JPH0542954B2

JPH0542954B2 -

Info

Publication number: JPH0542954B2
Application number: JP30233186A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Kawasaki; Kazuhide Ishii; Masayuki Hino
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-12-18
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1993-06-30
Also published as: JPS63154341A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、耐酸化ステンレス鋼表面に塗布した
遠赤外線塗料の剥離を有効に防止するもので、遠
赤外線放射を利用する暖房機器や加熱装置として
利用される。この場合、耐酸化ステンレス鋼に直
接通電して加熱する方法と、燃焼等による外熱に
よつて加熱する方法の両方の分野に適用される。〔従来の技術〕遠赤外線は、人の体内など深く浸透する性質が
あり、暖房装置や、食品加熱に有効に利用される
ものである。この遠赤外線を放射するためには、
発熱体または外熱により加熱された放射体の表面
に５〜30μｍの波長を有効に放射する遠赤外線放
射物質を塗布する必要がある。従来は、このためにこれら放射物質を溶射によ
り塗布する方法（特開昭49−119244）が採られて
いた。遠赤外線放射体はその使用方法から必然的
に、常に加熱と冷却が繰返されるものであり、こ
のような溶射方法で塗布された塗膜は使用中に剥
離する問題があつた。剥離は溶射厚さを低減すれば軽減されるが、溶
射厚さが薄くなり過ぎると、下地の金属特有の波
長の赤外線を放出し、エネルギー効率の低下を来
たす問題がある。一方、厚さが厚くなり過ぎると
剥離の傾向が顕著になる。従つて遠赤外線塗膜の
上から、ガラスコーテイングを行つたり、マイカ
で被膜する等の対策が必要となつている。また、この剥離を軽減するために、遠赤外線放
射物質と下地金属との熱膨張差を軽減する方法
（特開昭60−13008）等が採られているが、遠赤外
線放射物質を下地金属と完全に固着することがで
きないため剥離に関してやはり問題を生じる。本発明者らは、特開昭63−26335において、Al
含有ステンレス鋼の表面にアルミナの表面積を増
大させるウイスカ層を形成せしめ、このアルミナ
ウイスカから遠赤外線を放射する放射体を提案し
た。その後さらに詳細な検討を加えた結果、このア
ルミナウイスカ層のみでも遠赤外線特性は得られ
るが、生成する被膜の層厚みが薄いため、下地の
Feからの赤外特性も認められ、必ずしも遠赤外
線放射特性として最高の結果とはならないことが
判明した。〔発明が解決しようとする問題点〕本発明者らは遠赤外線塗料の剥離の問題を解決
するため、耐酸化ステンレス鋼の表面について、
種々検討を行つた。試みに上記のウイスカを有す
る皮膜に対して、従来法と同様に遠赤外線塗料を
塗布したところ急激な加熱冷却に対しても、塗膜
の剥離は生ぜす、また、遠赤外線特性も十分なも
のが得られることを発見し、本発明を完成するに
至つた。すなわちAl含有の耐酸化ステンレス鋼表面に、
表面積を増大するような酸化皮膜を形成し、その
上に塗料被覆層を形成したものが、遠赤外線放射
体の急熱急冷を行つた場合にも、遠赤外線塗料の
剥離はほとんど生ぜず、またガス流等による機械
振動によつても剥離が起こりにくい。本発明は熱衝撃、機械振動等に対して、剥離抵
抗の小さかつた従来の遠赤外線放射体の塗膜の剥
離の問題を解決し、特別に剥落を防止するための
ガラスコーテイングや、マイカ皮膜等を必要とし
ない、優れた性能をもつ遠赤外線放射体を提供す
ることを目的とする。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、ステンレス鋼の表面に表面積を増加
するように生成されたウイスカ状またはピラミツ
ド状のアルミナの上に、遠赤外線塗料被覆層を有
し、遠赤外線塗料の耐剥離性に優れた遠赤外線放
射体である。このようなステンレス鋼として好ま
しい特性をもつ組成は次の(イ)〜(ニ)に例示される。 (イ) ステンレス鋼がＣ：0.03重量％以下Ｎ：0.025重量％以下 Si：１重量％以下 Cr：10〜26重量％ Al：1.8〜８重量％を含み、残部Feおよび不可避的に混入する不
純物からなるもの。 (ロ) 上記(イ)にTi、Zrの単独または複合で0.01〜
0.8重量％を含むもの。 (ハ) 上記(イ)にＹ、La、Ce、NdおよびGdから選
ばれた１種または２種以上を、Ｙにおいては
0.01〜0.7重量％、La、Ce、NdまたはGdにお
いては0.001〜0.1重量％を含むもの。 (ニ) 上記(ロ)にさらにＹ、La、Ce、NdおよびGd
から選ばれた１種または２種以上を、Ｙにおい
ては0.01〜0.7重量％、La、Ce、NdまたはGd
においては0.001〜0.1重量％を含むもの。〔作用〕ステンレス鋼の表面にウイスカやピラミツド状
のアルミナを形成せしめて表面積を大きくし、凹
凸を生ぜしめておくことによつて、遠赤外線塗料
の剥離抵抗が著しく増大する。特に、表面に凸状
に形成した皮膜が有効でこの凸状の高さは、0.5μ
ｍ以上が好ましい。第１図〜第４図はAl含有耐酸化ステンレス鋼
表面の走査型電子顕微鏡写真を示したもので、第
１図はアルミナウイスカの生成したもので、１〜
3μｍの凸状となつたもの、第２図はピラミツド
状アルミナの生成したもので、約0.5μｍの凸状と
なつたもの、第３図は平滑なアルミナを示すも
の、第４図は0.5μｍ程度の凹凸を有するが、凹部
が支配的な酸化皮膜を示すものである。本発明は、ステンレス鋼の表面に鋼中のAlが
酸化されて皮膜を形成し、ウイスカまたはピラミ
ツド状に表面積の増加したアルミナを生成してお
り、凸状となつていることが必須の条件である。
アルミナを生成させる加熱温度としては800〜
1250℃にすることが望ましい。また、1250℃の高
温でも表面積の増大した皮膜を得るためには最低
0.5時間を必要とする。これよりも短時間では、
耐剥離性に優れた被膜は得られない。本発明を耐達成するためには、ウイスカ状ある
いはピラミツド状のアルミナの酸化皮膜を生成す
る必要があり、耐酸化ステンレス鋼の成分は以下
の如く限定される。Ｃ：Ｃは耐酸化性を阻害する元素であり、酸化雰
囲気中でCO₂ガスとなり、酸化皮膜を破壊し、
窒素の侵入を引起こし、主要成分のAlをAlN
として消費するため、低い方が良い。 0.03重量％以下では、その有害性が小さくな
るため、この値以下に限定される。Ｎ：Ｎは鋼中でAlNとなるため、有効なAlを消
費するので、低く抑える必要がある。実質的な
悪影響を生じさせないために0.025重量％以下
に限定する。 Si：Siは酸化性に有効な元素であるが、過剰に含
まれると、表面酸化皮膜の金属地から剥離性を
増すため、１重量％以下に限定される。 Cr：Crは耐酸化ステンレス鋼の必須元素であり、
10重量％未満では、耐酸化性がなく、表面に
Al₂O₃の皮膜が形成されなくなる。また、Crが
過剰になると鋼を脆いものにし、実質的に遠赤
外線放射体に加工することが不可能となるた
め、26重量％以下に限定される。 Al：Crとともに耐酸化性を与えるとともに、表
面積を増大した酸化皮膜を形成するための必須
元素である。1.8重量％未満ではFe、Crを主体
とした酸化物が形成され、Al₂O₃とするために
は、1.8重量％以上である必要がある。またAl
は多ければ多いほど本発明の目的を達成するこ
とができるが、８重量％を超えると、Crを10
重量％程度にしても鋼を脆くするため、上限は
８重量％とする必要がある。 Ti、Zr：Ti、Zrは、Ｃ、Ｎの悪影響を軽減する
ために添加すると好結果を示す。その場合、
0.01重量％未満では効果がなく、逆に過剰に加
えると、耐酸化性を低下させスケールコブを生
成し易くなるため、0.8重量％以下に限定され
る。Ｙ：Ｙは耐酸化性を改善する元素でありAl₂O₃皮
膜の形成を助ける。また、Al₂O₃と下地金属の
密着性を良くするため添加すると好適である。
しかし、0.01重量％未満ではその効果がなく、
0.7重量％を超えると鋼を脆くし、また材料の
コスト高となるため、0.01〜0.7重量％に限定
される。 La、Ce、Nd、Gd：Ｙと同様にAl₂O₃皮膜の形成
を助け、下地金属とAl₂O₃皮膜との密着性を改
善するが、0.001重量％未満ではその効果はな
く、また0.1重量％を超えると結晶粒界に低融
点の金属間化合物を生成し、鋼を加工不能のも
のとするため、0.001〜0.1重量％に限定する必
要がある。以上のTi、Zr、Ｙ、La、Ce、Nd、GdはFe−
Cr−Al耐酸化ステンレス鋼の耐酸化性を改善す
るものであり、これらを単独あるいは複合で添加
すると、その効果は加算的に改善される。遠赤外線塗料としては、従来より公知の炭素、
グラフアイトおよび酸化物、炭化物セラミツク等
を用いることができ、有機溶剤、水、酸性あるい
は塩基性の溶剤を用いて塗布を行う。これらの塗布厚みは、通常10〜100μｍ程度で
あるが、本発明によれば、100μｍ以上500μｍ程
度でも、剥離の問題は生じておらず、塗布厚みは
限定されない。塗布の方法は刷毛、スプレー、ローラあるいは
浸漬方法等、通常とり得る方法は適用可能であ
る。塗布後の乾燥は、用いる溶剤の種類に応じて適
宜行えばよく、特に限定される条件下で行なう必
要はない。すなわち、有機溶剤等では60〜150℃
程度で30分以下の乾燥でよく、水の場合には温度
は常温〜80℃程度が好ましく、30分〜１昼夜程度
の条件となる。温度と時間の関係は、低温ほど長
時間となる。酸または塩基系溶剤の場合にはこれ
らの成分を有効に気化させるため、200〜400℃の
加熱が好ましく、30分以上の乾燥で塗料の被覆は
達成される。〔実施例〕以下、実施例に基づいて本発明を説明する。第１表に示すような組成の耐酸化ステンレス鋼
を用い、種々の酸化処理をした後、遠赤外線塗料
を塗布した。遠赤外線塗料としては、ZrSiO₂系の市販品を
用い、イソプロピルアルコールにて希釈したもの
を約50μｍ厚さになるように塗布した。約150℃のオーブンで30分乾燥した後、剥離性
の試験を行つた。この試験は試験片を800℃に加
熱し、水冷するもので、急加熱・水冷を２回繰返
した後、水分を乾燥し、重量の変化で剥離量を評
価した。耐剥離性の評価は塗料の重量減少が１％
以下のものを合格とした。第２表に酸化処理と酸化物形態および剥離試験
評価を示した。本発明の範囲の組成を有する鋼で、かつウイス
カ状あるいはピラミツド状のアルミナ酸化物皮膜
を有するものでは、第２表中の耐剥離性評価とし
て○印を付したように、剥離重量は１％以下であ
り、優れた耐剥離性を有している。

【表】

〔発明の効果〕

本発明に従い、耐酸化鋼とその表面酸化物形態
を調整することにより、実質的に急加熱、急冷を
行つても塗膜の剥離のほとんどない優れた遠赤外
線放射耐体を得ることができる。本発明によれ
ば、剥落防止のためのコーテイング等が不要とな
り、非常に長寿命の遠赤外線放射体とすることが
でき、これを各種加熱機器に応用することがで
き、産業上その利点は大である。本発明の効果は、遠赤外線放射体に限らず、石
油暖房機器等の燃焼筒等に対しても応用すること
ができ、遠赤外線放射のみならず、耐熱塗料を用
いて燃焼効率の向上を図ることができる等の応用
範囲がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はステンレス鋼表面の走査電子
顕微鏡写真を示し、第１図はアルミナウイスカ
（鋼Ａ、930℃×6hr）、第２図はピラミツド状アル
ミナ酸化物（鋼Ａ、1000℃×4hr）、第３図は平滑
なアルミナ酸化物（鋼Ａ、700℃×24hr）、第４図
は平滑なアルミナ酸化物（鋼Ｇ、1000℃×4hr）
が生成していることを示す写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１ステンレス鋼の表面に生成された凸状のアル
ミナがウイスカ状またはピラミツド状であり、そ
の上に、遠赤外線塗料被覆層を有することを特徴
とする遠赤外線塗料の耐剥離性に優れた遠赤外線
放射体。２ステンレス鋼が、Ｃ：0.03重量％以下Ｎ：0.025重量％以下 Si：１重量％以下 Cr：10〜26重量％ Al：1.8〜８重量％を含み、残部Feおよび不可避的に混入する不純
物からなる特許請求の範囲第１項に記載の遠赤外
線放射体。３ステンレス鋼が、Ｃ：0.03重量％以下Ｎ：0.025重量％以下 Si：１重量％以下 Cr：10〜26重量％ Al：1.8〜８重量％ Ti、Zrの単独または複合で0.01〜0.8重量％を含み、残部はFeおよび不可避的に混入する不
純物からなる特許請求の範囲第１項に記載の遠赤
外線放射体。４ステンレス鋼が、Ｃ：0.03重量％以下Ｎ：0.025重量％以下 Si：１重量％以下 Cr：10〜26重量％ Al：1.8〜８重量％およびＹ、La、Ce、Nd、Gdから選ばれた１種
または２種以上を、Ｙにおいては0.01〜0.7重量
％、La、Ce、NdまたはGdにおいては0.001〜0.1
重量％を含み、残部はFeおよび不可避的に混入
する不純物からなる特許請求の範囲第１項に記載
の遠赤外線放射体。５ステンレス鋼が、Ｃ：0.03重量％以下Ｎ：0.025重量％以下 Si：１重量％以下 Cr：10〜26重量％ Al：1.8〜８重量％ Ti、Zrの単独または複合で0.01〜0.8重量％を含み、さらにＹ、La、Ce、Nd、Gdから選ば
れる１種または２種以上をＹにおいては0.01〜
0.7重量％、La、Ce、NdまたはGdにおいては
0.001〜0.1重量％を含み、残部はFeおよび不可避
的に混入する不純物からなる特許請求の範囲第１
項に記載の遠赤外線放射体。