JP2003286559A - 鉄系基材の防食皮膜および防食方法 - Google Patents
鉄系基材の防食皮膜および防食方法Info
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- JP2003286559A JP2003286559A JP2002092907A JP2002092907A JP2003286559A JP 2003286559 A JP2003286559 A JP 2003286559A JP 2002092907 A JP2002092907 A JP 2002092907A JP 2002092907 A JP2002092907 A JP 2002092907A JP 2003286559 A JP2003286559 A JP 2003286559A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄系基材の表面防食をより完璧な皮膜で構成
する。 【解決手段】 基材表面上に溶射して形成したＺｎ、Ｚ
ｎ−Ａｌ擬合金、またはＺｎ−Ａｌ合金よりなる防食第
１層と、該防食第１層上へ溶射して密着したＡｌ＋Ａｌ
2Ｏ3、またはＡｌ系合金＋Ａｌ2Ｏ3よりなる防食第２層
を重ねたことによって前記の課題を解決した。第２層の
硬度が極めて高く、複合皮膜全体として耐衝撃性も抜群
であるから、外傷を受けることが極めて稀であり、ここ
から派生して腐食の始まることが少なくなる。仮に表面
の不動態が破れた場合でも、内層の犠牲陽極作用が働い
て腐食が鉄基材にまで及ぶことなく、その間に不動態の
破壊部分が自己修復して再び不動態が復活する。
する。 【解決手段】 基材表面上に溶射して形成したＺｎ、Ｚ
ｎ−Ａｌ擬合金、またはＺｎ−Ａｌ合金よりなる防食第
１層と、該防食第１層上へ溶射して密着したＡｌ＋Ａｌ
2Ｏ3、またはＡｌ系合金＋Ａｌ2Ｏ3よりなる防食第２層
を重ねたことによって前記の課題を解決した。第２層の
硬度が極めて高く、複合皮膜全体として耐衝撃性も抜群
であるから、外傷を受けることが極めて稀であり、ここ
から派生して腐食の始まることが少なくなる。仮に表面
の不動態が破れた場合でも、内層の犠牲陽極作用が働い
て腐食が鉄基材にまで及ぶことなく、その間に不動態の
破壊部分が自己修復して再び不動態が復活する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は鉄系基材の構造物や
ダクタイル鋳鉄管などの防食に係る。
ダクタイル鋳鉄管などの防食に係る。
【０００２】
【従来の技術】材料の腐食は大きな経済損失を誘発する
重要課題であるが、とりわけ上水道管のように地下へ一
旦埋設して使用する場合は、使用中の腐食の進行によっ
て不適正な飲料水を提供して市民の健康障害の原因とな
る恐れがある一方、簡単に取り替えることのできない地
中という本来的に不利な条件を強いられ、腐食の進行を
如何に食い止めるかという命題の解決は、社会的に大き
な責務であるとまで言える。
重要課題であるが、とりわけ上水道管のように地下へ一
旦埋設して使用する場合は、使用中の腐食の進行によっ
て不適正な飲料水を提供して市民の健康障害の原因とな
る恐れがある一方、簡単に取り替えることのできない地
中という本来的に不利な条件を強いられ、腐食の進行を
如何に食い止めるかという命題の解決は、社会的に大き
な責務であるとまで言える。
【０００３】従来、鉄系基材の防食方法には、あらゆる
分野からの研究開発が進んでいるが、対象を前記ダクタ
イル鋳鉄管に絞って従来技術を検討してみると、防食塗
料の塗膜によるものと、Ｚｎ、またはＺｎ合金などの金
属を管外周面に溶射して金属皮膜を形成する方法が代表
的に挙げられる。塗料についてもＺｎ皮膜の上へさらに
防食塗料を重ね塗りするなど防食に対する改良も進めら
れている。
分野からの研究開発が進んでいるが、対象を前記ダクタ
イル鋳鉄管に絞って従来技術を検討してみると、防食塗
料の塗膜によるものと、Ｚｎ、またはＺｎ合金などの金
属を管外周面に溶射して金属皮膜を形成する方法が代表
的に挙げられる。塗料についてもＺｎ皮膜の上へさらに
防食塗料を重ね塗りするなど防食に対する改良も進めら
れている。
【０００４】金属溶射によって防食を図る方法は、金属
の溶融、電気、化学メッキなどに比べても、より小型の
溶射ガンから金属線や粉末を溶融噴射して基材の表面に
付着させる手軽さが利点である。噴射される金属は溶融
して溶滴となり、空気中を飛んで基材表面に衝突して潰
れ、同時に急冷されて凝固し扁平小粒子が堆積して溶射
皮膜が形成される。したがって粒子と基材との間に化学
的結合ができる融着までには至らず、基材表面の凹凸に
食い込んだ物理的付着に留まるから、皮膜の接着力が強
力とまでは言えないし、溶射した金属粒子間に小さな間
隙が無数にできた多孔質であるという性質も避け難い。
の溶融、電気、化学メッキなどに比べても、より小型の
溶射ガンから金属線や粉末を溶融噴射して基材の表面に
付着させる手軽さが利点である。噴射される金属は溶融
して溶滴となり、空気中を飛んで基材表面に衝突して潰
れ、同時に急冷されて凝固し扁平小粒子が堆積して溶射
皮膜が形成される。したがって粒子と基材との間に化学
的結合ができる融着までには至らず、基材表面の凹凸に
食い込んだ物理的付着に留まるから、皮膜の接着力が強
力とまでは言えないし、溶射した金属粒子間に小さな間
隙が無数にできた多孔質であるという性質も避け難い。
【０００５】Ｚｎが溶射材としてダクタイル鋳鉄管をは
じめ多くの鉄鋼構造物に多用される理由は、ＺｎがＦｅ
に対して電気化学的に卑の金属であり、Ｆｅより低電位
だから防食に必要なだけの分極を与えることができ、Ｆ
ｅ−Ｚｎ間に電池が形成され、腐食性雰囲気下にあって
は、Ｆｅよりも自ら優先的に消耗していく犠牲陽極の原
理を利用するからである。式で示せば Ｚｎ→Ｚｎ++＋２ｅ Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ→４（ＯＨ）- の反応が、Ｆｅのイオン化よりも優先する原理を利用し
て有効な防食構造を形成するからである。
じめ多くの鉄鋼構造物に多用される理由は、ＺｎがＦｅ
に対して電気化学的に卑の金属であり、Ｆｅより低電位
だから防食に必要なだけの分極を与えることができ、Ｆ
ｅ−Ｚｎ間に電池が形成され、腐食性雰囲気下にあって
は、Ｆｅよりも自ら優先的に消耗していく犠牲陽極の原
理を利用するからである。式で示せば Ｚｎ→Ｚｎ++＋２ｅ Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ→４（ＯＨ）- の反応が、Ｆｅのイオン化よりも優先する原理を利用し
て有効な防食構造を形成するからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術で主に適用さ
れてきた鉄系基材の表面防食方法のうち、塗料の塗膜だ
けに依存する方法は、土壌中に埋設されて長い年月使用
される間に、土壌の雰囲気次第では塗膜が経年変化を遂
げて膨れが発生し、この部分に土壌中の湿分が侵入して
鉄系基材に接触すると、直ちにこの部分から集中的な腐
食の起点となる。経時変化でなくともダクタイル鋳鉄管
などは、地中に敷設されるまでに貯蔵、搬送、継合の各
段階に亘って垂直に吊り上げたり、水平に押し込んだり
しなければならないから、ワイヤや吊り金具などと接触
して擦過傷を受け、塗膜が剥れる懸念がある。
れてきた鉄系基材の表面防食方法のうち、塗料の塗膜だ
けに依存する方法は、土壌中に埋設されて長い年月使用
される間に、土壌の雰囲気次第では塗膜が経年変化を遂
げて膨れが発生し、この部分に土壌中の湿分が侵入して
鉄系基材に接触すると、直ちにこの部分から集中的な腐
食の起点となる。経時変化でなくともダクタイル鋳鉄管
などは、地中に敷設されるまでに貯蔵、搬送、継合の各
段階に亘って垂直に吊り上げたり、水平に押し込んだり
しなければならないから、ワイヤや吊り金具などと接触
して擦過傷を受け、塗膜が剥れる懸念がある。
【０００７】このことは素材強度の低い塗膜だけでな
く、硬度が低いＺｎの溶射皮膜についても当てはまる。
Ｚｎ自体の硬度は低いから、塗装を施しただけでは擦過
に対する耐久力が小さい。従って、Ｚｎの犠牲陽極作用
は自らの消耗を前提としたものであるから、傷を受けた
箇所からＺｎが溶出し、腐食性雰囲気下ではＦｅを守る
代わりに自らの消耗が続き、最終的には消耗し切ってそ
の役割を終える時機を迎える。取換えの容易な設置条件
であればメンテナンスを予定した管理体制を運用すれば
よいが、地中の管路では並大抵の費用と労力では済まな
い負担となる。
く、硬度が低いＺｎの溶射皮膜についても当てはまる。
Ｚｎ自体の硬度は低いから、塗装を施しただけでは擦過
に対する耐久力が小さい。従って、Ｚｎの犠牲陽極作用
は自らの消耗を前提としたものであるから、傷を受けた
箇所からＺｎが溶出し、腐食性雰囲気下ではＦｅを守る
代わりに自らの消耗が続き、最終的には消耗し切ってそ
の役割を終える時機を迎える。取換えの容易な設置条件
であればメンテナンスを予定した管理体制を運用すれば
よいが、地中の管路では並大抵の費用と労力では済まな
い負担となる。
【０００８】特開２０００−３１６７９３号公報に係る
従来技術は、このような課題の解決を目指した提案であ
る。鋳鉄管表面の鉄基地上へ形成される防食皮膜は、Ｍ
ｎ５〜２５質量％を含むＡｌ合金よりなり、Ａｌ相にＭ
ｎが過飽和に固溶された急冷Ａｌ合金は、緻密な金属間
化合物がＡｌ基地中に均一に分布して優れた耐食性を奏
することができる。また、防食皮膜の硬度が向上されて
皮膜が傷つくことによる耐食性の低下を抑制する作用も
呼ぶ。
従来技術は、このような課題の解決を目指した提案であ
る。鋳鉄管表面の鉄基地上へ形成される防食皮膜は、Ｍ
ｎ５〜２５質量％を含むＡｌ合金よりなり、Ａｌ相にＭ
ｎが過飽和に固溶された急冷Ａｌ合金は、緻密な金属間
化合物がＡｌ基地中に均一に分布して優れた耐食性を奏
することができる。また、防食皮膜の硬度が向上されて
皮膜が傷つくことによる耐食性の低下を抑制する作用も
呼ぶ。
【０００９】塩水噴霧試験（赤錆発生時間）や自然電位
測定による実施例、比較例の効果確認テストの結果、Ｚ
ｎのみ、またはＡｌのみの比較例の溶射では自然電位を
大きく低下はさせるが、皮膜硬度が極端に低く、また、
噴霧試験では２００〜３００時間という短時間で赤錆が
発生し、１０，０００時間も発生のなかった実施例との
差を証明できたと謳っている。
測定による実施例、比較例の効果確認テストの結果、Ｚ
ｎのみ、またはＡｌのみの比較例の溶射では自然電位を
大きく低下はさせるが、皮膜硬度が極端に低く、また、
噴霧試験では２００〜３００時間という短時間で赤錆が
発生し、１０，０００時間も発生のなかった実施例との
差を証明できたと謳っている。
【００１０】Ａｌの耐食性が優れているのは表面に形成
される酸化皮膜の保護作用による。厚さ２５〜１００Å
のきわめて薄い皮膜中の導電率は極端に低く、この皮膜
が表面を完全に覆えば、陰極反応が阻止されて腐食が進
行できない不動態を形成する。前記従来技術は、このＡ
ｌの不動態化による耐食性をベースとしつつも、過飽和
に固溶するＭｎ，Ｓｉによって外傷のつき難い硬い皮膜
に強化することが主旨と解される。
される酸化皮膜の保護作用による。厚さ２５〜１００Å
のきわめて薄い皮膜中の導電率は極端に低く、この皮膜
が表面を完全に覆えば、陰極反応が阻止されて腐食が進
行できない不動態を形成する。前記従来技術は、このＡ
ｌの不動態化による耐食性をベースとしつつも、過飽和
に固溶するＭｎ，Ｓｉによって外傷のつき難い硬い皮膜
に強化することが主旨と解される。
【００１１】しかし、たとえば土壌中に埋設された使用
環境にあっては、近来、地下水の汚染や有害排水の漏洩
など従来以上に複雑で厳しい腐食性雰囲気も想定してお
かなければならない。たとえば塩化物イオンなど不動態
を破壊しうるイオンによって局部的に不動態が破られる
と、この部分が陽極となり周囲が有力な陰極となって大
きな起電力をもつ電池を形成し、急速な孔食が生じる恐
れがある。鋳鉄管の場合にはＡｌ系皮膜に孔食が始まる
と、Ｆｅと土壌が直接対向するから、露呈したＦｅの腐
食が短時間で進行する懸念がある。
環境にあっては、近来、地下水の汚染や有害排水の漏洩
など従来以上に複雑で厳しい腐食性雰囲気も想定してお
かなければならない。たとえば塩化物イオンなど不動態
を破壊しうるイオンによって局部的に不動態が破られる
と、この部分が陽極となり周囲が有力な陰極となって大
きな起電力をもつ電池を形成し、急速な孔食が生じる恐
れがある。鋳鉄管の場合にはＡｌ系皮膜に孔食が始まる
と、Ｆｅと土壌が直接対向するから、露呈したＦｅの腐
食が短時間で進行する懸念がある。
【００１２】Ａｌ系不動態が破壊され陽極酸化されて生
成する酸化物は、微細晶のγ−Ａｌ 2Ｏ3系のものであ
る。この酸化物に土壌中の湿分（Ｈ2Ｏ）が作用すると
結晶性のγ−Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏに変化し、水との反応に
よって容積が膨張して自然に封孔されるから、耐食性の
不動態が再生されるという他に見られない自己修復機能
がある。しかし、この反応のためには自然環境下で水と
反応するという人為的に制御できない条件に委ねざるを
得ないから、それなりの時間の経過が必要となる。自然
環境下では、たとえば高温水蒸気で封孔を瞬間的に終え
る陽極酸化法（商品；アルマイトなど）のようには都合
よく進まないから、孔食部が自己修復して封孔が終わる
までの間、Ｆｅから外部へ向かって溶出する腐食を阻止
することはできない。ＡｌにはＺｎのような犠牲陽極の
働きが少ないからである。かくて孔食によるＦｅの腐食
進行と、封孔によるＡｌの不動態再生の競争が続けら
れ、その間にＦｅが蝕まれる条件の続くことは否定でき
ない。
成する酸化物は、微細晶のγ−Ａｌ 2Ｏ3系のものであ
る。この酸化物に土壌中の湿分（Ｈ2Ｏ）が作用すると
結晶性のγ−Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏに変化し、水との反応に
よって容積が膨張して自然に封孔されるから、耐食性の
不動態が再生されるという他に見られない自己修復機能
がある。しかし、この反応のためには自然環境下で水と
反応するという人為的に制御できない条件に委ねざるを
得ないから、それなりの時間の経過が必要となる。自然
環境下では、たとえば高温水蒸気で封孔を瞬間的に終え
る陽極酸化法（商品；アルマイトなど）のようには都合
よく進まないから、孔食部が自己修復して封孔が終わる
までの間、Ｆｅから外部へ向かって溶出する腐食を阻止
することはできない。ＡｌにはＺｎのような犠牲陽極の
働きが少ないからである。かくて孔食によるＦｅの腐食
進行と、封孔によるＡｌの不動態再生の競争が続けら
れ、その間にＦｅが蝕まれる条件の続くことは否定でき
ない。
【００１３】本発明は以上の課題を解決するため、Ａｌ
系皮膜の利点を十分活用しつつも、不動態の破壊などに
伴う腐食が基地のＦｅに及ぶことを阻止すると共に、強
度と密着性を一段と向上した防食皮膜の提供を目的とす
る。
系皮膜の利点を十分活用しつつも、不動態の破壊などに
伴う腐食が基地のＦｅに及ぶことを阻止すると共に、強
度と密着性を一段と向上した防食皮膜の提供を目的とす
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る鉄系基材の
防食皮膜は、鉄基材表面に上に溶射して形成したＺｎ、
Ｚｎ−Ａｌ擬合金、またはＺｎ−Ａｌ合金よりなる防食
第１層と、該防食第１層上へ溶射して密着したＡｌ＋Ａ
ｌ2Ｏ3、またはＡｌ系合金＋Ａｌ2Ｏ3よりなる防食第２
層を重ねて不動態の自己修復機能と犠牲陽極機能を相乗
させたことによって前記の課題を解決した。
防食皮膜は、鉄基材表面に上に溶射して形成したＺｎ、
Ｚｎ−Ａｌ擬合金、またはＺｎ−Ａｌ合金よりなる防食
第１層と、該防食第１層上へ溶射して密着したＡｌ＋Ａ
ｌ2Ｏ3、またはＡｌ系合金＋Ａｌ2Ｏ3よりなる防食第２
層を重ねて不動態の自己修復機能と犠牲陽極機能を相乗
させたことによって前記の課題を解決した。
【００１５】より具体的には防食第1層のＡｌ含有量が
重量比で０〜４０％であり、厚さが２０〜２００μｍ、
防食第２層を形成するＡｌとＡｌ2Ｏ3またはＡｌ系合金
とＡｌ2Ｏ3の混合比率が、体積比で１．０：０．５〜
２．０の範囲であり、厚さが５０〜１５０μｍで形成す
ることが望ましい実施形態である。ここでのＡｌ系合金
はＡｌ-Ｓｉ系、Ａｌ-Ｍｎ-Ｓｉ系などがあげられる。
重量比で０〜４０％であり、厚さが２０〜２００μｍ、
防食第２層を形成するＡｌとＡｌ2Ｏ3またはＡｌ系合金
とＡｌ2Ｏ3の混合比率が、体積比で１．０：０．５〜
２．０の範囲であり、厚さが５０〜１５０μｍで形成す
ることが望ましい実施形態である。ここでのＡｌ系合金
はＡｌ-Ｓｉ系、Ａｌ-Ｍｎ-Ｓｉ系などがあげられる。
【００１６】鉄系基材の防食方法として、清浄に保たれ
た鉄系基材の表面上へアーク溶射法などによってＺｎ、
Ｚｎ−Ａｌ擬合金、Ｚｎ−Ａｌ合金よりなる防食第１層
を形成し、該防食第１層の上へＡｌとＡｌ2Ｏ3を混合し
た粉末、またはＡｌ系合金とＡｌ2Ｏ3を混合した粉末を
フレーム溶射法などによって防食第２層を形成し、高硬
度のＡｌ2Ｏ3粉末の打撃作用によって両皮膜が緊密に圧
着する手順を特徴とする。なお、溶射にはアーク溶射、
フレーム溶射、高速フレーム溶射などがあげられる。
た鉄系基材の表面上へアーク溶射法などによってＺｎ、
Ｚｎ−Ａｌ擬合金、Ｚｎ−Ａｌ合金よりなる防食第１層
を形成し、該防食第１層の上へＡｌとＡｌ2Ｏ3を混合し
た粉末、またはＡｌ系合金とＡｌ2Ｏ3を混合した粉末を
フレーム溶射法などによって防食第２層を形成し、高硬
度のＡｌ2Ｏ3粉末の打撃作用によって両皮膜が緊密に圧
着する手順を特徴とする。なお、溶射にはアーク溶射、
フレーム溶射、高速フレーム溶射などがあげられる。
【００１７】代表的な実施例としては、遠心力鋳造によ
って成型したダクタイル鋳鉄管の表面上へ、Ｚｎ、Ｚｎ
−Ａｌ擬合金、またはＺｎ−Ａｌ合金を溶射して形成す
る防食第１層で覆い、該防食第１層上へ溶射して密着し
たＡｌ＋Ａｌ2Ｏ3、またはＡｌ系合金＋Ａｌ2Ｏ3よりな
る防食第２層を被覆して、管外周面上に不動態化と犠牲
陽極機能を相乗させた管が挙げられる。
って成型したダクタイル鋳鉄管の表面上へ、Ｚｎ、Ｚｎ
−Ａｌ擬合金、またはＺｎ−Ａｌ合金を溶射して形成す
る防食第１層で覆い、該防食第１層上へ溶射して密着し
たＡｌ＋Ａｌ2Ｏ3、またはＡｌ系合金＋Ａｌ2Ｏ3よりな
る防食第２層を被覆して、管外周面上に不動態化と犠牲
陽極機能を相乗させた管が挙げられる。
【００１８】本発明の前記構成によって得られる特定の
作用については、前記課題の裏返しであるから多言は要
しないと考えるので、簡単に触れる程度に留める。図１
は本発明の原理を示す断面図である。鉄基材１の表面上
にＺｎ、Ｚｎ−Ａｌ擬合金、またはＺｎ−Ａｌ合金から
なる防食第１層２が形成される。この層は溶射による皮
膜であるから、Ｆｅの界面に化合物を形成せず、形成直
後は溶滴の衝突が累積した多孔質に過ぎないが、この上
からきわめて高硬度（Ｈv：１８００）のＡｌ2Ｏ3粉末
を含む溶解Ａｌを叩き付ける防食第２層３が溶射される
と、下地である防食第１層はショットピーニング作用を
受けたのと同様に、微細な空洞はすべて圧潰し、上層で
ある防食第２層とも緊着して一体的に強固な複合皮膜を
形成する。したがって、たとえばダクタイル鋳鉄管の場
合、製品置き場−現地搬送−管路敷設工事の全期を通じ
て、いわゆる玉掛け作業時のワイヤや吊り金具などと接
触しても表面に擦り傷の発生することが少なく、この擦
り傷が起点となって腐食が発生する機会も激減する。
作用については、前記課題の裏返しであるから多言は要
しないと考えるので、簡単に触れる程度に留める。図１
は本発明の原理を示す断面図である。鉄基材１の表面上
にＺｎ、Ｚｎ−Ａｌ擬合金、またはＺｎ−Ａｌ合金から
なる防食第１層２が形成される。この層は溶射による皮
膜であるから、Ｆｅの界面に化合物を形成せず、形成直
後は溶滴の衝突が累積した多孔質に過ぎないが、この上
からきわめて高硬度（Ｈv：１８００）のＡｌ2Ｏ3粉末
を含む溶解Ａｌを叩き付ける防食第２層３が溶射される
と、下地である防食第１層はショットピーニング作用を
受けたのと同様に、微細な空洞はすべて圧潰し、上層で
ある防食第２層とも緊着して一体的に強固な複合皮膜を
形成する。したがって、たとえばダクタイル鋳鉄管の場
合、製品置き場−現地搬送−管路敷設工事の全期を通じ
て、いわゆる玉掛け作業時のワイヤや吊り金具などと接
触しても表面に擦り傷の発生することが少なく、この擦
り傷が起点となって腐食が発生する機会も激減する。
【００１９】土壌中へ埋設して使用中に外部の環境と直
接触れるのはＡｌ系合金の防食第２層であり、最表面に
は緻密なＡｌ2Ｏ3皮膜によって不動態が形成され、以後
の腐食の進行を遮断し強い耐食性を発現する。何かの原
因によってこの不動態が破れたときは、腐食性雰囲気が
下層である防食第１層と直面することになる。防食第１
層はＺｎ、Ｚｎ−Ａｌ擬合金またはＺｎ−Ａｌ合金で形
成されており、皮膜としての硬度は小さいが、電気化学
的に卑であり、犠牲陽極として自らが溶出して下層に当
るＦｅの溶出を阻止する。Ｚｎの消耗によってＦｅの酸
化を防ぎ、時間を稼いでいる間に、上層の防食第２層で
は土壌中の湿分と反応し、破壊箇所の容量を膨張する封
孔作用が完了し、不動態が再生されてＺｎの防食第１層
の上を外部と再び遮断してしまうので、Ｚｎの溶出が停
止し、その消耗も断絶する。もちろんその間、基地であ
るＦｅに腐食の及ぶ余地はなく、再び完全な耐食性が自
己修復される。このように犠牲陽極の形成と不動態の自
己修復という二大機能を組合わせて完璧な耐食性を守り
続けることが、本発明の大きな技術的特徴である。
接触れるのはＡｌ系合金の防食第２層であり、最表面に
は緻密なＡｌ2Ｏ3皮膜によって不動態が形成され、以後
の腐食の進行を遮断し強い耐食性を発現する。何かの原
因によってこの不動態が破れたときは、腐食性雰囲気が
下層である防食第１層と直面することになる。防食第１
層はＺｎ、Ｚｎ−Ａｌ擬合金またはＺｎ−Ａｌ合金で形
成されており、皮膜としての硬度は小さいが、電気化学
的に卑であり、犠牲陽極として自らが溶出して下層に当
るＦｅの溶出を阻止する。Ｚｎの消耗によってＦｅの酸
化を防ぎ、時間を稼いでいる間に、上層の防食第２層で
は土壌中の湿分と反応し、破壊箇所の容量を膨張する封
孔作用が完了し、不動態が再生されてＺｎの防食第１層
の上を外部と再び遮断してしまうので、Ｚｎの溶出が停
止し、その消耗も断絶する。もちろんその間、基地であ
るＦｅに腐食の及ぶ余地はなく、再び完全な耐食性が自
己修復される。このように犠牲陽極の形成と不動態の自
己修復という二大機能を組合わせて完璧な耐食性を守り
続けることが、本発明の大きな技術的特徴である。
【００２０】
【発明の実施の形態】鉄系基材として１５０×７０×２
ｍｍの鋼板表面に、アーク式溶射法により厚さ約３０μ
ｍの防食第１層を形成する。Ｚｎ系の溶射材としてはＺ
ｎ線材を溶射ガンに供給して施工するが、別の実施例と
してＺｎ−Ａｌ擬合金でもよく、Ｚｎ線材とＡｌ線材と
を同じ溶射ガンへ同時に供給し、それぞれの金属溶滴が
混和して基材面上に付着するものである。
ｍｍの鋼板表面に、アーク式溶射法により厚さ約３０μ
ｍの防食第１層を形成する。Ｚｎ系の溶射材としてはＺ
ｎ線材を溶射ガンに供給して施工するが、別の実施例と
してＺｎ−Ａｌ擬合金でもよく、Ｚｎ線材とＡｌ線材と
を同じ溶射ガンへ同時に供給し、それぞれの金属溶滴が
混和して基材面上に付着するものである。
【００２１】防食第１層の上へＡｌ＋Ａｌ2Ｏ3をフレー
ム溶射法によって約７０μｍの防食第２層を形成する。
溶射条件としてフレームはアセチレン０．５ｋｇｆ／ｃ
ｍ2＋酸素２．５ｋｇｆ／ｃｍ2で形成し、溶射距離は２
００ｍｍ、ガン冷却用と粉末供給用に圧縮空気を使用
し、レシプロケータは上下方向に５００ｍｍ／ｓ、左右
方向に１．９ｍｍ／ｓに統一した。
ム溶射法によって約７０μｍの防食第２層を形成する。
溶射条件としてフレームはアセチレン０．５ｋｇｆ／ｃ
ｍ2＋酸素２．５ｋｇｆ／ｃｍ2で形成し、溶射距離は２
００ｍｍ、ガン冷却用と粉末供給用に圧縮空気を使用
し、レシプロケータは上下方向に５００ｍｍ／ｓ、左右
方向に１．９ｍｍ／ｓに統一した。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１は本発明の実施例、比較例の構成を示
したもので、実施例１は防食第１層がＺｎ、実施例２は
Ｚｎ−Ａｌ擬合金の例であり、ここでのＡｌ含有量は重
量比で２７％である。防食第２層として実施例１、２は
Ａｌ＋Ａｌ2Ｏ3で、その混合比率は体積比でＡｌ：１．
０に対してＡｌ2Ｏ3は０．５〜２．０の範囲に限定す
る。体積比率が１．０：０．５未満になると、防食第１
層に対する打撃力が不十分でアンカー効果が不足し、ま
た高硬度に基づく擦過傷などに対する耐性も劣化する。
一方Ａｌ2Ｏ3の体積比率がＡｌの２倍を超えると、ショ
ットブラストのように機械的剥脱作用が強く働き、防食
第１層を毀損したり、ときには失う原因となる。
したもので、実施例１は防食第１層がＺｎ、実施例２は
Ｚｎ−Ａｌ擬合金の例であり、ここでのＡｌ含有量は重
量比で２７％である。防食第２層として実施例１、２は
Ａｌ＋Ａｌ2Ｏ3で、その混合比率は体積比でＡｌ：１．
０に対してＡｌ2Ｏ3は０．５〜２．０の範囲に限定す
る。体積比率が１．０：０．５未満になると、防食第１
層に対する打撃力が不十分でアンカー効果が不足し、ま
た高硬度に基づく擦過傷などに対する耐性も劣化する。
一方Ａｌ2Ｏ3の体積比率がＡｌの２倍を超えると、ショ
ットブラストのように機械的剥脱作用が強く働き、防食
第１層を毀損したり、ときには失う原因となる。
【００２４】ここで使用した粉末の粒径はＡｌが５０μ
ｍ以下、Ａｌ2Ｏ3が２０〜５０μｍ、その他のＡｌ系合
金は５０〜１５０μｍである。
ｍ以下、Ａｌ2Ｏ3が２０〜５０μｍ、その他のＡｌ系合
金は５０〜１５０μｍである。
【００２５】比較例の溶射条件も実施例と同じで、比較
例１はアーク溶射によって従来技術の慣用手段であるＺ
ｎ単層皮膜、比較例２はフレーム溶射によるＡｌ単層皮
膜、比較例３、４はフレーム溶射によるＡｌ系合金の単
層皮膜で、何れも膜厚は約１００μｍである。このう
ち、比較例４は前記従来技術の実施例と類似した成分の
単層皮膜とも受け取れるが、特にＭｎやＳｉを意識的に
過飽和に固溶された急冷Ａｌ系合金であるとは言えず、
該従来技術の要件を満たしたものではない。溶射条件も
この比較例４は酸素ガスと燃料ガスの流量比を特定した
高速フレーム溶射には当らず、本比較例と該従来技術の
実施例とは別例とみるべきである。
例１はアーク溶射によって従来技術の慣用手段であるＺ
ｎ単層皮膜、比較例２はフレーム溶射によるＡｌ単層皮
膜、比較例３、４はフレーム溶射によるＡｌ系合金の単
層皮膜で、何れも膜厚は約１００μｍである。このう
ち、比較例４は前記従来技術の実施例と類似した成分の
単層皮膜とも受け取れるが、特にＭｎやＳｉを意識的に
過飽和に固溶された急冷Ａｌ系合金であるとは言えず、
該従来技術の要件を満たしたものではない。溶射条件も
この比較例４は酸素ガスと燃料ガスの流量比を特定した
高速フレーム溶射には当らず、本比較例と該従来技術の
実施例とは別例とみるべきである。
【００２６】比較例５〜７は防食第１層としてＡｌ、ま
たはＡｌ系合金のフレーム溶射、防食第２層としてＺｎ
のアーク溶射を施した本発明と反転した構成で比較に供
したものである。
たはＡｌ系合金のフレーム溶射、防食第２層としてＺｎ
のアーク溶射を施した本発明と反転した構成で比較に供
したものである。
【００２７】実施例、比較例について、塩水噴霧試験、
および塩水浸漬試験を行い、溶射皮膜の耐食性を確認し
た結果をまとめたものである。なお、塩水噴霧試験はJI
S Ｋ5600-7-1に準拠し、塩水浸漬試験の塩水の濃度はＮ
ａＣｌ：３％の溶液を使用した。また、各試験片につい
て電気化学的腐食特性をみるため、自然電位を前記溶液
中に１５０日間浸漬して測定した数値も列記した。な
お、自然電位の測定には飽和カロメル電極を用いた。
および塩水浸漬試験を行い、溶射皮膜の耐食性を確認し
た結果をまとめたものである。なお、塩水噴霧試験はJI
S Ｋ5600-7-1に準拠し、塩水浸漬試験の塩水の濃度はＮ
ａＣｌ：３％の溶液を使用した。また、各試験片につい
て電気化学的腐食特性をみるため、自然電位を前記溶液
中に１５０日間浸漬して測定した数値も列記した。な
お、自然電位の測定には飽和カロメル電極を用いた。
【００２８】表の結果から、本発明の実施例１、２は何
れも１５０日の塩水噴霧試験において赤錆の発生がなか
ったのに対し、Ｚｎ単層皮膜の比較例１は２０日目、Ａ
ｌ単層皮膜の比較例２は６０日目に少量の赤錆発生が認
められ、また、Ａｌ系合金の単層皮膜である比較例３、
４でもほぼ同様であった。また本発明と防食第１層、防
食第２層の構成を反転した比較例５〜７にしても前記単
層皮膜とほとんど変わらず、複合防食皮膜の利点は全く
認められなかった。犠牲陽極となるＺｎ層で最表面が形
成されている限り、不動態化は顕れず、無抵抗に曝され
るから従来技術と変わるところがないと理解される。こ
のことは同表の右隣欄に示す塩水浸漬試験についても同
様である。また、３％ＮａＣｌ液に１５０日浸漬してか
ら測定した自然電位を見ると、実施例は何れも鉄基地の
自然電位（−６６０ｍＶ）よりも電位として十分に卑で
あり、強い耐食性能のあることを窺わせている。
れも１５０日の塩水噴霧試験において赤錆の発生がなか
ったのに対し、Ｚｎ単層皮膜の比較例１は２０日目、Ａ
ｌ単層皮膜の比較例２は６０日目に少量の赤錆発生が認
められ、また、Ａｌ系合金の単層皮膜である比較例３、
４でもほぼ同様であった。また本発明と防食第１層、防
食第２層の構成を反転した比較例５〜７にしても前記単
層皮膜とほとんど変わらず、複合防食皮膜の利点は全く
認められなかった。犠牲陽極となるＺｎ層で最表面が形
成されている限り、不動態化は顕れず、無抵抗に曝され
るから従来技術と変わるところがないと理解される。こ
のことは同表の右隣欄に示す塩水浸漬試験についても同
様である。また、３％ＮａＣｌ液に１５０日浸漬してか
ら測定した自然電位を見ると、実施例は何れも鉄基地の
自然電位（−６６０ｍＶ）よりも電位として十分に卑で
あり、強い耐食性能のあることを窺わせている。
【００２９】
【表２】
【００３０】表２は実施例、比較例の物理的な試験結果
をまとめたもので、各試験片の溶射皮膜をビッカース硬
さ試験機で測定した数値を示す。比較例１のＨv：６
５、比較例２の同６０に比べ、実施例は格段に高硬度
で、均一にＡｌ金属基地上に分散したＡｌ2Ｏ3の超高硬
度の介在によって表面の見かけ上の硬度は飛躍的に跳ね
上がる。
をまとめたもので、各試験片の溶射皮膜をビッカース硬
さ試験機で測定した数値を示す。比較例１のＨv：６
５、比較例２の同６０に比べ、実施例は格段に高硬度
で、均一にＡｌ金属基地上に分散したＡｌ2Ｏ3の超高硬
度の介在によって表面の見かけ上の硬度は飛躍的に跳ね
上がる。
【００３１】また、この表の右欄は各試験片における基
材と防食第１層、防食第１層と防食第２層間の密着性を
確認するために行なったデュポン式衝撃試験の結果を示
したもので、先端が球面からなる２．３ｋｇの重りを皮
膜表面の高さ２ｍ上から落下させ、衝突したときの衝撃
で皮膜に割れ剥がれがないか調べたものである。比較例
２〜４は何れも割れ、剥がれの異常が認められ、皆無で
あった実施例との差を明白に表わしている。
材と防食第１層、防食第１層と防食第２層間の密着性を
確認するために行なったデュポン式衝撃試験の結果を示
したもので、先端が球面からなる２．３ｋｇの重りを皮
膜表面の高さ２ｍ上から落下させ、衝突したときの衝撃
で皮膜に割れ剥がれがないか調べたものである。比較例
２〜４は何れも割れ、剥がれの異常が認められ、皆無で
あった実施例との差を明白に表わしている。
【００３２】
【発明の効果】本発明に係る複合防食皮膜は、以上述べ
たように犠牲陽極機能を具えた防食第１層と、不動態化
機能を具えた防食第２層とが緊着して複合皮膜を形成
し、かつ、第２層の硬度が極めて高く、複合皮膜全体と
して耐衝撃性も抜群であるから、貯蔵、搬送、施工の全
期間を通じて外的要因によって外傷を受けることが極め
て稀であり、ここから派生して耐食性を劣化させる起点
となる可能性が激減する。
たように犠牲陽極機能を具えた防食第１層と、不動態化
機能を具えた防食第２層とが緊着して複合皮膜を形成
し、かつ、第２層の硬度が極めて高く、複合皮膜全体と
して耐衝撃性も抜群であるから、貯蔵、搬送、施工の全
期間を通じて外的要因によって外傷を受けることが極め
て稀であり、ここから派生して耐食性を劣化させる起点
となる可能性が激減する。
【００３３】仮に外傷を受けたときや、使用中に何かの
理由で表面の不動態が破れた場合でも、内層の犠牲陽極
作用が働いて腐食が鉄基材にまで及ぶことなく、その間
に不導体の破壊部分が自己修復して再び不動態が復活
し、犠牲陽極の腐食自体も阻止するから、両機能が相乗
的に相携えて完璧で半永久的な耐食能力を担保し続ける
効果がある。
理由で表面の不動態が破れた場合でも、内層の犠牲陽極
作用が働いて腐食が鉄基材にまで及ぶことなく、その間
に不導体の破壊部分が自己修復して再び不動態が復活
し、犠牲陽極の腐食自体も阻止するから、両機能が相乗
的に相携えて完璧で半永久的な耐食能力を担保し続ける
効果がある。
【図１】本発明の原理を説明する断面図である。
１ 鉄基材
２ 防食第１層
３ 防食第２層
４ 不動態
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 道浦 吉貞
大阪府大阪市西区北堀江１丁目12番19号
株式会社栗本鐵工所内
(72)発明者 喜多川 眞好
大阪府大阪市西区北堀江１丁目12番19号
株式会社栗本鐵工所内
Ｆターム(参考） 4K031 AA01 AB03 AB09 CB07 CB10
CB37 CB43 DA01 DA03
4K060 AA02 BA13 BA33 BA43 EA11
EB01
Claims (5)
- 【請求項１】 鉄系材料を基材とし、その表面上に溶射
して形成したＺｎ、Ｚｎ−Ａｌ擬合金、またはＺｎ−Ａ
ｌ合金よりなる防食第１層と、該防食第１層上へ溶射し
て密着したＡｌ＋Ａｌ2Ｏ3、またはＡｌ系合金＋Ａｌ2
Ｏ3よりなる防食第２層を重ねたことを特徴とする鉄系
基材の防食皮膜。 - 【請求項２】 請求項１において、防食第２層を形成す
るＡｌとＡｌ2Ｏ3またはＡｌ系合金とＡｌ2Ｏ3の混合比
率が、体積比で１．０：０．５〜２．０の範囲であるこ
とを特徴とする鉄系基材の防食皮膜。 - 【請求項３】 請求項１または２において、防食第１層
の厚さが２０〜２００μｍ、防食第２層の厚さが５０〜
１５０μｍで形成することを特徴とする鉄系基材の防食
皮膜。 - 【請求項４】 鉄系基材の防食方法において、清浄に保
たれた鉄系基材の表面上へ溶射によってＺｎ、Ｚｎ−Ａ
ｌ擬合金、Ｚｎ−Ａｌ合金よりなる防食第１層を形成
し、該防食第１層の上へＡｌとＡｌ2Ｏ3またはＡｌ系合
金とＡｌ2Ｏ3の粉末を混合し、溶射によって防食第２層
を形成し、高硬度のＡｌ2Ｏ3粉末の打撃作用によって両
皮膜が緊密に圧着することを特徴とする鉄系基材の防食
方法。 - 【請求項５】 遠心力鋳造によって成型したダクタイル
鋳鉄管の表面上へ、Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ擬合金、またはＺ
ｎ−Ａｌ合金を溶射して形成する防食第１層で覆い、該
防食第１層上へ溶射して密着したＡｌ＋Ａｌ2Ｏ3、また
はＡｌ系合金＋Ａｌ2Ｏ3よりなる防食第２層を被覆した
ことを特徴とするダクタイル鋳鉄管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002092907A JP4093782B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 鉄系基材の防食皮膜および防食方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002092907A JP4093782B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 鉄系基材の防食皮膜および防食方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003286559A true JP2003286559A (ja) | 2003-10-10 |
| JP4093782B2 JP4093782B2 (ja) | 2008-06-04 |
Family
ID=29237592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002092907A Expired - Fee Related JP4093782B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 鉄系基材の防食皮膜および防食方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4093782B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005126750A (ja) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Yamada Kinzoku Boshoku Kk | 溶射方法 |
| US7682667B2 (en) | 2003-10-22 | 2010-03-23 | Nishinippon Plant Engineering And Construction Co., Ltd. | Method of thermal spraying |
| JP2011094170A (ja) * | 2009-10-27 | 2011-05-12 | Kobe Steel Ltd | 熱交換部材 |
| WO2012053214A1 (ja) * | 2010-10-22 | 2012-04-26 | Ｊｆｅ鋼板株式会社 | 溶融亜鉛－アルミニウム系合金めっき鋼材の溶接部補修方法および溶接構造体 |
| JP2017141483A (ja) * | 2016-02-08 | 2017-08-17 | 株式会社栗本鐵工所 | 鋳鉄管外周面への溶射被覆の形成方法 |
| CN110552002A (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 江苏威力幕墙系统工程有限公司 | 一种铝合金管材的表面硬化方法 |
| CN110552001A (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 江苏威力幕墙系统工程有限公司 | 一种铝合金型材的表面处理工艺 |
| WO2024128115A1 (ja) * | 2022-12-13 | 2024-06-20 | トーカロ株式会社 | オープンラック式気化器部材の製造方法、及び、オープンラック式気化器部材 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002092907A patent/JP4093782B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7682667B2 (en) | 2003-10-22 | 2010-03-23 | Nishinippon Plant Engineering And Construction Co., Ltd. | Method of thermal spraying |
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| WO2012053214A1 (ja) * | 2010-10-22 | 2012-04-26 | Ｊｆｅ鋼板株式会社 | 溶融亜鉛－アルミニウム系合金めっき鋼材の溶接部補修方法および溶接構造体 |
| JP2017141483A (ja) * | 2016-02-08 | 2017-08-17 | 株式会社栗本鐵工所 | 鋳鉄管外周面への溶射被覆の形成方法 |
| CN110552002A (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 江苏威力幕墙系统工程有限公司 | 一种铝合金管材的表面硬化方法 |
| CN110552001A (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 江苏威力幕墙系统工程有限公司 | 一种铝合金型材的表面处理工艺 |
| WO2024128115A1 (ja) * | 2022-12-13 | 2024-06-20 | トーカロ株式会社 | オープンラック式気化器部材の製造方法、及び、オープンラック式気化器部材 |
| JPWO2024128115A1 (ja) * | 2022-12-13 | 2024-06-20 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4093782B2 (ja) | 2008-06-04 |
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