JP2000034552A

JP2000034552A - 溶融金属めっき装置

Info

Publication number: JP2000034552A
Application number: JP11128068A
Authority: JP
Inventors: Yukio Saito; 幸雄斉藤; Moroo Nakagawa; 師夫中川; Junji Sakai; 淳次酒井; Osamu Shimoyuumura; 修下夕村; Takehisa Kimura; 武久木村; Yasutsugu Yoshimura; 泰嗣芳村; Yasunori Kani; 保宣可児; Yoshio Takakura; 芳生高倉; Hironori Shimogama; 宏徳下釜
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間の運転が可能で、めっき製品の生産性が
良く、および品質良くめっきが行える溶融金属めっき装
置を提供する。【解決手段】シンクロール５及びサポートロール６は、
溶融金属１と接触する表面はすべて珪化鉄層で被覆され
ている。軸受８は耐熱鋼製のホルダー１４にカーボン・
カーボンファイバー複合材１５を内張りしてある。ホル
ダー１４の表面はシンクロール５と同様にＦｅ₃Ｓｉ層
１３が被覆されている。軸部１１の表面にＦｅ₃Ｓｉ層
１３があり、カーボン・カーボンファイバー複合材１５
と接触し、摺動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属中に被加
工物を浸してめっきを行う溶融金属めっき装置に係り、
特に溶融金属に対し優れた耐食性および耐摩耗性を有す
る部品を使用した溶融金属めっき装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、溶融金属めっき装置の溶融金
属中に配置される部品として、耐食性を有する鋳鉄，ス
テンレス鋼，高クロム鋼などの鉄鋼製のものが用いられ
てきた。しかし、溶融金属は腐食性が強いため、これら
の材料を用いたシンクロール，サポートロール等は長期
間の使用には耐えられなかった。また、ロール軸受け部
等が腐食摩耗すると鋼板に振動が生じて、めっき層が均
一に形成されなくなり、めっきの品質を損なうこともあ
る。

【０００３】さらに、溶融金属中の鉄製部品が溶融金属
により腐食されるとドロスと呼ばれる鉄と溶融金属との
化合物（不純物）が溶融金属中に発生し、めっき膜質を
低下させてしまうばかりでなく溶融金属自体の寿命をも
短くしてしまう。

【０００４】このため、溶融金属めっき装置では、短い
サイクルでロールを交換しなければならず、その度に運
転を中止するので、めっき製品の生産性が悪かった。

【０００５】これを改善するために、溶融金属に対して
耐食性を有するサーメットやセラミックスを溶融金属中
の部品に被覆すること、溶融金属中の部品全体をサーメ
ットやセラミックスで作ることが知られている。

【０００６】例えば、特開昭61−37955 号公報に、鉄製
の母材の表面にセラミックスをプラズマ溶射することに
より、耐食性，耐熱性，耐摩耗性等に優れた溶融金属浴
用ロールを製造することが記載されている。特開平4−1
24254 号公報に、軸受全体をサーメットやセラミックス
で作ることが記載されている。特開平5−44002号公報
に、ロールの軸をサーメットで作り、軸受全体をセラミ
ックスで作ることが記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラズ
マ溶射法による表面処理技術では、溶射膜にピンホール
が形成され、ピンホールを通して溶融金属が侵入し母材
を腐食するため、溶射膜が母材から剥離し易く、信頼性
に乏しい。また、溶融金属中に置かれる部品は、一般に
大型であるので、部品全体をサーメットやセラミックス
で作ることは技術的にも経済的にも困難である。

【０００８】本発明の目的は、長時間の運転が可能で、
めっき製品の生産性が良く、および品質良くめっきが行
える溶融金属めっき装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、溶融金属めっき装置が、珪化鉄層を表面に
有する鉄製部品を備えることにある。珪化鉄層はＦｅ₃
ＳｉまたはＦｅＳｉがよい。

【００１０】本発明の発明者等は、種々の材料につい
て、溶融したＺｎ−Ａｌ合金中における耐食性を調べた
結果、珪化鉄が優れた耐食性を持っていることを見出し
た。

【００１１】珪化鉄にはＦｅ₃Ｓｉ，Ｆｅ₅Ｓｉ₃，Ｆｅ
Ｓｉ,ＦｅＳｉ₂等がある。Ｆｅ₃Ｓｉ層は鉄の表面に珪
素を浸透させる珪素浸透法により形成できる。例えば、
珪素粉末あるいは炭化珪素粉末と鉄鋼部材とを容器に入
れ、９３０〜１０００℃の温度で塩素ガスを導入しつつ
加熱する方法（Metal Progress，３３(１９３８)３６７
を参照），１０％ＳｉＣｌ₄＋９０％Ｎ₂の混合ガス気
流中、１２００℃で約２０分加熱する方法（日本金属学
会誌、２６（１９６２）１５７を参照），溶融Ｍｇ−Ｓ
ｉ合金浴に鉄鋼部材を入れ、８００〜９００℃で数分間
加熱する方法（鉄と鋼，８３（１９９７）２５を参照）
などである。

【００１２】Ｆｅ₅Ｓｉ₃，ＦｅＳｉ，ＦｅＳｉ₂の珪化
鉄層は珪素浸透法では形成できないのでプラズマ溶射法
で形成する。しかし、原料粉としてＦｅ₅Ｓｉ₃及びＦｅ
Ｓi₂を用いると、これらはそれぞれ１１９３℃，１２０
４℃で分解しＳｉを生成するので、珪化鉄層を形成する
ための原料粉としては適さない。ＦｅＳｉ粉は融点が１
４１０℃で安定なので、珪化鉄層を形成するには、Ｆｅ
Ｓｉ粉を用いたプラズマ溶射法でＦｅＳｉの溶射膜を形
成するのがよい。

【００１３】本発明では、Ｆｅ₃Ｓｉ層はＭｇ−Ｓｉ合
金浴を用いたＳｉ浸透法により、ＦｅＳｉ層はＦｅＳｉ
粉を原料にしたプラズマ溶射法により形成する。これら
の方法によって緻密な珪化鉄の膜が比較的容易に形成で
き、形成された珪化鉄層は、母材である鉄との密着性が
よい。従って、表面に珪化鉄層を有する鉄製部品は、溶
融金属中でも腐食されず長寿命であるから、このような
鉄製部品を用いた溶融金属めっき装置は長時間の運転が
可能となり、めっき製品の生産効率が向上する。

【００１４】また、母材である鉄と珪化鉄層との間に、
鉄，珪素およびコバルトからなる中間層、例えばＦｅＳ
ｉ−１２Ｃｏの層を設けてもよい。母材である鉄と珪化
鉄層との間に鉄，珪素およびコバルトからなる中間層を
設ければ、熱衝撃が与えられても、珪化鉄層が母材であ
る鉄から剥離するのを防止できる。

【００１５】本発明の他の特徴は、固体金属に接して回
転する鉄製の回転体が、表面に珪化鉄層を有することに
ある。シンクロール，サポートロール等の回転体の表面
に珪化鉄層を設けた溶融金属めっき装置では、シンクロ
ール，サポートロール等が耐食性および耐摩耗性に優れ
るので、長時間のめっき運転ができ、めっき製品の生産
性が向上する。また、ドロスの発生が少ないので、めっ
き不良が少なくなり、めっきの品質を向上できるととも
に、溶融金属自体の寿命を長くできる。

【００１６】また、本発明の他の特徴は、回転体の回転
軸を支える軸受が、表面に珪化鉄層を有する回転軸と接
する炭素繊維製の部材を有することにある。鉄製の母材
の表面にＦｅ₃Ｓｉ層が形成された回転軸とカーボン・
カーボンファイバー複合材などの炭素繊維製の軸受との
組み合わせを用いた溶融金属めっき装置では、回転軸の
腐食および摩耗がたいへん小さいので、長時間運転して
も鋼板に振動が発生せず、めっき品質を長時間維持する
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の溶融金属めっき装置に用
いられる鉄製部品を模擬した試験片について各種の試験
を行った。試験片は、直径１０mm長さ２０mmの炭素鋼
（Ｓ４５Ｃ）製の円柱形母材の表面に珪化鉄の層を形成
したものである。試験片には、珪化鉄がＦｅ₃Ｓｉであ
る試験片Ａと、ＦｅＳｉである試験片Ｂの２種類を用意
した。

【００１８】試験片Ａには、Ｓｉ浸透法で、炭素鋼製の
円柱形母材の表面にＦｅ₃Ｓｉ層が形成されている。具
体的には、炭素鋼製の円柱形母材をＭｇ−３％Ｓｉ合金
浴（工業用マグネシウムに重量比で３％の高純度シリコ
ンを添加したＭｇ−３％Ｓｉ合金を溶融させたもの）
に、８５０℃で１５分間浸漬して、表面に厚さが約１０
０μｍのＦｅ₃Ｓｉ層を形成した。

【００１９】試験片Ｂには、プラズマ溶射法で、炭素鋼
製の円柱形母材の表面にＦｅＳｉ層が形成されている。
具体的には、平均径５μｍのＦｅＳｉ粉をプラズマジェ
ットに投入し、ＦｅＳｉを炭素鋼製の円柱形母材の表面
に吹き付けて、厚さ約２５０μｍのＦｅＳｉ層を形成し
た。

【００２０】試験片Ａ，Ｂともに光学顕微鏡で観察する
と、珪化鉄の層は緻密質であった。試験は、（１）溶損
試験，（２）摺動試験，（３）耐熱衝撃性試験を行っ
た。（１）溶損試験試験片Ａおよび試験片Ｂを亜鉛−アルミニウム合金浴の
中に置き、珪化鉄層が溶ける度合いを調べた。亜鉛−ア
ルミニウム合金浴はアルミニウムと亜鉛の合金を溶融さ
せたものである。アルミニウムと亜鉛の組成比を変え
て、４６０℃から６２０℃の亜鉛−アルミニウム合金浴
を用意した。これらの亜鉛−アルミニウム合金浴中に試
験片を周速２０ｍ／分で回転させた状態で１００時間保
持してから、試験片を切断し、Ｆｅ−Ｓｉ系化合物の層
を光学顕微鏡で観察した。

【００２１】比較例として、炭素鋼製の円柱形母材の表
面に、Ｆｅ−Ｃ系化合物，Ｆｅ−Ｓ系化合物，Ｆｅ−Ｐ
系化合物，窒化鉄（主成分Ｆｅ₄ＮにＦｅ_2〜3Ｎを含
む）および硼化鉄(ＦｅＢ及びＦｅ₂Ｂ）の層を形成した
試験片をそれぞれ作製し、試験片Ａ及びＢと同様に試験
した。

【００２２】試験結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】試験片Ａ（Ｆｅ₃Ｓｉ）には、Ａｌ濃度６
０％まではＦｅ₃Ｓｉ層の溶損が認められず、１００％
で多少溶損が認められた。試験片Ｂ（ＦｅＳｉ）には、
Ａｌ濃度１００％までＦｅ₃Ｓｉ層の溶損がほとんど認
められなかった。

【００２５】Ｆｅ−Ｃ系化合物の層を有する試験片で
は、亜鉛に５％以上のアルミニウムを含有する合金浴中
では、Ｆｅ−Ｃ系化合物の層が消失してしまう。

【００２６】Ｆｅ−Ｓ系化合物の層を有する試験片は、
アルミニウム濃度１％以上でＦｅ−Ｓ系化合物の層が消
失し、０.５％以下でも溶損が多い。

【００２７】Ｆｅ−Ｐ系化合物の層を有する試験片は、
純亜鉛でも溶損が起り、アルミニウムの含有量に関わら
ず膜が消失してしまう。

【００２８】窒化鉄の層(主成分Ｆｅ₄Ｎ）を有する試験
片は、いずれの浴でも溶損した。

【００２９】硼化鉄の層(ＦｅＢ及びＦｅ₂Ｂ）を有する
試験片は、アルミニウム濃度１％までは溶損が見られな
かったが１０％で多少溶損が認められ、５５％以上では
溶損した。

【００３０】以上の結果より、炭素鋼の母材の表面に形
成された珪化鉄層は、耐食性に優れ、アルミニウム濃度
５５％以上でも安定であることがわかった。

【００３１】また、プラズマ溶射法で形成されたＦｅＳ
ｉ珪化鉄の膜は母材から剥離していなかった。

【００３２】一般に、プラズマ溶射法で炭素鋼製の母材
の表面に形成された他のセラミックス膜（Ａｌ₂Ｏ₃，Ｚ
ｒＯ₂，ＴｉＣ，ＷＣ−１２Ｃｏ，ＴｉＢ₂等）は、膜自
体はＺｎ−５５％Ａｌ溶融金属中で溶損しないが、母材
からは剥離してしまう。これは、プラズマ溶射法で形成
された他のセラミックス膜には多くのピンホールが存在
し、そのピンホールを通った溶融金属が母材に達して母
材を腐食するためと考えられる。一方、プラズマ溶射法
で形成されたＦｅＳｉ珪化鉄の膜が剥離しなかったの
は、ＦｅＳｉの融点が１４１０℃とＡｌ₂Ｏ₃，Ｚｒ
Ｏ₂，ＴｉＣ，ＷＣ−１２Ｃｏ，ＴｉＢ₂の２０００〜
３１００℃に比べ非常に低いから、成膜の際にできるピ
ンホール径が非常に小さいか、ピンホールが発生しなか
ったためと考えられる。

【００３３】従って、プラズマ溶射法で形成されたＦｅ
Ｓｉ珪化鉄の膜は、プラズマ溶射法で形成された他のセ
ラミックス膜に比べて、炭素鋼製の母材を被覆する性能
が高いといえる。

【００３４】次に、試験片Ａ（Ｆｅ₃Ｓｉ）および試験
片Ｂ（ＦｅＳｉ）の膜厚を変えたものについて、溶損試
験を行った。

【００３５】試験片Ａについては、炭素鋼製の母材をＭ
ｇ−３％Ｓｉ合金浴に８５０℃で０.５，１，３，５，
１０分間浸漬して、平均膜厚が４，８，２０，４０，
７０μｍのものを用意した。試験片Ｂについては、平均
径５μｍのＦｅＳｉ粉を用いたプラズマ溶射のスキャニ
ングスピードを変えて、平均膜厚が２０，４５，６０，
９５，１３５μｍのものを用意した。

【００３６】溶損試験は、Ｚｎ−５５％Ａｌ浴を用い、
浴温度６００℃，回転無，浸漬時間１００時間の条件下
で行った。溶損試験後試験片を取り出し、ＨＣＬ水溶液
に気泡（Ｈ₂）の発生がなくなるまで浸した後、表面を
目視及び光学顕微鏡により観察して腐食の有無を調べ
た。

【００３７】その結果、試験片Ａについて、平均膜厚４
及び８μｍの試験片は腐食による欠陥が見られたが、平
均膜厚２０μｍ以上では腐食による欠陥はなかった。試
験片Ｂについて、平均膜厚２０μｍの試験片では腐食に
よる欠陥が見られたが、平均膜厚４５μｍ以上では腐食
による欠陥はなかった。

【００３８】試験片Ａと試験片Ｂとで腐食に耐える膜厚
に差があるのは、プラズマ溶射法で形成した膜は、Ｓｉ
浸透法で形成した膜に比べて膜の粗度が大きいから、亜
鉛−アルミニウム合金と接触する面積が広く、腐食しや
すいためと考えられる。以上の結果より、Ｓｉ浸透法で
Ｆｅ₃Ｓｉ膜を形成する場合、膜厚は２０μｍ以上に、
プラズマ溶射法でＦｅＳｉ膜を形成する場合、膜厚は４
５μｍ以上にすることが好ましい。

【００３９】（２）摺動試験はじめに、ロールと鋼板との摩擦係数およびロールの摩
擦量を調べるために、試験片Ａと軟鉄鋼製の試験片とを
用いて摺動試験を行った。軟鉄鋼製の試験片はめっき処
理される鋼板を模擬している。

【００４０】試験片Ａは、炭素鋼製の母材を８００℃の
Ｍｇ−５％Ｓｉ合金浴に１時間浸漬して作製した。試験
片Ａの表面には、約１５０μｍの比較的多孔質の層が存
在し、その層と母材の間に約３５０μｍの緻密質なＦｅ
₃Ｓｉ層が存在した。Ｘ線回析法により組成を分析する
と、ごく表面にシリコンが過剰なＦｅＳｉ₂が僅かに検
出されたが、それ以外の生成層はＦｅ₃Ｓｉであった。
試験片Ａと軟鉄鋼製の試験片とを面圧５ＭＰａで接触さ
せ、試験片Ａを回転速度１６ｍ／min で回転させ、亜鉛
−アルミニウム合金浴の組成比を変えて、１０時間の連
続運転を行った。

【００４１】図１に、結果を示す。比較のため、約１０
０μｍのＦｅＢ膜を有する試験片による試験結果も図１
に示す。

【００４２】図１で、○印で示した試験片Ａ(Ｆｅ₃Ｓ
ｉ）の場合は、すべての亜鉛−アルミニウム合金浴で、
溶損・摩耗はほとんどなく、摩擦係数が０.１程度であ
った。これは充分低い摩耗係数である。したがって、炭
素鋼製の母材の表面にＦe₃Ｓｉ層を有する部品は、耐食
性および耐摩耗性に優れているので、溶融金属中の部品
として適しているとともに、シンクロールやサポートロ
ールなどの鋼板と接触する部品としても適していると言
える。

【００４３】一方、●印で示したＦｅＢ膜を有する試験
片では、アルミニウム濃度１０％の亜鉛−アルミニウム
浴で摩耗が現れ、溶損が生じた。さらにアルミニウム含
有量が増すと、溶損に起因する摩耗が大きく進む。アル
ミニウム濃度６０％以上では、ＦｅＢ膜は消失した。し
たがって、ＦｅＢ膜を有する部品は溶融金属中の部品と
して不適格である。

【００４４】次に、ロールと軸受との摩擦係数およびロ
ールの摩擦量を調べるために、試験片Ａおよび試験片Ｂ
とカーボン・カーボンファイバー製の試験片との摺動試
験を行った。カーボン・カーボンファイバー製の試験片
は、シンクロールやサポートロールなどの軸を支える軸
受を模擬している。

【００４５】試験片Ａは表面に、炭素鋼製の母材を８５
０℃のＭｇ−３％Ｓｉ合金浴に２０時間浸漬して形成さ
れた約１８０μｍのＦｅ_３Ｓｉ層を有する。試験片Ｂ
は表面に、プラズマ溶射法によって形成された約１００
μｍのＦｅＳｉ層を有する。カーボン・カーボンファイ
バー製の試験片は、炭素繊維（５〜７μｍ）の表面にあ
らかじめマトリックス（ピッチ系カーボン）成分を含ま
せた直径８０〜１２０μｍの繊維束をホットプレス成形
してから焼成（真空中、２３００℃）したものである。
カーボン・カーボンファイバー複合材は、溶融金属に対
して高い耐食性を有し、しかも固体潤滑性を有するの
で、摺動部材として従来から用いられている。

【００４６】Ｚｎ−５５％Ａｌ合金浴中で、試験片Ａお
よび試験片Ｂをそれぞれカーボン・カーボンファイバー
製の試験片と面圧５ＭＰａで接触させ、試験片Ａおよび
試験片Ｂを回転速度１６ｍ／min で回転させ、１０時間
の連続運転を行った。

【００４７】図２に、結果を示す。比較のため、ステン
レス３０４製試験片とカーボン・カーボンファイバー製
の試験片による試験結果も図２に示す。

【００４８】試験片Ａ（Ｆｅ₃Ｓｉ）とカーボン・カー
ボンファイバー製の試験片との組み合わせ、および、試
験片Ｂ（ＦｅＳｉ）とカーボン・カーボンファイバー製
の試験片との組み合わせでは、試験開始から１０時間経
過まで、摩擦係数が０.１程度であり、摩耗量も小さか
った。したがって、シンクロールやサポートロールなど
の軸の表面にＦｅ₃Ｓｉ層を形成して、カーボン・カー
ボンファイバー製の軸受と組み合わせれば、耐食性およ
び耐摩耗性に優れ、信頼性の高い摺動部を構成すること
ができる。

【００４９】一方、ステンレス試験片とカーボン・カー
ボンファイバー製試験片の組み合わせでは、摩擦係数は
小さいが、ステンレス試験片の摩耗量が時間経過ととも
に大きくなる。

【００５０】また、摺動試験では、試験片Ａ，Ｂとも、
珪化鉄層は母材から剥離しなかったので、珪化鉄層は母
材と密着性が良いといえる。

【００５１】（３）耐熱衝撃性試験炭素鋼製の母材の表面に珪化鉄層を形成した試験部材
Ｃ、および、炭素鋼製の母材の表面にＦｅＳｉ−１２Ｃ
ｏの層を挟んで珪化鉄層を形成した試験部材Ｄの耐熱衝
撃性を調べた。

【００５２】試験部材Ｃは、外径２５０mmΦ，内径２１
０mmΦ，長さ３００mmのＳ４５Ｃ炭素鋼製で中空の母材
に、プラズマ溶射法により約２００μｍの厚さのＦｅＳ
ｉ層を形成したものである。試験部材Ｄは、試験部材Ｃ
と同じ母材に、プラズマ溶射法により約７０μｍのＦｅ
Ｓｉ−１２Ｃｏ中間層を形成し、次に約２００μｍのＦ
ｅＳｉ層を形成したものである。

【００５３】これらの試験部材を６００℃に加熱したＺ
ｎ−５５％Ａｌ浴中に投入する方法により熱衝撃を与え
た後、各部材をＨＣｌ水溶液に浸して付着したＺｎ−Ａ
ｌを除去し表面を目視観察した。

【００５４】試験部材Ｃのエッジ部に剥離が生じてい
た。これは熱衝撃による熱膨張差に基づく応力発生によ
ると考えられた。一方、試験部材Ｄには剥離はなかっ
た。

【００５５】従って、耐熱衝撃のために、炭素鋼製の母
材とＦｅＳｉ層の間に、ＦｅＳｉ−１２Ｃｏの中間層を
設けることが有効である。

【００５６】（実施例１）本発明の第１の実施例である
溶融金属めっき装置を説明する。本実施例の溶融金属め
っき装置は、炭素鋼製の母材の表面に珪化鉄層が形成さ
れた部品を用いている。図３に、本実施例の溶融金属め
っき装置の一例を示す。

【００５７】本実施例の溶融金属めっき装置は、溶融金
属１を内部に満たすめっき浴槽２，帯状の鋼板３をめっ
き浴槽２に導くスナウト４，めっき浴槽２内に配置され
て、鋼板３の方向を変えるシンクロール５，めっき浴槽
２内に配置されて、鋼板３の振動を抑えるサポートロー
ル６、および、めっき浴槽２から引き出された鋼板３の
表面に付着している過剰の溶融金属１を除去するガスワ
イピング装置７を有する。本実施例では、シンクロール
５及びサポートロール６は、溶融金属１と接触する表面
はすべて珪化鉄層で被覆されている。シンクロール５及
びサポートロール６のそれぞれの軸は、めっき浴槽２内
に固定された軸受８および９によって支えられる。サポ
ートロール６の直径はシンクロール５の直径の３分の１
程度である。

【００５８】外部で水素等により還元され、表面が活性
化された帯状の鋼板３は、スナウト４を通って、めっき
浴槽２内の溶融金属１の中に導かれる。鋼板３は、シン
クロール５により進行方向を変えられ、サポートロール
６を経てめっき浴槽２から引き出された後、ガスワイピ
ング装置７により過剰の溶融金属１が除去されてめっき
厚が調整され、めっき処理済み鋼板となって送りだされ
てゆく。鋼板３の供給と巻き取りは連動で、鋼板３には
一定の張力がかかるようになっている。供給及び巻き取
り速度は１０〜２００ｍ／min である。

【００５９】本実施例の溶融金属めっき装置に用いたシ
ンクロール５及びサポートロール６について詳しく説明
する。

【００６０】図４にシンクロール５を示す。シンクロー
ル５は、Ｓ４５Ｃ炭素鋼製の円筒の胴部１０と、Ｓ４５
Ｃ炭素鋼製の軸部１１とからなる。軸部１１の一端はフ
ランジ状に加工されており、胴部１０と軸部１１とはボ
ルト１２で連結されている。サポートロール６も、シン
クロール５と同様に、Ｓ４５Ｃ炭素鋼製の円筒の胴部
と、Ｓ４５Ｃ炭素鋼製の軸部とからなる。

【００６１】図５にシンクロール５の断面を示す。シン
クロール５は、Ｓ４５Ｃ炭素鋼の表面に、Ｆｅ₃Ｓｉ層
１３が形成されている。シンクロール５にＦｅ₃Ｓｉ層
１３を形成する方法を以下に説明する。

【００６２】まず、Ｓ４５Ｃ炭素鋼を９００℃の温度で
１０時間保持した後、炉中で徐冷する前処理を行った。
前処理したＳ４５Ｃ炭素鋼から、機械加工で胴部１０と
軸部１１を作り、ロールに組み立てた。

【００６３】次に、ロールの表面にＦｅ₃Ｓｉ層１３を
形成するための珪化処理をＳｉ浸透法で行った。珪化処
理は、まず、ロールをステンレス鋼（ＳＵ３１６）製の
円筒状ケースに吊り下げておき、工業用マグネシウムに
重量比で５％高純度シリコンを添加したＭｇ−５％Ｓｉ
合金塊を円筒状ケースに投入した。

【００６４】円筒状ケースをアルゴン雰囲気の電気炉内
で８００℃に加熱してＭｇ−５％Ｓｉ合金を溶融させ、
ロールを溶融金属中に３時間保持した。

【００６５】珪化処理の後、溶融金属中からロールを取
り出して８００℃に加熱された電気炉に移し、３０℃／
ｈの冷却速度で室温まで冷却した。完成したシンクロー
ル５の胴部１０及び軸部１１の表面には、厚さが１１０
μｍ〜１４０μｍのＦｅ₃Ｓi層１３が形成されており、
割れや剥離はなかった。サポートロール６もシンクロー
ル５と同様にして作製した。

【００６６】次に、めっき浴槽２内に固定された軸受８
および９について説明する。軸受８および９は、シンク
ロール５及びサポートロール６のそれぞれの軸を支える
ものである。

【００６７】図６に軸受８を示す。シンクロール５に鋼
板３の張力が下方からかかるため、シンクロール５の軸
受８は円弧状である。耐熱鋼製のホルダー１４にカーボ
ン・カーボンファイバー複合材１５を内張りしてある。
ホルダー１４の表面はシンクロール５と同様にＦｅ₃Ｓ
ｉ層１３が被覆されている。サポートロール６の軸受
９も、シンクロール５の軸受８と同様のものでよいが、
図１０に示すように、カーボン・カーボンファイバー複
合材１５およびホルダー１４を筒状としてもよい。

【００６８】図７に、シンクロール５と軸受８とを組み
合わせたときの軸方向断面を示す。軸部１１の側面およ
び端面にＦｅ₃Ｓｉ層１３があり、カーボン・カーボン
ファイバー複合材１５と接触し、摺動する。

【００６９】シンクロール５と軸受８を、６００℃のＺ
ｎ−５５％Ａｌ合金をめっき浴槽２に満たした溶融金属
めっき装置に組み入れ、連続１００時間使用した。使用
後に、胴部１０，軸部１１ともに損耗は全く見られず、
カーボン・カーボンファイバー複合材１５の摺動面は滑
らかであった。また、胴部にはドロスなどの付着もなく
良好であった。

【００７０】したがって、本実施例の溶融金属めっき装
置は、シンクロール，サポートロール等が耐食性および
耐摩耗性に優れるので、長時間のめっき運転ができ、め
っき鋼板の生産性が向上する。また、シンクロール，サ
ポートロール等の軸部１１の腐食および摩耗がたいへん
小さいので、長時間運転しても鋼板に振動が発生せず、
めっき品質を長時間維持することができる。また、ドロ
スの発生が少ないので、めっき不良が少なくなり、めっ
きの品質を向上できるとともに、溶融金属自体の寿命を
長くできる。

【００７１】また、軸受８では、ホルダー１４にカーボ
ン・カーボンファイバー複合材１５を内張りしたが、図
８に示すように、ブロック状のカーボン・カーボンファ
イバー複合材１５をホルダー１４に埋め込んでもよい。

【００７２】以上では、シンクロール５，サポートロー
ル６および軸受８，９について、表面を珪化鉄層で被覆
したものを説明したが、溶融金属めっき装置におけるこ
れら以外の部品の表面にも珪化鉄層を設けても良い。

【００７３】例えば、めっき済み鋼板と接触するガイド
ロール，ガスワイピング装置７のノズル部，スナウト
４、および溶融金属の交換に用いる配管，バルブ，ポン
プ等の表面を珪化鉄で被覆すれば、これらが溶融金属に
よって腐食するのを防止できる。

【００７４】ただし、珪化鉄は酸素が存在する環境では
溶融金属により腐食を受けるので、これらの部品の回り
は、大気を避けて非酸化性雰囲気にする必要がある。ス
ナウト４は、水素雰囲気であるスナウト４の内側だけを
珪化鉄層で被覆することもできる。

【００７５】本実施例の亜鉛−アルミニウム合金の溶融
金属のめっき装置によれば、シンクロール５，サポート
ロール６，軸受８および９等の溶融金属中に置かれる部
品が充分な耐腐食性と耐摩耗性を持つので、長時間のめ
っき運転が可能である。

【００７６】また、本実施例では、ロールの表面をすべ
て珪化鉄層で被覆したが、溶融金属の種類によっては、
シンクロール５及びサポートロール６の胴部１０は従来
のものを用いて、高い面圧および摺動が加わる軸部１１
だけを珪化鉄層で被覆しても良い。

【００７７】（実施例２）第２の実施例である溶融金属
めっき装置を説明する。本実施例の溶融金属めっき装置
は、第１の実施例とシンクロールおよびサポートロール
が異なるが、他は同じである。本実施例のロールの表面
には、ＦｅＳｉ−１２Ｃｏ中間層とＦeＳi珪化鉄層が被
覆されている。

【００７８】図９に、シンクロール２０の断面を示す。
Ｓ４５Ｃ炭素鋼製の胴部１０および軸部１１の表面には
厚さ約７０μｍのＦｅＳｉ−１２Ｃｏ層１６が形成さ
れ、その上に約２００μｍのＦｅＳｉ層１７が形成され
ている。

【００７９】シンクロール２０にＦｅＳｉ−１２Ｃｏ層
１６とＦｅＳｉ層１７を形成する方法を以下に説明す
る。シンクロール５と同様に、前処理、機械加工および
組み立して作製したロールを用いる。

【００８０】まず、ロールの表面に、プラズマ溶射法で
ＦｅＳｉ−１２Ｃｏ層１６を形成した。さらに、プラズ
マ溶射法でとＦｅＳｉ層１７をＦｅＳｉ−１２Ｃｏ層１
６の上に形成した。完成したシンクロール２０には、割
れや剥離はなかった。サポートロールもシンクロール２
０と同様にして作製した。

【００８１】本実施例の溶融金属めっき装置によれば、
第１の実施例で説明した溶融金属めっき装置と同様の効
果が得られるとともに、シンクロール２０やサポートロ
ールは耐熱衝撃性に優れるので、溶融金属の補給や交換
の際に、溶融金属の急激な温度変化があっても、シンク
ロール２０やサポートロールに割れや剥離が発生するの
を防止でき、溶融金属めっき装置の信頼性が向上する。

【００８２】なお、以上では、溶融金属めっき装置の部
品の母材として、炭素鋼が用いられているが、炭素鋼に
限らず、珪化鉄層をＳｉ浸透法またはプラズマ溶射法で
形成できる材料であればよい。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、表面に珪化鉄層を有す
る鉄製部品は、溶融金属中でも腐食されず長寿命である
から、このような鉄製部品を用いた溶融金属めっき装置
は長時間の運転が可能となり、めっき製品の生産効率が
向上する。珪化鉄層はＦｅ₃ＳiまたはＦｅＳｉがよい。

【００８４】また、母材である鉄と珪化鉄層との間に
鉄，珪素およびコバルトからなる中間層を設ければ、熱
衝撃が与えられても、珪化鉄層が母材である鉄から剥離
するのを防止できる。

【００８５】また、シンクロール，サポートロール等の
回転体の表面に珪化鉄層を設けた溶融金属めっき装置で
は、シンクロール，サポートロール等が耐食性および耐
摩耗性に優れるので、長時間のめっき運転ができ、めっ
き製品の生産性が向上する。また、ドロスの発生が少な
いので、めっき不良が少なくなり、めっきの品質を向上
できるとともに、溶融金属自体の寿命を長くできる。

【００８６】また、回転軸と軸受との組み合わせを、鉄
製の母材の表面にＦｅ₃Ｓｉ層が形成された回転軸とカ
ーボン・カーボンファイバー複合材などの炭素繊維製の
軸受との組み合わせとした溶融金属めっき装置では、回
転軸の腐食および摩耗がたいへん小さいので、長時間運
転しても鋼板に振動が発生せず、めっき品質を長時間維
持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロールと鋼板との摺動を模擬した摺動試験の結
果を示す図である。

【図２】ロールと軸受との摺動を模擬した摺動試験の結
果を示す図である。

【図３】第１の実施例の溶融金属めっき装置を示す図で
ある。

【図４】シンクロール５を示す図である。

【図５】シンクロール５の断面を示す図である。

【図６】軸受８を示す図である。

【図７】シンクロール５と軸受８とを組み合わせたとき
の軸方向断面を示す図である。

【図８】軸受８の他の例を示す図である。

【図９】シンクロール２０の断面を示す図である。

【図１０】軸受９の例を示す図である。

【符号の説明】

１…溶融金属、２…めっき浴槽、３…鋼板、４…スナウ
ト、５…シンクロール、６…サポートロール、７…ガス
ワイピング装置、８，９…軸受、１０…胴部、１１…軸
部、１２…ボルト、１３…Ｆｅ₃Ｓｉ層、１４…ホルダ
ー、１５…カーボン・カーボンファイバー複合材、１６
…ＦｅＳｉ−１２Ｃｏ層、１７…ＦeＳi層、２０…シン
クロール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井淳次茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者下夕村修茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者木村武久茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者芳村泰嗣茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者可児保宣茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者高倉芳生茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者下釜宏徳茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体金属に溶融金属を接触させて、前記固
体金属にめっきを施す溶融金属めっき装置において、珪化鉄層を表面に有する鉄製部品を備えることを特徴と
する溶融金属めっき装置。
【請求項２】前記珪化鉄層はＦｅ₃ＳｉまたはＦｅＳｉ
であることを特徴とする請求項１の溶融金属めっき装
置。
【請求項３】前記鉄製部材と前記珪化鉄層との間に、
鉄，珪素およびコバルトからなる中間層を有することを
特徴とする請求項１の溶融金属めっき装置。
【請求項４】前記固体金属を溶融金属中で移動させるた
めに、前記固体金属に接して回転する鉄製の回転体を有
し、前記回転体は表面に珪化鉄層を有することを特徴と
する請求項１の溶融金属めっき装置。
【請求項５】前記回転体の位置を固定するために前記回
転体の回転軸を支える軸受を備え、前記軸受は、前記回転軸と接する炭素繊維製の部材を有
し、前記回転体は回転軸の表面に珪化鉄層を有することを特
徴とする請求項４の溶融金属めっき装置。