(57)【要約】【課題】溶融金属メッキ浴用部材に施す溶射被膜であって、溶融金属に対する耐侵食性と耐摩耗性および浴中の浮遊ドロスの付着に対する耐性を備えた溶射被膜を提供する。【解決手段】金属Ｗを５〜95重量％およびＷの炭化物とCoWの炭化物からなるセラミック相95〜５重量％を含むサーメットからなる耐侵食性と耐摩耗性に優れた溶射被膜。鋼板等の基材上に亜鉛等の溶融金属を連続してメッキする設備において溶融金属中に浸漬された状態で用いられるロール、軸受け、スピンドル等の部材にこの溶射被膜を施す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属Ｗを５〜95重量％およびＷの炭化物とCoWの炭化物からなるセラミック相95〜５重量％を含むサーメットからなる耐侵食性と耐摩耗性に優れた溶射被膜。
【請求項２】
前記Ｗの炭化物はWCとW2Cであり、前記CoWの炭化物はCo3W3CとCo3W9C4である、請求項１に記載の溶射被膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属連続メッキ設備における部材に施す溶射被膜に関し、さらに詳細には、金属等の基材上に亜鉛等の溶融金属を連続してメッキする設備において溶融金属中に浸漬された状態で用いられるロール、軸受け、スピンドル等の部材に施す溶射被膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板等にメッキを施すための溶融金属連続メッキ設備は一般に前処理、メッキ処理および仕上げ処理の各工程を行う装置から構成されている。図１に示すように、メッキ処理においてはメッキ槽（2）の中の溶融金属浴（1）に鋼板等の被メッキ材（3）が連続して浸漬される。メッキ槽（2）の中にはシンクロール（4）やサポートロール（5）など被メッキ材（3）を支持するロール類があり、これらの部材は亜鉛等の溶融金属と接し、また矢印で示す方向に移動する被メッキ材と接触するなど厳しい使用条件下にあり、溶融金属に対する耐侵食性や浴中の浮遊ドロスの付着に対する耐性を備えていなければならない。
【０００３】
すなわち、シンクロール（4）等の素材として一般にSCH-13等のステンレス系材料や鋳鉄が用いられているが、溶融金属は金属素材に対する表面張力が低く粘度も低いため、ロール表面のマイクロクラックや気孔に侵入して著しい侵食を及ぼす。あるいはロールの表面にドロス等の金属酸化物や金属間化合物あるいは合金析出物が付着して成長することによって、短期間でロール胴部の面荒れが発生する。この面荒れは被メッキ材である鋼板に押し傷として転写され、鋼板の品質を著しく低下させる。
【０００４】
そのため、一つの解決策としてロール母材の材質を改良する試みがなされている（特開昭56-112447号）。しかし、金属合金としての改良であるため、溶融亜鉛浴浸漬部材としては実用上十分な耐食性は得られていない。
【０００５】
あるいは、Co基、Ni基またはFe基の自溶性合金を母材表面上に溶射し、溶着熱処理によって緻密な耐食性被膜を形成させたものがある（特開平１-108334号、特開平１-108335号）。それによってある程度の改善は得られているが、溶融亜鉛浴浸漬部材としての耐食性は不十分であり、やはり金属合金としての限界と考えられる。
【０００６】
あるいはまた、WC-Co系やWC-WB-Co系のサーメット材料の溶射被覆層を形成した溶融金属メッキ浴用部材が知られている（特公平２-55502号、特開平３-94048号）。しかし、十分な緻密性を得るために添加したCoの相が優先的に溶融金属による侵食を受け易いため、WCやWC-WBのセラミック相の優れた耐食性が十分に発揮されていない。
【特許文献１】特開昭56-112447号明細書
【特許文献２】特開平１-108334号明細書
【特許文献３】特開平１-108335号明細書
【特許文献４】特公平２-55502号明細書
【特許文献５】特開平３-94048号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、溶融金属メッキ浴用部材に施す溶射被膜であって、溶融金属に対する耐侵食性と耐摩耗性および浴中の浮遊ドロスの付着に対する耐性を備えた溶射被膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、金属Ｗを５〜95重量％およびＷの炭化物とCoWの炭化物からなるセラミック相95〜５重量％を含むサーメットからなる耐侵食性と耐摩耗性に優れた溶射被膜が提供される。この溶射被膜は高速フレーム溶射法や爆発溶射法のような慣用の方法を用いて形成することができるが、その方法は、溶融金属メッキ浴用部材として通常用いられる鋼材等の基材の表面にWC粉末とCo粉末の混合粉末またはWC-Co化合物の粉末を可燃性ガスと酸素の反応を熱源とする脱炭性雰囲気中に供給することを特徴とする。それによって、WC化合物が脱炭されて金属Ｗ（タングステン）の相が形成されるとともに、主としてWCとW2CからなるＷの炭化物とCoWの炭化物からなるセラミック相が形成される。この溶射被膜中のCoWの炭化物としては主にCo3W3CやCo3W9C4の存在がＸ線回折法によって確認されている。
【０００９】
この溶射被膜中には極微量のCoと不可避不純物が存在していることもあるが、被膜は実質的に５〜95重量％の金属Ｗと残部のセラミック相からなる。Ｗは主として被膜におけるバインダーとしての役割を有するが、Ｗの量が５重量％未満では、被膜中に気孔が多くなるとともに過剰な量のセラミック相の存在によって被膜が脆化してしまう。Ｗの量が95重量％を超えると、空気の湿度が高いときに被膜の濡れが生じるために著しい酸化が起きる。また被膜の積層効率も低くなり、生産性が低くなる。
【００１０】
酸素と混合させて脱炭性雰囲気を形成するための可燃性ガスとしてはアセチレンを用いるのが好ましいが、プロピレン、プロパン、エチレン、ケロシン等を用いても本発明の溶射被膜を得ることができる。
【００１１】
従来、600℃以上の高温の溶融金属メッキ浴中でロール等の部材を用いる場合に特にドロスが付着し易かったが、本発明による溶射被膜の上にさらにジルコニア（ZrO2）の溶射被膜を施すと、ドロスの付着防止のためにさらに効果的である。さらに、溶射被膜中の気孔を通して溶融金属が基材に達するのを防止するために、従来行われているコロイダルシリカやクロム酸化物等による封孔処理をジルコニア被膜の上に施しても良い。
【実施例】
【００１２】
実施例１
一辺が10ｍｍの立方体形状の軟鋼の一つの面を下地処理（脱脂とグリットブラストによる粗面化）して、この面上に爆発溶射法によって約0.25ｍｍの厚さの被膜を形成した。これは、デトネーションガンの中に供給したアセチレンと酸素の混合雰囲気中にWC-Co化合物の粉末を供給することによって行った。その際、アセチレン／酸素の容量比率を表１に示すように９通りに変化させた。得られた溶射被膜の成分をＸ線回折法によって測定し、表１に示すように、Ｗの相と、WC、W2C、Co3W3CおよびCo3W9C4からなるセラミック相が同定され、回折強度に基づいて各々の相の重量％が決定された。No.９の試料においてＷの相が生成したが、Ｗの酸化もわずかに認められた。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
実施例２
各種の溶射被膜を有する部材の亜鉛浴浸漬試験を行った。SUS403からなる直径20ｍｍで長さが300ｍｍの丸棒の先端を半球状に加工し、先端から250ｍｍの範囲を下地処理した（脱脂とグリットブラストによる粗面化）。この下地処理した表面上に爆発溶射法によって0.10〜0.18ｍｍの厚さの被膜を形成した。表２に示すNo.１〜５の５種類の被膜を有する試料を作成したが、このうちNo.４の試料が本発明のものであり、表１におけるNo.４のものと同様の原料と雰囲気条件を用いて溶射を行った。表２におけるその他の試料は従来の溶射被膜を有するものである。
【００１５】
亜鉛浴浸漬試験に用いた試験装置を図２に模式断面図として示す。炉体（7）の中に黒鉛るつぼ（8）を設置し、ヒーター（9）によってるつぼ内を470℃に上昇させて、この温度を保つことによってるつぼ内に亜鉛浴（10）を保持した。上述の５種類の試料（6）を亜鉛浴の中に浸漬した。その結果、No.４の試料については100時間浸漬した後でも表面に付着した亜鉛を軽く掻き取りを行うことによって容易に除去することができた。浴の表面よりも上の大気に露出した部位において酸化は見られず、浴中にあった部位でも試験の前後で外観上の変化は見られなかった。溶射被膜を形成した他の試料の結果も合わせて、亜鉛の付着状態と外観の状態を表２に示す。また、溶射被膜を施さない試料についても同様に亜鉛浴の中に浸漬したところ、約24時間後に試料の表面と亜鉛が反応して亜鉛が固着し、これを掻き取ることはできなかった。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
実施例３
各種の溶射被膜を有する部材のエロージョン試験を行った。SUS304からなる縦横各50ｍｍで厚さ10ｍｍの平板の上面を下地処理した（脱脂とグリットブラストによる粗面化）。この下地処理した面上に爆発溶射法によって被膜を形成し、被膜面を研削して0.20〜0.22ｍｍの厚さにした。表３に示すNo.１〜５の５種類の被膜を有する試料を作成したが、このうちNo.４の試料が本発明のものであり、表１におけるNo.４のものと同様の原料と雰囲気条件を用いて溶射を行った。表３におけるその他の試料は従来の溶射被膜を有するものである。
【００１８】
エロージョン試験に用いた試験装置を図３に模式図として示す。上述の５種類の試料（13）を回転板（11）の上に取り付け、480rpmの速度で回転させながら上方から220メッシュのSiCの砕粒（12）を0.5 MPaの圧力で２時間吹き付けた。結果を表３に示す。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
実施例４
溶射被膜を有するシンクロールを亜鉛浴に浸漬する実機試験を行った。SUS410Lからなる直径21ｃｍで長さが160ｃｍのロールの外周面の全体に0.10ｍｍの厚さの被膜を爆発溶射法によって形成した。表４に示すNo.１〜４の５種類の被膜を形成したが、このうちNo.４の溶射被膜が本発明のものであり、表１におけるNo.４のものと同様の原料と雰囲気条件を用いて溶射を行った。表４におけるその他のものは従来の溶射被膜である。
【００２１】
上述の４種類の被膜を施したシンクロールを亜鉛浴の中に装備した連続メッキ装置を用いてSS400のシート材に亜鉛メッキを施す試験を行った。21日間連続してメッキ処理を行った結果を表４に示す。表４において「寿命」としているのは、製品であるシート材の面に傷が発生したためにシンクロールをそれ以上使用できなくなるまでの期間である。これはロールの溶射被膜の表面に主として亜鉛との反応物であるドロスが顕著に生成して表面が荒れた状態になることによる。
【００２２】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】溶融金属連続メッキ設備を示す模式図である。
【図２】亜鉛浴浸漬試験を行う試験装置を示す模式断面図である。
【図３】エロージョン試験を行う試験装置を示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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