前に表面の真空薄膜などを複雑な工程を経て処理しなければならず多大な手間と費用を要していることである。また、フラックスの耐熱性をアップするために金属ホウ素を含有したフラックスが提示されているが金属ホウ素の融点は２３００℃であり１４００〜１４５０℃で鋳込むハイクロム鋳鉄においては十分なフラックス機能を果たすことができなかった。このため、超硬合金とハイクロム鋳鉄の境界には酸化物が生じてしまうために拡散接合できていなかった。
【００１４】
特許文献３の方法における問題点は、超硬粒子を多角形とし、かつ辺部に凹部を設けてハイクロム鋳鉄が冷却するときの収縮力で機械的に接合する方法があるが、超硬粒子とハイクロム鋳鉄はほとんど接合されておらず周辺のハイクロム鋳鉄が摩耗するにつれて超硬粒子を保持できなくなり超硬粒子が脱落することである。
【００１５】
特許文献４の方法における問題点は、ＷＣ系の超硬合金チップはハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみしてハイクロムライナとして再利用できるが、ＴｉＣのようなサーメットチップはヒートショックのために割損することからロウ付けできなかった。又、超硬合金とハイクロム鋳鉄の複合ライナは耐磨耗性が向上するのでその分薄くできるが、超硬合金の比重が大きいため重量低減効果は小さかった。又、超硬合金は高温での硬度が低下する問題があり、高温環境下では使用できない問題があった。
【００１６】
この問題点を解決するための課題は以下である。（１）サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする際のヒートショックを緩和しサーメットチップが割損するのを回避し、サーメットチップとハイクロム鋳鉄の複合ライナを具現化する。（２）サーメットチップの粒状体をハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみして、サーメットチップ粒とハイクロム鋳鉄の複合ライナを具現化する。（３）サーメットチップとハイクロム鋳鉄を拡散接合して、サーメットチップがハイクロム鋳鉄から脱落しないようにする。（４）ハイクロムライナの重量を軽減しかつ耐磨耗寿命を延長する。（５）ハイクロムライナの高温環境での硬度低下を軽減し耐磨耗寿命を延長することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の解決手段は特許請求項１に示すように、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、該サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、１回もしくは複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法である。
【００１８】
第２の解決手段は特許請求項２に示すように、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、該サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、１回もしくは複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に琺瑯を焼き付けて、該琺瑯に液体フラックスを塗布してハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法である。
【００１９】
第３の解決手段は特許請求項３に示すように、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、該サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、１回もしくは複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に琺瑯を焼き付けて、該琺瑯に液体フラックスを塗布してハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみする方法において、前記琺瑯は液体フラックスにメッキスラジを混合した釉薬を塗布して焼き付けたものであるサーメットチップの鋳ぐるみ方法である。
【００２０】
第４の解決手段は特許請求項４に示すように、サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、交互に複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法において、前記メッキの上に溶射し、該溶射に前記液体フラックスを塗布してハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみことを特徴とするサーメットチップの鋳ぐるみ方法。
【００２１】
第５の解決手段は特許請求項５に示すように、サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、交互に複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法において、前記サーメットチップはサーメットチップを粉砕したサーメットチップ粒であることを特徴とするサーメットチップの鋳ぐるみ方法。
【００２２】
第６の解決手段は特許請求項６に示すように、サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、交互に複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法において、前記サーメットチップはサーメットチップを粉砕したサーメットチップ粒であり、該サーメット粒の表面に前記メッキ層を形成し前記液体フラックスを塗布した後、前記サーメット粒を型枠に入れてロウ付けし、サーメット塊を生成し、該サーメット塊をハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメット粒の鋳ぐるみ方法である。
【発明の効果】
【００２３】
第１の解決手段による効果は以下である。（１）ＺｎメッキとＣｕメッキとＮｉ−Ｐが一種のロウ材となり、サーメットチップとハイクロム鋳鉄を拡散接合する、（２）Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｐの３元素ロウ材は、溶融温度９３０〜９３５℃、ロウ付け温度９３０〜９８０℃であり、流動性が極めて優れ特に高温銀ロウの代替えとして使用できる、（３）高価な銀の節約ができる、（４）超硬合金とのなじみが優れている、（５）加工硬化性があるので耐磨耗性も良好であり、Ｈｖ１３５程度の硬度が得られる。（６）Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｐの３元素ロウ材のロウ付け温度は９３５〜９８０であり、ハイクロム鋳鉄がサーメットチップに接触しメッキ層を溶解し合金化しながらロウ材を形成するので冷却する段階でロウ付けができる、（７）Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｐの３元素ロウ材の作用により、サーメットチップ表面にＰＶＤ、ＣＶＤの被膜があっても除去することなくハイクロム鋳鉄との拡散接合が可能である。
【００２４】
第２の解決手段による効果は以下である。（１）琺瑯はメッキ層に比べ比較的断熱効果が大きいので、サーメットチップをハイクロム鋳鉄の高温溶湯（１６００±５０℃）のヒートショックから瞬間的に保護するので、サーメットチップが割損しない、（２）琺瑯成分としてＺｎ、Ｃｕ、Ｐなどの成分調整を自在にできるので、サーメットチップとハイクロム鋳鉄の拡散接合を確実にできる。
【００２５】
第３の解決手段による効果は以下である。（１）琺瑯成分としてメッキスラジを利用できるので、有害成分を含有している産業廃棄物を無害化するとともに有効利用ができる、（２）琺瑯原料のコスト低減ができる。
【００２６】
第４の解決手段による効果は、溶射に液体フラックスを染み込ませるので液体フラックスのフラックスとしての特徴を生かせる。
【００２７】
第５の解決手段による効果は以下である。（１）サーメットチップを粉砕してサーメットチップ粒にすることによりあらゆる形状にコーティングできる、（２）サーメットチップはいろいろな種類、形状、大きさがあるが、これを粉砕してサーメットチップ粒にすることで、いろいろな種類のサーメットチップを混合できるのでお互いの長所が生かされしかも有効利用ができる。
【００２８】
第６の解決手段による効果は以下である。（１）サーメット粒をロウ付けで固めてサーメット塊にすることで鋳型への固定を安定化できる、（２）サーメット塊とハイクロム鋳鉄をロウ付け及びアンカー効果で接合できるのでサーメット塊がハイクロム鋳鉄と分離することがないことである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】サーメットチップの串刺しモジュールの鋳ぐるみ時の断面図
【図２】サーメットチップの串刺しモジュールの鋳ぐるみハイクロムライナ断面図
【図３】サーメットチップの溝差し込み式の鋳ぐるみハイクロムライナ部分断面図
【図４】サーメットチップのピン止め鋳ぐるみ時の断面図
【図５】サーメットチップのピン止め鋳ぐるみハイクロムライナ部分断面図
【図６】サーメットチップの金網鋳ぐるみ時の断面図
【図７】サーメット粒をロウ付けしてサーメット塊にする時の断面図
【図８】サーメット塊鋳ぐるみ時の断面図
【図９】サーメット塊とハイクロム鋳鉄を鋳ぐるみしたハイクロムライナの断面図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を請求項１〜請求項６、及び図１〜図９に基づいて説明する。
【００３１】
第１の解決手段は、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、該サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、１回もしくは複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみすることを特徴とするサーメットチップの鋳ぐるみ方法である。
【００３２】
サーメットチップは金属の炭化物や窒化物など硬質化合物の粉末を金属の結合材と混合した複合材料である。サーメットチップは耐熱性や耐磨耗性が高いがその反面脆くかけやすい。また、ヒートショックに弱く急熱、急冷されると割損する場合がある。主に切削工具として使用されている。サーメットチップの切削工具には主に炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）などのチタン化合物をニッケル（Ｎｉ）やコバルト（Ｃｏ）で結合したものが多く用いられる。切削用工具として用いられるサーメットチップの表面には、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、チタンアルミナイトライド（ＴｉＡＬＮ）、アルミクロムナイトライド（ＡＬＣｒＮ）などの硬質物質を化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ）などにより皮膜形成した真空薄膜がコーティングしてある。他に炭化ニオブ（ＮｂＣ）やＴｉＣ-２０ＴｉＮ-１５ＷＣ-１０Ｍｏ２-５Ｎｉなどもあり、高温ノズルや化学プラントの機械品として使用される。従って、サーメットチップは材質、形状、寸法などまちまちであり数多くの種類が流通している。
【００３３】
ＴｉＣサーメットチップの真空薄膜はＴｉＣの上にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡＬＮの３種類の膜が用途に応じて１〜３種類コーティングしてある。これらの真空膜は溶融ロウに対して濡れ性が悪く、ロウの流れが悪くなる。そのため、真空膜を残したままではサーメットチップのロウ付けは不可能であった。真空膜を除去するため種々研究されているが、現在のところ除去不可能である。しかし、これらの真空膜は高温大気中で酸化が始まる。例えば、ＴｉＣＮは４５０℃、ＴｉＮは５５０℃、ＴｉＡＬＮは７００℃から酸化が始まりいずれもＴｉＯ２となる。そのため真空膜の酸化開始温度以上でロウ付けすれば、ロウ付けは可能であることが判明した。真空膜の酸化を制御し、ロウ材の濡れ性をアップするために、ホウ素系無機化合物とフッ素系無機化合物を混合した液体フラックスを塗布することにより、フラックスが作用し真空膜をコーティングしたサーメットチップとハイクロム鋳鉄の鋳ぐるみが可能になった。真空膜を無理に除去しなくてもサーメットチップの鋳ぐるみへの応用が可能になり、廃棄するしかなかった資源を有効活用できるようになった。
【００３４】
メッキをロウとするためにはお互いの融点に達したときカーケンドール効果にて合金を形成する必要がある。液体フラックスによるフラックス作用がなければ置換はしても合金とはならない。共晶合金を作るためには両者間に発生する表面張力の除去と酸化防止が必要である。この役目を果たすのが液体フラックスである。ホウ素系無機化合物とフッ素系無機化合物を合わせて最大４５ｗｔ％までの濃度の液体フラックスを作り鋳ぐるみ組立後メッキされた回収サーメットチップに塗布し、次いで砂型を最大５００℃に焼くことでフラックスを焼き付けて一種の琺瑯釉薬とすることでメッキロウのフラックスとなる。
【００３５】
液体フラックスの塗布厚みは乾燥後において、０．０１〜０．０３ｍｍが望ましい。液体フラックスは砂型（鋳型）中で３００〜５００℃に予熱するのでその際の熱で焼成され金属母材に薄く張り付く。予熱により砂型中の水分も１００％近くまで除去される。液体フラックスは注湯時に次のような働きをする。（１）注湯中の酸化物を除去し清浄化作用をする。（２）メッキ表面の酸化を防止しロウ合金を形成する。（３）注湯の流動性をよくし、拡延性を広げ表面張力を低減し、鋳巣、ピンホールの発生を抑制する。
【００３６】
液体フラックスは、本発明者が発明した各種液体フラックスの製造方法により生成できる。液体フラックスはアルコールやアセトンの溶媒に磁界かけ電流を流しながら電解質を溶解したものであり、溶接母材、溶接棒、溶接方法あるいは金属溶断など様々な溶接や溶断条件に応じて作り分けることが可能である。また、浸炭・窒化処理においてもマスキング剤として応用でき、母材材質、浸炭・窒化処理条件に応じて生成することが可能である。
【００３７】
例えば、特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」における、「ロウ付けなどに使用するフラックスを適宜混合して前処理した混合フラックスを、アルコールやアセトンの溶媒に８〜２５重量ｗｔ％混合して、超臨界装置内において温度３００〜４００℃、圧力３４．３〜４４．１ＭＰａで溶解し液体フラックスを製造する方法を応用できる。特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスの製造方法及びその装置」おいて、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｚｎ、Ｓｅなどの原子の内、少なくとも２種類以上の原子が結合してできている電解質をアルコールやアセトンなどの溶媒中で磁場をかけるとともに、該溶媒を攪拌しながら溶解して液体フラックスを製造する方法を応用できる。特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスの製造方法と製造装置及び液体フラックス」において、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｚｎの原子の内、少なくとも２種類以上の原子が結合してできている電解質をアルコールなどの溶媒を入れた容器中で、磁場をかけるとともに該溶媒を回転しながら溶解する液体フラックスの製造方法において、溶媒中に電極を挿入し電圧を付加するとともにパルス電圧を付加して液体フラックスを製造する方法を応用できる。特開２０１１−０８８１８０号広報「溶接用フラックスと溶接法」において、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｚｎ、Ｓｅなどの原子の内少なくとも２種類以上の原子が結合してできている電解質をアルコールやアセトンの溶媒に溶解して液体フラックスを製造する方法を応用できる。特開２０１１−０９８３６７号広報「溶接肉盛り用フラックスと溶接肉盛り法」において、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｚｎ、Ｓｅの原子の内少なくとも２種類以上の原子が結合してできている電解質をアルコールやアセトンの溶媒に溶解して液体フラックスを製造する方法を応用できる。特願２０１０−１６５５６５号広報「液体フラックス」において、カリウム（Ｋ）、ホウ素（Ｂ）、ナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）のいずれかを含むフッ化物の中から１種もしくは２種以上の前記フッ化物を選択し、フッ素（Ｆ）含有量が３０〜７０重量ｗｔ％となるように調合した調合フッ化物をアルコールもしくはアセトンの溶媒に溶解して液体フラックスを製造する方法を応用できる。
【００３８】
サーメットをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみロウ付けする液体フラックスは、ホウ素系無機化合物やフッ素系無機化合物から適宜複数の化合物を選択してアルコールなどの溶媒に溶解して生成することが可能である。
【００３９】
ホウ化物はホウ素とそれより電気陰性度が小さい元素との間の化合物の総称である。例えば、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、酸化ホウ素（Ｂ２ＯＢ）、ホウ酸トリメチール（（ＣＨ３Ｏ）３Ｂ）、ホウ酸カリウム（Ｋ２Ｂ４Ｏ７）、ホウフッ化水素酸（ＨＢＦ４）、ホウフッ化アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、ホウフッ化ナトリウム（ＮａＢＦ４）などがありハイクロム鋳鉄の成分、鋳込み温度になどの条件に応じて選択することができる。
【００４０】
フッ化物は例えば、フッ化カリウム（ＫＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、四フッ化珪素（ＳｉＦ４）、酸性フッ化ナトリウム（ＮａＨＦ２）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、ホウフッ化ナトリウム（ＮａＢＦ４）、ホウフッ化アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４）、テトラフルオロホウ酸（ＨＢＦ４）、ケイフッ化カリウム（Ｋ２ＳｉＦ６）、フッ化アルミナトリウム（液晶石、Ｎａ３ＡＬＦ６）、フッ化アルミカリウム（カリ永晶石、Ｋ３ＡＬＦ６）、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＨＦ６）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＨＦ６）などがありハイクロム鋳鉄の成分、鋳込み温度になどの条件に応じて選択することができる。フッ化物とホウ化物の共通の化合物であるホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）やホウフッ化ナトリウム（ＮａＢＦ４）はそれぞれのフッ化物とホウ化物の両方で例示した。
【００４１】
本発明者は、特開２０１２−０８６２２５号広報「超硬合金の鋳ぐるみ方法」に示すように、ＷＣ系超硬合金の回収チップの表面にＮｉ−Ｐや銅メッキをし、その上に液体フラックスを塗布してハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみする方法を具現化した。メッキ表面の液体フラックスが溶解することによりフラックス機能を発揮し、ロウ材として作用するＮｉ−Ｐメッキや銅メッキの酸化防止と流動性を保持することで、ＷＣ超硬合金とハイクロム鋳鉄との拡散接合が可能となった。鋳ぐるみにおける液体フラックスの最大の役目は、（１）鋳ぐるみする回収チップの酸化を防止し清浄作用を活性化する、（２）鋳ぐるみ金属をロウ材とするためロウの流れる間チップの表面張力除去中にチップをロウ付けする、（３）鋳ぐるみ金属の流動性、拡延性の促進作用を保持する、（４）比重が軽い酸化物や鋳ぐるみ金属中の不純物（Ｐ、Ｓなど）との化合物を素早く浮上させて鋳ぐるみ母材の砂型表面に浮き上がらせることである。この液体フラックスは超硬合金とハイクロム鋳鉄の鋳ぐるみだけでなく、ＴｉＣとハイクロム鋳鉄との鋳ぐるみにも応用可能である。
【００４２】
液体フラックスの実施例を以下に示す。ケイ酸ナトリウム（ＮａＳｉＯ２）：１０ｗｔ％、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ）：３０ｗｔ％、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）：２０ｗｔ％、ＣａＯ：１０ｗｔ％、Ｐ２Ｏ５：１０ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：１０ｗｔ％、ＫＦ：１０ｗｔ％の電解質を磁界中で電流及びパルス電流を流しながらアルコールに溶解し液体フラックスを生成する。平均９５０±５０℃は十分に耐えるため焼付いたフラックスが溶解しながらフラックス中のフッ素によるメッキ合金ロウ材の表面張力除去と酸化防止と清浄作用をキープすることで鋳ぐるみを可能にした。
【００４３】
ハイクロム鋳鉄２０の化学成分は一般的に重量％で、Ｃ:２．５〜３．５％、Ｓｉ:０．３〜０．５％、 Ｍｎ:０．４〜０．６、Ｐ: ０．０２以下、Ｓ: ０．０２以下、Ｃｒ:２４〜２８、Ｎｉ:ｍａｘ２％、 残Ｆｅであり、炭化クロムＣｒ２Ｃ７を主力としている。用途に応じてＭｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、ＡＬなどを添加する場合がある。
【００４４】
従来のハイクロム鋳鉄２０の化学成分を基本にして、これに炭化物を形成する元素を添加してハイクロム鋳鉄２０の硬度向上を図ることも可能である。従来の主成分である炭化クロム（Ｃｒ２Ｃ７）に加えて、炭化ニオブ（ＮｂＣ２）、炭化モリブデン（ＭｏＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）などの炭化物を析出させた組織構造とすることによりハイクロム鋳鉄２０の硬度はＨｖ９００〜１２００を実現できる。添加元素の内、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏは硬度向上の他に結晶微細化剤としての働きもある。ハイクロム鋳鉄２０は急熱急冷すると針状炭化物となるため割れやすいがＴｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏなどの結晶微細化を促進する元素を添加することにより、マルテンサイトやセメンタイト中にセミオーステナイトが生まれるので緩衝材の役割を果たし割れにくくなる。硬度向上のための主な炭化物はＣｒ２Ｃ７、ＮｂＣ２、ＷＣでありこれらがハイクロム鋳鉄２０中の炭化物の９５％程度を占めている。ハイクロム鋳鉄２０に各種炭化物形成元素を添加すると超硬合金１０との接合性が低下したりクラックが入りやすくなったりするなどの問題があったが、銅メッキ１２への液体フラックス１５塗布によりこれらの問題を解決できた。
【００４５】
本発明では、メッキ層を積層して溶融させロウ合金（ロウ材）を形成し金属を接合する方法を用いている。ロウ材は複数の金属元素を組み合わせることにより自由に溶融温度を変えることができる。例えば、（１）Ｚｎ+Ｃｕ+Ａｇは３元銀ロウを作るメッキであり溶融温度は７５０℃である。（２）Ｚｎ+Ｃｕ+Ａｇ+Ｓｎは４元銀ロウを作るメッキであり溶融温度は７００℃である。（３）Ｚｎ+Ｃｕ+Ａｇ+Ｉｎは４元銀ロウを作るメッキであり溶融温度は６５０℃である。（４）Ｚｎ+Ｃｕ+Ａｇ+Ｎｉは４元銀ロウを作るメッキであり溶融温度は８００℃である。上記例のように、下地メッキの種類と厚みと元素を変えることで自由にメッキロウ材が作れる。比較的よく知られているのが銀ロウ及び金ロウ及び銅ロウ及びニッケルロウであるが、特に３元〜４元素を主とする銀ロウがよく用いられる。このように、複数の種類の金属メッキを選択して交互にメッキ層を積層することによって、ロウ材の溶融温度を調整することができる。
【００４６】
高溶融温度のロウ合金を形成するメッキ層の組み合わせにおける具体的な金属含有量は例えば以下のようなものがある。（１）Ａｇ（７２ｗｔ％）+Ｃｕ（残）は２相合金であり溶融温度は７８０℃である。（２）Ａｇ（７２ｗｔ％）+Ｍｎ（２ｗｔ％）+Ｎｉ（１ｗｔ％）+Ｃｕ（残）の溶融温度は８００℃である。（３）Ｃｕ（残）+Ｍｎ（３２ｗｔ％）+Ｎｉ（９ｗｔ％）の溶融温度は９２０℃である。（４）Ｃｕ（残）+Ｓｉ（２．５ｗｔ％）の溶融温度は１０２５℃である。（５）Ｎｉ（残）+Ｃｒ（１３〜１４ｗｔ％）+Ｂ（２．７５〜３．５ｗｔ％）+Ｓｉ（４〜５ｗｔ％）+Ｆｅ（４〜５ｗｔ％）の溶融温度は１０３８℃である。即ち、サーメットチップ上にＺｎメッキ、Ｃｕメッキ、Ａｇメッキ、Ｍｎメッキ、Ｃｒメッキ、Ｓｉメッキ、Ｂメッキ、Ｆｅメッキ、Ｎｉ−Ｐメッキの中から複数のメッキを選択して交互にメッキ層を積層して厚手のメッキ膜を形成して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみすることにより、サーメットチップがヒートショックで割損することなく、サーメットチップとハイクロム鋳鉄を拡散接合できる。
【００４７】
厚手の複層めっきの例として、Ｚｎメッキ＋Ｃｕメッキ＋Ｚｎメッキ＋Ｃｕメッキ＋Ｚｎメッキ＋Ｃｕメッキ＋Ｎｉ−Ｐメッキなどのように複数層のメッキ層を形成し黄銅ロウを形成せしめて鋳ぐるみする方法がある。ＺｎメッキとＣｕメッキのメッキ層数はサーメットチップの大きさやハイクロム鋳鉄の量に応じて適宜選択すればよい。ＺｎメッキとＣｕメッキとＮｉ−Ｐのメッキ層の数や順番は任意でよい。例えば、Ｃｕ：４８．６ｗｔ％、Ｎｉ：１０．８ｗｔ％、Ｚｎ：残部で構成される合金ロウはニッケル入り黄銅ロウであり、固相線温度は９２０℃、液相線温度は９３５℃である。厚手メッキの厚みは片肉０．８〜２．５ｍｍがよい。０．８ｍｍより薄いとヒートショックに耐えられない。２．５ｍｍより厚いとサーメットチップとハイクロム鋳鉄の拡散接合が弱くなる。
【００４８】
回収サーメットチップをハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみする際は、保持金具を用いてサーメットチップを砂型に空間保持した状態で固定する。サーメットチップや保持金具や保持母材には全面液体フラックスを塗布・乾燥させて、砂型と一緒に最大５００℃まで加熱保温する。液体フラックスは加熱保温時に、サーメットチップや保持金具や保持母材に低融点琺瑯ガラス状に強固に焼き付けられる。しかしながら、ＷＣのような超硬合金は線膨張係数が小さく熱伝導度が大きいのでヒートショックを受けても割れにくいが、ＴｉＣはＷＣに比べて線膨張係数が２倍、熱伝導度は半分なのでヒートショックで簡単に割れてしまう。ＴｉＣをハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするにはヒートショック対策が大きな課題となる。
【００４９】
ヒートショック対策として、例えば、サーメットチップ表面に、Ｚｎ＋Ｃｕ＋Ｚｎ＋Ｃｕ＋Ｚｎ＋Ｃｕ＋Ｎｉ−Ｐの７層メッキを施し、片肉０．１８〜０．２１ｍｍの厚手メッキを形成する。黄銅メッキが一番安く比較的高温に耐えるためサーメットチップとハイクロム鋳鉄の鋳ぐるみに最適である。１５５０〜１６００℃の高温のハイクロム鋳鉄溶湯が湯口より鋳堰を伝って一気に流れ込むため一瞬にして１５００±５０℃となる。サーメットチップ表面には、複数のメッキを積層した厚手のメッキ層が形成され、且つ液体フラックスが琺瑯状に焼付いているので、瞬間的な入熱に対して断熱作用を果たし、ヒートバリヤとなって割損を防止する。サーメットチップ表面の複数のメッキ層は９００〜９５０℃にて溶解し、Ｚｎ＋Ｃｕ＋Ｎｉの６：４〜５：５のニッケル入り黄銅合金ができ、たとえサーメットチップにヒートクラックが入ったとしてもその割れ目に沿って流れ込み黄銅ロウ付けを完了する。最上面のＮｉ−Ｐは黄銅より融点高いためＴｉＣチップ＋黄銅ロウ＋Ｎｉ−Ｐとハイクロム鋳鉄の拡散層を作る。琺瑯状の液体フラックスはガラス状に溶解するとともにロウ付けフラックスの機能を果たし、サーメットチップとハイクロム鋳鉄は完全に拡散接合する。
【００５０】
本発明者は、特願２０１０−２３２２０１号広報に開示しているように、超硬合金とハイクロム鋳鉄の鋳ぐるみを具現化した。超硬合金に多層メッキ層を積層し、鋳込みと同時にメッキ層が溶解し合金化することでロウ成分を形成し、ロウ付け接合できるようになった。各種のロウ付け接合と同様な効果を生み出す接合技術をメッキ積層法で具現化し、かつフラックス技術を組み合わせて従来のガスロウ付けと同じ原理で、超硬合金とハイクロム鋳鉄の鋳ぐるみロウ付けを可能にした。その技術を応用してサーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみすることができるようになった。
【００５１】
図１〜図５にサーメットチップ１０の鋳込み方法の例を示す。図１、図２はサーメットチップをモジュール３０化して鋳込む方法である。サーメットチップ１０をモジュール３０化する理由は、ハイクロム鋳鉄５０の溶湯を鋳型４０に注入する際にサーメットチップ１０が流動したり浮き上がったりするのを固定するためである。サーメットチップ１０は比重が鉄の約半分程度しかないのでハイクロム鋳鉄のような比重の大きな金属を流し込んだ際に浮き上がってしまう。回収サーメットチップ１０は通常機械切削用のバイトとして使用されるため専用の貫通孔１０ａを設けたものがありそのまま活用できる。貫通孔１０ａを有する複数のサーメットチップ１０に串２０を通して連結し、該串２０を適宜間隔にて支持体２１で支持し、該支持体２１を基材２２に取り付けてモジュール３０化し、該モジュール３０全体を液体フラックスでコーティングせしめて鋳型４０にセットして鋳込む、ハイクロム鋳鉄５０とサーメットチップ１０の鋳ぐるみ方法である。鋳型４０にも液体フラックスを塗布して、液体フラックス膜４１を形成しておくと鋳型４０内でのハイクロム鋳鉄５０の湯流れがよくなる。又、湯口４０ａにはセラミックスフィルタ４２をセットして介在物の混入を防止するのがよい。
【００５２】
サーメットチップ１０のモジュール３０を液体フラックスに浸漬して均一に隈なく塗布する。液体フラックスを塗布後液体フラックスの溶媒を蒸発させて乾燥させ、サーメットチップ１０の表面にフラックス結晶を析出させる。フラックス結晶の厚みは０．１±０．０５ｍｍを目標とする。液体フラックスを塗布する前に、組み立てモジュール３０は市販の界面活性剤入り洗剤で洗浄して表面張力を除去しておくとよい。液体フラックスにサーメットチップ１０のモジュール３０を浸漬することで、サーメットチップ１０、串２０、支持材２１、基材２２に全体に均一に液体フラックスを塗布できる。串２０、支持材２１、基材２２は炭素鋼材やＳＵＳなどが使用できる。フラックス結晶を串２０、支持材２１、基材２２などに析出させることによりカーケンドール効果が生まれ、ハイクロム鋳鉄５０と串２０、支持材２１、基材２２との拡散接合ができる。モジュール３０とハイクロム鋳鉄５０が完全一体となったハイクロムライナ６０ができる。串２０、支持材２１、基材２２はハイクロム鋳鉄５０との接合性をよくするため銅メッキするのがよい。
【００５３】
図３は、サーメットチップ１０をハイクロム鋳鉄５０に鋳込む方法において、基材２２に垂直もしくは斜め溝２２ａを形成し、該溝２２ａにサーメットチップ１０を差し込んで固定するハイクロム鋳鉄５０とサーメットチップ１０の鋳ぐるみ方法である。
【００５４】
基材２２は炭素鋼材、ＳＵＳなどが使用できる。基材２２にはハイクロム鋳鉄５０との接合性をよくするため銅メッキするのがよい。図３は溝を垂直溝２２ａにしているため超硬合金は垂直になっているが、斜め溝２２ａにすることによりサーメットチップ１０を材料の流れる方向に傾斜させることができる。サーメットチップ１０を傾斜させることによりサーメットチップ１０の投影面積が広くなりハイクロムライナ６０の寿命を延長できる。
【００５５】
図４はサーメットチップ１０をハイクロム鋳鉄５０に鋳込む方法において、サーメットチップ１０の貫通孔１０ａに頭付きピン２３を貫通せしめて、該頭付きピン２３を鋳型４０の底面４０ｂに突き刺して固定し、頭付きピン２３でサーメットチップ１０を固定するハイクロム鋳鉄５０とサーメットチップ１０の鋳ぐるみ方法である。頭付きピン２３は炭素鋼材、ＳＵＳなどが使用できる。図５は図４でハイクロム鋳鉄５０を鋳込んで形成したハイクロムライナ６０の部分断面図である。
【００５６】
図６はサーメットチップ１０をハイクロム鋳鉄５０に鋳込む方法において、サーメットチップ１０を金網４３に配列収納し、金網４３を鋳型４０に配設してハイクロム鋳鉄５０と鋳込むハイクロム鋳鉄５０とサーメットチップ１０の鋳ぐるみ方法である。
【００５７】
金網４３はハイクロム鋳鉄５０の流動性をよくするためにできるだけ網目を大きくし、線形を細くするのがよい。溶湯の流れでサーメットチップ１０が動かないように選定することが重要である。金網４３に配列収納することによりサーメットチップ１０は用途に応じて複層にすることも容易である。金網４３はハイクロム鋳鉄５０との接合性をよくするため銅メッキを施すのがよい。
【００５８】
最終メッキ層にＮｉ−Ｐカニゼンメッキ無電解メッキすることで拡散層を作るメッキとしたがさらにその上にＳｉＯ２を共析できればフラックスとの馴染みがよくなる。Ｓｉ純メッキとしてのＳｉＦｅ（フェロシリコン）では鉄分も入るため１種の琺瑯となるため琺瑯として考える場合とフラックスとして考える場合は純度の高いＳｉ溶解浴となる。フラックスの馴染性より考えると最終層にＳｉメッキのあることはＳｉＯ２となることでフラックス中のＮａイオンと化合するためケイ酸ソーダ（Ｎａ２ＳｉＯ３）となることで耐熱フラックスとなる。Ｓｉ→ＳｉＯ２となることで溶解湯の還元反応として働くためピンホールのできにくい鋳ぐるみが可能である。下地ロウ付け合金メッキと最終メッキ表面層はフラックスとの馴染み性をアップし鋳ぐるみ金属中の還元作用を活発にする。
【００５９】
急熱、急冷を防ぐ意味と液体フラックス焼き付けによるホウ酸ガラス効果を引き出すため鋳ぐるみ品は砂型鋳込み後フラックス塗布して自然乾燥するかもしくは火をつけてアルコール分を飛ばし全体を一時的に焼き付けして砂型とともに５００℃まで加熱する。サーメットチップは高膨張性、低熱伝導度のためヒートショックで割れやすいので、表層に施したメッキ層を断熱壁として作用させサーメットチップをヒートショックから守る鋳込み方法である。
【００６０】
第２の解決手段は特許請求項２に示すように、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、該サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、交互に複数回繰り返しメッキしメッキ層を形成した後、該メッキ層に琺瑯を焼き付けて、琺瑯の上に液体フラックスを塗布してハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法である。
【００６１】
琺瑯は、鉄、アルミニウムなどの金属材料表面にシリカ（二酸化ケイ素）を主成分とするガラス質の釉薬を高温で焼き付けたものである。機械的耐久性と科学的耐久性を併せ持ち、食器、調理器具、浴槽などの家庭用品などのコーティング剤として用いられている。工芸品の琺瑯は七宝焼きと呼ばれている。琺瑯の一般的成分は、特開２００９−１４５８号広報「グラスライニング用上くすり組成物」に示すように、一般的にＳｉＯ２（二酸化ケイ素）の他に、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２、Ｂ２Ｏ３、ＡＬ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＣａＯなどの酸化物が含有されている。琺瑯の成分、及び成分構成はいろいろ考えられるが、耐火材としてサーメットチップのヒートショックを軽減できるものであればよい。
【００６２】
サーメットチップのヒートショック防止のため下地メッキの上に厚手の琺瑯０．８〜１．５ｍｍを焼き付けて鋳ぐるみし、ＴｉＣなどのサーメットチップを鋳ぐるみする方法である。琺瑯を焼き付ける場合は、琺瑯が断熱の役割を担うのでメッキ層の厚みは薄くてもよい。例えば、銅メッキとＮｉ−Ｐメッキの上に０．８〜１．５ｍｍの厚肉琺瑯を焼き付けて鋳ぐるむ。回収サーメットチップ表面にはＮｉ−Ｐカニゼンメッキ（無電解メッキ）が０．０３〜０．０５ｍｍ施工されているため琺瑯の下地第１層目はニッケルイオンのでる釉薬とし２層目以後はチタン系釉薬とすることで極力熱膨張率を近づける。両者合わせて０．８〜１．５ｍｍの肉厚琺瑯とすることでヒートショック割れ防止を図る。８５０〜９００℃にて完全に再溶解する際、メッキ面のフラックスの役目も果たしかつ残滓となって浮き上がる。この層間で浮き上がった空間に鋳ぐるみハイクロム鋳鉄が表面張力でサーメットチップを１００％シールするため拡散接合となる。
【００６３】
第３の解決手段は特許請求項３に示すように、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、該サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、交互に複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に琺瑯を焼き付けて、琺瑯の上に液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法であり、琺瑯は液体フラックスにメッキスラジを混合した釉薬を塗布して焼き付けたものであるサーメットチップの鋳ぐるみ方法である。
【００６４】
メッキスラジを琺瑯に混合してヒートショック防止剤として使用する方法である。メッキスラジの添加量は２０ｗｔ％以下にする。２０ｗｔ％以上にするとマスキング剤として粘度が大きくなり母材への塗布性が悪くなる。以下にメッキ液中のスラジの分析値の一例を示す。メッキスラジは未乾燥品でも焼成品でもよい。いずれにしてもメッキスラジ中のシアン成分は浸炭・窒化処理の途中で分解し消失する。むしろ、未乾燥品のほうがマスキング剤として活性化しておりシール効果が高まる。表１に一般的なメッキ浴のスラジ分析値例を示す。
表１  メッキ液のスラジ分析値例  （単位：ｗｔ％）
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スラジ焼成前は、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）、フッ酸（Ｈ２Ｆ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、硝酸（ＮＨＯ３）、シアン化ナトリウム（ＮａＣＮ）などの成分が含有されているが、焼成後はシアン化ナトリウム中のＣとＮはそれぞれＣＯ２とＮＯ２になるため、Ｉｇ．Ｌｏｓｓ２３．７６ｗｔ％中のシアン成分は消失している。ＣｕＯ（４．３３ｗｔ％）、ＺｎＯ（１９．８８ｗｔ％）、ＮｉＯ（０．９１ｗｔ％）、ＳｎＯ（０．５９ｗｔ％）、Ｃｒ２Ｏ３（１．８１ｗｔ％）などは置換メッキの代用となる。五酸化リン（Ｐ２Ｏ５：６．８６ｗｔ％）はＨ２ＰＯ３（リン酸）との反応で残ったものであり、加熱中にフラックスの役目をしてロウ材の流動性を向上し、ホウ酸ガラスが生成される途中で琺瑯的役目をして断熱する。
例えば、アルミ琺瑯フラックスの成分は、Ｐ２Ｏ５：５０ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３：７ｗｔ％、ＡＬ２Ｏ３：１５ｗｔ％、ＰｂＯ：６ｗｔ％、Ｌｉ２Ｏ：７ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：１０ｗｔ％、ＮａＦ：１５ｗｔ％であるが、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、ＡＬ２Ｏ３はメッキスラジに含有されている。ホウ酸系特殊ガラスの成分は、Ｂ２Ｏ３：３６．６ｗｔ％、ＳｉＯ２：７．３ｗｔ％、ＡＬ２Ｏ３：２２．５ｗｔ％、Ｐ２Ｏ５：１５．１ｗｔ％、ＭｇＯ：１３ｗｔ％、ＣａＯ：５．５ｗｔ％であるが全てメッキスラジに含有されている。ホウ酸系接着ガラスの成分は、Ｂ２Ｏ３：５５．４ｗｔ％、ＡＬ２Ｏ３：１７．４ｗｔ％、ＣｕＯ：２７．２ｗｔ％であるが全てメッキスラジに含有されている。他のホウ酸系ガラス接着ガラスの成分は、Ｂ２Ｏ３：２０ｗｔ％、ＳｉＯ２：１０ｗｔ％、ＺｎＯ：４０ｗｔ％、ＰｂＯ：１７ｗｔ％、ＣｕＯ：１０ｗｔ％であり、ＰｂＯ以外の成分はすべてメッキスラジに含有されている。ホウ素系無機化合物を溶解した液体フラックス中にメッキスラジを添加することによりＢやＮａがあるため立派な特殊ホウ酸ガラスが接着剤となりマスキングの役目をする。
【００６５】
メッキの最終工程にて排出される重金属の入ったメッキスラジを焼成し、シアンなどの有害成分を除去した後、釉薬とする方法である。従来の琺瑯材料の代わりとして多様な金属イオンを含有するメッキスラジを使用することで、サーメットチップの表面に耐熱衝撃に強い琺瑯膜を形成する。ホウ素系無機化合物＋フッ素系無機化合物で作られた液体フラックス中にメッキスラジを最大２０ｗｔ％入れて８５０〜９５０℃で焼き付ける。重金属として、ＺｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＭｎＯ、ＳｎＯを含有し、他にＰ２Ｏ５、ＣａＯ、ＳｉＯ２などの酸化物を含有しており、これらの成分が加熱中に還元されて単体の金属イオンとなってサーメットチップ上に置換メッキされる。特にＰ２Ｏ５、ＳｉＯ２は、ホウ素系無機化合物やフッ素系無機化合物と化合することで酸化を防止し、流れをよくするフラックスとして役目を果たす。メッキスラジを釉薬に応用することで資源の有効利用、環境保護にもメリットがある。
【００６６】
第４の解決手段は特許請求項４に示すように、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、該サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、交互に複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層の上に溶射し、該溶射に液体フラックスを塗布してハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法である
【００６７】
サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする際の耐ヒートクラックとして、一時的に防熱シール壁を作ればよく、サーメットチップに多層メッキ層による防熱効果＋溶射層を作る。溶射にはアーク溶射、ガス溶射、パウダ溶射などがあるがいずれの溶射方法でも使用可能である。溶射層０．８〜１．５ｍｍはポーラスのため液体フラックスの浸み込みによるフラックス効果が大きくなる。溶射金属としては、例えば純Ｃｕや１３クロム系のＳＵＳ材を使用できる。溶射金属が純Ｃｕの場合は１０８３℃にて溶解するため含浸した液体フラックスの効果にて全体のロウ付けが可能となることから、下地メッキは銅メッキを主とするのがよい。１３クロム系ＳＵＳ金属の溶射は防熱壁としての効果は大きいため１〜１．５ｍｍにて十分であるがロウ材的効果は期待できない。そのため、ロウ材として作用するロウ合金を形成するように多層メッキが必要である。自溶性合金溶射は溶融温度が約１１００℃と高いので鋳ぐるみ熱にてロウ材となる。
【００６８】
自溶性合金溶射する場合、下地メッキはＮｉ−Ｐが適切である。自溶性合金の溶射層は０．８〜１．５ｍｍが望ましく、ポーラス状の溶射膜中に液体フラックスを含浸してハイクロム鋳鉄と鋳込まれる。自溶性合金はハイクロム鋳鉄の溶湯熱によって、予熱温度５００℃から１５００℃近くまで急激に上昇する。この間にＮｉ−Ｐと自溶性合金の層間はホウ酸ガラス中での置換メッキによるＮｉ−Ｐと自溶性合金の溶解イオンが互いに移動することで拡散接合とロウ付けが完了する。且つ、自溶性合金はポーラス状になっていることから反応性がよく１００％溶着合金となる。
【００６９】
自溶性合金の成分は、例えばＮｉ：残、Ｃｒ：１３〜１５ｗｔ％、Ｂ：２．７５〜３．５ｗｔ％、Ｓｉ：４〜５ｗｔ％、Ｆｅ：４〜５ｗｔ％、Ｃ：０．６〜０．９ｗｔ％、Ｐ：≦０．０２ｗｔ％、Ｓ：≦０．０２ｗｔ％、ＡＬ：≦０．０５ｗｔ％、Ｔｉ：≦０．０５ｗｔ％、Ｚｒ：≦０．０５ｗｔ％、Ｃｏ：≦０．１０ｗｔ％、その他：≦０．０５ｗｔ％、となる。固相温度９７７℃、液相温度１０３０℃、鋳ぐるみロウ付け温度１０６６〜１２０４℃である。材料はコスト高であるが最良の方法である。
【００７０】
第５の解決手段は特許請求項５に示すように、サーメットチップをハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、該サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、交互に複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法において、前記サーメットチップはサーメットチップを粉砕したサーメットチップ粒であるサーメットチップの鋳ぐるみ方法である。
【００７１】
回収サーメットチップは材質、形状、大きさなどバラエティ豊富であるが、鋳ぐるみに最適な貫通孔を有するサーメットチップは全体の１５％程度しかない。残りも８５％は有効な利用方法がなくほとんど産業廃棄物として廃棄されているのが現状である。廃棄されていたサーメットチップを日本全国から集積すると毎年莫大な量となる。これらに含有されている貴重な資源が再利用できれば環境保全、資源活用においてきわめて有効である。
【００７２】
位置エネルギ臼粉砕方式で粉砕し粒度０．２〜３．０ｍｍにする。サーメット粒に一粒々メッキし、液体フラックスを塗布してロウ付けし、ハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみすることで耐磨耗ライナとして再生利用できる。１００％回収サーメットチップの有効利用が可能となった。サーメットチップ粒に確実にメッキするために、１ｍｍ以上のサーメットチップ粒はバレルメッキ回転胴体の中にメッキ網でできた袋に入れて強制撹拌メッキにてバレルメッキする。１ｍｍ未満のサーメットチップ粒はバレルメッキができないので流動槽メッキとする。流動槽内の対流と比重落差の関係は回転数で調整し常にメッキ浴が流動層とメッキタンク間を移動するポンプ圧入方式を採用した。
【００７３】
第６の解決手段は特許請求項６に示すように、サーメットチップの表面に、ＺｎメッキもしくはＣｕメッキもしくはＡｇメッキもしくはＭｎメッキもしくはＣｒメッキもしくはＳｉメッキもしくはＢメッキもしくはＦｅメッキもしくはＮｉ−Ｐメッキの中から少なくとも１種以上を選択し、交互に複数回繰り返しメッキしてメッキ層を形成した後、該メッキ層に液体フラックスを塗布して、ハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメットチップの鋳ぐるみ方法において、前記サーメットチップはサーメットチップを粉砕したサーメットチップ粒であり、該サーメット粒１１の表面に前記メッキ層を形成し前記液体フラックスを塗布した後、前記サーメット粒１１を型枠７０に入れてロウ付けし、サーメット塊８０を生成し、該サーメット塊８０をハイクロム鋳鉄と鋳ぐるみするサーメット粒１１の鋳ぐるみ方法である。
【００７４】
サーメット粒をロウ付けしサーメット塊を生成するには、リン銅ロウ、アルミニウムロウ、銅ロウ、銀ロウ、などが使用できる。
【００７５】
サーメット粒１１の大きさは０．２〜３ｍｍである。サーメット粒１１にメッキを施し、液体フラックスの中に浸した後、乾燥させて液体フラックスを膜状に張り付かせる。このサーメット粒を図７に示すように、上面が開口している型枠７０に充填する。型枠７０は普通鋼材やＳＵＳ材が適しているが、Ｍｇ−Ｃ煉瓦、ドロマイト煉瓦、アルミナなどの煉瓦材でもよい。ロウ材をサーメット粒１１の上面において炉内にて加熱しロウ材を溶解し、サーメット粒１１をロウ付けしてサーメット塊８０を生成する。このサーメット塊８０に液体フラックスを塗布し乾燥後させた後、図８に示すように、鋳型４０にセットしてハイクロム鋳鉄５０と鋳ぐるみする。サーメット塊８０は型枠７０に入れたまま鋳型４０にセットする。また、この時サーメット塊８０の露出している側を上面にしてハイクロム鋳鉄５０と接触するようにセットする。サーメット塊８０の表面にはロウ材とメッキの合金が形成されており、ロウ材とメッキの合金はハイクロム鋳鉄の熱により再び溶解しロウ材となってサーメット塊８０とハイクロム鋳鉄５０を拡散接合する。又、サーメット塊８０の表面には微小な空隙があり、この空隙にハイクロム鋳鉄が浸み込むことにより、サーメット塊８０とハイクロム鋳鉄５０の結合をアンカー効果によりさらに強固なものにすることができる。図９に示すようにサーメット塊８０とハイクロム鋳５０鉄が溶着したハイクロムライナ６０ができる。ハイクロム鋳鉄のヒートショックを緩和するため、サーメット塊８０の上に金網や鉄くずなどの冷却材を載置しておくのがよい。サーメット塊８０のロウが溶解しサーメット粒１１がハイクロム鋳鉄中５０に遊離する量を低減できる。
【符号の説明】
【００７６】
１０：サーメットチップ
１０ａ：貫通孔
２０：串
２１：支持体
２２：基材
２２ａ：溝
２３：頭付きピン
３０：モジュール
４０：鋳型
４０ａ：湯口
４０ｂ：底面
４１：液体フラックス膜
４２：セラーミックスフィルタ
４３：金網
５０：ハイクロム鋳鉄
６０：ハイクロムライナ
７０：型枠
８０：サーメット塊
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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