(57)【要約】【課題】  溶射方法及びこの溶射方法により溶射皮膜が形成されたロールに関し、コスト増大を招くことなく、より緻密な溶射皮膜を形成できるようにする。【解決手段】  粉末材料を基材に溶射して基材上に溶射皮膜を形成する溶射方法において、粉末材料として、粒子径の粒度分布が２１μｍ以上３０μｍ以下の粉末材料を用いる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料を基材に溶射して該基材上に溶射皮膜を形成する溶射方法において、
該粉末材料として、粒子径の粒度分布が２１μｍ以上３０μｍ以下の粉末材料を用いる
ことを特徴とする、溶射方法。
【請求項２】
該粉末材料として、全粒子体積の約５０％に相当する粒子径が約２５μｍとなる粉末材料を用いる
ことを特徴とする、請求項１記載の溶射方法。
【請求項３】
該粉末材料が、ハステロイＣ−２７６，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３１６Ｌ，アルミナ，アルミナ−チタニア，クロミア及びタングステンカーバイドの少なくとも１つの材料からなる
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の溶射方法。
【請求項４】
抄紙機械又は印刷機械に備えられるロールの表面に該粉末材料を溶射する
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の溶射方法。
【請求項５】
抄紙機械又は印刷機械に備えられるロールであって、
請求項１〜３の何れか１項に記載の溶射方法により表面に溶射皮膜が形成されている
ことを特徴とする、ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、抄紙機械のプレスロールや印刷機械のシリンダロールなどのロールの皮膜処理に用いて好適の、溶射方法及びこの溶射方法により溶射皮膜が形成されたロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、基材上に溶射により皮膜を形成した場合、この溶射皮膜は内部に気孔が多数存在するポーラス（多孔性）構造となっている。そして、このような気孔が溶射皮膜中で３次元ネットワークを形成する、即ち気孔連鎖が発生することにより、皮膜表面から基材表面まで溶射皮膜を貫通する貫通気孔が存在する。これにより、特に湿式環境下では、水などの腐食性物質が貫通気孔を通して溶射皮膜中に浸透して基材表面まで達し、基材が腐食してしまうおそれがある。
【０００３】
そこで、従来は、例えば、溶射皮膜を形成した後、溶射皮膜中に存在している気孔にエポキシ樹脂などの樹脂を浸透させる封孔処理を行なっている。また、製品によっては、最外表面に自溶性合金を溶射した後、この自溶性合金からなる溶射層にフュージング（再加熱溶融）処理を行なうこともある。
しかし、特に大型製品の場合、上述したような封孔処理やフュージング処理を行なうと、溶射皮膜の品質が低下してしまったり施工コストが大幅に増大してしまったりするため、このような封孔処理やフュージング処理を行なわずに、溶射皮膜の高品質化即ち緻密化を実現し気孔連鎖の発生を防止することが強く望まれている。
【０００４】
例えば特許文献１には、粒子径２０μｍ以下の細粒の粉末材料を高速フレーム溶射法〔ＨＶＯＦ（High Velocity Oxygen Fuel）溶射法〕やプラズマ溶射法により基材に溶射して溶射皮膜を形成することが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１２９２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の方法では、粉末材料の粒子径が小さすぎるため、市販の粉末供給装置では供給することができない。このため、粉末供給装置をより高精度にしなければならず、大幅な装置改良が必要となり、装置や施工にかかるコストが増大してしまうという課題がある。
また、特許文献１の細粒の粉末材料を溶射ノズルにより溶射した場合、粉末材料が微小な溶融粒子として溶射ノズルの先端に付着して堆積したり、溶射ノズル先端に堆積した粉末材料が再び溶融して基材へ溶射されるというスピッティング現象が発生する。このようなスピッティング現象が発生すると、溶射ノズル先端が詰まってしまったり、溶射皮膜の品質が低下してしまったりする。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、コスト増大を招くことなく、より緻密な溶射皮膜を形成できるようにした、溶射方法及びこの溶射方法により溶射皮膜が形成されたロール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】
【０００７】
このため、請求項１記載の本発明の溶射方法は、粉末材料を基材に溶射して該基材上に溶射皮膜を形成する溶射方法において、該粉末材料として、粒子径の粒度分布が２１μｍ以上３０μｍ以下の粉末材料を用いることを特徴としている。
請求項２記載の本発明の溶射方法は、請求項１記載の方法において、該粉末材料として、全粒子体積の約５０％に相当する粒子径が約２５μｍとなる粉末材料を用いることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の本発明の溶射方法は、請求項１又は２記載の方法において、該粉末材料が、ハステロイＣ−２７６，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３１６Ｌ，アルミナ，アルミナ−チタニア，クロミア及びタングステンカーバイドの少なくとも１つの材料からなることを特徴としている。
請求項４記載の本発明の溶射方法は、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法において、抄紙機械又は印刷機械に備えられるロールの表面に該粉末材料を溶射することを特徴としている。
【０００９】
請求項５記載の本発明のロールは、抄紙機械又は印刷機械に備えられるロールであって、請求項１〜３の何れか１項に記載の溶射方法により表面に溶射皮膜が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の本発明の溶射方法によれば、粉末材料として、粒子径の粒度分布が２１μｍ以上３０μｍ以下の粉末材料を用いるので、従来の粉末材料の粒子径よりも大きく、市販の粉末供給装置でも供給することが可能となる。従って、粉末供給装置を高精度にする必要がなくなり、装置改良のための装置や施工にかかるコストの増大を防止できる。また、スピッティング現象の発生を防止でき、封孔処理やフュージング処理を行なわずに、従来よりも緻密な溶射皮膜を形成することが可能となり、基材の耐食性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２記載の本発明の溶射方法によれば、粉末材料として、全粒子体積の約５０％に相当する粒子径が約２５μｍとなる粉末材料を用いるので、より確実に緻密な溶射皮膜を形成することができる。
請求項３記載の本発明の溶射方法によれば、粉末材料が、ハステロイＣ−２７６，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３１６Ｌ，アルミナ，アルミナ−チタニア，クロミア及びタングステンカーバイドの少なくとも１つの材料からなるので、高耐食溶射皮膜を形成することができる。
【００１２】
請求項４記載の本発明の溶射方法によれば、抄紙機械又は印刷機械に備えられるロールの表面に粉末材料を溶射するので、ロールの表面に緻密な溶射皮膜を形成することができ、耐食性を向上させることができる。
請求項５記載の本発明のロールによれば、抄紙機械又は印刷機械に備えられるロールであって、請求項１〜３の何れか１項に記載の溶射方法により表面に溶射皮膜が形成されているので、封孔処理やフュージング処理を行なわずに、耐食性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２は、本発明の実施形態としての溶射方法を説明するためのもので、図１は本実施形態にかかる粉末材料の粒子径の粒度分布を示す図、図２は本実施形態にかかる粉末材料を用いた溶射により形成した層構造を拡大して示す断面図である。
本実施形態にかかる溶射方法は、図２に示すように、粉末材料を基材１表面に溶射して基材１上に溶射皮膜２を形成するものである。ここで用いられる溶射法としては、溶射ノズルから粉末材料を溶射する公知の高速フレーム溶射法〔ＨＶＯＦ（High Velocity Oxygen Fuel）溶射〕，ガスフレーム溶射，あるいはプラズマ溶射法が好ましい。なお、例えば、高速フレーム溶射法は、溶射ノズルから火炎ジェット流及び粉末材料を高速で噴射する溶射法であり、プラズマ溶射法は、溶射ノズルから高温のプラズマジェット流及び粉末材料を高速で噴射する溶射法である。
【００１４】
また、本実施形態にかかる粉末材料として、耐食性の高いハステロイＣ−２７６，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３１６Ｌ，アルミナ，アルミナ−チタニア，クロミア及びタングステンカーバイドの少なくとも１つの金属材料からなる粉末材料を用いることが好ましい。これにより、高耐食溶射皮膜を形成することが可能となる。
さらに、本実施形態では、図１に示すように、粉末材料の粒子径の粒度分布（粒度領域）が２１μｍ以上３０μｍ以下の粉末材料を用いている。すなわち、本実施形態にかかる粉末材料には、粒子径が２１μｍよりも小さい粉末粒子や、粒子径が３０μｍよりも大きい粉末粒子は含まれていない。このような粒度分布の粉末材料は、例えば、一般的に用いられる０．１〜５０μｍの粉末材料をふるいにかけることで容易に選別して得ることができる。
【００１５】
このように、本実施形態にかかる粉末材料の粒子径は、従来の粉末材料の粒子径２０μｍよりも大きいため、市販の粉末供給装置でも容易に供給することができる。つまり、従来のような粒子径２０μｍ以下の粉末材料を用いる場合には、粉末供給装置を高精度にする必要があったが、このような必要がなくなるため、装置改良のための装置や施工にかかるコストの増大を防止することが可能である。
【００１６】
また、従来のような粒子径２０μｍ以下の粉末材料を用いた場合には、粉末材料が微小な溶融粒子として溶射ノズルの先端に付着して堆積し、溶射ノズル先端が詰まってしまったり、あるいは、溶射ノズル先端に堆積した塊状の粉末材料が再び溶融して基材へ溶射されて、溶射皮膜の品質が低下してしまったりしたが、本実施形態では、このようなスピッティング現象の発生を防止することが可能となる。つまり、図２に示すように、溶射皮膜２の内部に発生する気孔３を従来よりも格段に減少させることが可能となる。これにより、封孔処理やフュージング処理を行なわずに、従来よりも緻密な溶射皮膜２を形成することが可能となり、基材１の耐食性を向上させて製品寿命を延ばすことができる。
【００１７】
また、本実施形態にかかる粉末材料として、全粒子体積の約５０％に相当する粒子径が約２５μｍとなる粉末材料を用いることが好ましく、このような粉末材料を用いれば、より確実に緻密な溶射皮膜２を形成することが可能となる。
このように本実施形態にかかる溶射方法によれば、従来よりも緻密な溶射皮膜２を形成することが可能であり、基材１の耐食性を向上させることができるので、例えば抄紙機械のプレスロールの表面や印刷機械のシリンダロールの表面などの大型製品に溶射皮膜を形成するのに用いて好適である。
【００１８】
次に、本発明の実施例及び比較例１〜３について説明する。ここでは、公知のプラズマ溶射装置を用いて電流５００Ａ，電圧５０Ｖの標準的な溶射条件で実験を行なった。また、粉末材料としてＳＵＳ３１６Ｌを用い、粒子径をそれぞれ変えて溶射皮膜２中の気孔率（任意面積に占める気孔の割合）を求めた。なお、この気孔率は顕微鏡写真を画像処理（２値化処理）して求めた。
【００１９】
〔実施例〕
上述した実施形態のように、粒子径の粒度分布が２１μｍ以上３０μｍ以下の粉末材料（図１参照）を用いて溶射を行なったところ、溶射皮膜２には気孔３がほとんど発生せず（図２参照）、このときの気孔率は０．５％以下であった。この溶射皮膜２はほぼ気孔レスの状態であるといえる。
【００２０】
〔比較例１〕
比較例１では、図３に示すように粒子径の粒度分布が０．１〜５０μｍの一般に粉末溶射で使用される粉末材料を用いて実験を行なった。この結果、図４に示すように溶射皮膜２中に実施例よりも格段に多くの気孔３が存在し、気孔率は１０〜１５％であった。これは、一定の入熱量に対して、大径粒子（粒子径が３０μｍよりも大きな粒子）が溶融しきれずに未溶融のまま溶射皮膜２中に取り込まれるとともに、小径粒子（粒子径が２１μｍよりも小さな粒子）は完全に溶融されて金属蒸気（ヒューム）となって溶射皮膜２中に取り込まれるためと考えられる。
【００２１】
〔比較例２〕
比較例２では、図５に示すように粒子径の粒度分布が２１μｍよりも小さい粉末材料を用いて実験を行なった。この結果、溶射ノズル先端に微小な溶融粒子が付着して堆積したとともに、多量の金属蒸気が発生して図６に示すように溶射皮膜２中に実施例よりも多くの気孔３が存在した。また、溶射条件を電流４００Ａ，電圧４０Ｖに変えて入熱量を低くして溶射を行なったが、このときの気孔率は１．０〜３．２％であった。
【００２２】
〔比較例３〕
比較例３では、図７に示すように粒子径の粒度分布が３０μｍよりも大きい粉末材料を用いて実験を行なった。この結果、粉末粒子が完全に溶融しきれずに未溶融のまま溶射皮膜２中に取り込まれ、比較例１や比較例２と同様に溶射皮膜２中に気孔３が多数存在した。このときの気孔率は５．２％であった。
【００２３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、溶射法としては高速フレーム溶射法，ガスフレーム溶射法，プラズマ溶射法に限定されず、粉末材料を高温高速で噴射する手法であればよい。また、溶射の対象物は、抄紙機械のプレスロールや印刷機械のシリンダロールに限定されず、他のロールや緻密な溶射皮膜が求められる部材に幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態としての溶射方法に用いる粉末材料の粒子径の粒度分布を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる粉末材料を用いた溶射により形成した層構造を拡大して示す断面図である。
【図３】比較例１にかかる粉末材料の粒子径の粒度分布を示す図である。
【図４】比較例１にかかる粉末材料を用いた溶射により形成した層構造を拡大して示す断面図である。
【図５】比較例２にかかる粉末材料の粒子径の粒度分布を示す図である。
【図６】比較例２にかかる粉末材料を用いた溶射により形成した層構造を拡大して示す断面図である。
【図７】比較例３にかかる粉末材料の粒子径の粒度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  基材
２  溶射皮膜
３  気孔
【図１】
2006263575.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006263575.tif 000007
【図６】
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【図７】
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