(57)【要約】【課題】耐食性に優れた欠陥のほとんどない緻密な被膜を効率的に鋼材表面に形成させることで、長期に渡る耐久性を有する防食被覆鋼材及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る防食被覆鋼材は、エアロゾル化させた高耐食牲を有する固体の微粒子を鋼材表面に吹き付けることで形成させた被覆膜を有する。  また、前記高耐食牲を有する固体が、金属、セラミックス、フェライトのいずれか１種または２種以上であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾル化させた高耐食牲を有する固体の微粒子を鋼材表面に吹き付けることで形成させた被覆膜を有することを特徴とする防食被覆鋼材。
【請求項２】
高耐食牲を有する固体が、金属、セラミックス、フェライトのいずれか１種または２種以上であることを特徴とする請求項１に記載の防食被覆鋼材。
【請求項３】
高耐食牲を有する金属が、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、モリブデン、モリブデン合金、コバルト、コバルト合金、タングステン、タングステン合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、すず、カドミウム、ニオブ、タンタル、トリバロイＴ、コバルトニクロムタングステン、高クロム鉄、クロムアルミ鉄、エムクラリ、モリブデン鉄、ステンレス鋼のうちのいずれか１種または２種以上であることを特徴とする請求項２に記載の防食被覆鋼材。
【請求項４】
鋼材表面に、エアロゾル化させた高耐食牲を有する固体の微粒子を吹き付け、被覆膜を形成させることを特徴とする防食被覆鋼材の製造方法。
【請求項５】
高耐食牲を有する固体が、金属、セラミックス、フェライトのいずれか１種または２種以上であることを特徴とする請求項４に記載の防食被覆鋼材の製造方法。
【請求項６】
高耐食牲を有する金属が、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、モリブデン、モリブデン合金、コバルト、コバルト合金、タングステン、タングステン合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、すず、カドミウム、ニオブ、タンタル、トリバロイＴ、コバルトニクロムタングステン、高クロム鉄、クロムアルミ鉄、エムクラリ、モリブデン鉄、ステンレス鋼のうちのいずれか１種または２種以上であることを特徴とする請求項５に記載の防食被覆鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾル化させた高耐食牲を有する固体の微粒子を鋼材表面に吹き付けることで形成させた被覆膜を有する防食被覆鋼材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然環境下において、鋼材はそのままでは腐食の進行により必要強度を維持できなくなる。そのため、通常は防食被覆処理を施すことにより腐食の進行を抑制するようにしている。
【０００３】
鋼材に対する防食被覆処理としては、鋼材表面に耐食性を有する金属または合金類をメッキ（ＪＩＳ Ｈ８６１７など）あるいは溶射（ＪＩＳ Ｈ８３０３など）によって被覆する方法が知られている。
【０００４】
また、最近では、新たな成膜方法として、ガスデポジション法（特許文献１〜３参照）やエアロゾルデポジション法（特許文献４参照）などがある。これらの方法は、金属やセラミックス等の微粒子を室温でガス攪拌にてエアロゾル化し、ノズルから高速で基材に向けて噴出させ、基材に衝突した際に運動エネルギーの一部が熱に変換されることで焼結され、基材上に成膜される方法である。
【特許文献１】特開昭５９−８０３６１号公報
【特許文献２】特開平６−１１６７４３号公報
【特許文献３】特許第３２５６７４１号公報
【特許文献４】特許第３３４８１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記メッキによる方法では、メッキ可能な金属または合金に限られること、耐食性に優れた擬似合金組成の被膜を形成することが困難であること等の問題がある。また、溶射による方法では、溶射は高温で行われるため、金属または合金を溶射する場合、被覆前の飛行溶射粒子が酸化されやすく、形成された被膜中に欠陥が生じやすいという問題がある。また、耐食性に優れたセラミックを溶射する方法があるが、溶射積層粒子間に存在する未結合部や、扁平粒子内に垂直に貫く亀裂が発生するため、被膜表面から鋼材界面まで貫通する貫通気孔が生じやすいという問題がある。
【０００６】
また、上記特許文献１〜４に記載の方法は、基本的にどのような微粒子でも緻密な被膜を基材上に形成できるとしているが、鋼材の防食を目的に鋼材表面に耐食性を有する被膜を形成させた例はない。
【０００７】
そこで本発明は、耐食性に優れた欠陥のほとんどない緻密な被膜を効率的に鋼材表面に形成させることで、長期に渡る耐久性を有する防食被覆鋼材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有する。
［１］エアロゾル化させた高耐食牲を有する固体の微粒子を鋼材表面に吹き付けることで形成させた被覆膜を有することを特徴とする防食被覆鋼材。
［２］上記［１］において、高耐食牲を有する固体が、金属、セラミックス、フェライトのいずれか１種または２種以上であることを特徴とする防食被覆鋼材。
［３］上記［２］において、高耐食牲を有する金属が、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、モリブデン、モリブデン合金、コバルト、コバルト合金、タングステン、タングステン合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、すず、カドミウム、ニオブ、タンタル、トリバロイＴ、コバルトニクロムタングステン、高クロム鉄、クロムアルミ鉄、エムクラリ、モリブデン鉄、ステンレス鋼のうちのいずれか１種または２種以上であることを特徴とする防食被覆鋼材。
［４］鋼材表面に、エアロゾル化させた高耐食牲を有する固体の微粒子を吹き付け、被覆膜を形成させることを特徴とする防食被覆鋼材の製造方法。
［５］上記［４］において、高耐食牲を有する固体が、金属、セラミックス、フェライトのいずれか１種または２種以上であることを特徴とする防食被覆鋼材の製造方法。
［６］上記［５］において、高耐食牲を有する金属が、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、モリブデン、モリブデン合金、コバルト、コバルト合金、タングステン、タングステン合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、すず、カドミウム、ニオブ、タンタル、トリバロイＴ、コバルトニクロムタングステン、高クロム鉄、クロムアルミ鉄、エムクラリ、モリブデン鉄、ステンレス鋼のうちのいずれか１種または２種以上であることを特徴とする防食被覆鋼材の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐食性に優れた欠陥のほとんどない緻密な被膜を効率的に鋼材表面に形成させることが可能となり、長期に渡る耐久性を有する防食被覆鋼材及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１１】
本発明に係る防食被覆鋼材及び防食被覆鋼材の製造方法の各構成要件について以下に説明する。
【００１２】
［下地鋼材］
下地となる被覆される鋼材は特に限定されるものではなく、鋼種としては普通鋼、低合金鋼などを用いることができ、また、厚板、形鋼、薄板、鋼管、線材等のいずれにおいても適用可能である。また、被覆前の鋼材表面の状態に関しても特に限定されるものではないが、ブラスト処理、酸洗処理等で清浄な状態にしておくのが好ましい。被覆膜の密着性が良好となるからである。
【００１３】
［高耐食牲を有する固体の微粒子］
本発明において適用できる高耐食牲を有する固体の微粒子は、被覆の施される鋼材よりも耐食性を示すものであれば特に限定されないが、金属、セラミックス、フェライトのいずれか１種または２種以上を用いることが好ましい。
【００１４】
前記金属としては、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、モリブデン、モリブデン合金、コバルト、コバルト合金、タングステン、タングステン合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、すず、カドミウム、ニオブ、タンタル、トリバロイＴ、コバルトニクロムタングステン、高クロム鉄、クロムアルミ鉄、エムクラリ、モリブデン鉄、ステンレス鋼のうちのいずれか１種または２種以上を用いることができる。
【００１５】
さらに、前記ニッケル及びニッケル合金としては、純ニッケル、モネル、インコネル、インコロイ、ナイモニック、イリウム、ハステロイ、ＭＣアロイ、ニッケルアルミナイド等を用いることができる。前記銅および銅合金としては純銅、黄銅、丹銅、青銅、ベリリウム銅、チタン銅、洋白、白銅（キュプロニッケル）、銅ニッケル、アルミブロンズ等のいずれをも用いることができる。前記チタンおよびチタン合金としては、純チタンはもちろん、Ｔｉ−０．２Ｐｄ, Ｔｉ−０．８Ｎｉ−０．３Ｍｏ, Ｔｉ−０．５Ｔａ, Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ, Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ等を用いることができる。ジルコニウムおよびジルコニウム合金としては、ＺｒをはじめＺｒ−１．５Ｓｎ−０．０５Ｎｉ, Ｚｒ−１．５Ｓｎ等を用いることができる。前記ステンレス鋼としては、オーステナイト系、フェライト系、２相（オーステナイト−フェライト）系、マルテンサイト系、析出硬化系のいずれをも用いることができる。
【００１６】
また、前記セラミックとしては、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯになどのアルミナ系、ＣａＯ−ＺｒＯ２, ＭｇＯ−ＺｒＯ２, Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２, ＺｒＯ２−ＳｉＯ２などのジルコニア系、ＴｉＯ２などのチタニア系、Ｃｒ２Ｏ３, Ｃｒ２Ｏ３−ＴｉＯ２−ＳｉＯ２などのクロミア系、その他マグネシアスピネル（２０％Ａｌ２Ｏ３−８０％ＭｇＯ）、ムライト（Ａｌ２Ｏ３−２２％ＳｉＯ２）、マグネシアシリカ（４０％ＭｇＯ−６０％ＳｉＯ）等を用いることができる。
【００１７】
また、前記フェライトとしては、Ｆｅ２Ｏ３を主成分とするフェライトである、スピネル型フェライト：Ｍ２＋Ｆｅ３＋２Ｏ２−４（Ｍ２＋：Ｍｎ２＋，Ｎｉ２＋，Ｚｎ２＋など）、マグネトプランバイト型フェライト： Ｍ２＋Ｆｅ３＋１２Ｏ２−１９（Ｍ２＋：Ｂａ２＋，Ｓｒ２＋など）、ガーネット型フェライト： Ｒ３＋Ｆｅ３＋５Ｏ２−１２（Ｒ３＋：Ｓｍ３＋以下の４ｆイオン)などを用いることができる。
【００１８】
前記高耐食牲を有する固体の微粒子の平均粒径としては０．１〜５μｍ程度が好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満では衝突エネルギーが不十分で成膜が困難になり、平均粒径が５μｍを超えるとエッチングが顕著になり、成膜が困難になるからである。
【００１９】
ここで、前記微粒子の平均粒径は、例えば、レーザー回折法、レーザー散乱法などの方法により求めることができる。
【００２０】
また、前記微粒子は、原料となる固体を、例えば遊星ミルなどの粉砕機により粉砕した後、乾式気流分級器、静電分級器等の分級器を用いて分級することで粒径の調整を行うことができる。
【００２１】
［被膜形成方法］
図１に、本発明に係る防食被覆鋼材の製造を行うための装置構成の一例を示す。図１に示す装置は、上記高耐食牲を有する固体の微粒子１をエアロゾル化するためのエアロゾル化室２、エアロゾル化された微粒子を分級するための分級室３、分級されたエアロゾルを噴射するノズル４、微粒子を搬送するガスの発生源５、鋼板表面にエアロゾル化された微粒子を吹き付け成膜させる成膜室６、成膜室６を減圧するための真空ポンプ７などから構成される。
【００２２】
前記微粒子１はエアロゾル化室２において、ガス発生源５から送り出される搬送ガスにより分散されてエアロゾル化される。前記搬送ガスとしては、Ｈｅ，Ｎ２などの不活性ガスを用いることが好ましい。
【００２３】
前記エアロゾル化室２でエアロゾル化された微粒子は分級室３に搬送され、所定の粒径の微粒子のみが選別される。前記選別は、例えば、所定の粒径の微粒子のみを通過させるフィルター等を用いることで行うことができる。なお、微粒子の製造段階で分級を行っておけば分級室３は必ずしも必要でない場合もあるが、微粒子の製造段階で分級を実施していても、その後凝集している可能性があるので、分級室は設けておくことが好ましい。
【００２４】
前記選別された所定の粒径の微粒子からなるエアロゾルは、ノズル４から成膜室６内に設置された鋼材８に向けて噴射され、鋼材表面に衝突、堆積されることで鋼材表面に成膜させる。ここで、前記鋼材表面に衝突した微粒子は、純力学過程に基づいた局所領域への短時間エネルギー開放により、高温・高圧の特殊な反応場が形成されることで成膜されると考えられる。
【００２５】
前記ノズル４から噴出される微粒子の線流速は１００ｍ／ｓｅｃ〜８００ｍ／ｓｅｃ程度とすることが好ましい。そのためには、例えば、前記ノズル４の直径を１ｍｍ程度で、搬送ガス流速が２〜１０Ｌ／ｍｉｎ程度、エアロゾル化室２の圧力を０．０５〜５００Ｔｏｒｒ（６．６５Ｐａ〜６６．５ｋＰａ）、成膜室内の圧力は０．０５〜１０Ｔｏｒｒ（６．６５Ｐａ〜１．３３ｋＰａ）程度とすることにより行うことができる。前記ノズル４から噴出される微粒子の線速度が１００ｍ／ｓｅｃ未満であると衝突エネルギーが不十分なため成膜が困難になり、８００ｍ／ｓｅｃを超えるとエッチングが顕著になり、やはり成膜が困難になるからである。
【００２６】
また、被覆される鋼材８とノズル４の間隔は５〜２５ｍｍ程度とすることが好ましい。クリアランスの確保という目的もあるが、この間隔を調整することで、鋼材表面に衝突する直前の微粒子の速度をある程度調整可能となる。
【００２７】
前記被覆される鋼材８は、上下、前後、左右の位置調整機能及び角度調整機能を備えた架台に設置させることで、鋼材８の任意の位置の面に、任意の膜厚で被膜を形成でき、必要な部分に必要な量だけ被覆することも可能になる。
【００２８】
さらに、エアロゾル化室２および分級室３を、それぞれ複数設置することも好ましい。これにより、搬送ガスの切り替えバルブの操作のみで組成の異なる被膜を任意に形成でき、例えば被膜の複層化も容易に実施可能となる。
【００２９】
上述の方法により成膜された被膜およびプロセス（製造方法）には以下のような特徴がある。
【００３０】
１）溶射やメッキ法に比べて高い被膜付着強度が得られ、高加工性を有する被膜が得られる。
エアロゾル化された微粒子が鋼材表面に衝突した際、その衝突エネルギーにより、前記微粒子が更に微細な粒子に分割され鋼材表面に極めて粒度の細かい緻密な構造の膜が形成される。これにより鋼材表面での付着性が改善され、極めて高い付着強度が得られると共に、形成される被膜層自体の材料特性（機械的性質）が改善される。そのため溶射やメッキ被膜で得られるものよりも、被膜の付着強度が高く機械的な加工を受ける場合について有利になる。
【００３１】
２）溶射より緻密な膜でかつ酸化層フリーな膜が構成でき耐食性が向上する。
本発明は、常温での成膜が可能なため、被覆前の粒子が酸化されず、欠陥の少ない被膜が形成でき、さらに、沸点が低い物質も散逸せず効率よく被覆できる。そのため、被膜中における空孔率が少なく、溶射と比べて緻密な膜が形成されるので封孔処理が不要となり、コストダウンも可能となる。
【００３２】
３）現在のめっき技術では製造が困難な、耐食性に優れた擬似合金組成被膜を鋼材表面に形成することが可能となり、さらに、必要により被膜を複層化させることも容易である。
【００３３】
４）必要な部分にだけ被覆が可能であり、また膜厚の制御も容易であるため、防食に必要な部分に必要な程度の被膜を形成でき、最適な防食設計が可能となる。
【００３４】
［被膜形成後の処理］
鋼材表面に上記被膜を形成させた後、必要に応じて加熱することが好ましい。これにより、更に強固で密着性に優れた被膜を形成させることが可能となる。また、前記被膜の上に塗装または樹脂などをライニングしてもかまわない。これにより、さらに防食性を高めることが可能となる。
【実施例１】
【００３５】
以下実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３６】
〔本発明例１〜３８〕
１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍの熱延鋼板（ＪＩＳ ＳＳ４００相当）の表面をスチールグリッドによりブラスト処理を実施した。表面粗さは十点平均粗さ(Ｒｚ)で５０μｍ程度であった。これを図1に示す装置の成膜室６内に設置し、搬送ガスをＮ２（＞９９．９９９％）とし、流量５Ｌ／ｍｉｎでエアロゾル化室２に流入させた。エアロゾル化室２には被覆材料として表１に示す平均粒径１μｍ（レーザー散乱法にて測定）の微粒子を充填し、前記搬送ガスによりエアロゾル化させた。成膜室６の圧力を真空ポンプにて０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）とし、エアロゾルをノズル４から前記鋼板表面に向けて噴出させた。前記鋼板の位置を適宜移動させながら、鋼板の片面に膜厚１００μｍ程度になるように成膜させた。上記により作製した被覆鋼材の裏端部をシリコンシーラントによりシールした後、塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ２３７１）により赤錆発生時間（ＳＳＴ）を測定し、耐食性を評価した。その結果を、併せて表１に示す。
【００３７】
〔比較例１〜３８〕
１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍの熱延鋼板（ＪＩＳ ＳＳ４００相当）の表面をスチールグリッドによりブラスト処理を実施した。表面粗さは十点平均粗さ(Ｒｚ)で５０μｍ程度であった。これにプラズマ溶射により表２に示す被覆材料を膜厚１００μｍ程度になるように成膜させた。上記により作製した被覆鋼材の裏端部をシリコンシーラントによりシールした後、塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ２３７１）により赤錆発生時間（ＳＳＴ）を測定し、耐食性を評価した。その結果を、併せて表２に示す。
【００３８】
〔比較例３９〕
１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍの熱延鋼板（ＪＩＳ ＳＳ４００相当）を酸洗処理した後、これにクロムメッキを膜厚１００μｍになるように施した。上記により作製した被覆鋼材の裏端部をシリコンシーラントによりシールした後、塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ２３７１）により赤錆発生時間（ＳＳＴ）を測定し、耐食性を評価した。その結果を、併せて表２に示す。
【００３９】
【表１】
2007146266.tif 000003
【００４０】
【表２】
2007146266.tif 000004
【００４１】
本発明例では、赤錆発生時間（ＳＳＴ）が４０００時間以上となり、従来方法に比べて長期に渡る耐久性を有することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る防食被覆鋼材の製造を行うための装置構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  高耐食牲を有する固体の微粒子
２  エアロゾル化室
３  分級室
４  ノズル
５  搬送ガス発生源
６  成膜室
７  真空ポンプ
８  鋼材
【図１】
2007146266.tif 000005