JPH0488159A

JPH0488159A - 耐摩耗性ならびに耐溶融金属性に優れる複合皮膜被覆部材とその製造方法

Info

Publication number: JPH0488159A
Application number: JP2201187A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Harada; 良夫原田; Kazumi Tani; 和美谷; Tetsuya Doi; 土井　哲也
Original assignee: Tocalo Co Ltd
Current assignee: Tocalo Co Ltd
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1992-03-23
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2567137B2

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、耐摩耗性ならびに耐溶融金属性に優れる複合
皮膜被覆部材とその製造方法に関し、特に、連続溶融亜
鉛めっき浴中に浸漬して用いるロールやそれの軸受部材
として用いるときに有用な複合皮膜の構成について提案
するものである。

かかる複合皮膜被覆部材は、溶融錫めっき、溶融亜鉛−
アルミ合金めっき、溶融アルミ浴中で使用されるロール
やその軸受部材が代表的な適用例であり、その他の例と
しては、−船釣な耐摩耗性用部材としても有用である。

〔従来の技術］さて、自動車用鋼板や土木、建築用鋼材、あるいは家電
装置などの耐熱１耐食材として用いられている溶融亜鉛
めっき鋼板や溶融アルミニウムめっき鋼板などは、大部
分、第２図に示すような連続溶融めっき処理によって製
造されている。その連続溶融めっき処理装置には、溶融
亜鉛浴２１中に浸漬されるジンクロール２２、溶融亜鉛
浴表面の近傍に配設されるサポートロール２３及びこれ
らのロールを通過した後のめっき鋼板２４を案内するガ
イドロール２５などが配設されている。なお、２６は鋼
板に付着した過剰の亜鉛を窒素ガスで吹き飛ばすための
噴射ノズルである。

これらのロールは、溶融亜鉛浴中に浸漬されるか、溶融
亜鉛が飛散付着しやすい個所にあり、またはこの溶融亜
鉛が付着した高温の鋼板と接触する位置にあるため、（
１）溶融亜鉛による浸食が起こり難いこと、（２）通板
材（鋼板）と接触しても摩耗しにくいこと、（３）付着
した溶融亜鉛の剥離並びに保守点検が容易なこと、（４
）ロールとしての寿命が長く低コストであること、そし
て、（５）高温の溶融亜鉛浴中に浸漬した際の熱衝撃に
よく耐えること、などの性能が要求される。

ところで、現在使用されているロールとしては、（１）
表面にＪＴＳ　８８３０３　（１９７６）制定のＣｏ基
自溶合金を溶射したロール、（２）特開昭６１−１１７２６０号公報に開示のような
、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ２からなるセラミックス皮膜を溶
射形成したロール、（３）特公昭５８−３７３８６号公報開示のように、−
ＣＣｒ３Ｃ，ＴｉＣの１種または２種以上に対し、Ｎｉ
。

Ｓｉの如き熱間耐食性金属またはこれらの酸化物を共存
させてなる０、１〜２．４　ｍ厚さの皮膜を主として溶
射法によって形成したロール、などがある。

また、上述の如き溶融亜鉛浴用ロールの軸受部を構成す
る部品、例えば、ブツシュ、ベアリング。

カラー、エンドボールについて、使用に伴って次第に摩
耗し、その結果、ロールの回転不良などを起こして溶融
亜鉛めっき鋼板の生産に重大な支障を来すことがある。

このことから、溶融亜鉛に接触するこれらの軸受部材に
も、従来、上記ロール用耐溶融金属材料がそのまま使用
されることが多い。

さらに、その他の例としては、軸受部材などを、溶融亜
鉛と反応しない炭素を用いるとともに、これにＳｉＣを
加圧含浸させたものなども提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記従来技術（１）、　（２）のロールおよび
同種の材料で処理されたロール軸受部材は、それ以前の
無処理ロールや軸受部材に比べると、長い寿命にはなっ
てはいるものの、２週間程度の使用によって、いずれも
ロール表面の皮膜（自溶合金溶射皮膜やセラミックス皮
膜）が局部的に剥離する現象が見られる。そして、この
剥離した皮膜が被めっき鋼板表面に付着し、変色模様を
生じさせる。

そのために、めっき綱板の品質が甚だしく低下するとい
う問題点があった。

また、上記従来技術（３）のロールは、札＋　ＣｒｚＣ
ｚ＋ＴｉＣなどの炭化物を使用する点において、溶融金
属の耐浸食性に優れている。しかし、この炭化物だけで
はロールに対する密着性に乏しいため、これと共存させ
る金属の添加が不可欠となる。ところが、添加金属の種
類によっては、溶融金属と冶金反応を起こし、甚だしく
浸食を受“けるという問題点があった。

さらに、玉揚の■〜■の各ロールは、いずれも溶射法に
よって皮膜形成をしたものである。したがって、その皮
膜は微粒子の集合体であり、微視的にはピンホールを生
成しやすいという問題点があった。

また、■と■に示す従来ロールは、酸化物または炭化物
セラミックスを用いているため、金属質のロール基材と
は膨張係数が著しく異なる（セラミックスの方は金属の
１７２〜１７３程度）。したがって、これらのロールを
、高温の溶融金属浴中に浸漬した場合、ロール母材と皮
膜との間に膨張係数の差に起因する大きな熱応力が発生
し、しばしば皮膜に亀裂が発生したり、剥離する現象が
あった。このため、たとえロール表面に、耐溶融金属性
に優れたセラミックス皮膜を形成したとしても、その機
能を十分利用できないのが実情である。

この対策として、セラミ・ノクス被覆ロールを溶融金属
中に浸漬する前に、加熱して予めロールそのものの温度
を上げ、浴中の溶融金属との温度差を小さくすることを
考えた。しかし、炭化物を大気中で予熱することは、酸
素による酸化の虞れがある（炭化物が酸化物に変化する
ため、ロールとの密着力が低下して容易に剥離が起こる
）ため、セラミックス皮膜の寿命を却って短くする欠点
が見られた。

以上説明したように、従来技術、特にセラミックス皮膜
を形成した溶融亜鉛浴用ロールは、高温の溶融亜鉛中に
浸漬する際に発生する熱衝撃に弱く、皮膜自身の特性は
耐溶融金属性に優れているとしても、その機能を十分発
揮する状態にないのが実情である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、本質的に熔融金属と反応しない炭化物系材料
を、鋼製のロールや軸受部材の表面に溶射被覆した後、
さらに得られた溶射皮膜を硼化処理することによって、
前記炭化物の一部、とくに表面側の各粒子を硼化物に変
化させることによって、■優れた耐溶融金属性をそのま
ま維持しつつ、■硼化物が保有する高硬度を利用した耐
摩耗性の向上を図り、■溶射粒子の相互結合力の向上を
図り、■溶射皮膜と調製部材との密着力の向上を図り、
さらに■溶射皮膜の気孔減少を実現することにより、従
来技術が抱えていた各種の問題点を克服できる複合皮膜
被覆部材を提供するものである。

すなわち本発明は、基材表面に被成した炭化物系溶射皮膜の一部を、硼化処
理によって硼化物化させてなる耐摩耗性ならびに耐溶融
金属性に優れる複合皮膜被覆部材、および、鋼製基材の
表面に被覆した炭化物系溶射皮膜が、表層から基材表面
に向かって、純硼化物皮膜層、硼化物変成層、硼化物含
浸層および硼化合金層にて構成されていることを特徴と
する耐摩耗性ならびに耐溶融金属性に優れた複合皮膜被
覆部材と、そして、鋼製基材の表面に、溶射法によって炭化物系の
溶射皮膜を形成し、この溶射皮膜を硼化処理することに
より、溶射皮膜の表面を硼化物にて被覆すると同時に、
前記溶射皮膜の表層側炭化物および／または金属の一部
を硼化物に変えると共に、溶射皮膜の気孔部内に硼化物
を含浸充填し、さらに硼化処理を前記気孔部を介して基
材表面の一部にまで及ぼしてそこに硼化合金層を形成す
ることを特徴とする耐摩耗性ならびに耐溶融金属性に優
れた複合皮膜被覆部材の製造方法、を提案する。

〔作　用］さて、本発明において最も重要な溶射皮膜の硼化処理は
、炭化物系溶射皮膜形成後に行う処理である。そこで、
以下に、前記溶射皮膜を硼化してなる複合皮膜を形成す
るプロセスおよびこの複合皮膜の特性について説明する
。

本発明のかかる複合皮膜の形成に当たっては、まず、鋼
製部材の表面に、炭化物を主成分とする溶射皮膜を、炭
化水素と酸素の燃焼炎またはプラズマを熱源とする溶射
方法によって形成する。基地を形成するための溶射材料
、すなわち炭化物材料としては、ＷＣ，ＷＴｉＣ，Ｃｒ
＋Ｃｚ＋　Ｔｉｃ、　　Ｖ　ＣＢ４Ｃ，ＮｂＣなどを単
独、またはこれらにＣｏ、　ＮｉＣｒ、　Ｎｉなどの耐
熱性金属材料を添加した炭化物サーメットを用いること
ができる。

基材上に形成する炭化物系溶射皮膜の膜厚は、３０ｕｍ
〜３０００μｍの範囲内が好適である。その厚みが３０
μｍよりも薄くなると、本発明複合皮膜の機能が十分発
揮できないし、また３０００μｍ以上の膜厚では、後述
する硼化処理の作用効果が希薄になる他、高価な溶射材
料を使用する割には得られる効果が少ない。

次に、上述のようにして形成した炭化物系溶射皮膜に対
して、次に硼化処理を施す。この硼化処理は、本発明の
場合、例えば次のような方法が好適である。

■ＫＣＩ　（３０ｗｔ％）　　ＢａＣ１ｚ（３０ｗｔ％
）　　ＮａＦ（１５ｔｍｔ％）Ｂｚ（ｈ（２，４ｗｔ％
）−フェロポロン（２２，６ｗｔ％）の混合塩を、７０
０〜１０００°Ｃの温度に上昇させて溶融塩とし、炭化
物溶射皮膜を形成させた鋼製部材を、前記溶融塩の中に
浸漬し、０．５時間〜５時間程度保持して硼化処理する
溶融塩法。

■Ｂ、Ｃ（４５％）　−４１２０：＋（５０％）−ＮＨ
２Ｃｌ（５％）の混合粉末中に、炭化物溶射皮膜を形成
させた鋼製部材を埋没させ、８００〜１１００°Ｃの温
度で０．５〜５時間加熱して硼化処理する粉末法。

このような処理を行うと、基材表面の溶射皮膜を構成す
る炭化物およびこれに含まれている金属成分の少なくと
もその一部は、硼化物へと変化することとなる。このよ
うな炭化物系溶射皮膜の硼化物化への反応は、溶射皮膜
の最外層部からはじまる。すなわち、前記溶射皮膜に気
孔や空隙が存在していると、これらを通じて硼化反応成
分が次第に内部へと侵入するため、硼化の反応が溶射皮
膜の欠陥部を優先的に硼化させるように起こると考えら
れる。その結果、硼化処理後の溶射皮膜は、最外層はも
とより、皮膜の欠陥部を通じて、内部の奥深くにまで侵
入した硼化反応成分の作用によって硼化物化し、それに
よって溶射粒子の相互結合力が向上するだけでなく、さ
らには鋼製部材との間で硼化合金層を造って冶金的結合
状態に変化し、それ故に、これらの皮膜は極めて強固な
密着力を発揮することになる。

第１図は、かかる硼化物化した溶射皮膜の断面状態を模
式化したものである。

図示の１は基材であり、その表面には溶射皮膜Ｃが被覆
しである。この溶射皮膜Ｃは、前記硼化処理によって最
外層部が薄い純硼化物皮膜層４となり、その内側に各炭
化物粒子自体が硼化物化したものからなる硼化物変成層
３を形造り、さらにその内側には硼化物が気孔などを通
じて侵入した硼化物含浸層（粒子それ自体は炭化物であ
る）５を形造り、そしてさらにその内側は基地金属と硼
素との合金である硼化合金層６が多くの場合形成されて
、本発明の複合皮膜となる。

このような複合皮膜構造は、例えば溶融塩法の場合だと
溶融塩の温度、浸漬時間の調節によって変えることがで
きる。従って、本発明の複合皮膜は、前記硼化合金層６
が無い場合や、硼化物変成層３と硼化物゛含浸層５とが
、実質上区別されない状態の場合もあり、いずれにして
もこれらは、本発明における硼化物化溶射皮膜として同
効のものと言うことができる。

なお、硼化物化溶射皮膜の構成については、溶融塩法の
場合だと、溶融塩の温度ならびに浸漬の時間を調節する
ことによって各種の膜構成となるが、１例をあげると、
溶射皮膜の膜厚１２０ａｍで、温度８００°Ｃ１浸漬時
間３時間では、第２図に示すとおり、約１０ａｍの表層
に薄い純硼化物層４ができると共に、１０〜３０μｍの
硼化物変成層３と１０〜２０μｍの硼化物含浸層５、お
よび若干の硼化合金層６ができる。

このようにして得られる本発明の複合皮膜には、つぎの
ような特徴がある。

（１）炭化物系溶射皮膜だけでは、多孔質であるうえに
母材との密着性が比較的弱いため、溶融金属中で使用す
ると気孔部から溶融金属が内部に侵入して、母材と反応
することによって皮膜を剥離させるが、硼化処理することによって気孔部が硼化物で充填される
うえ、一部は母材とも冶金反応によって合金化すること
で強固に付着するため、耐溶融金属性、耐機械的衝撃性
とも向上する。

（２）硼化処理によって生成する表層部の硼化物（炭化
物が硼化したもの）は、硬くかつ耐摩耗性にすぐれてい
るので、溶融金属中で使用するロールや軸受部材の長寿
命化に大きな効果を発揮する。

（３）下地に溶射皮膜を形成させることなく、基材表面
に直接的に硼化処理を施工するものに比べると、硼化層
を厚くでき、しかも溶射皮膜との複合化により両者の欠
点を補い、長所をつくることができる。

（４）また、硼化処理を行うことによって、溶射皮膜の
宿命的な欠陥である多孔質空隙の存在は却って硼化物の
侵入を容易とするので、溶射皮膜形成時に厳格な品質管
理が不要となり、最も経済的な溶射方法によって成膜加
工を行うことができる。

〔実施例］実施例１本発明の複合皮膜の性能を調査するため、所要の皮膜を
被覆した部材を、４８０℃に維持した溶融亜鉛浴中に３
週間浸漬し、その後これを引き上げて皮膜表面を観察す
ることによって、耐溶融亜鉛性能を評価した。

本発明適用例である複合皮膜； ■　−Ｃ−１２Ｃｏ溶射皮膜を、その後溶融塩浴法によ
って硼化処理を施したもの、 ■　−Ｃ−２０Ｃｏ　−７Ｎｉ溶射皮膜を、その後溶融
塩浴法によって硼化処理を施したもの、 ■　Ｔｉ　Ｃ−２ＯＮｉ溶射皮膜を、その後溶融塩浴法
によって硼化処理を施したもの、 ■　Ｃｒ、Ｃｚ　−２ＯＮｉ　−７Ｃｒ溶射皮膜を、そ
の後粉末法によって硼化処理を施したもの、比較例とした複合皮膜； ■　−Ｃ−１２Ｃｏ溶射皮膜のみを施したもの、■　−
Ｃ−２０Ｃｏ　−７Ｃｒ溶射皮膜のみを施したもの、■
　Ｔｉ　Ｃ−２ＯＮｉ溶射皮膜のみを施したもの、■　
Ｃｒ＋Ｃｚ　　２ＯＮｉ　　７　Ｃｒ溶射皮膜のみを族
シタもの、 ■　ＪＩＳ　Ｈ８３０３（１９７６）　ＭＳＦＣｏ２の
自溶合金溶射皮膜のみを施したもの、なお、溶射皮膜の形成は、ＳＯ５３０４（直径１５ｍｍ
、長さ２００　ｍｍ）基材上にプロパンを燃料とする高
速ガス炎溶射法によって膜厚が１２０μｍになるように
溶射して得た。

浸漬後の供試部材に被覆した各皮膜の外観状況および溶
融亜鉛の付着状況を第１表に示した。この結果から明ら
かなように、比較部材の複合皮膜は、ＮＯ，５の−Ｃ−
１２ｃｏ皮膜を除き、溶融亜鉛の付着が比較的強固であ
った。この原因を調査したところ、皮膜を構成する金属
成分、特にＣｒ、　Ｎｉが溶融亜鉛と冶金反応を起こし
た結果であることが判明した。また、自溶合金皮膜を用
いたＮα９部材においても、溶融亜鉛の付着が顕著であ
った。ただし、前記Ｎｏ、５部材（ＷＣ−１２Ｃｏのみ
）については、溶融亜鉛との付着力が弱く、容易に皮膜
面から剥離することができた。しかし、このＮα５部材
も皮膜の断面を光学顕微鏡によって観察したところ、皮
膜に存在する微細な気孔を通して溶融亜鉛が内部へ侵入
していた。したがって、さらに長期間浸漬を続けると、
皮膜を貫通することが容易に推測できた。

これに対し、本発明部材に被覆した複合皮膜は、Ｎα２
，３．４などのたとえＣｒ、　Ｎｉを含むものであって
も、すべて溶融亜鉛の付着が極めて軽微なうえ、残存す
る亜鉛は簡単に除去できた。また、皮膜中には全く亜鉛
の侵入は認められず健全であった。これらの効果は、溶
射皮膜形成後に処理した硼化反応によって、溶融亜鉛と
“ぬれ゛難い硼化皮膜が表面および溶射皮膜の気孔中に
性成したためであることが確かめられた。

第１表〔備考〕ｌ　　Ｏ Δ × 寧２０ △ × 亜鉛の付着殆どなし皮膜表面の５〜１０％に亜鉛の付着が認められる１０％
以上亜鉛の付着あり亜鉛の侵食認められず健全亜鉛の侵食軽微亜鉛の侵食大実施例２次に本発明複合皮膜被覆部材の耐溶融亜鉛性を、実際の
溶融亜鉛メツキ作業環境下で調査した。

溶融亜鉛メツキ浴の温度は４７０°Ｃで、第２図に示す
装置のジンクロール＜ＳＵＳ　３０４）　２２．サポー
トロール２３．ガイドロール２５用皮膜として、実施例
１と同じ種ｉ（Ｎα１〜Ｎα９）の皮膜を用いて２週間
操業してその性能を評価した。

第２表は、この結果を要約したもので、本発明にかかる
複合皮膜を被覆したジンクロール、サポートロールおよ
びガイドロールは、何れも全く変化は認められず健全で
あった。

これに対し、比較例の複合皮膜を被覆したものは、距５
０−ル（ＷＣ−１２Ｃｏ）を除き、溶融亜鉛の侵食を受
けたり、また溶融亜鉛が強固に付着して亜鉛メツキ鋼板
の表面にキズを発生させて、その品質を低下させる（ガ
イドロールの場合）などの現象が発生した。ただ、Ｎｏ
、５皮膜を被覆したロールについては、亜鉛の侵食や付
着が比較的少なかったが、発明対象ロールの皮膜に比べ
ると性能は低いようであった。

〔備考〕Ｏ亜鉛の侵食、付着など認めず△　亜鉛の侵食
軽微 ×　亜鉛の侵食、付着大〔発明の効果］以上説明したように、本発明の複合皮膜被覆部材は、硬
質の炭化物サーメット皮膜の表層部や気孔部さらに皮膜
構成粒子の一部を硼化物に変化させているため、皮膜内
部への溶融亜鉛の侵入を防止するとともに、亜鉛との接
触角が大きく、濡れ難い状態にあるので、その表面は常
に清浄に保たれるという効果がある。従って、このよう
な部材を溶融亜鉛メツキ装置の各ロールや軸受部材とし
て使うと、長期間に亘って安定した溶融亜鉛メツキ鋼板
の製造を可能にするばかりか、製品の品質向上、生産性
の向上、保守点検費の低減などにも大きな効果を発揮す
るものである。

そして、本発明によれば、このような耐摩耗性や耐溶融
金属性に優れた複合皮膜を容易に製造することができる
。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明部材のとくに複合皮膜部分の断面構造
の一例を示す拡大断面図、第２図は、鋼板の連続亜鉛メツキ装置の概要を示す路線
図である。１・・・ロール基材、　２・・・炭化物溶射粒子、３・
・・硼化物皮膜、

Claims

【特許請求の範囲】

１．基材表面に被成した炭化物系溶射皮膜の一部を、硼
化処理によって硼化物化させてなる耐摩耗性ならびに耐
溶融金属性に優れる複合皮膜被覆部材。
２．鋼製基材の表面に被覆した炭化物系溶射皮膜が、表
層から基材表面に向かって、純硼化物皮膜層、硼化物変
成層、硼化物含浸層および硼化合金層にて構成されてい
ることを特徴とする耐摩耗性ならびに耐溶融金属性に優
れた複合皮膜被覆部材。
３．鋼製基材の表面に、溶射法によって炭化物系の溶射
皮膜を形成し、この溶射皮膜を硼化処理することにより
、溶射皮膜の表面を硼化物にて被覆すると同時に、前記
溶射皮膜の表層側炭化物および／または金属の一部を硼
化物に変える共に、溶射皮膜の気孔部内に硼化物を含浸
充填させ、さらに硼化処理を前記気孔部を介して基材表
面の一部にまで及ぼしてそこに硼化合金層を形成するこ
とを特徴とする耐摩耗性ならびに耐溶融金属性に優れる
複合皮膜被覆部材の製造方法。