(57)【要約】【課題】焼却炉の耐高温腐食表面の形成に際し、被処理材の加工性低下を防ぎ、二酸化ケイ素皮膜の効果を十分に発揮できる安全で簡便な製造方法を提供する。【解決手段】ケイ素・二酸化ケイ素混合スラリーを塗布又は埋没させた被処理金属材料を、不活性ガス中で所定高温度に保持することにより、焼却炉用金属の表層に、ケイ化物の拡散層又は二酸化ケイ素のコーティング層を形成させる。本発明により、ケイ素のみによる加工性低下を防ぎ、改質層表面が緻密で凹凸の少ない改質層となる。制御温度は１０００〜１２５０℃が好ましい。また混合粉末中にフッ化ナトリウムを加えるとケイ化物の形成が活発化するため、１０００℃以下の低温でも１００μｍ以上の厚い拡散層が形成される。粉末粒径１μｍ以下の微粒子にすると金属との接触面積が増大し、表面処理効率が向上する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉に用いる金属材料の表面に、ケイ素粉末および二酸化ケイ素粉末の混合スラリーを塗布あるいは埋没させた後、該金属材料を不活性ガス中にて所定の高温度に保持することにより、該金属材料の表層にケイ化物からなる拡散層あるいは二酸化ケイ素からなるコーティング層を形成させる焼却炉耐溶融塩腐食表面の製造方法。
【請求項２】
前記所定の高温度を、１０００〜１２５０℃とする請求項１に記載の焼却炉耐溶融塩腐食表面の製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスの雰囲気中にハロゲン化物ガスを添加することにより、前記金属表面の表層にケイ化物からなる拡散層を形成させる請求項１に記載の焼却炉耐溶融塩腐食表面の製造方法。
【請求項４】
前記不活性ガスの雰囲気中にハロゲン化物ガスを添加することにより、前記金属表面の表層にケイ化物からなる拡散層を形成した後、前記所定の高温度を１０００〜１２５０℃とする請求項１に記載の焼却炉耐溶融塩腐食表面の製造方法。
【請求項５】
前記ケイ素および二酸化ケイ素粉末は、粒径１μｍ以下の微粒子からなる請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の焼却炉耐溶融塩腐食表面の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼却炉耐溶融塩腐食表面の製造方法に係り、特に、動力炉やごみ処理などの焼却燃焼施設において、拡散浸透法あるいは溶融メッキにより、耐溶融塩腐食性さらには耐高温酸化性に優れた合金材料の表面形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物処理施設などの焼却施設における環境は、高温下、かつ腐食性の高い燃焼排ガスや燃焼灰を含むため、構成材料の高温腐食、特に溶融塩腐食が問題となっていた。
【０００３】
耐溶融塩腐食性の向上には、二酸化ケイ素皮膜による保護が有効であることが一般に知られている。特開平９−４１０５９号公報記載の例では、高Ｃｒ高Ｎｉオーステナイト系ステンレスへケイ素を添加し、溶融灰付着環境での耐食性を向上させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、ケイ素をバルク材中に添加すると加工性の低下を招くことから、その添加量は３ｗｔ％程度に抑えられている。そのため、使用環境で生成される酸化皮膜に占める二酸化ケイ素含有量を高くできず、二酸化ケイ素による耐溶融塩腐食性向上の効果が十分に発揮されていないのが現状である。
【０００５】
そのため、ケイ素による耐溶融塩腐食性の向上を図るためには、ケイ素をバルク材としてよりは表面処理材として利用するほうが有効である。また、該表面処理法は拡散浸透法のような簡便なものが好ましい。
【０００６】
廃棄物焼却施設の構成材料の耐高温腐食性向上を目的とした拡散浸透処理の例としては、特開２０００−１４４３７２号公報、特開平１０−２７３７６９号公報、特開平１０−０３６９５４号公報、特開平０９−２５７１９０号公報等があるが、これらはいずれも、クロムあるいはアルミによるものであり、耐高温酸化性向上は期待できても、耐溶融塩腐食性向上はさほど期待できない。
【０００７】
また、特開平０９−１７６８０３号公報、特開平０５−２７９８１３号公報、特開平０５−１７１４０６号公報、特開平０５−１３２７４２号公報、または特開平０５−１２５４９６号公報等に記載の例は、ケイ素による拡散浸透処理の例であるが、原料にＳｉＣｌ４ガスを用いており、安全性に問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、耐高温腐食性向上を目的としてケイ素を利用するに際し、被処理材の加工性低下を防ぎ、なおかつ二酸化ケイ素保護皮膜の効果を十分に発揮させるために、バルク材としてより表面処理材としてケイ素を使用して、該表面処理手法をできるだけ簡便かつ安全化することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、焼却炉に用いる金属材料の表面に、ケイ素粉末および二酸化ケイ素粉末の混合スラリーを塗布あるいは埋没させた後、該金属材料を不活性ガス中にて所定の高温度に保持することにより、該金属材料の表層にケイ化物からなる拡散層あるいは二酸化ケイ素からなるコーティング層を形成させる焼却炉耐溶融塩腐食表面の製造方法によって達成される。
【００１０】
本発明によれば、ケイ素粉末のみで前記表面処理を行なうと、該被処理金属材とケイ素粉末との活発な相互拡散により、改質層表面の凹凸が激しいうえに多孔質となる。ところが、ケイ素粉末に二酸化ケイ素粉末を添加することにより、二酸化ケイ素粉末が前記拡散現象の障壁となるため、緻密で凹凸の少ない改質層となるのである。
【００１１】
本発明は、高温での被処理金属材の成分とケイ素との相互拡散、あるいは、単純な溶融固化によるものであるから、雰囲気制御炉さえあれば成膜が可能である。そのため、溶射法、イオン注入法などで用いられる高価なチャンバーが不要であり、本発明方法は、最も簡便かつ安全化された手法の一つである。
【００１２】
また、処理温度を制御することにより改質層の耐食性を向上させることができる。制御温度としては１０００〜１２５０℃が好ましい。１０００℃以上とすると、形成される改質層はケイ素と該被処理金属との固相反応により生成したケイ化物であるため、密着性のよいものとなる。
【００１３】
さらに、１２００℃以上とすると、二酸化ケイ素と被処理金属材との接触部が溶融し、冷却後に固化するため、二酸化ケイ素のコーティング層が形成される。ケイ化物層の場合には二酸化ケイ素皮膜が使用環境中にて形成されるが、該処理条件であれば、ケイ化物の形成を省いて、二酸化ケイ素皮膜を直接形成させることができる。
【００１４】
また、前記不活性ガスの雰囲気中にハロゲン化物ガスを添加することにより、前記金属表面の表層にケイ化物からなる拡散層を形成させることができる。混合粉末中にフッ化ナトリウム粉末を加えることにより、ケイ化物の形成が活発化するため、１０００℃以下の低温においても１００μｍ以上の厚い拡散層の形成が可能となる。
【００１５】
また、前記不活性ガスの雰囲気中にハロゲン化物ガスを添加することにより、前記金属表面の表層にケイ化物からなる拡散層を形成した後、前記所定の高温度を１０００〜１２５０℃に制御して、最表面に二酸化ケイ素コーティング層を形成できる。この方法によれば、最表層の二酸化ケイ素コーティング層が消費された後も、その下層の厚いケイ化物層からケイ素が供給されることにより、新たな二酸化ケイ素層が形成される。このため、寿命が飛躍的に向上する。
【００１６】
また、前記ケイ素および二酸化ケイ素粉末は、粒径１μｍ以下の微粒子とすることにより、前記被処理金属と前記粉末との接触面積を増大させ、表面処理の効率を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の概要は、焼却炉等の内壁を構成する合金材料の表面を、耐高温酸化性だけでなく、耐溶融塩腐食性をも向上させるために、ＳｉＣｌ４等の安全性に問題がある原料は使用せずに、安全で安価なケイ素および二酸化ケイ素の混合粉末を使用して被処理金属の表層に、ケイ化物からなる拡散層あるいは二酸化ケイ素からなるコーティング層を形成するものである。
【００１８】
「実施形態１」
表１の実施例１の欄に、原料粉末中のケイ素含有量を変化させて、ＳＵＳ３１０Ｓを被処理金属として処理した場合のケイ化物層の厚さおよび耐食性を示す。なお、前記金属材の表面にケイ化物層を形成させるにあたっては、前記金属表面にエタノールで懸濁させたケイ素粉末を、１．５ｍｇ／ｃｍ２の割合で塗布し、アルゴン雰囲気中で１１００℃、４８ｈ保持した。
【００１９】
【表１】
2004018972.tif 000002
【００２０】
また、高温耐食性の評価については、焼却炉の実機環境を模擬したラボ腐食により行なった。すなわち、ＮａＣｌ−ＫＣｌ−Ｎａ２ＳＯ４−Ｋ２ＳＯ４混合塩を、試料表面に４０ｍｇ／ｃｍ２の割合で塗布し、７００℃のＮ２（ｂａｌ．）−２０％Ｈ２Ｏ−１４％ＣＯ２−５％Ｏ２−０．１％ＨＣｌ雰囲気にて所定時間保持し、冷却後にスケールを除去して測定された重量減少分で評価した。この試験結果によれば、ケイ素含有率が２０ｍｏｌ％付近の領域で、最も耐食性の向上が認められる。
【００２１】
「実施形態２」
表２の実施例２の欄に、ＳＵＳ３１０Ｓを被処理金属として、モル比５．９５のケイ素・二酸化ケイ素混合粉末中で５ｈ処理した場合のケイ化物層、あるいは二酸化ケイ素層の厚さ、および耐食性に及ぼす処理温度の影響を示す。これによれば、被処理温度１２００℃以上において最も耐食性の向上が認められる。
【００２２】
【表２】
2004018972.tif 000003
【００２３】
「実施形態３」
表３の実施例３の欄に、ケイ素、二酸化ケイ素、フッ化ナトリウムを重量比、３：９６：１で混合した粉末中にパッキングし、８００〜１２００℃で５ｈ処理した場合のケイ化物層の厚さ、および耐食性を示す。実施例２に比較して、膜成長が著しいことが認められる。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
「実施形態４」
表４の実施例４の欄に、重量比が、３：９６：１のケイ素、二酸化ケイ素、フッ化ナトリウムを混合粉末中にパッキングし、１１００℃、５ｈ処理した後、モル比が５．９５のケイ素・二酸化ケイ素混合粉末中に埋没し、１２００℃、５ｈ処理した場合の改質層の厚さおよび耐食性を示す。これによれば、温度変動のない腐食試験では、耐食生に差がないが＋−１００℃の温度変動を１００℃／ｍｉｎの昇降温速度で与えた腐食試験では耐食生に差が現れた。
【００２６】
【表４】
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【００２７】
「実施形態５」
表５の実施例５の欄に、モル比が１：１のケイ素・二酸化ケイ素混合粉末中で、ＳＵＳ３１０Ｓを被処理金属として、１２００℃、５ｈ処理した場合のケイ化物層、あるいは二酸化ケイ素層の厚さおよび耐食生に及ぼす粉末粒径の影響を示す。これによれば、粒径１μｍ以下で著しい耐食性の向上が認められた。
【００２８】
【表５】
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【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、耐高温腐食性向上を目的としてケイ素を利用するに際し、バルク材としてより表面処理材としてケイ素を使用することにより、被処理材の加工性低下を防ぎ、なおかつ二酸化ケイ素保護皮膜の効果を十分に発揮でき、そのため、安価な原料によって安全かつ容易に、焼却炉の耐高温腐食表面を形成することができる。