(57)【要約】【課題】硬化肉盛り溶接やＰＴＡ（粉体プラズマ溶接）等を簡素化すると共に、自溶性合金及び結晶化ガラス等を高品質に表面処理することができる、自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機を得る。【解決手段】自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第一構成として、スリット状に削成した粉末落下口をその長手方向が溶射走行方向と平行に設け、前記粉末落下口の長手方向両側に混合ガス噴射口を平行に設け又は前記粉末落下口の外周に混合ガス噴射口を設けると共に、前記粉末落下口と混合ガス噴射口の長手方向両側にこれらと直角に複数列の混合ガス噴射口を設けて構成する。また、第二構成として、前記粉末落下口の長手方向両側に設けた混合ガス噴射口の両側に更に窒素ガス噴射口を前記混合ガス噴射口と平行に設け又は前記混合ガス噴射口の外周に更に窒素ガス噴射口を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第一構成として、スリット状に削成した粉末落下口をその長手方向が溶射走行方向と平行に設け、前記粉末落下口の長手方向両側に混合ガス噴射口を平行に設け又は前記粉末落下口の外周に混合ガス噴射口を設けると共に、前記粉末落下口と混合ガス噴射口の長手方向両側にこれらと直角に複数列の混合ガス噴射口を設けて構成することを特徴とする、自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機。
【請求項２】
自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第二構成として、スリット状に削成した粉末落下口をその長手方向が溶射走行方向と平行に設け、前記粉末落下口の長手方向両側に混合ガス噴射口を平行に設け又は前記粉末落下口の外周に混合ガス噴射口を設け、更に前記混合ガス噴射口の両側に窒素ガス噴射口を前記混合ガス噴射口と平行に設け又は前記混合ガス噴射口の外周に窒素ガス噴射口を設けると共に、前記粉末落下口と混合ガス噴射口及び窒素ガス噴射口の長手方向両側にこれらと直角に複数列の混合ガス噴射口を設けて構成することを特徴とする、自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、製鉄設備や薬品浴中設備等の厳しい環境下で使用される設備部品のロールやローラー及び各種部品の表面改質に用いられる硬化肉盛り溶接やＰＴＡ（粉体プラズマ溶接）等を簡素化すると共に、従来の溶射では不可能とされた自溶性合金及び結晶化ガラス等を高品質に表面処理することができる、自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に関する。
【背景技術】
【０００２】  自溶性合金溶射工程を検証すると、溶射後に再溶融（フェージング）を行うのが一般的である。該工程において高温（５００℃）状態が続くと酸化が進むため、再溶融が困難となる。また、結晶化ガラス溶射の場合、結晶化ガラス材の融点以上の高温状態が続くと素材からガス及び低融点金属が湧出してピンホールの要因となるため、溶射溶融が困難となる。【０００３】  製鉄所で使用されている加熱冷却の繰り返し搬送ロール等は、硬化肉盛り溶接が主流となっているが、溶接ビードマークを基点として円周にシャープなクラックが発生し、該クラックの進行と共にロール折損という事態に陥る。このため、該事態になる前にロールの交換が行われている。【０００４】  電解銅箔設備で使用されているトリート用コンダクターロール及び電気亜鉛メッキラインで使用されているコンダクターロール等は、高価なインコネル６２５相当のＮｉ基合金の粉末焼結合金が使用されている。該コンダクターロールにおいては鋼板エッジによる摩耗のために１０日おきに交換され、更に摩耗限界に達するとスリーブの交換が行われている。【０００５】  また、コロナ放電設備で使用されている誘電体ロール（絶縁ロール）では、厚さ４ｍｍ前後のアルミナのプラズマ溶射が行われている。該プラズマ溶射で形成されたアルミナ溶射層には貫通気孔が生ずるという最大の欠点があるため封孔材を浸透処理して使用しているが、コロナ放電により発生したオゾンにより前記封孔材が析出してトラブルの原因となっている。【０００６】  薬品浴や酸浴の設備で使用されているシンクロール等は、殆どのロール表面に塩ビやウレタンゴム等がライニングされたロールが使用されている。浴中において前記塩ビやウレタンゴム等が劣化すると脆くなると共に熱で溶けるため、製品に付着して不具合が生ずるという欠点がある。更には浴中を汚染させることにより前記塩ビやウレタンゴム等の張替え交換が頻繁に行われている。【０００７】  自動車鋼板用溶融亜鉛浴中ロールは、ＷＣ粉末の高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）が行われているが、溶射層に貫通気孔が生ずるため封孔処理が行われている。該封孔処理した部分が摩耗すると合金化が進むため、稼働６０日〜８０日でロールの交換が行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  上記背景技術で説明したように、硬化肉盛り溶接やＰＴＡ（粉体プラズマ溶接）等においては数々の問題点がある。該問題点を解決すべく関係各社は日々技術開発を行っているが、実用化には至っていないのが現状である。【０００９】  本発明は、上記の問題点を解決するために成されたものであり、製鉄設備や薬品浴中設備等の厳しい環境下で使用される設備部品のロールやローラー及び各種部品の表面改質に用いられる硬化肉盛り溶接やＰＴＡ（粉体プラズマ溶接）等を簡素化すると共に、従来の溶射では不可能とされた自溶性合金及び結晶化ガラス等を高品質に表面処理することができる、自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記課題を解決するため本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第一構成として、スリット状に削成した粉末落下口をその長手方向が溶射走行方向と平行に設け、前記粉末落下口の長手方向両側に混合ガス噴射口を平行に設け又は前記粉末落下口の外周に混合ガス噴射口を設けると共に、前記粉末落下口と混合ガス噴射口の長手方向両側にこれらと直角に複数列の混合ガス噴射口を設けて構成する。【００１１】  自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第二構成として、スリット状に削成した粉末落下口をその長手方向が溶射走行方向と平行に設け、前記粉末落下口の長手方向両側に混合ガス噴射口を平行に設け又は前記粉末落下口の外周に混合ガス噴射口を設け、更に前記混合ガス噴射口の両側に窒素ガス噴射口を前記混合ガス噴射口と平行に設け又は前記混合ガス噴射口の外周に窒素ガス噴射口を設けると共に、前記粉末落下口と混合ガス噴射口及び窒素ガス噴射口の長手方向両側にこれらと直角に複数列の混合ガス噴射口を設けて構成する。
【発明の効果】
【００１２】  本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機を使用すれば、下記に述べるような数々の効果が得られる。
１．加熱、自溶性合金粉末又は結晶化ガラス材粉末の溶射溶融、熱処理が連続的に一元化処理できるため、従来製品より非常に優れた皮膜が得られ、更に界面の不溶融によるトラブルは皆無となる。
２．予熱温度が５００℃以内で、加熱、溶射溶融が行われるため、層間温度が抑制されて大型ロールや長軸等における自溶性合金粉末又は結晶化ガラス材粉末の溶射溶融が容易に行える。更に加熱、溶射溶融が同時に行われるためガス消費量が節約される。
３．従来機は硬化肉盛り溶射層の厚みは２ｍｍが限界であったが、本機は一層のみで２ｍｍ以上の任意の厚みができる。
４．自溶性合金の場合において従来機の送球量は１００ｇ／分であったが、本機は２００〜３００ｇ／分の送球ができる。また、結晶化ガラス材粉末の場合において従来機の送球量は１０ｇ／分であったが、本機は２０〜３０ｇ／分の送球ができるため、溶射施工時間が短縮される。
５．送球量に対する付着率は、従来機の直径が１００ｍｍ以上で７０〜８０％に対し、本機は略１００％となる。また、従来機の直径が１００ｍｍ以下５０％に対し、本機は１００％となり、歩留まりが略１００％に向上できる。
６．母材表面を溶射材溶融温度までの加熱と同時に溶射溶融が行えるため、ピンホールやクラックの発生がなく緻密な溶射層を得ることができる。
７．一層で仕様厚みに溶射溶融を行うことができるため、溶接ビードマークや積層溶射による層間がなく金属疲労が軽減される。このため、連続鋳造ロールや溶融金属浴中ロール及び電気メッキコンダクターロール等の過酷な環境下での使用に対し長寿命化される。更に結晶化ガラス材溶射は、電解銅箔シンクロール、薬品浴中の耐酸ロールとして又はコロナ放電設備の誘電体ロール（絶縁ロール）として長寿命化が期待できる。
８．混合ガス噴射口の両側又は外周に窒素ガス噴射口を設けたノズルを使用した場合、混合ガスと窒素ガスの二重の遮蔽により空気の侵入を抑制するため、従来機では不可能とされた耐熱合金成分や耐熱結晶化ガラスも溶射も可能となった。また、自溶性合金や結晶化ガラス材など、特殊な成分を添加又は分散混合した成分を容易に溶射溶融できるため、新しい構成成分の溶射溶融が可能となる。更に現在注目されている金属ガラス材、Ｔａ，Ｃｅ，Ｒｅ等の希土類を添加した超耐熱Ｎｉ基合金材、結晶化ガラスに炭化ケイ素を添加した超耐熱ガラス材等を空気を遮断した窒素雰囲気の中で溶射溶融が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機を実施するための最良の形態を、図を用いて説明する。【００１４】  図１は本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第一構成による概略平面図である。該図において、スリット状に削成した粉末落下口２をその長手方向が溶射走行方向と平行に設け、（ａ）図に示すように前記粉末落下口２の長手方向両側に混合ガス噴射口３を平行に設け又は（ｂ）図に示すように前記粉末落下口２の外周に混合ガス噴射口３を設けると共に、前記粉末落下口２と混合ガス噴射口３の長手方向両側にこれらと直角に複数列の混合ガス噴射口５を設けて構成する。【００１５】  図３は本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第二構成による概略平面図である。該図において、自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第二構成として、スリット状に削成した粉末落下口２をその長手方向が溶射走行方向と平行に設け、（ａ）図に示すように前記粉末落下口２の長手方向両側に混合ガス噴射口３を平行に設け又は（ｂ）図に示すように前記粉末落下口２の外周に混合ガス噴射口３を設け、更に（ａ）図に示すように前記混合ガス噴射口３の両側に窒素ガス噴射口４を前記混合ガス噴射口３と平行に設け又は（ｂ）図に示すように前記混合ガス噴射口３の外周に窒素ガス噴射口４を設けると共に、前記粉末落下口２と混合ガス噴射口３及び窒素ガス噴射口４の長手方向両側にこれらと直角に複数列の混合ガス噴射口５を設けて構成する。
【実施例】
【００１６】  本発明の実施例を、図を用いて説明する。【００１７】  上記図１の（ａ）図において、ノズル１の中央部に幅４ｍｍ×長さ６０ｍｍの粉末落下口２を設け、該粉末落下口２の両側に幅１２ｍｍで直径１．３ｍｍの混合ガス噴射口３を３ｍｍピッチにて１８個づつ設けた。また、前記粉末落下口２と混合ガス噴射口３の両側にこれらと直角に直径１．２ｍｍの混合ガス噴射口５を８ｍｍピッチで長さ１００ｍｍにて２列設けたノズル１を構成した。【００１８】  図２は本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機の第一構成にてガスフレーム溶射溶融を行っている状態の概略側面図である。該図に示すように、上述した粉末落下口２と混合ガス噴射口３及び混合ガス噴射口５の裏面側には、前記粉末落下口２と連通した粉末供給口６が設けられ、当該箇所より粉末が供給される。また、前記混合ガス噴射口３と混合ガス噴射口５と連通した混合ガス供給口７が設けられ、当該箇所より混合ガスが供給される。なお、図４は本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機の第二構成にてガスフレーム溶射溶融を行っている状態の概略側面図であり、上記と同様に粉末落下口２と混合ガス噴射口３と窒素ガス噴射口４及び混合ガス噴射口５の裏面側には、前記粉末落下口２と連通した粉末供給口６が設けられ、当該箇所より粉末が供給される。また、前記混合ガス噴射口３と混合ガス噴射口５と連通した混合ガス供給口７と、前記窒素ガス噴射口４と連通した窒素ガス供給口８が設けられ、当該箇所よりそれぞれ混合ガスと窒素ガスが供給される。【００１９】  上記ノズル１を具備したガスフレーム溶射機にてガスフレーム溶射溶融を行う場合、図５の本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機の一実施例による点火状態の写真に示すように、前記混合ガス噴射口３，５より噴射されるガスを点火し、図２及び図６の本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機の一実施例にてガスフレーム溶射溶融を行っている状態の概略正面図で示すように、前記粉末落下口２より自溶性合金粉末又は結晶化ガラス材粉末１０を送球しながら移動することにより、ロール９の表面上に仕様厚さｔの硬化肉盛り層又は結晶化ガラス層１１を形成することができる。【００２０】  図７は従来の溶射機と本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機における一実施例の工程図である。（１）は従来の溶射機による自溶性合金溶射とフェージングの工程例であり、予熱（１００℃前後）後にアンダーコート溶射を行い、更に加熱（４００〜５００℃）して溶射を行った後に１０００〜１２００℃でフェージング（再溶融）を行い、その後熱処理と徐冷を行っている。（２）は本発明のガスフレーム溶射機による自溶性合金溶射溶融の工程例であり、予熱（１００℃前後）後にアンダーコート溶射を行い、更に加熱（５００℃）した後に１０００〜１２００℃で溶射溶融を行い、その後熱処理と徐冷を行っている。該実施例で示すように、本発明のガスフレーム溶射機では溶射溶融が一度に行えるため再溶融を行う必要がなく、且つ自溶性合金粉末の送球量も多く行えることから作業効率が向上することになる。（３）は本発明のガスフレーム溶射機による結晶化ガラス材溶射溶融の工程例であり、予熱（１００℃前後）後にアンダーコート溶射を行い、更に加熱（５００℃）した後に６５０〜７５０℃で溶射溶融を行い、その後冷却を行っている。該実施例でも同様に、本発明のガスフレーム溶射機では溶射溶融が一度に行えるため作業効率が向上することになる。【００２１】  次に、本発明のガスフレーム溶射機を使用してテストサンプル（直径１５０ｍｍ×長さ２００ｍｍ）に自溶性合金（ＷＣ／１２Ｃｏ）を溶射溶融したロールを対象にヒートショック試験を行った。図８は当該ヒートショック試験の結果表である。試験方法として、局部をガスフレームで６００℃まで急熱した後に水をかけて急冷する試験を繰り返し１０回行ったが、クラックの発生は認められなかった。同様に局部をガスフレームで８００℃まで急熱した後に水をかけて急冷する試験を繰り返し行ったが、６回目で亀甲状のクラックが発生した。図９は当該亀甲状クラックの写真である。【００２２】  次に、本発明のガスフレーム溶射機を使用してテストサンプル（直径１３４ｍｍ×長さ１０００ｍｍ）に結晶化ガラス（ＳｉＯ２／６０％，ＴｉＯ２／７％，ＺｒＯ２／４％，Ｂ２Ｏ２／３％，Ｒ２Ｏ／１９％，その他７％）を溶射溶融（厚さ１．５ｍｍ）したロールを対象にピンホール検査と絶縁破壊試験を行った。図１０は当該絶縁破壊試験の実施図である。試験方法として、ピンホール探知機１３を用いてロール表面の結晶化ガラス層１２にプローブ１４を当てて探知を行ったが、ピンホールは皆無であった。また、絶縁破壊試験も２ＫＶまでクリアでき、従来の溶射機では困難とされていた結晶化ガラスの溶射が完成した。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第一構成による概略平面図である。
【図２】本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機の第一構成にてガスフレーム溶射溶融を行っている状態の概略側面図である。
【図３】本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機に具備するノズルの第二構成による概略平面図である。
【図４】本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機の第二構成にてガスフレーム溶射溶融を行っている状態の概略側面図である。
【図５】本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機の一実施例による点火状態の写真である。
【図６】本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機の一実施例にてガスフレーム溶射溶融を行っている状態の概略正面図である。
【図７】従来の溶射機と本発明の自溶性合金粉末及び結晶化ガラス材粉末用ガスフレーム溶射機における一実施例の工程図である。
【図８】ヒートショック試験の結果表である。
【図９】亀甲状クラックの写真である。
【図１０】絶縁破壊試験の実施図である。
【符号の説明】
【００２４】  １  ノズル
２  粉末落下口
３  混合ガス噴射口
４  窒素ガス噴射口
５  混合ガス噴射口
６  粉末供給口
７  混合ガス供給口
８  窒素ガス供給口
９  ロール
１０  自溶性合金粉末又は結晶化ガラス材粉末
１１  硬化肉盛り層又は結晶化ガラス層
１２  結晶化ガラス
１３  ピンホール探知機
１４  プローブ
【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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【図１０】
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