JPH01283388A - ブラスト材料と高耐食性金属材料と製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、密着性および耐食性に優れた高耐食性金属材
料の製造を実現するブラスト材料およびそのブラスト材
料を用いた高耐食性金属材料およびその製造法に関する
。

（従来の技術） 従来より鉄、鋼等の各種金属製品の耐食性および外観の
美麗さを向上させるための金属表面処理方法としては種
々の方法が用いられている。例えば前処理した鋼板を金
属イオンを含むめっき浴に浸漬して鋼板のめっきを行う
電気めっき法、前処理した鋼板を溶融金属に浸漬して鋼
板表面に金属の皮膜を形成する溶融め、つき法、溶融し
た金属を鋼板表面に溶射して金属被膜を形成する金属溶
射法や機械的に被覆する方法などが知られている。

このうち機械的被覆法は金属または非金属の物質表面に
種々の粒子を投射することにより物質表面の洗浄、研削
、錆落とし等の処理（ブラスト処理という）を施す方法
であり、電気めっき法や溶融めっき法および金属溶射法
と比較すると簡単な設備により容易に実施できる他、加
工品に対しても確実に処理が行えるため構造物として加
工および組み立て後に現地で被覆することが可能であり
、また電気めっき法に見られるような水素脆性のような
欠陥が発生しない、といった優れた特性を有している。

この機械的被覆法に関しては様々な提案がなされており
、例えばブラスト材料としてＦｅ−Ｚｎ合金から成る粒
子を投射して皮膜を綱材表面に形成させる方法（特開昭
５６−４５３７号、特公昭５９−９３１２号）が公知で
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらこれらの公知の発明は綱材の耐食性改善を
目的としているのであるが、得られた皮膜の耐食性が充
分ではなくこの被覆法による鋼材を例えば海岸地域にお
ける建造物の締結部のように特に腐食環境の厳しい場所
における使用に供することができない。このような重要
な保安部位における耐食性の不足は重大災害につながる
危険を有する。

さらにこの機械的被覆法により得られた鋼材の耐食性は
光熱にその皮膜の厚みに影響される。これは皮膜である
ｚｎがＦｅに対して優先的に腐食溶解される犠牲防食作
用によりＺｒ＋が徐々に消失していくためである。した
がって皮膜の厚さを増大する目的で投射時間を長くする
と、既に投射され綱材表面に付着したブラスト材料によ
り形成されたＺｎ皮膜を後から投射されるブラスト材料
が吹き飛ばしながら鋼板に付着するため、Ｚｎ皮膜の厚
さはある一定の値以上に大きくすることができない。す
なわちＺｎ皮膜の厚さを増加することにより鋼材の耐食
性を向上させることは実際上困難であった。

ここに、本発明の目的の一つは密着性および耐食性に優
れた表面処理金属材料の製造を実現するブラスト材料を
提供することである。

本発明の別の目的はこのブラスト材料を用いた高耐食性
金属材料およびその製造法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らが検討したところによると前述の公知発明に
おいて皮膜の厚さを増加させることが困難である理由は
、鋼板表面の活性化を目的として鋼板素地を確実に研削
することができるように投射方法、すなわち最外殻であ
るＺｎまたはＺｎ合金層の物理的性質、特に表面硬度を
高くしているためであると考えられる。つまり投射され
たＦｅ−Ｚｎ合金系複層粒子（以下単に「投射粒子」と
いう、）が既に投射され鋼板表面に付着したＦｅ−Ｚｎ
合金系複層粒子により形成された皮膜（以下単に「形成
皮膜」という、）に衝突した際、投射粒子の表面硬度が
高く延性が低いため、投射粒子との衝突により形成皮膜
に伝達される衝撃力が形成皮膜の保持力より大きくなっ
てしまうために形成皮膜の結合を破壊して形成皮膜を吹
き飛ばしてしまうために皮膜の厚さをそれ以上増加させ
ることが困難なのである。

以上のことに鑑み本発明者らは種々検討を行った結果、
ＦｅまたはＦｅ合金の周囲に超塑性を有するＺｎ−Ｍ系
合金を被着させたブラスト材料を超塑性を発揮し得る条
件で用いることで超塑性合金の延性によってブラスト材
料の付着量を増加させ、さらにＺｎ−へＱ系合金自体の
有する優れた耐食性による効果と併せて、耐食性を飛躍
的に向上させた表面処理金属材料を得ることができるこ
とを知り、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、ＦｅまたはＦｅ
合金を核としこの核の周囲にＦｅ　−Ｚｎ合金層を介し
て、重量％で ＡＱ：４０〜６５％および 残部Ｚｎおよび不可避的不純物 から成る組成を有するＺｎ合金層を被着した独立した複
層粒子の集合体から成るブラスト材料である。

また別の面からは、本発明は、上記組成を有するブラス
ト材料を吹き付けて成る皮膜を表面上に有する高耐食性
金属材料である。

さらに別の面からは本発明は金属材料の表面に連続して
投射している前記ブラスト材料の投射速度を、投射中に
変更して小さくすることを特徴とする、上記の高耐食性
金属材料の製造法である。

なおさらに別の面からは、本発明は金属材料の表面に前
記プラスト材料を、加熱雰囲気中で投射するかまたは加
熱して投射することを特徴とする、上記の高耐食性金属
材料の製造法である。

（作用） 次に、本発明におけるプラスト材料の構成を説明する。

なお、本明細書においては「％」は特にことわりがない
かぎり「重量％」とする。

まずブラスト材料の核となるＦｅまたはＦｅ合金とは純
Ｆｅの他に合金元素Ｃ，Ｎ、　Ｓｉ、　Ｍｎ、　Ｃｒ、
　Ｎｉその他不純物元素を含む通常のＦｅ合金を意味す
る。

核の材料としてＦｅまたはＦｅ合金を用いる理由は外層
であるＺｎ合金層との硬度差や後述するブラスト材料投
射時における金属表面の活性化などの観点からＦｅまた
はＦｅ合金が最適だからである。

次にＦｅ　−Ｚｎ合金層とはＦｅとＺｎの固溶体である
α相の他ＦｅとＺｎの金属間化合物相例えば「相、δ１
相、ζ相、η相などを含む。例えば溶融Ｚｎめっきにお
けるＦｅとめっき相の境界ではＦｅとＺｎは相互に拡散
し合金層を形成する。−船釣にはＦｅ側からα相、「相
、δ１、ζ相、η相の順に生成するが、本発明における
合金層は特に相の順序、厚み等の規制を必要としない。

すなわち本発明におけるプラスト材料として重要なこと
は核としてはＦｅまたはＰｅ合金であり、外殻としてＺ
ｎ−ＡＱ系合金を用いることであり、結果的に両者の中
間層としてＦｅ　−Ｚｎ合金相が必然的に形成されるの
である。

さらに外殻としてＺｎ合金を用いる理由はＺｎがＦｅよ
りも電気化学的に卑な金属であるためＺｎ−Ｆｅ間にガ
ルバニックカップルを生成したりあるいはＦｅに対して
Ｚｎが優先的に腐食溶解されるいわゆる犠牲防食作用を
有し優れた耐食性を示すからである。

さらに外殻であるＺｎ合金層の成分を前記のように限定
する理由を説明する。

ＡＱ＝本発明の重要なし構成要件の一つである。Ｚｎ−
ＡＱ超塑性合金としては一般にＺｎ−２２ＡＱ合金が有
名であるが、本発明においては超塑性のみならず投射後
に形成された皮膜の耐食性も重要な要因であるため、Ｚ
ｎ−へＱ合金の成分の重量分率を変えた試料についてＪ
ＩＳ２３７１号の塩水噴霧試験を１００）１ｒ行い、試
料の腐食による重量の減少量を調べた。

結果を第１図に示す。第１図から明らかなようにＺｎ−
八（ｉ合金において良好な耐食性を示す範囲としては、
へ９量４０％以上が必要であり、超塑性を示す範囲とし
てはＡＱ量は６５％以下であるためＡＱ量は４０〜６５
％とする。

外殻のＺｎ合金層は耐食性を有し超塑性を示す合金層で
あればよいが、その他Ｓｉ、’Ｍｎ、　Ｍｇ等を少量、
下記のような理由により添加することができる。

Ｓｉ：　Ｓｉ量が増加すると、投射粒子の核表面のＦｅ
　−Ｚｎ合金層の生成量が多くなり、投射粒子が脆くな
り粉化が促進されることから、Ｓｉ量は１％以下が望ま
しい。

Ｎｎ：　この元素を添加することにより結晶の粗大化防
止に役立つが１％超添加すると、皮膜表面における酸化
物層の生成が増大し密着性に悪影響を及ぼす。よってＭ
ｎは１％以下が望ましい。

門ｇ：　この元素を添加することにより粒界腐食の抑制
をすることができるが添加量が多くなると皮膜が硬くな
り皮膜の密着力が低下するためｈｇ量は１％以下が望ま
しい。

Ｚｎ−ＡＱ合金において、上記成分は耐食性向上効果を
有することから少なくとも１種類以上を含有させるのが
好ましい。

また本発明におけるプラスト材料は既に公知となってい
るように溶融Ｚｎ中にＦｅ粉を投入する方法や、または
Ｚｎ粉の混合体を加熱処理する方法により製造される。

上述の組成を有するプラスト材料を金属材料に投射する
のであるが、被投射物例えば鋼板表面にプラスト材料が
衝突した際、プラスト材料の超塑性が発揮されて、付着
量が向上する。すなわち投射粒子が形成皮膜に衝突する
際、本発明にかかるプラスト材料はその最外殻にＺｎ−
へＱ合金系超塑性材料を有しているため衝突時に投射粒
子から形成皮膜に伝達される衝撃力がこのＺｎ−へＱ合
金系超塑性材料層に吸収されて小さくなり、形成皮膜の
保持力より小さくなるため投射粒子は形成皮膜の上に順
次積層されて、増膜化すなわち付着量が向上するのであ
る。

また投射初期においてはプラスト材料の金属材料の表面
への衝突により表面を研削し活性化を促進することによ
りプラスト材料と金属材料の密着力を高めることが可能
な範囲にブラスト材料の投射速度を設定すべきであるが
、この後さらに増膜化し金属材料の耐食性を大幅に向上
させようとする場合、ここで初期の投射速度よりも投射
速度を小さくすることが有効である。すなわち投射速度
を小さくすることにより形成皮膜に伝達される衝撃力を
弱めてプラスト材料の積層をより容易とするためである
。

ここに、投射速度の変更時点は好ましくは所望の全厚さ
の１７４以上の厚の皮膜が形成されたときであり、この
とき投射速度を例えば約５〜３０％・減少させるのであ
る。なお、投射速度の減少は段階的に順次行ってもよい
。

常温においても本発明によるプラスト材料を用いればＺ
ｎ−ＡＱ合金系の優れた耐食性によりもちろん既知のプ
ラスト材料を用いた場合よりも形成皮膜の耐食性は向上
するがさらに一層の向上を得るには、皮膜の増膜化によ
る効果も併せて引き出す１ま ためにプラスト材料を投射する雰囲気の温度またはブラ
スト材料自体を５０〜３００　’Ｃに昇温しでブラスト
処理することが望ましい。

また、その被膜の密着性であるが、これはＪ’ｌＳ旧１
１法による皮膜のくり返し曲げテストを母材の破断する
まで行ったが皮膜の剥離やハウダリングがみられないこ
とから、特にすぐれていることが判明した。もちろん、
その場合にあっても投射速度を処理途中で前述のように
減少させてもよい。

かくして、本発明により得られる耐食性金属材料の耐食
被膜は一般には厚さ５〜１００μ川となり、より高耐食
性を有する。

次に本発明の実施例を示すがこれは単に零発゛明の例示
であってこれにより本発明が不当に制限されるものでは
ない。

実施例１ 第１表に示す組成を有するＺｎ−ＡＱ合金系複層粒子お
よび比較例の粒子をプラスト材料として、これらを鋼板
（ＳＳ４１）の表面にタンブラ−型ブラスト機により投
射速度、投射量および雰囲気温度をそれぞれ５５ｍ／ｓ
ｅｃ　、１００　ｋｇ／ｍｉｎ、および１００°Ｃの条
件で投射した。

第１表 第２表 投射後に銅板上に形成された皮膜の付着量を第２表に示
す。第２表からも明らかなように本発明にかかる複層粒
子の付着量は、比較例の複層粒子の約２倍以上であるこ
とが分かる。

実施例２ 第３表に示すＺ　ｎ　−Ｍ合金系複層粒子をプラスト材
料としてこれを鋼（ＳＳ４１）製のボルトの□表面にタ
ンブラ−型ブラスト機を用いて投射した。

第３表 投射条件は、第４表にまとめて示す。その後投射により
ブラスト処理されたボルトに水溶性クロメート処理を施
し試料を作製した。この試料を５％の食塩水に１２時間
浸漬し大気中に１２時間放置する処置を１サイクルとし
て試料表面の錆発生面積が５％になるまでのサイクル数
を評価指数とする耐食性評価試験を実施した。結果を同
じく第４表に示す。

第４表 第４表からも明らかなように本発明にがかるＺｎ−ＡＱ
合金系複層粒子をプラスト材料として用いれば付着量を
大幅に向上させることが可能となり、よって試料の耐食
性を飛躍的に向上させることが分かる。例えばプラスト
材料を３００°Ｃに加熱すると本発明にかかるプラスト
材料の発錆サイクルは、比較例の実に１２倍以上となる
。

実施例３ 第５表に示すＺｎ−Ａ（１合金系複層粒子をプラスト材
料としてこれを鋼板（ＳＳ４１）にタンブラ−型ブラス
ト機を用いて投射し試料とした。投射速度、投射量およ
びブラスト材の温度はそれぞれ５０ｍ／ｓｅｃ。

１００ｋｇ／ｍｉｎ　、１００　’Ｃであった。

第５表 （注）投射条件：　速射速度５０ｍ／ｓｅｃブラスト材
温度１００°Ｃ 投射量　１００ｋｇ／ｍｉｎ 密着性　：　テープ剥離による判定 得られた試料について実施例２と同一の耐食性行った。

第６表 結果を第５表にまとめて示す。

第５表から明らかなように本発明にかかる試料の皮膜は
密着性が損なわれず、かつ耐食性に優れることがわかる
。

（発明の効果） 本発明によれば超塑性および耐食性を有するＺｎ−ＡＱ
系合金層を被着した複層粒子から成るプラスト材料を利
用するため、組立後には完全な耐食性を有するめっきが
従来困難であった機械要素や建造物や半製品素材などの
表面に、従来からのＺｎ合金系複層粒子をプラスト材料
として用いた被覆法による皮膜に比較して密着性を損な
わずに耐食性を飛躍的に改善した皮膜を形成することが
可能になる。したがって、これらの要素等を使用する構
造物、機械等の耐食性の向上すなわち安全性の向上に大
きく寄与する本発明の意義は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、塩水噴霧試験における腐食量に及ぼすＺｎ−
へＱ合金中のＡＱ量の影響を表すグラフである。 出願人　住友金属工業株式会社　　・

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＦｅまたはＦｅ合金を核としこの核の周囲にＦｅ
   −Ｚｎ合金層を介して、重量％でＡｌ：４０〜６５％お
   よび 残部Ｚｎおよび不可避的不純物から成る組成を有するＺ
   ｎ合金層を被着した独立した複層粒子の集合体から成る
   ブラスト材料。
2. （２）請求項（１）記載のブラスト材料を吹き付けて成
   る皮膜を表面上に有する高耐食性金属材料。
3. （３）金属材料の表面に連続して投射しているブラスト
   材料の投射速度を、投射中に変更して小さくすることを
   特徴とする、請求項（２）記載の高耐食性金属材料の製
   造法。
4. （４）金属材料の表面にブラスト材料を、加熱雰囲気中
   で投射するかまたは加熱して投射することを特徴とする
   、請求項（２）記載の高耐食性金属材料の製造法。