(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材の表面に、Ｓｉを２５〜３５ｍａｓｓ％、Ｍｇを０．２〜３ｍａｓｓ％、Ｃｒを０．３〜１．５ｍａｓｓ％含有し、Ｃｕを０．２ｍａｓｓ％以下とし、更にＭｎを０．２〜３ｍａｓｓ％以下およびＴｉを０．２〜１ｍａｓｓ％以下の何れか１種または２種を含有し、残部がＡｌおよびその他の不純物からなる組成をもったアルミニウム合金である溶射層を備えたことを特徴とする、アルミニウム部材からなる搬送用レール。
【請求項２】
溶射層が、前記組成のアルミニウム合金の急冷凝固粉体を溶射したものであることを特徴とする請求項１に記載の搬送用レール。
【請求項３】
溶射層が、単層であることを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１つに記載の搬送用レール。
【請求項４】
溶射層の厚さ方向の断面における空隙率が、１０％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の搬送用レール。
【請求項５】
溶射層が、前記アルミニウム合金に更に硬質な微粒子を含有したアルミニウム複合材であることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の搬送用レール。
【請求項６】
溶射層が、プラズマ溶射法または超高速フレーム溶射法を用いて溶射された溶射層であることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の搬送用レール。
【請求項７】
溶射層の硬度ＨＲＢが７０以上であることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の搬送用レール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性と軽量性を同時に求められる建造物内の天井若しくは床面あるいは装置間を走行する搬送用レール、より詳しくは表面に溶射層を備えたアルミニウム部材からなる搬送用レールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムは軽量性を有することから、アルミニウム製レールの表面に耐摩耗性を有するNi−Al−Mo合金の溶射層を設けて使用することが行われている。この場合、レールとNi−Al−Mo合金の溶射層との密着性を向上させるために、下地処理としてレール面にNi−Al合金の溶射層を設け、その上にNi−Al−Mo合金の溶射層を設けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記したような従来の技術のように、アルミニウム材の表面にNi−Al合金溶射層の下地処理層を設け、この下地処理層の上に耐摩耗性のあるNi−Al−Mo合金の溶射層を設けたアルミニウム部材は、使用環境によっては長期間の使用によって膨れが発生し、被搬送物の安定した搬送に支障を来し、膨れ部分が剥離脱落し、建造物内を汚染する等の不都合が生じることがある。本発明の目的は、上記したような膨れの発生しない耐摩耗性のある溶射層を備えたアルミニウム部材を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記したような従来技術における課題を解消することについて、種々の実験と検討を行った結果、Mg及びCrを含有しCuの含有量を規制した高Si含有アルミニウム合金の溶射素材を用いてアルミニウム材表面に溶射したときに、耐摩耗性が高く膨れ発生の極めて少ないアルミニウム部材が得られることを見出したものであって、以下に示すとおりである。
【０００５】
（１）アルミニウム材の表面に、Ｓｉを２５〜３５ｍａｓｓ％、Ｍｇを０．２〜３ｍａｓｓ％、Ｃｒを０．３〜１．５ｍａｓｓ％含有し、Ｃｕを０．２ｍａｓｓ％以下とし、更にＭｎを０．２〜３ｍａｓｓ％以下およびＴｉを０．２〜１ｍａｓｓ％以下の何れか１種または２種を含有し、残部がＡｌおよびその他の不純物からなる組成をもったアルミニウム合金である溶射層を備えたことを特徴とする、アルミニウム部材からなる搬送用レール。
【０００６】
（２）溶射層が、前記組成のアルミニウム合金の急冷凝固粉体を溶射したものであることを特徴とする前記（１）項に記載の搬送用レール。
【０００７】
（３）溶射層が、単層であることを特徴とする前記（１）項または（２）項の何れか１つに記載の搬送用レール。
【０００８】
（４）溶射層の厚さ方向の断面における空隙率が、１０％以下であることを特徴とする前記（１）項〜（３）項の何れか１つに記載の搬送用レール。
【０００９】
（５）溶射層が、前記アルミニウム合金に更に硬質な微粒子を含有したアルミニウム複合材であることを特徴とする前記（１）項〜（４）項の何れか１つに記載の搬送用レール。
【００１０】
（６）溶射層が、プラズマ溶射法または超高速フレーム溶射法を用いて溶射された溶射層であることを特徴とする前記（１）項〜（５）項の何れか１つに記載の搬送用レール。
【００１１】
（７）溶射層の硬度ＨＲＢが７０以上であることを特徴とする前記（１）項〜（６）項の何れか１つに記載の搬送用レール。
【００１３】
【作用】
本発明は、アルミニウム材の表面に、Ｓｉを２５〜３５ｍａｓｓ％、Ｍｇを０．２〜３ｍａｓｓ％、Ｃｒを０．３〜１．５ｍａｓｓ％含有し、Ｃｕを０．２ｍａｓｓ％以下とし、更にＭｎを０．２〜３ｍａｓｓ％以下およびＴｉを０．２〜１ｍａｓｓ％以下の何れか１種または２種を含有し、残部がＡｌおよびその他の不純物からなる組成をもったアルミニウム合金である溶射層を備えたことを特徴とする、アルミニウム部材からなる搬送用レールである。したがって、アルミニウム材の上にＭｇおよびＣｒを含有し、Ｃｕ含有量を規制した高Ｓｉアルミニウム合金の溶射層を設けてあることとなり、耐摩耗性があり軽量で、しかもアルミニウム材および溶射層が共にアルミニウム系材料であることから、耐食性も良好で膨れおよび剥離のおそれがないものとされる。
【００１４】
溶射層を、前記組成に更にMnを３mass％以下およびTiを１mass％以下の何れか１種または２種を含有したアルミニウム合金とすることにより、溶射層の強度が増加する。特にTiの場合には強度に加えて耐食性も向上する。
【００１５】
前記アルミニウム合金から成る溶射素材を急冷凝固粉体とし、該粉体を溶射して溶射層とすることにより、安定した高Siアルミニウム合金の溶射素材とすることができ、したがって安定均一な溶射層が得られ、更に耐食性も良好で膨れのおそれがないものとなし得る。
【００１６】
前記溶射層を単層とすることにより、下地溶射層の欠陥を巻き込むことなく直接にアルミニウム材上面に溶射接触されることになるので、アルミニウム同士の拡散接合が得られ強固な結合が実現されると共に、耐食性も良好で膨れおよび剥離のおそれもないものとなし得る。
【００１７】
前記溶射層の厚さ方向の断面における空隙率が１０％以下とすることにより、空隙を伝わって浸入する湿分が少なく、接合面はアルミニウム材と溶射層が一体化したものとなり、したがって腐食の進行が極めて少なく、耐食性も良好で膨れおよび剥離のおそれがないものとなし得る。
【００１８】
溶射層を前記アルミニウム合金に更に硬質な微粒子を含有したアルミニウム複合材とすることにより、耐摩耗性が向上する。
【００１９】
前記溶射層をプラズマ溶射法または超高速フレーム溶射法を用いて溶射された溶射層とすることにより、空隙率が１０％以下となる緻密で強固な溶射が実現される。
【００２０】
前記溶射層の硬度（ＨＲＢ：ロックウェル硬度Ｂスケール）７０以上とすることにより、更に耐摩耗性が向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
上記したような本発明の具体的な実施形態に関して更に説明すると以下の如くである。すなわち、本発明において溶射されるアルミニウム材は特定のものに限定されるわけではなく、１０００系から８０００系の合金組成に限らず、各種組成の板材および押出材等の展伸材、若しくは各種組成の鋳物、ダイカスト等が使用可能である。アルミニウム材はその表面を特に処理して清浄化する必要はないが、アルミニウム材を熱処理等して酸化膜が厚いような場合には、アルカリ、酸等で除去処理すべきである。しかし、通常はブラスト処理を行うことで足りる。
【００２２】
次に溶射層のアルミニウム合金組成および含有物について説明すると以下の如くである。
「Ｓｉ：２５〜３５ｍａｓｓ％」：Ｓｉは、本発明における必須元素であり、溶射層の中にあって微細な初晶Ｓｉを形成し、耐摩耗性を付与するためのものであって、下限値未満では初晶Ｓｉが少なくて十分な効果が得られず、また、上限値を超えると脆化して溶射後のアルミニウム部材としての取り扱いが容易でなくなる。また、Ｍｇとの化合物Ｍｇ２Ｓｉを形成して溶射後の硬度増加の効果をも併せ持つ。これらの理由からＳｉ含有を２５〜３５ｍａｓｓ％とする。
【００２３】
「Mg：0.２〜３ｍass％」：
Mgは、本発明における必須元素であり、溶射層素地（マトリックス）に強度を付与し、初晶Siを支持して耐摩耗性を発現させるためのものであって、下限値未満では初晶Siの支持力が少なくて埋め込みや脱落などが起こり易く十分な効果が得られず、一方、上限値を超えると溶射時に酸化消耗が激しくて溶射層が脆化して割れ易く好ましくない。また、溶射後アルミニウム部材を加熱処理する場合は、SiとMgとの初期化合物を形成して溶射層素地に高強度を付与し、前記初晶Siの耐摩耗性を向上させる。
【００２４】
「Ｃｒ：０．３〜１．５ｍａｓｓ％」：Ｃｒも、本発明における必須元素であり、溶射層素地に強度と耐食性を付与するためのものであって、下限値未満ではその効果が少なく、一方、上限値を超えると耐食性において飽和する。これらの理由からＣｒ含有を０．３〜１．５ｍａｓｓ％とする。
【００２５】
「Cu；０．２ｍass％以下」：
Cuは、合金溶湯溶製時に原材料および返材等から混入する不純物であって、溶射層の耐食性を妨げるので規制するものである。
【００２６】
「Mn：３mass％以下」：
「Ti：１mass％以下」：
MnおよびTiは、任意元素であって、不純物としての含有量を超えるMnおよびTiの１種または２種を、更に含有する前記組成のアルミニウム合金を溶射することによって、Mnの固溶あるいはTiを分散させ、溶射層素地に更に強度を付与し、初晶Siを支持して耐摩耗性を更に発現させるためのものである。上限値を超えるとAl−Mn系あるいはAl−Ti系の粗大な金属間化合物の何れか１種または２種を形成し、脆化して好ましくない。Ti添加の場合は強度に加え耐食性も向上する。本発明においてはMnの不純物量は０．２mass％未満であり、Tiの不純物量も０．２mass％未満である。
なお、本発明における溶射層の組成は、前記以外の元素を溶射が形成できる範囲で含有して良く、その種類、量を限定しない。
【００２７】
「硬質な微粒子」：
硬質な微粒子とは、例えば、金属単体もしくは合金、金属の酸化物、窒化物、炭化物等であって、硬度として溶射層素地より硬質であれば良く、好ましくはＨｖで２００以上の物質を指し、例えば、鉄およびその合金、金属の炭化物、チタニア、アルミナ等の如き金属の酸化物等である。このような微粒子の平均サイズとしては、例えば、１〜１００μｍ程度であって、溶射層の初晶Si程度がよく、好ましくは１〜５０μｍである。溶射層素地の硬度はHvで１２０程度である。このような硬質な微粒子を前記アルミニウム合金に含有させた溶射層とすることによって、耐摩耗性が向上する。硬質な微粒子の含有量は、外数即ちアルミニウム合金１００mass部に対しての含有量であって、その上限値は、好ましくは２０mass部以下である。上限値を超えることによって、溶射層が脆化し易くなる。溶射層の硬質化が顕在化するのは、硬質な微粒子の含有量として１mass部以上である。前記硬質な微粒子を溶射層に含有させるには、溶射素材を粉体とし、その粉体に前記硬質な微粒子を混合して溶射することにより容易に硬質な微粒子を含有した溶射層とすることができる。
【００２８】
次に、その他の構成関係について説明すると、以下の如くである。
「急冷凝固粉体」：
本発明においては、溶射素材は特に限定するものではなく、溶射線でもよく単なる粉体でもよいが、急冷凝固粉体の場合は溶湯が急冷されるので、初晶Siのサイズが１〜５０μm程度の微細な初晶Siを形成する。脆性のある溶射線と比べると安定した高Siアルミニウム合金の溶射素材とすることができる。溶射層においても初晶Siのサイズが１〜５０μm程度の微細な初晶Siを形成し、均一に分布して安定均一な溶射層が得られ耐摩耗性が向上する。更に耐食性も良好で、膨れおよび剥離のおそれもない。急冷凝固粉体の製造方法は、アトマイズ法等の公知の方法でよい。粉体のサイズは特に限定するものではないが、市販の溶射装置では２mmΦ以下が適当である。アトマイズ法の場合は、条件を適正に設定すれば粉体の８０mass％が１０〜１５０μmΦの範囲内に入るものが得られる。
【００２９】
「溶射層は単層」：
溶射層を単層とすることにより、下地溶射層の欠陥を巻き込むことなく直接にアルミニウム材上面に溶射接触されているので、アルミニウム同士の拡散接合が得られ、強固な結合が得られると共に更に耐食性も良好で膨れおよび剥離のおそれもない。
【００３０】
「溶射層は、厚さ方向の断面において、空隙率が１０％以下」：
溶射層の厚さ方向の断面において空隙率を１０％以下とすることにより一層緻密な溶射層となり、空隙を伝わって浸入する湿分がより少なく、更に耐食性も良好で膨れおよび剥離のおそれもなくなる。
【００３１】
「溶射層は、プラズマ溶射法または超高速フレーム溶射法を用いて溶射された溶射層」：
即ち、溶射層は、溶射条件の振れで容易に燃焼ガスを巻き込み緻密性を失うが、プラズマ溶射法または超高速フレーム溶射法を用いることにより、その溶射条件を適正とすることができ、このように溶射条件を適正とすることによって燃焼ガスの巻き込み量が少なく、溶射条件が振れたとしても容易に溶射層の空隙率を１０％以下とすることができ、一層緻密な溶射層となり、空隙を伝わって浸入する湿分がより少なく、更に耐食性も良好で膨れおよび剥離のおそれもなくなる。
【００３２】
「溶射層の硬度ＨＲＢ７０以上」：
溶射層に硬質物質が含有していれば耐摩耗性は発現するが、硬質物質の周囲を形成する溶射層素地の硬度を高めることによって、硬質物質の保持力が増加し一層高い耐摩耗性を発揮する。溶射層の硬度ＨＲＢ７０以上とすることによって、初晶Siや添加微粒子の剥離、脱落がなくなり、一層高い耐摩耗性を有する溶射層となる。この硬度は溶射後アルミニウム部材を熱処理して、Mg2Siの初期化合物を形成させることにより容易に得られる。この熱処理の好ましい条件は溶射後のアルミニウム部材を１００〜２００℃の温度に０．５〜２４時間保持することである。
【００３３】
次に具体的な製造方法例を説明するが、言うまでもなく本発明はこのような具体的製造方法に限定されるものではない。
アルミニウム材に本発明に係る合金組成の溶射素材を用い、溶射して溶射層を形成する。ここでアルミニウム材は各種組成の展伸材、鋳物、ダイカスト等でよいことは明らかで、殊更に限定されるものではない。また、アルミニウム材は表面処理を施しても施さなくてもよい。アルミニウム材は室温でよいが、高温にして溶射するとアルミニウム材と溶射層の密着性が室温の場合より向上する。溶射素材は線でも粉末でもよい。硬質な微粒子を溶射層に含有させるには、溶射素材を粉末とし、この粉末に硬質な微粒子を混合して用いれば容易である。溶射法はガス式、アーク式、プラズマ式、超高速フレーム式等の公知の方法でよい。溶射層は厚く設け平滑性が求められる場合には面削または研磨するとよい。面削または研磨後の厚さは相手材の重量、速度等の用途によって選ばれるものであるが、通常０．０５〜２mm程度である。溶射ままあるいは面削または研磨後のアルミニウム部材は必要に応じて熱処理を施す。この熱処理条件は目的により異なるが、略１００〜２００℃の温度で、０．５〜２４時間程度保持することによって、溶射ままと比較して強度が向上し、初晶Siの脱落を防止し、使用中において高硬度を保つことができる。
【００３４】
【実施例】
ＪＩＳ６０６３の押出形材を用意し、後記する表１に示す組成のアトマイズ粉体をガス溶射およびプラズマ溶射し試料とした。その条件は以下に示す如くである。
「溶射面のサイズ」：
６５mm×１０００mm
「表面処理」：
ショットブラスト
「アトマイズ粉体のサイズ」：
粉体の８０mass％が１０〜１５０μmφの範囲である。
「硬質な微粒子」：
アルミナ
サイズ                １〜５０μm
含有量                外数であって、アルミニウム合金１００mass部に対しての割合１０mass部
「溶射」：
繰返し溶射回数          １〜４
溶射層厚さ              ７００μｍ厚さに溶射後、研磨して５００μｍの厚さとした。
【００３５】
【表１】
0003920108.tif 000002
【００３６】
次ぎに、各試料について下記測定項目を測定した。その結果を後記する表２に示す。
「耐食性」：
0003920108.tif 000003
複合腐食試験後目視による観察
「表面硬度」：
ＨＲＢ  １００kgf付加  １／１６インチ鋼球
「空隙率」：
横断面写真から測定   面積率％
【００３７】
【表２】
0003920108.tif 000004
【００３８】
表２の結果から、本発明（試料番号１、３、４、５、６、７および８は、表面硬度が高いことが判る。また、耐食形態も部分的に軽微なピット状の腐食形態であることが判る。さらに、溶射層の空隙率が低くなると、表面硬度が向上（試料番号１に対して３）することが判る。
【００３９】
また、熱処理することにより表面硬度が向上（試料番号３と４の比較）することが判り、硬質微粒子を含有させると表面硬度が著しく向上（試料番号３に対して８）することが理解される。
【００４０】
一方、従来例（試料番号２および９）は、腐食形態が部分的におよびエッジ部において激しい腐食を発生し、比較例（試料番号１０）は、全面にピット状の腐食を発生しており、耐食性において劣ることが判る。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したような本発明によるならば、表面硬度が高いことから耐摩耗性に優れ、また腐食も部分的に軽微なピッチ状の腐食形態であることから膨れが発生し難いものとなっており、したがって、安定した操業が可能となり、建造物内を汚染する等といった不都合が生じることもなくなるものであるので、工業的にその利用価値が高い発明であると理解される。