(57)【要約】【課題】鋳造品の表面に耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する被膜層を容易に形成する。【解決手段】鋳型１の表面に被覆材２を塗布すると共に被覆材２の表面に凹凸をつける。被覆材２は、主材である粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末（融点１３４０°Ｃ）と、副材である粒径が６３〜２５μｍのＣｒ３Ｃ２　粉末（融点１８９０°Ｃ）と、バインダーとなるポリ酢酸ビニル及び水とを混合したスラリーである。鋳込み温度を１５５０〜１６００°Ｃにして溶融金属を注入すると、被覆材２の主材は溶融し副材は溶融することなく主材に抱き込まれて、母材（溶融金属）に接合する。このため、溶融金属が凝固してなる鋳造品の表面に、被覆材２が溶融・凝固してなる耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する被膜層が形成される。【選択図】　　　　図１
2004074202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型の表面に、
バインダと、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する主材となる金属粉末と、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有し主材の融点よりも融点が高い副材となる金属粉末とからなる被覆材を塗布し、
前記被覆材が塗布された鋳型に溶融金属を注入・充填することにより前記被覆材を溶融させ、溶融金属が凝固してなる鋳造品の表面に、被覆材が溶融・凝固してなる被覆層を形成させることを特徴とする表面被覆鋳造方法。
【請求項２】
鋳型の表面に、
バインダと、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有し溶融金属の鋳込み温度よりも融点が低い主材となる金属粉末と、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有し溶融金属の鋳込み温度よりも融点が高い副材となる金属粉末とからなる被覆材を塗布し、
前記被覆材が塗布された鋳型に溶融金属を注入・充填することにより前記被覆材を溶融させ、溶融金属が凝固してなる鋳造品の表面に、被覆材が溶融・凝固してなる被覆層を形成させることを特徴とする表面被覆鋳造方法。
【請求項３】
前記鋳型に塗布した前記被覆材の表面に凹凸を形成してから、溶融金属の注入・充填を行うことを特徴とする請求項１または請求項２の表面被覆鋳造方法。
【請求項４】
前記鋳型に塗布した前記被覆材は、厚さが３ｍｍであり、凹凸形状の高さが１〜２ｍｍであることを特徴とする請求項３の表面被覆鋳造方法。
【請求項５】
前記被覆材は、主材である粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末と、副材である粒径が６３〜２５μｍのＣｒ３Ｃ２　粉末を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項の表面被覆鋳造方法。
【請求項６】
前記被覆材は、主材である粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末と、副材である粒径が６３〜２５μｍのＣｒ３Ｃ２　粉末と、バインダーとなるポリ酢酸ビニル及び水とを混合したスラリーであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項の表面被覆鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面被覆鋳造方法に関し、鋳造品の表面に耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する被覆層を、容易かつ低コストに形成することができるように工夫したものであり、耐熱性が必要とされる鋳造品全般（例えばボイラ燃焼器部品）に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年の発電プラントにおいては、蒸気条件の高温・高圧化に伴い、ボイラ燃焼器部品の耐用寿命の向上が緊急の課題となっている。このため、現用材に代わり、耐熱性・耐酸化性・耐腐食性を有すると共に低コストで信頼性の高い耐熱鋳造材の開発が強く要望されている。
【０００３】
ボイラ燃焼器部品の全体を、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する鋼種により形成すれば、高温環境下であっても優れた耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有することができる。しかし、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する鋼種には、合金元素が多く含まれるために、材料コストが高く、更に製造方法が特殊であるため製造コストも高くなる。
【０００４】
よって、ボイラ燃焼器部品等の鋳造品の全体を、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する素材の鋼種により形成するのではなく、鋳造品の表面に、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する被覆層を形成することにより、高温環境下であっても優れた耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する鋳造品を低コストで製造することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで従来では、ボイラ燃焼器部品等の鋳造品の表面の耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を向上させるために、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する被覆材を溶射や溶接肉盛により表面処理して被覆層を形成していた。しかし、溶射や溶接肉盛を施工するためには、鋳造品を製造した後に、鋳造品の表面に別の金属を溶融，固着または肉盛被覆するため、施工前の表面研磨などの前処理や、施工に多くの工数が必要であり、設備導入に多くの費用がかかっていた。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑み、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する被膜層が表面に形成された鋳造品を、容易に低コストで製造することができる表面被覆鋳造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明方法の構成は、鋳型の表面に、バインダと、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する主材となる金属粉末と、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有し主材の融点よりも融点が高い副材となる金属粉末とからなる被覆材を塗布し、前記被覆材が塗布された鋳型に溶融金属を注入・充填することにより前記被覆材を溶融させ、溶融金属が凝固してなる鋳造品の表面に、被覆材が溶融・凝固してなる被覆層を形成させることを特徴とする。
【０００８】
また本発明方法の構成は、鋳型の表面に、バインダと、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有し溶融金属の鋳込み温度よりも融点が低い主材となる金属粉末と、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有し溶融金属の鋳込み温度よりも融点が高い副材となる金属粉末とからなる被覆材を塗布し、前記被覆材が塗布された鋳型に溶融金属を注入・充填することにより前記被覆材を溶融させ、溶融金属が凝固してなる鋳造品の表面に、被覆材が溶融・凝固してなる被覆層を形成させることを特徴とする。
【０００９】
また本発明方法の構成は、前記鋳型に塗布した前記被覆材の表面に凹凸を形成してから、溶融金属の注入・充填を行うことを特徴とする。
【００１０】
また本発明方法の構成は、前記鋳型に塗布した前記被覆材は、厚さが３ｍｍであり、凹凸形状の高さが１〜２ｍｍであることを特徴とする。
【００１１】
また本発明方法の構成は、前記被覆材は、主材である粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末と、副材である粒径が６３〜２５μｍのＣｒ３Ｃ２　粉末を有していること特徴とする。
【００１２】
また本発明方法の構成は、前記被覆材は、主材である粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末と、副材である粒径が６３〜２５μｍのＣｒ３Ｃ２　粉末と、バインダーとなるポリ酢酸ビニル及び水とを混合したスラリーであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の実施の形態にかかる表面被覆鋳造方法を、作製手順に従い説明する。まず、図１に示すように、鋳型１を用意する。この鋳型１は、外側の砂型１ａと内側（溶融金属が注入される側）の塗型１ｂにより形成されている。なお、塗型１ｂは、鋳物と砂との焼き着きを防止するために用いられるものである。
【００１５】
この鋳型１の表面（溶融金属が注入される内周面）に、スラリーとなっている被覆材２を塗布する。塗布した後に放置して被覆材２の粘性がある程度高くなったら、凹凸が形成されている押し板（図示省略）を、被覆材２の表面に押し当てて、被覆材２の表面に凹凸を形成する。これにより、凹凸高さが１〜２ｍｍで厚さが３ｍｍの被覆材２とする。
【００１６】
なお、押し板の代わりに、製品形状と同様な形状となっている部材の表面に凹凸を形成した物や、ローラの表面に凹凸を形成した物等を使用して、被覆材２の表面に凹凸を形成するようにしてもよい。
また、被覆材２の表面に形成する凹凸としては、図１に示すように、鋸波形状に限らず、湾曲した波型形状であっても、矩形波形状であっても、ゴルフ玉の表面のようなディンプル形状であってもよい。要は、被覆材２の表面面積が増大するように凹凸が形成されればよい。
【００１７】
被覆材２は、主材として粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末を用い、副材として粒径が６３〜２５μｍのＣｒ３Ｃ２　粉末を用い、主材であるＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末と副材であるＣｒ３Ｃ２　粉末とバインダーであるポリ酢酸ビニル及び水を混合してスラリー状になったものである。被覆材２のうち約７０％（重量％）が主材であり、約３０％（重量％）が副材である。
【００１８】
主材であるＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末と、副材であるＣｒ３Ｃ２　粉末の組成（重量比）は、図４に示す表１のようになっている。ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金及びＣｒ３Ｃ２　は共に、高温環境下においても優れた耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有するものである。
また、主材であるＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末の融点は１３４０°Ｃ、副材であるＣｒ３Ｃ２　粉末の融点は１８９０°Ｃ、母材（鋳鋼（ＳＣＨ１３））の融点は１３７０°Ｃであり、溶融金属の鋳込み温度は１５５０〜１６００°Ｃとしている。つまり、主材の融点は溶融金属の鋳込み温度よりも低く、副材の融点は溶融金属の鋳込み温度よりも高くなっている。
【００１９】
被覆材２の表面に凹凸を形成したら、図２に示すように、鋳型１（被覆材２の表面側、つまり、凹凸が形成された面側）に溶融金属（母材）３を注入・充填する。この溶融金属３は鋳鋼（ＳＣＨ１３）を加熱溶融させたものであり、鋳込み温度は１５５０〜１６００°Ｃとしている。
【００２０】
溶融金属（母材）３を注入すると、溶融金属３の熱により、被覆材２が溶融し、被覆材２が母材に接合する。更に詳述すると、被覆材２のうち主材であるＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末は溶融し、副材であるＣｒ３Ｃ２　粉末は溶融しないが溶融した主材に抱き込まれる。このため、副材を抱き込んだ主材が母材と接合すると共に、副材は母材に対して拡散接合する。
このとき、被覆材２の表面に凹凸が形成されて表面面積が広くなっているので、溶融金属３から被覆材２への入熱量が多くなり、被覆材２の溶融が促進され、ひいては被覆材（主材，副材）の母材への接合が促進される。
【００２１】
溶融金属３の注入・充填後、放置すると溶融金属３が冷却されて凝固して、図３に示すような鋳造品３０が形成される。この鋳造品３０の表面には、被覆材２を溶融・凝固した被覆層２０が接合・形成される。被覆層２０の厚さは、０．２〜０．５ｍｍである。
【００２２】
被覆層２０を形成するＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金及びＣｒ３Ｃ２　は共に、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有しているが、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金に比べてＣｒ３Ｃ２　の方がより高い耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有している。Ｃｒ３Ｃ２　は、鋳造の際に溶融はしないが溶融したＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金に抱き込まれているため、鋳造品３０に確実に接合することができる。このため、被覆層２０の耐熱性，耐酸化性，耐腐食性は極めて高くなっている。
【００２３】
この鋳造方法により、ボイラ燃焼器部品であるバーナディフューザコーン等の鋳造品の表面に、極めて優れた耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を備えた被覆層を形成することができる。
【００２４】
次に、試験データを示す。この試験では溶融金属（母材）として鋳鋼（ＳＣＨ１３）を採用し、被覆材として次に示すＮｏ１〜Ｎｏ３の３種類の被覆材を使用した。Ｎｏ３の被覆材は実施の形態で用いたのと同じ組成である。バインダはポリ酢酸ビニルと水であり、鋳型の表面に塗布する被覆材は、凹凸高さが１〜２ｍｍで厚さが３ｍｍ（図１と同様）とした。鋳込み温度は１５５０〜１６００°Ｃとした。
Ｎｏ１の被覆材・・・粒径が５３〜６３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金＋バインダ
Ｎｏ２の被覆材・・・粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金＋バインダ
Ｎｏ３の被覆材・・・粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金＋バインダ
＋粒径が６３〜２５μｍのＣｒ３Ｃ２　粉末
【００２５】
図５は、上記Ｎｏ１〜Ｎｏ３の被覆材を用いて鋳造品の表面に形成した被覆層の厚さを示すデータである。図５においてＮｏ１〜Ｎｏ３は、Ｎｏ１〜Ｎｏ３の被覆材により形成された被覆層を示し、また図５において、（凸）は被覆層のうち凸部（厚くなっている部分）の厚さを、（凹）は被覆層のうち凹部（薄くなっている部分）の厚さを示す。
【００２６】
図５の試験データ結果から、実施の形態で用いたのと同じ組成であるＮｏ３の被覆材を用いることにより、厚い被覆層を形成できることが判った。
【００２７】
【発明の効果】
以上実施の形態と共に具体的に説明したように本発明方法では、鋳型の表面に、バインダと、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有する主材となる金属粉末と、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有し主材の融点よりも融点が高い副材となる金属粉末とからなる被覆材を塗布し、前記被覆材が塗布された鋳型に溶融金属を注入・充填することにより前記被覆材を溶融させ、溶融金属が凝固してなる鋳造品の表面に、被覆材が溶融・凝固してなる被覆層を形成させるようにした。
より具体的には、鋳型の表面に、バインダと、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有し溶融金属の鋳込み温度よりも融点が低い主材となる金属粉末と、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有し溶融金属の鋳込み温度よりも融点が高い副材となる金属粉末とからなる被覆材を塗布し、前記被覆材が塗布された鋳型に溶融金属を注入・充填することにより前記被覆材を溶融させ、溶融金属が凝固してなる鋳造品の表面に、被覆材が溶融・凝固してなる被覆層を形成させるようにした。
このため本発明では、副材は鋳造の際の鋳込み温度では溶融しないが、溶けた主材に抱き込まれる結果、副材は主材と共に鋳造品に確実に接合することができる。このため、主材及び副材により形成された、耐熱性，耐酸化性，耐腐食性が極めて高い被覆層を鋳造品の表面に形成することができる。
【００２８】
また本発明方法では、前記鋳型に塗布した前記被覆材の表面に凹凸を形成してから、溶融金属の注入・充填を行うようにしている。このため、被覆材の表面面積が広くなり、被覆材への入熱量が多くなり被覆材が効率的に溶融し、良好な被覆層が形成される。
このとき、前記鋳型に塗布した前記被覆材は、厚さが３ｍｍであり、凹凸形状の高さが１〜２ｍｍであるようにすることにより、適正な厚さをもった被覆層を形成することができる。
【００２９】
また本発明方法では、前記被覆材は、主材である粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末と、副材である粒径が６３〜２５μｍのＣｒ３Ｃ２　粉末を有していたり、
前記被覆材は、主材である粒径が１０〜５３μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ　合金粉末と、副材である粒径が６３〜２５μｍのＣｒ３Ｃ２　粉末と、バインダーとなるポリ酢酸ビニル及び水とを混合したスラリーであるようにした。
このため、被覆材を良好に鋳型に塗布することができると共に、形成された被覆層は、極めて高い耐熱性，耐酸化性，耐腐食性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法で用いる鋳型及び被覆材を示す断面図。
【図２】本発明方法において溶融金属を型に注入した状態を示す断面図。
【図３】本発明方法により形成した鋳造品を示す断面図。
【図４】鋳造品の組成を示す組成図。
【図５】各種被覆材を用いて形成した被覆層の厚さを示す特性図。
【符号の説明】
１　鋳型
２　被覆材
３　溶融金属
２０　被覆層
３０　鋳造品
【図１】
2004074202.tif 000003
【図２】
2004074202.tif 000004
【図３】
2004074202.tif 000005
【図４】
2004074202.tif 000006
【図５】
2004074202.tif 000007