JPH0255502B2 - - Google Patents

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JPH0255502B2
JPH0255502B2 JP63049846A JP4984688A JPH0255502B2 JP H0255502 B2 JPH0255502 B2 JP H0255502B2 JP 63049846 A JP63049846 A JP 63049846A JP 4984688 A JP4984688 A JP 4984688A JP H0255502 B2 JPH0255502 B2 JP H0255502B2
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coating
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molten metal
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Yoshio Harada
Kazumi Tani
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Tocalo Co Ltd
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Tocalo Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003Apparatus
    • C23C2/0034Details related to elements immersed in bath
    • C23C2/00342Moving elements, e.g. pumps or mixers
    • C23C2/00344Means for moving substrates, e.g. immersed rollers or immersed bearings

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融金属めつき浴用部材に関し、特
に溶融アルミニウム、溶融亜鉛またはこれらの溶
融合金に対して優れた耐侵食性を示す溶融金属め
つき浴用部材に関しての提案である。 〔従来の技術〕 溶融アルミニウムおよび溶融亜鉛めつき鋼板
は、自動車や建築資材用の耐熱、耐食部材として
賞用されているが、これは主として連続めつき処
理によつて製造されている。 その連続めつき処理装置には、溶融金属中に浸
漬されている浸漬ロールや溶融金属表面近傍に設
置されているめつきロールあるいはこれらのロー
ルを通過した後のめつき鋼板をガイドするガイド
ロールなどが配設してある。これらのロール類
は、溶融金属中に浸漬されているか、溶融金属を
被覆した高温の鋼板と接触するため、次に示すよ
うな性能が要求されているものである。 (1) 溶融金属による偏食が起こりにくいこと、 (2) 通板する鋼板と接触しても摩耗しにくいこ
と、 (3) 付着した溶融金属の剥離ならびに保守点検が
容易なこと、 (4) ロールとしての寿命が長いこと、 (5) 低コストであること、 これらの要求に応えられるロール、すなわちめ
つき浴用部材の提供を目的にした従来技術として
は、ロール表面にJIS H8303(1976)制定の自
溶合金を溶射したもの、特開昭61−117260号公
報に開示のようなZrO2とAl2O3からなるセラミツ
クス被覆層を施したもの、特公昭58−37386号
公報に開示のようなWC,CrC,TiCの1種また
は2種以上で残部が熱間耐食性金属またはその酸
化物からなる0.1〜2.4mm厚さの表面被覆層を形成
させたロールなどが提案されている。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記各従来技術については、例えば,の場
合、それ以前の無処理ロールに比べると寿命が長
くはなつているものの、2週間程度の使用によつ
て自溶合金皮膜やセラミツク皮膜が局部的に剥離
し、これがめつき鋼板表面に変色模様として転写
される結果、商品価値を甚だしく低下させるとい
う欠点があつた。また、の場合、WC,CrC,
TiCなどの炭化物は要求に対しすぐれた耐侵食性
を示すものの、炭化物だけでは被覆層を形成でき
ないため、これと共存させる金属の種類によつて
は甚だしく性能が低下し、実用に供し得ないとい
う欠点があつた。すなわち、この従来技術におい
て、炭化物にNiやSiを混合させて用いると、溶
射法で被覆層を形成させても前記溶融金属に対し
て全く効果がないのである。 ただ、炭化物にCoを含有させたサーメツト材
料については、溶融金属に対して比較的良く耐え
るが、それでも0.1mm以上の膜厚を必要とし、こ
れ以下では被覆の効果がないということを報告し
ている。 ところが、WC,Coなどは非常に高価な材料で
あるから、かように厚膜を形成させると必然的に
コストアツプとなる。しかも、この種の炭化物を
金属からなるサーメツト材料は、基材の鉄鋼材料
とは膨張係数が異なるため、高温の溶融金属中で
は、両者の熱膨張差に基づく内部応力による母材
からの剥離が懸念されるところであり、この点か
らも該従来技術のような厚膜は不利であり、薄膜
で耐溶融金属侵食性に優れた被覆部材の開発が強
く要望されている。 本発明の目的は、めつき浴用部材に対し、サー
メツト材料とくにWC−Co系サーメツト材料を溶
射被覆する従来技術が抱えている上述した欠点を
克服することにある。すなわち、特公昭58−
37386号公報に開示の技術は、溶融金属めつき浴
浸漬部材に対し、その表面に炭化物と金属からな
る被覆材料を0.1〜2.4mmの厚さに溶射被覆処理し
たものを提案するものであるが、その被覆厚につ
いて0.1mm以上の厚膜にしなければ被覆効果がな
いとしていることの弊害を解決せんとするもので
ある。要するに、0.1〜2.4mmのような厚膜の被覆
では、高温の溶融金属浴中に浸漬したり、引上げ
たりする際の熱的変化に伴い、被覆層と母材との
間の膨張係数差に基づく内部応力が発生しやすく
なり、とくにこの値が被覆と母材の密着力より大
きくなると、被覆が剥離を起こすことになる。一
般に、被覆層の厚さが大きくなると、両者間の膨
張差が大きくなると共に母材との密着力が低下す
る傾向のあることはよく知られたことである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、上述した従来技術の欠点を解決する
ため次のような手段を用いる。すなわち、めつき
浴用部材の表面に、炭化物としてWCおよび含有
させるべき金属としてCoを用いたものから成る
サーメツト材料を、溶射法によつて被覆形成させ
るに際し、溶射被覆層中の気孔率が1.8%以下を
示す被覆層にする。このような被覆層(以下「皮
膜」という)は、従来技術では不可能とされてい
た0.1mm以下の薄膜であるが、本発明者らが知見
したところによれば、卓越した耐溶融金属性能を
発揮することが判明した。なお、本発明において
は上記皮膜の厚さは0.040〜0.10未満の範囲に制
御することが好ましく、またWCに混合すべきCo
の量は5〜28wt%とすることが好ましい。 〔作用〕 本発明において溶融金属めつき浴中に浸漬さ
れ、溶融または軟化金属と接触する部材表面に形
成させるWC−Coサーメツト材料溶射皮膜は、硬
さHvが1100〜1300程度で耐摩耗性に優れており、
溶融めつき鋼板と接触しても摩耗することのない
ものである。このようなサーメツト溶射材料は、
高硬質のWC粒子と金属(Co)との混合体及びそ
の反応物であり、これをプラズマ溶射して得られ
た皮膜は、WC粒子のまわりに金属成分の多い粒
子(Co)が包囲した組織を有している。しかし、
WC粒子は硬質で塑性変形しないため、溶射時の
衝突によつて自身が破壊したり、その衝突エネル
ギーによつて既成膜にクラツクを発生したりする
ため、溶射皮膜中に気孔が発生しやすい。 一方、溶射皮膜中に気孔が存在すると、溶融金
属がこの気孔を通して内部に侵入し、母材の鉄鋼
材料と冶金反応を起こして体積を膨張させ、溶射
皮膜を下部から剥離させる現象が見られる。ま
た、貫通に至らない気孔であつても、溶融金属が
内部に溜り、これが環境の温度変化に伴つて膨
張、収縮を繰返すことによつて溶射皮膜を破壊さ
せることが考えられる。 そこで、本発明者らは、まず緻密な溶射皮膜を
得るための溶射条件について検討し、(1)雰囲気温
度の上昇による溶射粒子の軟質化、(2)被溶射体表
面への衝突エネルギーの増大、に着目した。しか
し、前記(1)の方法は、高温化するためにWCが酸
化物に変質し、炭化物としての高硬度を利用する
ことができなくなる。従つて、本発明者らは第(2)
の方法についてさらに検討した。 具体的には、酸素−水素ガスまたは酸素−炭化
水素を熱源とし、溶射ガンへの供給圧力を上昇さ
せることによつて、燃焼ガスの噴射速度(燃料ガ
スの供給圧力を変動因子とした。この場合、供給
圧力が高いほど燃焼ガスの噴射速度が速くなり、
これに伴い溶射皮膜の気孔率減少を目指した。)
を大きくし、溶射粒子の衝突エネルギーを高くし
た。第1図は酸素−水素ガスの溶射ガンへの供給
圧力と得られた溶射皮膜の気孔率との関係を示し
たものである。この第1図に示す結果からも明ら
かなように、燃料ガスの供給圧力が高くなるほ
ど、気孔率の低い溶射皮膜が得られることが判明
した。 そこで、燃料ガスの供給圧力を調整することに
よつて種々の気孔率を有する、厚さ0.094〜0.098
mm(平均0.096mm)と1.80〜1.90(平均1.85mm)の
WC−Coサーメツト溶射皮膜を形成させた直径
3.0mm、長さ100mmの軟鋼製の円柱試験片を準備
し、これを480℃の溶融亜鉛浴中に1時間浸漬し
た後引上げて室温まで冷却する操作を1工程と
し、この工程を繰返すことによつて溶射皮膜の破
壊状況を観察した。 第2図は、WC−Coサーメツト溶射皮膜の気孔
率と皮膜が破壊した浸漬回数との関係を示したも
のである。この結果から明らかなように、溶射皮
膜が厚くても気孔率が高いと少ない浸漬回数で破
壊し、逆に皮膜が薄くても気孔率が低いものは多
くの浸漬回数に耐えることが確認された。しか
も、この第2図に示すところに明らかなように、
皮膜の気孔率が1.8%を限界として優れた耐侵食
性を示すことが明らかであり、このことから本発
明においては溶射皮膜の気孔率を1.8%以下のも
のにげんていした。このような気孔率にすると良
好な耐溶融亜鉛性を示す。なお、この試験に用い
た溶射材料は、WC(88%)−Co(12%)重量比の
ものであり、溶射皮膜の気孔率は皮膜の断面を光
学顕微鏡で写真記録し、空孔部を着色後これを画
像解析装置によつて着色部の占める割合を面積率
として求めたものである。 次に、本発明において、部材表面に溶射被覆す
るサーメツト材料中に含有させるCoの量は5〜
28wt%とするが、その理由は5wt%未満だと皮膜
を構成するWC粒子間の結合力が低下すると共
に、皮膜と被溶射体との密着力が弱くなるためで
あり、一方28wt%を超えると溶融金属に強いCo
といえども、WCに比べれば侵食され易いので、
皮膜の耐溶融金属性が低下するからである。 さらに、本発明においては、溶射皮膜の厚さを
0.04〜0.10mm未満にすることが望ましいが、その
理由は0.040mm未満だと皮膜中の気孔率が高く耐
溶融金属性に劣るからであり、一方0.10mm以上の
厚さになると溶射皮膜中の内部応力が高くなつて
剥離しやすく、また経済的に得策でないからであ
る。 〔実施例〕 実施例 1 この実施例では、連続溶融めつき装置の浸漬ロ
ール、めつきロール、ガイドロール(材質はそれ
ぞれJIS G3445(1983)STKM13A)に、第1表
の欄外に示すようなWC−Coサーメツト材料を、
厚さ0.096〜0.098mm、気孔率0.6,1.0,1.8,2.2,
2.8%の溶射被覆し、この溶射皮膜つきロールを
用いて巾900mm、厚さ0.35mmの鋼板を、470〜480
℃に維持した溶融亜鉛(JISH2107(1957)蒸留亜
鉛特種相当)めつき浴に通板させて連続溶融めつ
き処理を施し、そのときの溶射皮膜の特性を調べ
た。 第1表は、こうして連続20日間溶融Znめつき
処理をした後の各ロール表面に処理した溶射皮膜
の観察結果を示したものである。この第1表に示
す結果から明らかなように、本発明にかかる溶射
皮膜は、Co含有量の如何にかかわらず、しかも
たとえ0.1mm未満の薄膜であつても、その気孔率
を1.8%以下に制御すれば長時間にわたつて優れ
た溶融亜鉛に対する耐侵食特性を示すことが確認
された。これに対し、比較例である気孔率の高い
(2.2%、2.8%)のものについては、溶射皮膜が
30%以上脱落しており、耐溶融亜鉛性に劣ること
が明らかである。
【表】 実施例 2 実施例−1と同じ溶射材料、溶射皮膜厚さ、気
孔率のロールを用い、鋼板(巾900mm×厚0.22mm)
を700〜710℃に維持した溶融アルミニウムめつき
浴中にて連続めつき処理を行つた。溶融めつき金
属としては、JIS H2102(1968)アルミニウム1
種を使用した。 第2表は、こうして15日間連続溶融Alめつき
を施した後の溶射ロールの外観検査結果を示した
ものである。この結果から本発明の溶射ロール
は、浸漬ロール、めつきロール、ガイドロール全
て健全な状態を維持していたが、比較例のロール
は、浸漬ロールは殆ど溶射皮膜が剥離し、めつき
ロールでは50%以上、ガイドロールでも35%以上
の剥離が認められた。
【表】 実施例 3 この実施例では、実施例−1の要領で溶射ロー
ルを製作するに際し、溶射皮膜厚さを0.020〜
0.100mmの範囲内で変動させ、溶融亜鉛および溶
融アルミニウムめつき装置における浸漬ロールと
しての特性を試験した。溶融亜鉛めつき温度は
470〜480℃、20日間、溶融アルミニウムめつき温
度は700〜710℃、15日間それぞれ連続めつき処理
した後、浸漬ロールを引上げて点検した。 第3表は、こうして溶融亜鉛浴中で使用した浸
漬ロールの結果を示したもので、溶射皮膜の気孔
率が低いものほど耐侵食性に優れていることが判
るが、気孔率1.8%を超えるものでは最低0.040mm
の皮膜厚ささえあれば日常業務に十分耐えられる
ことが判明した。これに対し、比較例の皮膜は膜
厚の大小に関係なくすべて剥離した。
【表】 〓備考〓 ○ 健全 △ 剥離面積5%以下 ×
剥離面積5%以上
第4表は、溶融アルミニウム浴中で使用した浸
漬ロールについての結果を示したもので、この場
合でも溶射皮膜の気孔率が小さいものほど良好な
耐侵食性を示し、気孔率1.8%以下で0.040mm以上
の皮膜厚さがあれば15日間の使用に耐えることが
確認された。なお、比較例の皮膜はすべて剥離
し、耐侵食性は全く認められなかつた。なお、本
発明のWC−Coサーメツト溶射材料は、焼結法に
よつて製造された際、熱履歴を受け、WCの一部
はW2C,W6C2.54に変化したり、WCとCoが反応
して金属間化合物のCo3W3Cなどを形成してい
る。また、これらの材料を溶射環境の高温に曝す
と、前記の分解や反応が促進されることが明らか
である。 したがつて、本発明のWC−Coサーメツト溶射
材料及び溶射皮膜は、WCとCoの混合物のみなら
ず、WCの分解成分及び両成分の反応生成物を含
むものであることが判つた。
【表】 〓備考〓 ○ 健全 △ 剥離面積5%以下 ×
剥離面積5%以上
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、めつき浴用部材
の表面に、0.04〜0.10mm未満の薄膜の気孔率1.8%
以下のWC−Coサーメツト溶射皮膜が形成した結
果、溶融亜鉛や溶融アルミニウムなどに対して優
れた耐侵食性を示す安価なめつき浴用部材を提供
できる。しかも、このような部材を用いることに
よつて、安定した溶融めつき作業、高生産性、め
つき鋼板の品質の向上を保障することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、溶射熱源用燃料ガスの溶射ガンへの
供給圧力とその燃焼ガスによつて形成された皮膜
中の気孔率との関係を示すグラフ、第2図は、溶
射皮膜中の気孔率と溶融亜鉛浴中に浸漬引上げ
冷却の繰返しによる皮膜の剥離回数との関係を示
すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 表面にサーメツトの被覆層を有する部材にお
    いて、上記被覆層を、Co5〜28wt%を含むWC−
    Co系サーメツト材料による気孔率が1.8%以下の
    溶射被覆層としたことを特徴とする溶融金属めつ
    き浴用部材。 2 前記溶射被覆層の厚さが0.040〜0.10mm未満
    のものであることを特徴とする請求項1に記載の
    溶融金属めつき浴用部材。
JP63049846A 1988-03-04 1988-03-04 溶融金属めっき浴用部材 Granted JPH01225761A (ja)

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