DNTコーティング技報 No.20
解説-4
常温金属溶射工法におけるアルミニウム・マグネシウム合金溶射皮膜の性能評価

常温金属溶射工法におけるアルミニウム・マグネシウム合金溶射皮膜の性能評価

Performance Assessment of the Room Temperature Metal Spraying Method ofAluminium - Magnesium Alloy Coating
技術開発部門研究部研究第1グループ
防食技術チーム
Technical Development Div.
Research Dept.
Research Group 1.
Protective Coatings Technology Team.

新井彰悟

塗料事業部門 構造物塗料事業部
構造物塗料テクニカルサポートグループ
Coating Business Div.
Protective Coatings Dept.
Technical Support Group

Arai Shougo

松本剛司 松野Matsumoto Tsuyoshi

１. はじめに英則

Matsuno Hidenori

適用されている。MS工法においても、AlMg合金溶射を確立した。本報では、その皮膜性能に関して報告する。
表1

金属溶射は鋼材よりも電位が卑な金属（亜鉛、アルミMS工法の特長

ニウム、マグネシウムおよびそれらの合金など）を溶融し溶射直後の板温常温（40～70℃）た粒子を鋼材表面に吹き付けて皮膜を形成し、犠牲陽粗面形成材の適用可能

素地調整のグレード

ブラストSa 2 ½*
動力工具処理 St3*

粗面形成材の適用

適用可能

極作用や環境遮断効果により防食する工法である。

1）,2）

金属溶射の中には亜鉛溶射や亜鉛・アルミニウム擬合金（以下ZnAl擬合金と示す）溶射などがあり、その種類として溶融した金属粒子が高温で皮膜形成するJIS
H 8300（亜鉛、アルミニウムおよびそれらの合金溶射）やISO 2063（THERMAL SPRAYING-ZINK, ALU-

溶射皮膜
粗面形成材

塗装仕様

鋼

MINIUM AND THEIR ALLOYS）などの工法と、溶材* ISO 8501-1：2007で規定融した金属粒子がほぼ常温（40～70℃）まで冷却されて皮膜形成する常温金属溶射システムのMetal Spray工法（以下MS工法と示す）がある（特許公報平3-２.

28507）。MS工法の特長を表1に示す。MS工法は鋼材実験

表面での皮膜形成時の温度が常温であるため、作業性や安全性に優れている3）。
また粗面形成材（弊社商
品名：ブラスノン#21）を適用することで、ブラスト処理（Sa2½）
だけでなく動力工具処理（St3）においても適用可能となる。
近年では、厳しい腐食環境において高い防食性を示すことからアルミニウム・マグネシウム合金（以下AlMg合金と示す）溶射が海浜地域や橋梁の桁端部などで2.1

耐食性試験（耐中性塩水噴霧試験、キャス試験、耐複合サイクル試験）（1）
鋼材種〇炭素鋼（JIS G 3101,素地調整：グリットブラスト処理 ISO-Sa2 ½）、t4.5×70×150㎜〇溶融亜鉛めっき鋼材（HDZ55, JIS H 8641）、
t 4.5×70×150㎜

43

44

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解説-4
常温金属溶射工法におけるアルミニウム・マグネシウム合金溶射皮膜の性能評価

表21

試験板No.
仕

2AlMg合金溶射様素地調整

耐食性評価の供試仕様

ZnAl擬合金溶射34

一般外面の塗装仕様
C-5塗装系1）

新設溶融亜鉛めっき面用
外面塗装仕様 ZC-Ⅰ1）－

グリットブラスト処理 ISO-Sa2½

粗面化処理

－

－

無機ジンクリッチペイント（75μｍ）

溶融亜鉛めっき HDZ55

粗面形成材
AlMg合金溶射（100μｍ以上）

防食下地

ZnAl擬合金溶射（100μｍ以上）

封孔処理

封孔処理材

－

－

ミストコート－

厚膜形エポキシ樹脂系
塗料下塗

－下塗り

－

厚膜形エポキシ樹脂系
塗料下塗（120μｍ）

亜鉛めっき用エポキシ樹脂系
塗料下塗（40μｍ）

中塗り

ふっ素樹脂塗料用中塗（30μｍ）

上塗り

ふっ素樹脂塗料上塗（25μｍ）

表4 キャス試験の条件

（2）
供試仕様
耐食性試験の供試仕様を表2に示す。

項 目調整時（3）耐食性試験方法

塩化ナトリウム溶液の濃度50±5 g/l1）耐中性塩水噴霧試験

塩化第二銅（CuCl2・2H2O）
溶液の濃度0.26±0.02g/l

ｐＨ

3.0

JIS K 5600 7-1（耐中性塩水噴霧性）に準拠
し、6000時間供試後、一般部およびクロスカット部の評価を行った。試験条件を表3に示す。
表3

塩水噴霧試験の条件

項 目

調整の範囲

試験槽温度

35±2℃

試験槽内の相対温度98～99％

加湿器の温度

47±1℃

塩水の濃度
（35℃）

50±5 g/lｐＨ（33～35℃）

6.5～7.2

噴霧用圧縮空気圧力

70～170 kPa

噴霧量

1～2 ml/80㎠/h2）
キャス試験

試験中
50±5g/l－3.0～3.2

圧縮空気圧力－70～167kPa

噴霧量－

1.5±0.5ml/80㎠/h

空気飽和器温度－63±2 ℃

塩水タンク温度－50±2 ℃

試験槽温度

－50±2 ℃

日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会
社、西日本高速道路株式会社から発刊されている構
造物施工管理要領において、品質基準が定められている4）。
品質基準は表5に示す耐複合サイクル試験条件
表5段

階

耐複合サイクル試験の条件

時

間

温度

条

件

10.5h

30±2℃

塩水噴霧し、720時間供試後、一般部およびクロスカット部の21.5h

30±2℃

湿潤（95±3）%RH評価を行った。試験条件を表4に示す。

32.0h

50±2℃

熱風乾燥

42.0h

50±2℃

温風乾燥

JIS H 8502（めっきの耐食性試験方法）に準拠

3）耐複合サイクル試験
金属溶射面の塗装系における品質規格として、東5段階1に戻る。

DNTコーティング技報 No.20
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常温金属溶射工法におけるアルミニウム・マグネシウム合金溶射皮膜の性能評価に6000時間供試して、下記基準を満たすことが規定されている。

ノ（株）製テクノテスターR-20000ND）を用い、40㎜角型治具で試験した3）。
（4）
評価方法

①一般部の異常がないこと

試験体1体につき9点測定し、9点の密着力の平均値②カット部変状幅10㎜以下であることが2.3N/㎟（MPa）以上であることを合格基準とした3）。

（4）
耐食性評価方法
試験板の下半分に素地に達するようにプラスチックカッターにてクロスカットを施し、下記の方法にて評価を行った。
一般部評価：ASTM D 610（さび）、ASTM D 71402（膨れ）に準拠した。
クロスカット部評価：カット部近傍のさび幅、膨れ幅で評価した。
なお、AlMg合金溶射のクロスカットは構造物施工管理要領に規定されている金属溶射の品質規格項に準拠した欠陥（溶射皮膜内に留まる深さ）を施して試験に供した。
2.2

2.3 すべり試験AlMg合金溶射およびZnAl擬合金溶射の試験体に対して、すべり試験を実施し、高力ボルト接合面への適用性を評価した。
（1）
鋼材種
SM490A（JIS G 3106、孔径24.5㎜、素地調整：ISOブラスト処理Sa2½）、t22×95×390㎜（母材）、t12×95×390㎜（添接板）（2）
供試仕様
すべり試験の供試仕様を表7、摩擦接合面の組み合わせを表8に示す。摩擦接合面として、溶射同士の組み合わせだけでなく、無機ジンクリッチペイントと溶射の密着力試験

MS工法では粗面形成材を塗布し、表面粗さを確保することで動力工具処理鋼板に対しても密着力を確保している。AlMg合金溶射においても、密着力の管理基組み合わせも評価した。塗装後に母材と添接板を組み立てるまで一定期間経過する条件を想定し、暴露した組み合わせでも評価した。

準を満たすか確認した。

表7 すべり試験の供試仕様（1）
鋼材種
炭素鋼（JIS G 3101、 素地調整：ISOブラスト処理
Sa2½、動力工具処理St3）、t6.0×300×300㎜
密着力試験の供試仕様を表6に示す。
日本建築仕上学会認定油圧式試験機（サンコーテク
表6

封孔処理

AlMg合金溶射

ZnAl 擬合金溶射

膜厚：100μm以上（母材、添接板ともに）なし
溶融亜鉛めっき高力ボルト（F8T M22×85）ボルト

密着性試験の供試仕様

56

78

グリットブラスト処理
ISO-Sa2½

動力工具処理St 3

グリットブラスト処理
ISO-Sa 2½

動力工具処理
St3

粗面化処理
防食下地

粗面形成材

封孔処理

（3）
試験方法

素地調整

粗面化処理
防食下地

（2）
供試仕様

試験板No.

45

粗面形成材
AlMg合金溶射（100μｍ以上）

ZnAl擬合金溶射（100μｍ以上）なし

46

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常温金属溶射工法におけるアルミニウム・マグネシウム合金溶射皮膜の性能評価表8
母試験体 No.
AB
CDE
FG

高力ボルト接合面の組み合わせ

材

添接板

暴

粗面形成材/
ZnAl 擬合金溶射（100μm以上）

粗面形成材/
ZnAl 擬合金溶射（100μm以上）

粗面形成材/
AlMg合金溶射（100μm以上）

粗面形成材/
AlMg合金溶射（100μm以上）

粗面形成材/
AlMg合金溶射（100μm以上）

無機ジンクリッチペイント（75μm）

無機ジンクリッチペイント（75μm）

粗面形成材/
AlMg合金溶射（100μm以上）

露なし
なし
あり
（沖縄6か月）なし
あり（沖縄6か月）なし
あり（沖縄6か月）（3）
試験方法

このときのすべり荷重を測定記録し、すべり係数を次式

1）試験体の組み立てと高力ボルトの締め付け（1）より算出した5）。

試験体3体のうち、1体は片側をすべり側としてワイヤーストレインゲージ（以下 WSGと記す）を張付けた高力μ ＝六角ボルト（F8T）を使用し、反対側を固定側としてWSGを張付けてない高力六角ボルト（F8T）を使用した式（1）（図1参照）。残りの2体は全てWSG無の高力六角ボルトとした。
日本建築学会編「高力ボルト接合設計施工ガイドブック」（2016）に準じて、試験体を締め付け後、試験に供した5）。

Pm・n・N（μ：すべり係数、P：すべり荷重、m：摩擦面数、n：ボル
ト本数、Ｎ：ボルト軸力[kN]）
すべり係数μ=0.45以上を合格基準とする。
3）
リラクセーション試験
すべり側にWSG付高力六角ボルトを使用した試験

可動側

固定側体にて、リラクセーション試験を行った。測定は、締付け直後（1分経過後）→30分後→1時間後→3時間後→6時間後→12時間後→24時間→48時間→72時間

可動側

固定側（以下24時間毎27日間）にて評価した。

図1 すべり試験体

3. 試験結果

2）すべり係数試験
試験体（n数=3体）を引張試験機に取付け、荷重を加え、すべりが発生するまで除々に載荷した。
すべり点の確認は、次のいずれかの現象が生じた場合とした。
①すべり音が発生したとき②引張試験機の指針が停止または降下したとき③試験体のけがき線がずれたとき

3.1
3.1.1

耐食性試験結果
耐中性塩水噴霧試験結果

耐中性塩水噴霧試験6000時間供試後の外観写真とさび、膨れの評価結果を表9に示す。
AlMg 合金溶射は ZnAl 擬合金溶射と同等の耐食

DNTコーティング技報 No.20
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常温金属溶射工法におけるアルミニウム・マグネシウム合金溶射皮膜の性能評価

3.1.2 キャス試験結果性を示し、C-5塗装系や新設溶融亜鉛めっき面用外面塗装仕様（ZC-Ⅰ）と比較して、良好な耐食性を有していキャス試験720時間供試後の外観写真とさび、膨れる。の評価結果を表10に示す。
表9試験板No.
仕様

耐中性塩水噴霧試験6000時間供試後の評価結果
1234AlMg合金溶射

ZnAl擬合金溶射

C-5塗装系

ZC-Ⅰ

外観写真

一般部さび

10101010

一般部膨れ1010108F

クロスカット部さび[㎜]0.00.05.0

1.0

クロスカット部膨れ[㎜]0.00.04.59.0

表10 キャス試験720時間供試後の評価結果
試験板No.
仕様

1234AlMg合金溶射

ZnAl擬合金溶射

C-5塗装系

ZC-Ⅰ

10109P9P

外観写真

一般部さび
一般部膨れ

10101010

クロスカット部さび[㎜]0.00.05.0

1.0

クロスカット部膨れ[㎜]0.01.04.08.047

キャス試験においても、AlMg合金溶射はZnAl擬合4

金溶射と同等の耐食性を示し、C-5塗装系や新設溶融

3.5

亜鉛めっき面用外面塗装仕様（ZC-Ⅰ）と比較して、良好
3.1.3

耐複合サイクル試験結果

耐複合サイクル試験6000時間供試後の結果を表11に示す。
表11

耐複合サイクル試験6000時間供試後の評価結果

N数

N1

N2

2.3N/㎟3な耐食性を有している。
密着力[N/㎠]

48

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常温金属溶射工法におけるアルミニウム・マグネシウム合金溶射皮膜の性能評価

2.5
21.5
10.50
グリットブラスト処理

動力工具処理AlMg合金溶射

図2

ZnAl擬合金溶射

密着力測定結果

AlMg合金溶射、ZnAl擬合金溶射ともに密着力2.3N/㎟以上の値を示し、鋼橋の常温金属溶射設計・外観写真

施工・補修マニュアルに規定されている密着力の管理基準を満たしていることを確認した。
また、動力工具処
理鋼板においてもAlMg合金溶射、ZnAl擬合金溶射ともに2.3N/㎟以上の密着力を示した。
このため、粗面形成材の塗布により粗面化処理を施すことで、管理基準

一般部さび

1010

一般部膨れ

1010

クロスカット部さび[㎜]0.00.0

クロスカット部膨れ[㎜]0.00.0

AlMg合金溶射の仕様において、耐複合サイクル試
験6000時間供試後、一般部、カット部ともに変状はみられず、東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株
式会社、西日本高速道路株式会社から発刊されている構造物施工管理要領に規定されている品質規格を満たしていることを確認した。
3.2

溶射皮膜の密着力試験結果

グリットブラスト処理鋼板および動力工具処理鋼板に対する、AlMg合金溶射およびZnAl擬合金溶射の密着力測定結果を図2に示す。棒グラフの値は測定した9点の平均値である。

値以上の密着力を確保できることが示された。
3.3 すべり試験結果
3.3.1 すべり係数試験結果
すべり係数試験結果を表12に示す。式（1）を用いて計算したすべり係数は、すべての接合面の組み合わせで0.45以上の値を示し、めっき高力ボルト接合の設計基準を満たした。
3.3.2 リラクセーション試験結果
72時間までのリラクセーション試験結果を図3、27日間までのリラクセーション試験結果を図4に示す。
AlMg合金溶射の組み合わせは、すべて72時間後も導入軸力の残存率の低下は10％未満であった。
また27日後において、ZnAl擬合金溶射では導入軸力の残存率の低下は15％程度であったが、AlMg合金溶射では10％未満だった。従って、高力ボルト接合の接合面にAlMg合金溶射を施した場合においても、塗装後に母DNTコーティング技報 No.20
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常温金属溶射工法におけるアルミニウム・マグネシウム合金溶射皮膜の性能評価

4. まとめ材と添接板を組み立てるまで一定期間経過しても、設計上要求される耐力を十分確保できる。
表12. すべり係数試験結果
試験板
No.
ABCDE
FG

母材

添接板

粗面形成材/粗面形成材/
ZnAl擬合金溶射 ZnAl擬合金溶射（100μm以上） （100μm以上）

露すべり係数なし

0.483

暴なし
0.660
粗面形成材/
粗面形成材/
AlMg合金溶射
AlMg合金溶射あり（100μm以上） （100μm以上） （沖縄6か月）0.644
0.630
なし
粗面形成材/
無機ジンクリッチ
AlMg合金溶射
ペイント
あり
0.633
（100μm以上） （75μm）（沖縄6か月）0.512
なし
無機ジンクリッチ 粗面形成材/
ペイント
AlMg合金溶射あり（75μm）（100μm以上） （沖縄6か月）0.629

残存率［％］

常温金属溶射であるMS工法におけるAlMg合金溶射皮膜の性能を確認した結果、下記のことがわかった。
AlMg合金溶射皮膜の耐食性はZnAl擬合金溶射皮膜と同等で、かつC-5塗装系および新設溶融亜鉛めっき面用外面塗装仕様（ZC-1）
より優れることを確認した。
また、構造物施工管理要領の金属溶射面の塗装系における品質規格を満たしていることを確認した。
クロスカットの傷の到達点の違いが耐食性へ及ぼす影響に関して、詳細な評価を実施中である。
AlMg合金溶射は粗面形成材の塗布により粗面化処理を施すことで、動力工具処理鋼板においても管理基準値以上の密着力を確保でき、また、高力ボルト接合の設計基準値以上のすべり係数を示し、設100計上要求される耐力を十分確保できることが示された。

9590

参考文献

858001020304050
経過時間
［h］

試験体B
試験体E

試験体C
試験体F

607080

試験体D
試験体G

図3 リラクセーション試験結果（72時間）

鋼道路橋防食便覧（平成26年3月改定）
2）大柴雅紀、奥野眞司：金属溶射材料の実暴露における防食性評価（DNTコーティング技報No.8, 技術解説-5）（改訂版 2018年4月 鋼構造物常温金属溶射研究会）4）構造物施工管理要領（令和元年7月、95

東日本高速道路株式会社、中日本高速道路株式会

90社、西日本高速道路株式会社）
5）
日本建築学会編

858001）公益社団法人 日本道路協会：

3）常温金属溶射設計・施工・補修マニュアル
（案）

100

残存率
［％］

49

「高力ボルト接合設計施工ガイドブック」（2016）
100200300 400
500 600
経過時間
［h］
試験体B
試験体A

（ZnAl 擬合金溶射）

700（AlMg 合金溶射）

図4 リラクセーション試験結果（27日間）