JPS6380916A - 管内面のセラミツクライニング方法 - 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、管内面にセラミックライニング層を形成する
方法に関する。

〔従来の技術〕

管は、その用途や使用条件に応じて管内面を保護強化す
るためのライニングが施される。セラミ・ツクは、耐食
性、耐摩耗性、耐熱性等にすぐれたライニング材料であ
る。

管内面にセラミックライニングを形成する方法としては
、セラミ・ツク粉末を溶射材とし、溶射ガンにより管内
面に吹付けて付着させる方法がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、溶射法を用いて直接管内面にセラミックライニ
ング層を形成しようとすれば、溶射ガンの操作の都合上
、適用できる管は大径サイズのものに限られ、小径管の
内面にライニング層を形成することは困難である。

また、セラミックライニングを施した管は、常温で使用
する場合は問題ないが、高温または熱衝撃が加わる使用
条件では、セラミックと金属との熱膨張係数の差が大き
いために、ライニング層に亀裂・剥離等が生し、ライニ
ング層としての機能が著しく損なわれる。その対策とし
て、管内面とセラミックライニング層との間に、両者の
中間の熱膨張係数を有する中間層を介在させて熱膨張係
数の勾配をもたせることが有効であるが、小径管の内面
にそのような多層のライニングを行うことは一層困難で
ある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
る。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明の管
内面のセラミックライニング方法は、管の内面に、管と
セラミックライニング層の中間の熱膨張係数を有する中
間層を介してセラミックライニング層を形成する方法に
おいて、外層材としての管の内面形状に相応する外形状
に加工された芯金の表面に、管内面のライニング層とな
るセラミック溶射層を形成し、その上面に中間層となる
所定の熱膨張係数を有する中間層材からなる溶射層を１
層もしくは２層以上形成し、これに管を嵌め込み、管と
芯金との間を真空脱気してその両端を密封したのち、熱
間静水圧加圧焼結処理に付して、管内面と溶射層との界
面および溶射層同士の界面を接合せしめ、しかるのち芯
金を除去することを特徴としている。

本発明によれば、まず目的とする管の内面形状に相応す
る外形状に加工された芯金を準備し、その表面に、管内
面のライニング層となるべきセラミックのライニング材
を溶射し、その上に中間層となるべき中間層材を溶射す
ることにより、第１図に示すように、芯金（４）の表面
にライニング層となる溶射層（２′）と中間層となる溶
射層（３′）とを所定の層厚に積層形成する。

ライニング材としてのセラミックは、管の用途・要求特
性に応じて、アルミナ、ジルコニア、炭化クロム、窒化
珪素、その他公知のセラミックが適宜選ばれる。

中間層材は、外層材である管およびライニング層の各々
の熱膨張係数に応じた適宜の金属、あるいは金属とセラ
ミック粉末の混合物等が用いられる。例えば、Ｆ　ｅ　
−Ｎ　ｉ合金（インバー）の熱膨張係数（α）は、Ｎｉ
含有量；２５〜３６ａ　ｔ％において、ｌＸ１０−６か
ら１６ＸｌＯ−６層℃と広範囲に恒って変化するので、
Ｎｉ含有量の調節により、任意の熱膨張係数を有する中
間層材で形成することができる。また、セラミックと金
属の混合物を用いる場合は、セラミックの配合量により
熱膨張係数が変化するので、後記実施例に示すように、
セラミックの配合量によって所望の熱膨張係数を有する
中間層を形成することができる。なお、中間層は、１層
に限定されず、所望により、熱膨張係数の異なる２種以
上の中間層材を使用し、それらを熱膨張係数の順に溶射
して２層以上の中間層を積層形成する場合もある。

前記のように、芯金（４）の表面にライニング材である
セラミック溶射層（２’）を形成し、その上に中間層材
の溶射層（３′）を所望の層数溶射積層したのち、第２
図に示すように、外層材である管（１）を嵌め込む。外
層材（１）の嵌め込みに当たっては、その後に行われる
熱間静水圧加圧焼結処理における変形を防止し、焼結処
理を容易に達成させるために、外層材（１）の内面およ
び、その内面と接触する中間層材の溶射層（３′）表面
とのクリアランス、が０．１ｎ以下となるように、それ
らの表面を機械加工しておくことが望ましい。なお、芯
金（４）が、第３図に示すような中間部に膨出大径部（
４１）を有する異形状芯金である場合には、外層材（１
）を、該大径部に対応する部分において径方向に分断し
、（１１）部と（１２）部との割型として嵌め込み、両
者の突合せ部を適当なシール材（６）でシールすればよ
い。その突合せ面は、その後の熱間静水圧加圧焼結にお
いて、固相接合により完全に接着される。

芯金（４）に外層材（１）を嵌め込んだのち、芯金（４
）と外層材（１）との間を真空脱気したうえ、両端に蓋
材（５，５）を溶接（ｗ）により取付けて密封し、つい
で熱間静水圧加圧焼結処理に付す。真空脱気して両端を
封止するのは、熱間静水圧加圧焼結を首尾よく達成する
ためである。

熱間静水圧加圧焼結処理における高圧力・加熱条件下に
、各溶射層（２’）　（３’）が緻密化すると共に、各
溶射層の界面および溶射層（３′）と外層材（１）の界
面は、固相接合により強固に接合一体化する。

熱間静水圧加圧焼結処理を終えたのち、芯金（４）を取
り除く。芯金（４）の除去は機械加工により、または引
き抜きにより行うことができる。芯金（４）を除去した
のち、必要に応じ、緻密化された溶射層（２’）の内面
を研磨すると共に、外層材（１）に適宜の機械加工を加
えることにより、第４図や第５図に示すように、外層材
（１）の内面が、中間の熱膨張係数を有する中間層（３
）を介してライニングＮ（２）で被覆された管が得られ
る。

〔実施例〕

去施聞工 芯金（ＳＳ４１製、外径：１０φ、長さ：１５０／　。

龍）の表面に、ライニング材としてアルミナセラミック
（Ａ１２０３）を溶射し、その溶射層の上に、中間層材
として、３４５Ｃ炭素鋼粉末とアルミナ粉末との混合粉
末であって、アルミナ粉末の配合量を２０重量％、４０
重量％および６０重量％に調整した３種の混合粉末を使
用し、アルミナ配合量の多い順に溶射して３つの溶射層
を積層形成した。その溶射層の最表面を機械加工後、外
層材として、３４５Ｃ炭素鋼製円管（外径：３２φ、内
径：１５φ、長さ：１５０Ａ　、　ｍｓ）を嵌め込む（
クリアランス二０．１關以下）。外層材と芯金との間を
真空脱気後、両端に蓋材を溶接して密封し、熱間静水圧
加圧焼結（温度：　１２５０℃、加圧カニ　１５００ｋ
ｇ　ｆ　／　ｃｎｌ、保持時間：２Ｈｒ）を行った。焼
結終了後、芯金を除去し、表面に機械加工を加えて、外
径＝３０φ、内径：１０φの管に仕上げた。

得られた管の各層の層厚は、外層材：　８．５　ｍｍ、
第１中間層０．５鶴、第２中間層０．５ｍｍ、第３中間
層：　０．５　ｗｍ、ライニング層：１■■である。ま
た、各層の熱膨張係数は次のとおりである。

外層（Ｓ　４５　Ｃ炭素鋼製円管）： α＝１４Ｘ１ｆ１６／℃ 中間層（Ｓ４５Ｃ＋　Ａ　ｊ！　２０３）第１中間層（
Ａｆｆ□０３：２０％） α＝　１２．８　Ｘ　１０−ｈ／　’Ｃ第２中間層＜Ａ
ｉｚｏ＊：４０％） α−１１，６Ｘ１０−”／”Ｃ 第３中間層（Ａ７！ｚｃｈ：６０％） α＝１０．４Ｘ１０−’／”Ｃ ライニング層（ＡＡｚＯｔ） α＝　８　Ｘｌ０−”／’Ｃ なお、各中間層およびライニング層は十分に緻密化され
ており、各層間および中間層と外層材との界面は固相接
合により完全に接着していることも確認された。

夫施貫又 芯金（ＳＳ４１製、外径：１０φ、長さ：１５０７！　
。

１麿）の表面に、ライニング材としてアルミナセラミッ
ク（Ａ　ｌｚ　Ｏｉ）を溶射し、その溶射層の表面に、
中間層材として、Ｎｌ含有量が、２８ａｔ％、２８゜５
ａｔ％、および２９ａ　ｔ％の３種のＮｉ−Ｆｅ合金を
使用し、これをＮｉ含有量の少ない順に溶射して３つの
溶射層を積層形成した。その溶射層の表面を機械加工後
、外層材として、３４５Ｃ炭素鋼製円管（外径：３２φ
、内径：１５φ、長さ：１５０Ｉ２．寵）を嵌め込む（
クリアランス：０．Ｉｎ以下）、外層材と芯金との間を
真空脱気し、両端に蓋材を溶接して密封したのち、熱間
静水圧加圧焼結（温度：１３５０℃、加圧カニ　１５０
０　ｋｇ　ｆ　／　ｃｔＭ　、保持時間：２Ｈｒ）を行
った。焼結完了後、芯金を除去し、表面に機械加工を加
えて、外径：３０φ、内径：１ｏφの管に仕上げた。

得られだ管の各層の厚さは、外層材：　８．５　ａｍ、
第１中間層：０．５重曹、第２中間層二０．５鰭、第３
中間ＭＡ　：　０．５　ｍ、ライニング層：１１■であ
る。また、各層の熱膨張係数は次のとおりである。

外層（３４５Ｃ炭素鋼製円管）： 冴＝１４Ｘ１０−’／’Ｃ 中間層（Ｎｉ−Ｆｅ合金） 第１中間Ｈ（Ｎ　１２８ａｔ％） α＝　１２　Ｘ　１０−’／　℃ 第２中間層（Ｎ　ｉ　２８．５ａｔ％）α＝１０．５ｘ
ｌＯ−”／”ｃ 第３中間層（Ｎ　ｉ　２９ａｔ％） α＝　９　Ｘｌ０−”／”Ｃ ライニング層（Ａｌ２Ｏ２） α＝　８　Ｘｌ０−ｂ／℃ なお、各中間層およびライニング層は十分に緻密化され
ており、各層間および中間層と外層材の界面は固相接合
により完全に接着していることも確認された。

〔発明の効果〕

本発明方法は、管内面に直接ライニング材および中間層
材を溶射するのではなく、芯金にそれらの溶射層を形成
したうえで、管を嵌め込み、熱間静水圧加圧焼結により
管内面に接合させることとしたので、管のサイズにかか
わりなく、小径・長尺管の内面に対しても、ライニング
層と中間層とを容易に形成することができる。しかも、
そのライニング層や中間層は、溶射層に特有のポロシテ
ィが少なく、極めて緻密であり、各層間の接合および管
内面との接合も強固である。更に、その管とライニング
層との間には、中間層によって熱膨張係数の勾配が与え
られているので、高温加熱・熱衝撃をうける使用条件下
でも、亀裂・剥離に対し良好な抵抗性を備えている。

従って、本発明方法は、耐食・耐摩耗性等を必要とし、
高温・熱衝撃の加わる各種のシリンダやパイプ類のライ
ニング方法として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の実施例の断面説明図である。 ■＝外層材、２ニライニング層、３：中間層、４：芯金
、２′ニライニング材溶射層、３′：中間層材溶射層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）管の内面に、セラミックライニング層を、管とセ
   ラミックライニング層の中間の熱膨張係数を有する１層
   もしくは２層以上の中間層を介して形成する管の内面ラ
   イニング方法において、管の内面形状に相応する外形状
   に加工された芯金の表面に、管の内面のライニング層と
   なるセラミック材からなる溶射層を形成し、その上面に
   中間層となる所定の熱膨張係数を有する中間層材からな
   る溶射層を１層もしくは２層以上積層し、これに管を嵌
   め込み、管と芯金との間を真空脱気してその両端を密封
   したのち、熱間静水圧加圧焼結処理に付して、管とその
   内面に接する溶射層および溶射層同士の界面を接合せし
   め、しかるのち芯金を除去することを特徴とする管内面
   のセラミックライニング方法。