(57)【要約】【解決手段】  装置は、第１面を有する第１鋼部材と、第２面を有する第２鋼部材と、第１面及び第２面の少なくとも１つに施される耐食性コーティングと、第１部材及び第２部材とを互いに接着する接着剤とを備える。耐食性コーティングには、導電性がある。【参考図】図１
2014527576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面を有する第１鋼部材と、
第２面を有する第２鋼部材と、
前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方に施される耐食性導電コーティングと、
前記第１鋼部材と第２鋼部材とを互いに接着する接着剤と、
を備える装置。
【請求項２】
前記耐食性コーティングは、溶射されたコーティングである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記耐食性コーティングは、前記鋼よりも不活性である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記接着剤と、前記第１鋼部材及び前記第２鋼部材の少なくとも一つとの間に、プライマーを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記接着剤の端部に隣接するシーラントを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記耐食性コーティングは、炭化クロム又はニッケルクロム合金を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記耐食性コーティングは、溶射された、銅、チタン、ステンレス鋼、モリブデン、青銅、コバルト、及びコバルト合金の中の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記耐食性コーティングは、前記鋼に冶金結合する熱付着又はろう付けされた合金を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記耐食性コーティングは、爆発圧着された耐食性合金を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記接着剤は、導電性を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第１面を有する第１鋼部材と、
第２面を有する第２鋼部材と、
前記第１面と前記第２面の少なくとも一方に施されるサーメットコーティング又はセラミックコーティングと、
前記第１鋼部材と前記第２鋼部材とを互いに接着する接着剤と、
を備える装置。
【請求項１２】
前記接着剤と、前記第１鋼部材及び前記第２鋼部材の少なくとも一つとの間に、プライマーを更に備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記接着剤の端部に隣接するシーラントを更に備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１鋼部材及び前記第２鋼部材を電気的に接続する導電性要素を更に備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記導電要素は、ボルト、ファスナ、及びガスケットの中の少なくとも一つを含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
第１面を有する第１鋼部材と、
第２面を有する第２鋼部材と、
前記第１面と前記第２面の少なくとも一つに施された耐食性コーティングと、
前記第１耐食性コーティング上に施された第２耐食性コーティングと、
前記第１鋼部材と前記第２鋼部材とを互いに接着する接着剤と、
を備える装置。
【請求項１７】
前記第２耐食性コーティングは、グラファイトを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１耐食性コーティングは、チタニウム又はチタニウムベース合金を含む、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着接合構造、特に、耐食性を有する接着接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼構造に対する海洋腐食は、海軍に加えてその他の鋼製の商船にとって大きな問題となっている。新しい技術として、海洋用途において、主要艤装(critical fittings)、鋼製縁材、その他の鋼構造や複合体を互いに接着接合することが提案されている。接着接合鋼構造に関する問題は、それらが腐食し易いことである。水分又は水は、接合された継手を通って、腐食する鋼に移動する。有機コーティングや接着剤は、水分を留めるのに有効ではあるが、効果は十分ではない。
【０００３】
故に、耐食性を有する接着接合鋼構造が望まれている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の態様の１つでは、第１面を有する第１鋼部材と、第２面を有する第２鋼部材と、第１面及び第２面の少なくとも１つに施される耐食導電コーティングと、前記第１部材と第２部材とを互いに接着する接着剤と、を備える装置を提供する。
【０００５】
本発明の他の態様では、第１面を有する第１鋼部材と、第２面を有する第２鋼部材と、前記第１面及び第２面の少なくとも１つに施されるサーメットコーティング又はセラミックコーティングと、前記第１部材と前記第２部材を互いに接着する接着剤と、を備える装置を提供する。
【０００６】
本発明の他の態様では、第１面を有する第１鋼部材と、第２面を有する第２鋼部材と、前記第１面及び第２面の少なくとも１つに施される耐食コーティングと、前記第１耐食コーティング上に施される第２耐食コーティングと、前記第１部材と第２部材を互いに接着する接着剤と、を備える装置を提供する。
【０００７】
本発明におけるこれらの態様及び他の態様は、以下の説明より明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、接着接合構造の一部の概略図である。
【０００９】
【図２】図２は、別の接着接合構造の一部の概略図である。
【００１０】
【図３】図３は、別の接着接合構造の一部の概略図である。
【００１１】
【図４】図４は、別の接着接合構造の一部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
接着接合鋼構造は、接着プライマーの有無に拘わらず、接着剤を用いて互いに接合される少なくとも２つの鋼部材を含んでいる。腐食は、接着プライマー及び接着剤の下に入り込んで、鋼のボンドラインにて、構成部材やアセンブリの接着を失敗させることがある。接着接合前に、金属又はサーメットの耐食コーティングが鋼に施されていたならば、ボンドラインは腐食から保護されているだろう。加えて、電磁干渉(ＥＭＩ)、電磁適合性(ＥＭＣ)、電磁パルス(ＥＭＰ)及び避雷保護のための電気接地構造を考慮すると、導電性コーティングを使用することが望ましいであろう。
【００１３】
接着剤は、導電性があるシーラント又は接着剤から選択され得る。その代わりに、又は、それに加えて、導電性の金属ガスケットが、継手に接着されてよい。他の実施態様では、必要とされる導電率に応じて、ジョイントでの非導電性接着剤又はシーラント接合を介して、導電性を獲得することが可能である。これは、接着又はシーラント接合を介して点金属接触(point metal to metal contact)となるように強いクランプ力を加えることによってなされる。適切に配置された電気溶接ボルト又はファスナが使用されて、部材間における所望の導電率が提供されてもよい。
【００１４】
ある実施態様では、本発明は、接着剤又は接着プライマーを塗布する前に、１又は複数の鋼部材に、溶射技術を用いて耐食導電コーティングを塗布することに関している。故に、コーティングされた部材が、接着剤を用いて互いに結合されて、接着接合継手又は構造を形成してよい。溶射技術は、微粉化した(finely divided)金属又は非金属材料が、溶解状態又は半溶解状態となってコーティングを形成する一群のコーティングプロセスを含む。コーティング材料は、粉状、セラミックロッド、ワイヤ、又は溶融物の形態であってもよい。様々な実施態様において、鋼部材は、ＡＩＳＩ ４１３０、ＡＩＳＩ ４１４０、ＡＩＳＩ １０１０、その他の低合金鋼、又は、ＨＳＬＡ ＳＡＥ等級や自動車鋼等の高強度鋼を含んでよい。
【００１５】
図面を参照すると、図１は、本発明の実施態様に基づく接着接合構造(10)の一部の概略図であって、第１金属部材(12)が、第１金属部材の第１面(18)と第２金属部材(14)の第１面(20)との間に配置された接着剤(16)によって、第２金属部材(14)と接着されている。第１耐食性導電コーティング(22)は、第１金属部材の第１面(18)に付けられる。第２耐食性導電コーティング(24)は、第２金属部材の第１面(20)に付けられる。接着剤は、例えば、ポリウレタン、シリコーン、エポキシ、アクリル、ポリスルフィド、エポキシ硬化ポリチオエーテル、熱硬化性材料、熱可塑性材料、又は、所望の機械的特性及び電気特性を有する他の材料であってもよい。ある実施例では、接着剤は、軍規格ＭＩＬ-Ｐ-２４４４１/１Ｂの要件を満たす他のコーティング材料の有無に拘わらず、ヘンケルハイソール(Henkel Hysol)(登録商標)ＥＡ９３９６、又は同様なエポキシ系ペースト接着剤であってよい。接着剤は、例えば、ＢＬＰモバイルペイントエポキシ／ポリアミドグリーンプライマＦ１５０又はインターナショナルペイントインターガード２６４エポキシ等の接着プライマーと組み合わせて用いてもよい。
【００１６】
接着剤を塗布する前に、耐食性導電コーティングが、溶射技術によって鋼に塗布されてよい。溶射技術が用いられて、接合される鋼部品の両方の面にコーティングを形成してよい。耐食コーティングの具体例は、２００６年２月に発行されたスルザーメテコ(Sulzer Metco)溶射ガイドに見ることができ、当該ガイドは、この引用を以て、本明細書の一部となる。コーティングは、鋼よりも耐食性があり及び／又は電位列(galvanic series)で鋼より腐食しないとガイドに記載されているコーティングのリストから選択されてよい。適当な表面処理を伴った溶射コーティングは、コーティングの塗布プロセスと選択されたコーティングに応じて、引張強度が、約２００ＰＳＩ(重量ポンド毎平方インチ)から１０，０００ＰＳＩを超える範囲に及び得る。
【００１７】
図２は、本発明の他の実施態様に基づく接着接合構造(30)の一部の概略図であって、第１金属部材(32)が、第１金属部材の第１面(38)と第２金属部材(34)の第１面(40)との間に配置された接着剤(36)によって、第２金属部材(34)に接着されている。第１耐食性導電コーティング(42)は、第１金属部材の第１面(38)に付けられる。第２耐食性導電コーティング(44)は、第２金属部材の第１面(40)に付けられる。この実施態様では、接着プライマー材料(46)が、接着剤の塗布前に、耐食性導電コーティングに塗布される。これが、各耐食性導電コーティングと接着剤の間のプライマー層をもたらす。プライマー材料は、例えば、エポキシ、或いは、選択された接着剤及び／又はシーラントシステムに適した又は適合するプライマー材料であってよい。接着剤又はシーラントシステムに含まれ得る材料の例としては、３ＭプロダクトＥＣ２２１６および他のエポキシスコッチ−ウェルド(Scotch‐Weld)(登録商標)構造型接着剤、ポリスルフィドシーラント、ＭＩＬ‐ＰＲＦ‐８８０２や３Ｍ接着ウレタン５２００が挙げられる。接着プライマーの塗布前に、上記のように、耐食性導電コーティングが、溶射技術によって鋼に付されてよい。
【００１８】
図３は、本発明の他の実施態様に基づく接着接合構造(50)の一部の概略図であって、第１金属部材(52)が、第１金属部材の第１面(58)と第２金属部材(54)の第１面(60)との間に位置する接着剤(56)によって、第２金属部材(54)に接着される。第１耐食コーティング(62)が、第１金属部材の第１面(58)に付けられる。第２耐食コーティング(64)が、第２金属部材の第１面(60)に付けられる。幾つかの実施態様においては、耐食性コーティングは、サーメット又はセラミック部材等の非導電性材料であってもよい。この実施態様では、電気的接続(66)が、金属部材間に与えられて、その構造により、電磁干渉(ＥＭＩ)、電磁適合性(ＥＭＣ)、電磁パルス(ＥＭＰ)及び避雷保護に対する望ましい保護がもたらされる。図３に示されているが、電気溶接ボルト、ファスナ又はガスケットを用いることで電気的接続が与えられて、部材間に所望の導電率がもたらされてよいことが理解できるであろう。
【００１９】
耐食性コーティングは、必要に応じて、接着剤又はシーラントによってシールされて、耐食性が強化されてよい。この実施態様では、随意選択的なシーラント(68)が、第１と第２金属部材間にて接着接合継手の端部に施されている。シーラントは、例えば、ポリスルフィド、ウレタン、シリコーン、又は、継手を通る水分や水を防ぐ他の適当なシーラントであってもよい。また、接着剤又は接着プライマーの塗布前に、耐食性導電コーティングが、溶射技術によって鋼に付されてよい。
【００２０】
図４は、本発明の他の実施形態に基づく接着接合構造(70)の一部の概略図であって、第１金属部材(72)が、第１金属部材の第１面(78)と第２金属部材(74)の第１面(80)との間に配置された接着剤(76)によって、第２金属部材(74)に接着される。第１耐食性コーティング(82)は、第１金属部材の第１面(78)に付けられる。第２耐食性コーティング(84)は、耐食性コーティング(82)に付けられる。第３耐食性コーティング(86)は、第２金属部材の第１面(80)に付けられる。第４耐食性コーティング(88)は、耐食性コーティング(86)に付けられる。図４の実施態様において、コーティング(84)及びコーティング(88)は黒鉛であってよく、コーティング(82)及びコーティング(86)は、電位列において、黒鉛に陽極的及び陰極的に(anodically and cathodically)近い材料とすることができる。黒鉛は、非常に不活性なので、保護されていない鋼など、より陽極性の金属又は合金が腐食するであろう。ある実施例においては、チタンコーティングされた鋼が、接着接合継手において黒鉛に対するものとして好ましい。鋼への耐食性コーティングに用いられ得る他の材料には、コバルト、ニッケルやチタン系合金がある。一例として、ニッケルアルミナイドが挙げられる。
【００２１】
他の実施例において、耐食性コーティングは、鋼にコーティングされるガラス繊維又はケブラー(Kevlar)を含んでよい。
【００２２】
様々な実施態様において、耐食性導電コーティングは、プラズマ溶射、燃焼粉末溶射(Ｔｈｅｒｍｏｓｐｒａｙ(登録商標)、高速酸素燃料溶射(ＨＶＯＦ)、電気アークワイヤ溶射、燃焼ワイヤ溶射、ＣｈａｍＰｒｏ(登録商標)(ＬＶＰＳ、ＬＰＰＳ及びＶＰＳ)、爆発溶射プロセス、及び／又は他の類似の処理方法、又はそれら処理の組合せによって、塗布される。電気アークワイヤ溶射を用いて付され得る材料には、銅、鉄、Ｍｂ、スズ及びチタンが含まれる。他の実施態様においては、自溶合金を用いてもよい。自溶合金は、溶射によって付されて、トーチ(torch)で溶融される。技術とコーティング材の費用、好ましいコーティング強度又はせん断要件、及び合金、セラミック又はサーメットの導電性を考慮して、好ましい付与技術及びコーティング材料が選択される。
【００２３】
単独で又は溶射技術プロセスと併用して、他の処理方法を用いて、耐食性コーティングが形成されてよい。このような他の方法には、ろう付け処理、ろう付け合金を付するためのフレーム溶射又は溶射プロセス、ろう付け、及び／又は爆発圧着が含まれてよい。これらのプロセスは、接着用鋼表面を改質させ、及び／又は、耐食性導電コーティングを提供することができる。
【００２４】
耐食性コーティングは、鋼と接着プライマー又は接着部材との間のボンドラインに隣接する領域において、腐食から鋼を保護する。コーティングは、２００６年２月に発行されたスルザーメテコ溶射材料ガイドに記載されている材料又は同様な材料を用いて製造されてよい。
【００２５】
耐食性コーティング部材は、軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８９に規定されているように、鋼に電気的に(galvanically)近くあるべきである。電気的に(galvanically)近い好ましい材料は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８９の表ＩＩに掲載されているような、鋼１０１０とチタンの間の範囲の材料として規定される。
【００２６】
高速酸素燃料(ＨＶＯＦ)溶射プロセスを用いて、耐食性コーティングを施すことができる。この処理によって形成された耐食性コーティングは、１０，０００ＰＳＩまでの、または、それを超える強い接着強度を有しており、非常に高密度で(dense)、水及び水分から鋼材を保護する。高速酸素燃料(ＨＶＯＦ)溶射プロセスを用いて施される材料の例には、２００６年２月に発行されたスルザーメテコ溶射材料ガイドのＨＶＯＦ−１からＨＶＯＦ−２５ページに掲載された合金、セラミックやサーメットが含まれる。コーティングには、下限として２００ＰＳＩが必要とされるが、大部分のコーティングは、より強い範囲の引張強度を有している。幾つかの実施態様において、耐食性導電コーティングは、炭化クロムやニッケルクロム合金を含んでよい。ニッケルクロムや炭化クロムの量を変えて、導電率を最適化することができる。
【００２７】
耐食性コーティングは、溶射された、銅、チタン、ステンレス鋼、モリブデン、インコネル(Inconel(登録商標))６２５、インコネル６１８、インコネル７１８、ニッケル−クロム(登録商標)、経年処理されたニッケルベース超合金(例えば、Ｒｅｎｅ(登録商標)８０、ニッケル、ニッケルアルミナイド、モネル(登録商標)、Ｋ―モネル(登録商標)、ＡＩＳＩ３１６Ｌ、ＡＩＳＩ３１６、ＡＩＳＩ３０１、ＡＩＳＩ３０２、ＡＩＳＩ３０４、青銅、ＭＰ１３５Ｎ(コバルト、クロムモリブデンベース合金)、又は他の多相合金)、コバルト、とりわけコバルト合金であってよい。その他の３００シリーズの合金は、オーステナイトステンレス鋼、カーペンター合金、ニッケル−銅合金４００、ＭＰ３５Ｎ合金、カーペンターＣ−２７６合金(ＵＮＳ Ｎ１０２７６)、カスタムエイジ６２５プラス(Custom age625Plus)(登録商標)合金、Ｌ−６０５合金、タイプ４０９Ｃｂステンレス、タイプ４３０ＦＲソレノイド品質(Solenoid Quality)ステンレス、タイプ４３０Ｆステンレス、タイプ４３０ステンレス、パイロウェア(Pyrowear)(登録商標)６７５、パイロメット(Pyromet)(登録商標)合金７１８、パイロメット合金６２５、２０Ｍｏ−６(登録商標)ＨＳステンレス(ＵＮＳ Ｎ０８０３６)、２０Ｍｏ−６ステンレス(ＵＮＳ Ｎ０８０２６)、１５−１５ＬＣ(登録商標)変形ステンレス、カーペンター２２クロム−１３ニッケル−５マンガンステンレス(ＵＮＳ Ｓ２０９１０)、デュプレックス合金２５５、カーペンター合金９２５(ＵＮＳ Ｎ０９９２５)、２５ニッケル‐２０クロム−６モリブデンステンレス(ＵＮＳ Ｎ０８９２５ Ｎ０８９２６)、マイクロ−メルト(Micro-Melt(登録商標))ＣＣＷ合金、ＢｉｏＢｌｕ２７合金、マイクロ−メルト(登録商標)ＣＣＷプラス合金、デュプレックス合金２２０５、パイロメット(登録商標)合金６１７、ニッケル合金２１１、ニッケル合金２０５、ニッケル−４アルミニウム合金、ニッケル合金２０６、及びチタン合金を含む。
【００２８】
熱付着された(thermally applied)ろう付け合金が用いられて、冶金学的に鋼に接合された耐食性導電コーティングを形成してよい。適切なろう付け合金の例は、ウォールコルモノイ社(Wall Colmonoy Corporation)ＮＩＣＲＯＢＲＡＺ(登録商標)テクニカルデータシートＮｏ．２．１．１を含んでいる。
【００２９】
他の例では、接着接合する前に、爆発圧着された耐食性合金が鋼表面に付されてよい。爆発圧着された異種金属は、機械的に固定された異種金属間にて生じるであろうガルバニック活性(galvanic activity)に対して、阻害物として作用する。異種金属間にて溶接遷移(weldable transitions)を可能とすることで、海洋用途において、爆発圧着金属の使用による利益を得ることができ、電解腐食(galvanic corrosion)が減少又は除去する。適切な爆発圧着される材料の例は、ステンレス鋼、インコネル(登録商標)、チタン、クラッドコーティングを形成するために鋼に爆発圧着可能な鋼合金よりも更に不活性なその他の金属を含んでいる。
【００３０】
導電路が必要とされないか又は他の手段で確立できる場合、耐食性サーメットコーティング又はセラミックコーティングを用いることができる。サーメットは、セラミック及び金属材料を含む複合材料であって、例えば、高温耐性や硬度等のセラミックの最適特性と、塑性変形を被る能力などの金属の最適特性とを有するように設計されている。金属は、酸化物、ホウ化物、又はカーバイドに対するバインダーとして用いられる。通常、使用される金属元素は、ニッケル、モリブデン及びコバルトである。材料の物理構造に応じて、サーメットは、金属マトリックス複合材とされてもよい。
【００３１】
電流を通す亜鉛、アルミニウム、亜鉛とアルミニウム合金の組合せ等の典型的なコーティングが、孔食や全面腐食から鋼を防ぐために、一般的に用いられている。一般的に用いられるこれらの陽極コーティングは、鋼を腐食から防ぐが、接合用途においては役立つものではない。これは、水分及び／又は水が、驚くべきことに、封止された有機コーティング、シーラント、又は接着剤を通って移動して、接合された非耐食性の鋼構造面において腐食を開始するからである。接着接合プライマーの試験において、水分が、保護用として用いられたプライマーを浸透することが分かっている。コーティングが、鋼表面の水分によって攻撃されるか又は劣化したように見える前でさえ、コーティング下の鋼表面にて腐食が始まることがある。鋼腐食生成物が結合継手に広がると、腐食の進行により、結合継手構造が機能しなくなる。
【００３２】
一つの態様において、本発明では、鋼よりも腐食し難い保護コーティング材料を用いて、この問題に対処している。上記の実施態様においては、耐食性コーティングが用いられて、腐食によるボンドラインの劣化が防止されている。説明されているアセンブリは、例えば、海水に曝され得る腐食環境での使用に適している。
【００３３】
他の実施態様において、接着される部材は、鉄材料、又は腐食しやすいアルミニウムなどの他の材料を含んでもよい。これらの実施態様は、鋼をこれらの材料と置き換えた図１乃至図４における実施態様と同様である。
【００３４】
本発明の特定の態様を、例示のために上記で説明したが、本発明の詳細な多数の変形例は、当業者が、本発明の範囲を逸脱せずに作製できることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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