(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス基材表面に、該基材と同一ステンレス材料、Ｎｉ金属、Ｃｒ金属、Ｆｅ金属、Ｃｏ金属、Ｎｉ−Ｃｒ合金及びＦｅ−Ｃｒ合金からなる群から選択される溶射材料を溶射処理して溶射処理層を形成し、次に、該溶射処理層上に、下ぐすり及び上ぐすりによるグラスライニングの熱処理によりグラスライニング層を形成することからなるグラスライニングの施工方法において、溶射処理層の表面粗度Ｒｚが５〜１００μｍの範囲内にあり、且つ開孔径が３〜６０μｍの範囲内にあることを特徴とするグラスライニングの施工方法。
【請求項２】
溶射処理済みステンレス系基材と下ぐすりグラスライニング層の密着強度が２５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上である、請求項１記載のグラスライニングの施工方法。
【請求項３】
グラスライニング層の厚みが６００μｍないし２５００μｍの範囲内である、請求項１または２記載のグラスライニングの施工方法。
【請求項４】
溶射処理層厚みとグラスライニング層厚みの比率が１：１０〜２００の範囲内にある、請求項１ないし３のいずれか１項記載のグラスライニングの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学工業、医薬品工業、食品工業等における厳しい使用条件に耐え得るステンレス系の鋼板あるいは鋳物を基材としたグラスライニング機器類用のグラスライニングの施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
グラスライニング焼成で、下ぐすりが素地金属へ強固に密着するためには、素地金属は酸化される金属でなければならない。ステンレス金属は非酸化性のため、従来、ステンレス系基材へのグラスライニングは、前処理でステンレス系基材表面を化学的に酸処理するか、または物理的なサンドブラスト処理により表面を粗面化して下ぐすりとの密着性を高める試みが行われてきている。
【０００３】
また、ステンレス基材へのグラスライニングは、ステンレス系基材（線熱膨脹係数が１００〜４００℃で１６５×１０-7℃-1以上）とグラス質（線熱膨脹係数が１００〜４００℃で９５〜１００×１０-7℃-1）との線熱膨脹係数の差が大きく、焼成工程後の冷却収縮の違いによる残留圧縮応力が大となり、ステンレス基材からグラスライニング層への剪断応力の発生が起こり、しばしばグラスライニング層の剥離現象が発生する。
【０００４】
ステンレス系基材へグラスライニングを施すに際の上述ような問題点を解決するために、例えば特許第２６４２５３６号には、ステンレス基材表面に、該基材と同一ステンレス材料、Ｎｉ金属、Ｃｒ金属、Ｆｅ金属、Ｃｏ金属、Ｎｉ−Ｃｒ合金及びＦｅ−Ｃｒ合金からなる群から選択される溶射材料を溶射処理し、その後のグラスライニングを熱処理により行うグラスライニングの施工方法であって、全グラスライニング層厚みが６００μｍから２５００μｍの範囲内で、かつ溶射処理層厚みとグラスライニング層厚みの比率が１：１０〜２００の範囲内にあることを特徴とするグラスライニングの施工方法が開示されている。この特許に係るグラスライニングの施工方法によれば、ステンレス系基材と下ぐすり層との密着強度をある程度は確保することができ、グラスライニング剥離性に優れたグラスライニング構造体を提供することができるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許が発明された当時のプラズマ溶射処理は、溶射ガンを作業員が手作業で基材を固定して溶射するため、大型形状のステンレス系基材への溶射材料の溶射処理において、ステンレス系基材への溶射材料の溶射処理と、その後の下ぐすりや上ぐすりによるグラスライニング層の形成に際して密着強度やグラスライニングの剥離を抑制するためのパラメーターとしては上述のような溶射処理層厚みとグラスライニング層厚みの比率を調節するような操作しか行うことができなかった。
【０００６】
ところが、従来の手作業によるプラズマ式溶射処理では、アーク放電によって形成される溶射温度は１００００℃位で、溶射材料の溶滴温度は３０００〜４０００℃程度にしかならず、溶射材料の溶滴の粒は粗く、大型形状のステンレス系基材へ均一な溶射処理層を形成することが難しい。即ち、溶射材料の溶滴化や微細化が充分に進行しないうちに、ステンレス系基材表面に付着すると、得られる溶射処理層の厚みが局部的に厚くなったり、溶射処理層の表面が粗くなったり、溶射処理層表面の開孔径が１００μｍを超える程異常に大きくなることがあり、このような溶射材料層にグラスライニングを施すと、グラスライニング層に気泡が発生したり、下ぐすり層とステンレス系基材との密着強度が低下するといった問題点が生ずる可能性のあることが本発明者らのその後の大型形状の実機による実験により判明した。即ち、大型形状のステンレス系基材へのグラスライニングの施釉に際して、溶射処理層厚みとグラスライニング層厚みの比率を制御するのみでは不十分な場合もあることが判明した。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ステンレス系基材よりなる大型形状のグラスライニング機器類に安定且つ均一なグラスライニング層を施すことができる新規なグラスライニングの施工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
近年の溶射処理技術の目覚ましい進歩を遂げ、自動化（ロボット化）されたプラズマ式溶射技法が主流となっている。この溶射技法によれば、アーク放電により１００００℃を超えるような溶射温度が得られ、それに伴って、溶滴温度も５０００〜６０００℃に上昇し、高温域で溶射材料を溶滴化及び微細化して加速、噴射させることができる。本発明者らは、この溶射技法を大型形状のステンレス系基材の溶射に適用し、それに伴って、形成される溶射処理層の表面特性を制御して、溶射処理層の表面粗度、開孔径並びに下ぐすり層と溶射処理済ステンレス系基材との密着強度等をある範囲内とすると、ステンレス系基材よりなる大型形状のグラスライニング機器類に安定且つ均一なグラスライニング層を施釉するために有効であることを見出した。
【０００９】
即ち、本発明のグラスライニングの施工方法は、ステンレス基材表面に、該基材と同一ステンレス材料、Ｎｉ金属、Ｃｒ金属、Ｆｅ金属、Ｃｏ金属、Ｎｉ−Ｃｒ合金及びＦｅ−Ｃｒ合金からなる群から選択される溶射材料を溶射処理して溶射処理層を形成し、次に、該溶射処理層上に、下ぐすり及び上ぐすりによるグラスライニングの熱処理によりグラスライニング層を形成することからなるグラスライニングの施工方法において、溶射処理層の表面粗度Ｒｚが５〜１００μｍの範囲内にあり、且つ開孔径が３〜６０μｍの範囲内にあることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のグラスライニングの施工方法は、溶射処理済みステンレス系基材と下ぐすりグラスライニング層の密着強度が２５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明のグラスライニングの施工方法は、グラスライニング層の厚みが６００μｍないし２５００μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のグラスライニングの施工方法は、溶射処理層厚みとグラスライニング層厚みの比率が１：１０〜２００の範囲内にあることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のグラスライニングの施工方法の基本となる技術は、前記特許第２６４２５３６号と同様に、ステンレス系基材の表面に金属溶射材料を溶射処理するものである。ステンレス系基材表面に溶射処理層を設けることにより、その後のグラスライニング層の施釉時にグラスライニング層とステンレス系基材の冷却収縮の違いで、グラスライニング層が剥離する欠点がなくなり、充分な密着強度が得られる。また、ステンレス系基材表面の溶射処理層は従来のグラスライニングのようなステンレス系基材と下ぐすりの酸化反応による発泡現象を現象させ、グラスライニング焼成後に発生する残留応力が緩和され、グラスライニング層の剥離を防止することができるものである。
【００１４】
ここで、ステンレス系基材としては、例えばＳＵＳ−３１６、ＳＵＳ−３０４、ＳＵＳ−４３０等を用いることができる。また、金属溶射材料としては、上記ステンレス系金属に加えて、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ金属あるいはＮｉ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金等を用いることができる。
【００１５】
本発明のグラスライニングの施工方法において、溶射処理層を形成するために使用するプラズマ式溶射処理装置は、アーク放電により１００００℃を超えるような溶射温度が得られ、溶滴温度が５０００〜６０００℃の範囲内にあり、溶射材料を溶滴化及び微細化して加速、噴射させることができる自動化（ロボット化）されたタイプのものが好適である。このタイプの装置を使用することにより、大型形状のステンレス系基材の表面に溶射処理を行う際に、溶射処理層の表面特性（表面粗度：Ｒｚ、開孔径等）を好適に制御することが可能となる。ここで、使用する溶射ガスの種類は特に限定されるものではなく、慣用の溶射ガスのいずもを使用することができるが、Ａｒ／Ｈｅ混合ガスを使用することが好ましい。なお、上記タイプの装置は、大型形状のステンレス系基材表面に溶射処理を行うために好適なものであるが、本発明のグラスライニングの施工方法は、上記タイプの装置に限定されるものではなく、ステンレス系基材の形状、大きさ等を勘案して、溶射処理層の表面特性（表面粗度：Ｒｚ、開孔径等）を制御することができれば、慣用の他のタイプの溶射装置を使用することができることは勿論である。
【００１６】
本発明のグラスライニングの施工方法において、溶射処理層の表面粗度（Ｒｚ）とは、触針式の粗度計［例えば、サートロニック１０：山武商会（株）製］を用いてステンレス系基材上に形成された溶射処理層の表面をサンプリング長さ０．８ｍｍ（８００μｍ）で測定し、一番高い山の頂点から一番低い谷の底部までの長さを測定し、この測定を５回反復した平均値である。ここで、Ｒｚが５〜１００μｍ、好ましくは１０〜８０μｍ、更に好ましくは１５〜６０μｍの範囲内である。Ｒｚが５μｍより小さいと、ステンレス系基材との密着強度が劣るために好ましくなく、また、Ｒｚが１００μｍより大きいと、グラスライニング施工時に気泡が発生するために好ましくない。
【００１７】
次に、溶射処理層の表面の開孔径とは、溶射処理層表面を電子顕微鏡で目視観察し、溶射処理層の表面に存在する開孔径を実測したものである。ここで、開孔径は、３〜６０μｍ、好ましくは５〜４０μｍ、更に好ましくは１０〜３０μｍの範囲内である。開孔径が３μｍより小さいと、ステンレス系基材との密着強度が劣るために好ましくなく、また、６０μｍより大きいと、グラスライニング施工時に気泡が発生するために好ましくない。
【００１８】
次に、溶射処理済みステンレス系基材と下ぐすりグラスライニング層の密着強度とは、下記の操作に従って得たものである：
図１（ａ）に示す形状のステンレス系基材からなるφ２０ｍｍ×４５ｍｍの丸棒（１）の断面（２）に、溶射処理を行い、得られた溶射処理層（３）に慣用の方法により下ぐすりを施釉して下ぐすりグラスライニング層（４）を形成した後、同様の形状を有する丸棒を図１（ｂ）に示すように接着剤を用いて接着する。
次に、得られたテストピースを引張り試験機（例えば、テスター産業製：ｍｏｄｅｌ４６２）を用いて、図１（ｂ）に示す方向に１ｍｍ／分の速度で引張り、溶射処理層と下ぐすりグラスライニング層とが剥離した時点での引張り力を断面（１）の断面積で除した値を密着強度（ｋｇｆ／ｃｍ2）とした。ここで、溶射処理済みステンレス系基材と下ぐすりグラスライニング層の密着強度は、２５０ｋｇｆ／ｃｍ2以上、好ましくは３００ｋｇｆ／ｃｍ2以上である。密着溶射処理済みステンレス系基材と下ぐすりグラスライニング層の密着強度が２５０ｋｇｆ／ｃｍ2未満であると、ステンレス系基材との密着力が不足し、グラスライニング施工後に剥離し易くなるために好ましくない。
【００１９】
なお、本発明のグラスライニングの施工方法において、グラスライニング層の厚みはＪＩＳ規格で定められている６００〜２５００μｍの範囲内で任意に選択することができる。また、溶射処理層の厚みは１０〜２５０μｍ、好ましくは１０〜１００μｍの範囲内である。溶射処理層の厚みが１０μｍ未満であると、残留応力緩和効果が乏しいために好ましくない。また、溶射処理層の厚みが２５０μｍを超えると、溶射処理層が積層構造となり、グラスライニング焼成時のガス放出が多くなるために好ましくない。
【００２０】
また、溶射処理層厚みとグラスライニング層厚みの比率は１：１０〜２００、好ましくは１：１０〜８３の範囲内である。ここで、該比率が１：１０未満であると、グラスライニング層厚みに対する溶射処理層厚みが厚すぎ、溶射処理層中の積層構造に伴う気孔が問題となり、グラスライニング焼成工程で溶射処理層中の気孔内へ下ぐすりが侵入できず、空隙として残り、グラスライニング構造体としての強度低下を引き起こし、グラスライニングの剥離に結び付くことがあるために好ましくない。また、該比率が１：２００を超えると、溶射処理層が薄く、ステンレス系基材との密着強度が劣るために好ましくない。
【００２１】
なお、本発明のグラスライニングの施工方法には、慣用の下ぐすり及び上ぐすり用のグラスライニングフリット組成物を使用することができる。該グラスライニングフリット組成物は、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ2Ｏ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＭｎＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2及びＦ2等からなる群から選択された成分よりなるものであれば特に限定されるものではなく、任意のものを使用することができる。
【００２２】
【実施例】
実施例
以下の表１に実施例及び比較例で使用する下ぐすり、上ぐすりの組成を記載する。
【００２３】
【表１】
0004520626.tif 000002
【００２４】
実施例１
φ２２００ｍｍ×厚さ１９ｍｍの寸法を有するＳＵＳ−３１６からなる８０００リットル反応槽カバーを基材とし、この内側表面に、ロボット式プラズマ溶射装置（溶射ガス：Ａｒ／Ｈｅ混合ガス、溶射温度：１００００℃超、溶滴温度：５０００〜６０００℃）によりＳＵＳ−４３０を溶射することにより厚さ２０〜４０μｍの溶射処理層を得た。
得られた溶射処理層の表面粗度Ｒｚは２０μｍ、開孔径は５〜２０μｍの範囲内であった。
次に、表１の下ぐすりフリットを乾式ボールミルで粉砕し、５ｇ／２００メッシュ篩／５０ｇ粉に粒度調整したフリット粉を０．１５質量％のＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）水溶液と有機溶剤（アルコール）とを質量比１：０．２：０．１に混合してスリップを作成した後、スプレーガンにて湿式施釉した。その後、扇風機にて約３時間乾燥し、焼成炉にて８８０℃で７０分間焼成した。
焼成後に得られた下ぐすりのグラスライニング層の厚さは２００〜３００μｍで反応槽カバーの内側全体にわたり下ぐすりのグラスライニング層には気泡の発生はなく、均質な下ぐすりグラスライニング層が得られた。
次に、表１の上ぐすりフリットを下ぐすりフリットと同一粒度でスリップを調整し、下ぐすりスリップと同様にスプレーガンで施釉し、乾燥後、焼成炉にて８００℃で１００分間焼成した。
上ぐすりフリットによる施釉を同様の操作を３回反復して全体のグラスライニング層の厚さを１０００〜１６００μｍとした。得られたグラスライニング層は気泡の発生や剥離現象は観察されず、均質なグラスライニング層を形成することができた。
次に、図１（ａ）に示すＳＵＳ−３１６からなる丸棒の断面（１）に上記と同様の条件で溶射処理層を形成し、次に、下ぐすりを施釉し、８６０℃で２０分間焼成することにより厚さ２００〜３００μｍの下ぐすりグラスライニング層を得た。
次に、図１（ｂ）に示すように、該下ぐすりグラスライニング層と、もう一方のＳＵＳ−３１６からなる丸棒の断面とを接着剤としてエポキシ樹脂を用いて接着した後、テスター産業製ｍｏｄｅｌ４６２引張り試験機を用いて密着強度を測定したところ、溶射処理済みステンレス系基材と下ぐすりグラスライニング層の密着強度は４４０ｋｇｆ／ｃｍ2あった。
【００２５】
実施例２
ＳＵＳ−４３０を７０〜１００μｍの厚さに溶射して溶射処理層を形成した以外は実施例１と同様にして反応槽カバーにグラスライニング層を形成した。溶射処理層の表面粗度Ｒｚは２０μｍ、開孔径は５〜２０μｍであった。得られたグラスライニング層は気泡の発生や剥離現象は観察されず、均質なグラスライニング層を形成することができた。
また、実施例１と同様の操作にて測定した密着強度は４４０ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００２６】
実施例３
Ｎｉを４０〜７０μｍの厚さに溶射して溶射処理層を形成した以外は実施例１と同様にして反応槽カバーにグラスライニング層を形成した。溶射処理層の表面粗度Ｒｚは３５μｍ、開孔径は１０〜３０μｍであった。得られたグラスライニング層は気泡の発生や剥離現象は観察されず、均質なグラスライニング層を形成することができた。
また、実施例１と同様の操作にて測定した密着強度は３１０ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００２７】
実施例４
Ｃｒを４０〜７０μｍの厚さに溶射して溶射処理層を形成した以外は実施例１と同様にして反応槽カバーにグラスライニング層を形成した。溶射処理層の表面粗度Ｒｚは３５μｍ、開孔径は１０〜３０μｍであった。得られたグラスライニング層は気泡の発生や剥離現象は観察されず、均質なグラスライニング層を形成することができた。
また、実施例１と同様の操作にて測定した密着強度は３３０ｋｇｆ／ｃｍ2であった。
【００２８】
比較例１
実施例１と同様の形状を有する反応槽カバーを基材として、この内側表面にプラズマ手吹きガン（溶射ガス：Ｎ2／Ｈ2混合ガス、溶射温度：１００００℃以下、溶滴温度：２０００〜３０００℃）にてＳＵＳ−４３０を溶射することにより厚さ１０〜１００μｍの溶射処理層を得た。
得られた溶射処理層の表面粗度Ｒｚは８０μｍ、開孔径は１０〜８０μｍの範囲内であった。更に、約１０ｃｍ間隔で、測定不能な大きさの溶射による２００〜３００μｍ径の粗い突起物が観察された。
次に、実施例１と同様の方法にて下ぐすりフリットを施釉し、乾燥後、焼成炉にて８７０℃で７０分間焼成して２００〜３００μｍの厚さの下ぐすりのグラスライニング層を得た。しかしながら、該グラスライニング層には１００μｍを超える径を有する大きな気泡が発生し、更に、局部的に溶射処理層が突出し、均一な下ぐすりのグラスライニング層を得ることができなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のグラスライニングの施工方法によれば、ステンレス系基材より構成される大型形状のグラスライニング機器類に安定且つ均質なグラスライニング層を施すことができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶射処理済みステンレス系基材と下ぐすりグラスライニング層の密着強度の測定方法を説明する図である。
【符号の説明】
１  丸棒
２  断面
３  溶射処理層
４  下ぐすりグラスライニング層
【図１】
0004520626.tif 000003