JP2015063738A

JP2015063738A - アーク溶射方法および装置

Info

Publication number: JP2015063738A
Application number: JP2013198565A
Authority: JP
Inventors: 勝男岡田; Katsuo Okada
Original assignee: Nippon Chutetsukan KK
Current assignee: Nippon Chutetsukan KK
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】通常、使用されている圧縮空気に比べて、防食性に優れた溶射金属皮膜を溶射対象物に形成することができるアーク溶射方法および装置を提供する。【解決手段】溶融金属を溶射対象物４に吹き付けるために使用する圧縮ガスとして、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスを使用する。【選択図】図１

Description

この発明は、アーク溶射方法および装置、特に、溶融金属を溶射対象物に吹き付けるために使用する圧縮ガスとして、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスを使用することにより、防食性に優れた溶射金属皮膜を溶射対象物に形成することができるアーク溶射方法および装置に関するものである。

アーク溶射装置は、例えば、図３の概略図に示すように、溶射ガン２１に連続的に送給される２本の溶射ワイヤ２２ａ、２２ｂ間に電圧を印加してアークを発生させ、これにより溶融した溶射ワイヤ２２ａ、２２ｂからなる溶融金属を溶射ガン２１内に通して流出させた圧縮空気２３に乗せて溶射対象物２４に吹き付け、かくして、溶射対象物２４に溶射金属皮膜２５を形成するものである。

溶射対象物としての鋳鉄や鉄製金属管またはバルブ等の管路構成部材の表面に、防食を目的として、アーク溶射により溶射金属皮膜を形成する技術が特許文献１に開示されている。

この従来技術は、亜鉛からなる溶射ワイヤと、アルミニウム−マグネシウム合金からなる溶射ワイヤとにより溶射対象物の表面に金属皮膜を形成するものである。この従来技術によれば、従来の亜鉛のみの溶射金属皮膜に比べて優れた防食性能が得られる。

特開２０１２−９７３４８号公報

しかしながら、溶射ガン２１内で溶融させた金属を溶射対象物２４に吹き付けるために使用する圧縮空気２３は、酸素を含むので溶融金属を酸化させる。この結果、防食性能を有する活性な金属あるいは合金の防食性能を低下させる一因となっている。また、それによって外面防食塗装を施した管路構成部材においても、本来の高い防食性能を長期的に維持することができない場合があった。

従って、この発明の目的は、溶融金属を溶射対象物に吹き付けるために使用する圧縮ガスとして、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスを使用することにより、溶融金属を酸化させることなく、高い活性を得ることによって、防食性に優れた溶射金属皮膜を溶射対象物に形成することができるアーク溶射方法および装置を提供することにある。

本願発明者は、上記目的を達成すべく、鋭意研究を重ねた。この結果、溶射ガン内で溶融させた金属を吹き付けるために使用する圧縮ガスとして、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスを使用すれば、防食性に優れた溶射金属皮膜を溶射対象物に形成することができるといった知見を得た。

また、圧縮ガスとしては、窒素含有量が９０体積％以上の窒素ガスが好ましいといった知見を得た。

この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、下記を特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、溶融金属を溶射対象物に吹き付けるために使用する圧縮ガスとして、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスを使用することに特徴を有するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧縮ガスとして、窒素含有量が９０体積％以上の圧縮窒素ガスを使用することに特徴を有するものである。

請求項３に記載の発明は、溶融金属を溶射対象物に吹き付けるために使用する、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスの供給源を備えていることに特徴を有するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記圧縮ガスは、窒素含有量が９０体積％以上の圧縮窒素ガスであることに特徴を有するものである。

この発明によれば、溶融金属を溶射対象物に吹き付けるために使用する圧縮ガスとして、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスを使用することによって、溶融金属をほとんど酸化させることなく、活性な状態で溶射することができる。この結果、溶射金属皮膜中の金属酸化物の生成が抑制されるので、通常、使用されている圧縮空気に比べて、防食性に優れた溶射金属皮膜を溶射対象物に形成することができる。

また、この発明によれば、溶融金属を溶射対象物に吹き付けるために使用する圧縮ガスとして、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスを使用することによって、溶射金属皮膜中に形成される空孔を低減させることができる。

この発明のアーク溶射装置を示す概略構成図である。この発明のアーク溶射方法を適用して外面防食塗装が施された鋳鉄管を製造する場合の工程図である。アーク溶射装置の溶射ガンを示す断面図である。

次に、この発明のアーク溶射装置の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。

図１は、この発明のアーク溶射装置を示す概略構成図である。

図１において、１は、アーク溶射装置本体、２は、溶射ガン、３は、窒素ガスを主成分とする圧縮ガス供給源、４は、溶射対象物としての、例えば、鋳鉄製の管路構成部材である。圧縮ガス供給源３は、コンプレッサー５と酸素分離槽６からなる窒素ガス供給装置７と冷凍式除湿装置８からなっている。

圧縮ガス供給源３からの窒素ガスを主成分とする圧縮ガス９（図３参照）は、圧縮ガス用配管１０を通ってアーク溶射装置本体１を介して、２本の溶射ワイヤ１１ａ、１１ｂと共に溶射ガン２に供給される。圧縮ガス９としては、窒素含有量が９０体積％以上の圧縮窒素ガスを使用することが好ましい。溶射ガン２内では、２本の溶射ワイヤ１１ａ、１１ｂ間に発生させたアークによって、溶射ワイヤ１１ａ、１１ｂが溶融され、この溶融金属は、窒素ガスを主成分とする圧縮ガス９に乗って管路構成部材４に吹き付けられ、かくして、管路構成部材４に溶射金属皮膜１２が形成される。

この発明のアーク溶射装置によれば、溶融金属を管路構成部材４に吹き付けるために使用する圧縮ガス９として、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスを使用することによって、溶融金属をほとんど酸化させることなく、活性な状態で溶射することができる。この結果、溶射金属皮膜１２中の金属酸化物の生成が抑制されるので、通常、使用されている圧縮空気に比べて、防食性に優れた溶射金属皮膜１２を管路構成部材４に形成することができる。

しかも、溶射金属皮膜１２中に形成される空孔を低減させることができるので、溶射金属皮膜１２の強度を高めることができる。

また、防食性に優れた溶射金属皮膜１２を管路構成部材４に形成することができるので、同程度の防食性であれば良いのであれば、溶射金属皮膜１２の膜厚を減少させることができる．従って、この分、コストを削減することができる。

溶射ワイヤ１１ａ、１１ｂとして、上述した、防食性能がより向上する亜鉛からなる溶射ワイヤと、アルミニウム−マグネシウム合金からなる溶射ワイヤとを使用すれば、さらに防食性に優れた溶射金属皮膜１２を管路構成部材４に形成することができる。

（実施例１）
次に、この発明を実施例により、図２を参照しながら、さらに説明する。

口径φ１００ｍｍ、肉厚７．５ｍｍ、長さ７００ｍｍのダクタイル鋳鉄管の素管の外表面にグリットブラストによりブラスト処理を施して、ダクタイル鋳鉄管の素管の外表面から錆びや酸化スケールを除去した。

次いで、表面処理を施したダクタイル鋳鉄管の外表面に、自動アーク溶射装置を使用して、溶射付着量が２５０ｇ／ｍ²になるように亜鉛からなる溶射ワイヤと５ｗｔ％のマグネシウムを含むアルミニウム−マグネシウム合金からなる溶射ワイヤを使用して、窒素含有量が９０体積％の圧縮窒素ガス気流によりアーク溶射を行い、擬合金溶射金属皮膜を形成した。

このようにして、亜鉛とアルミニウム−マグネシウム合金からなる溶射金属皮膜を施した鋳鉄管を製造した。

（比較例１）
上記実施例におけると同様に、表面仕上処理を施した、口径φ１００ｍｍ、肉厚７．５ｍｍ、長さ７００ｍｍのダクタイル鋳鉄管の外表面に外面自動アーク溶射装置を使用して、溶射付着量が２５０ｇ／ｍ²になるように亜鉛からなる溶射ワイヤと５ｗｔ％のマグネシウムを含むアルミニウム−マグネシウム合金からなる溶射ワイヤとを使用して、圧縮空気気流によりアーク溶射を行い、擬合金溶射金属皮膜を形成した。

そして、上記実施例１および上記比較例１に対して、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により溶射金属皮膜断面の空孔の状態および酸素含有量を調べた。この結果、圧縮窒素ガス気流によりアーク溶射を行った実施例１の溶射金属皮膜は、圧縮空気気流によりアーク溶射を行った実施例２の溶射金属皮膜に比べて、空孔が減少しており、また、溶射金属と反応した酸素がほとんどないことが分かった。

（実施例２）
実施例１におけると同様に、表面仕上処理を施した、口径φ１００ｍｍ、肉厚７．５ｍｍ、長さ７００ｍｍのダクタイル鋳鉄管の外表面に外面自動アーク溶射装置を使用して、溶射付着量が２５０ｇ／ｍ²になるように亜鉛からなる溶射ワイヤと５ｗｔ％のマグネシウムを含むアルミニウム−マグネシウム合金からなる溶射ワイヤとを使用して、窒素含有量が９０体積％の圧縮窒素ガス気流によりアーク溶射を行い、擬合金溶射金属皮膜を形成した。

次いで、このようにして、擬合金溶射金属皮膜を形成したダクタイル鋳鉄管を加熱炉に装入して８０℃に予熱した後、擬合金溶射金属皮膜の上に、燐酸変性エポキシ樹脂と粉末状シリカとが配合されたアクリル樹脂塗料からなる封孔処理剤を膜厚が１０μｍになるようにコーティングして封孔処理被膜を形成し、さらに、封孔処理被膜の上に水系のエポキシ変性アクリル樹脂エマルション塗料を、塗布量が２００ｇ／ｍ²になるように塗装を行い、乾燥させた。

このようにして、亜鉛とアルミニウム−マグネシウム合金からなる溶射金属皮膜を施した上に封孔処理を施し、更に合成樹脂塗料を塗装した外面防食塗装鋳鉄管を製造した。

（比較例２）
上記実施例におけると同様に、表面仕上処理を施した、口径φ１００ｍｍ、肉厚７．５ｍｍ、長さ７００ｍｍのダクタイル鋳鉄管の外表面に外面自動アーク溶射装置を使用して、溶射付着量が２５０ｇ／ｍ²になるように亜鉛からなる溶射ワイヤと５ｗｔ％のマグネシウムを含むアルミニウム−マグネシウム合金からなる溶射ワイヤとを使用して、圧縮空気気流によりアーク溶射を行い、擬合金溶射金属皮膜を形成した。

そして、上記実施例２および上記比較例２に対して、複合サイクル試験を行った。

試験条件は、以下の通りである。

複合サイクル試験装置：スガ試験機製ＣＰＹ−９０型
塩水噴霧試験：ＪＩＳＺ２３７１規定の性能を満足するもの。
乾燥試験：
（ａ）温度条件：（ＲＴ＋１０℃）〜７０±１℃
（ｂ）湿度条件：温度６０℃において２５±５％ｒｈ
湿潤試験（高温）：
（ａ）温度条件：（ＲＴ＋１０℃）〜５０±１℃
（ｂ）湿度条件：温度５０℃において９５％ｒｈ以上
外気導入試験：約外気温度・温湿度制御なし
試験サイクル：ＪＩＳＫ５６００−７−９の付属書Ｃ（規定）のサイクルＡ
試験サイクル数：自然電位が防食電位（-７５０ｍＶ）に達するまでのサイクル数

この複合サイクル試験結果を、表１に示す。

表１から明らかなように、この発明のアーク溶射装置により作製した外面防食塗装を施したダクタイル鋳鉄管によれば、圧縮窒素ガス気流中で溶射することによって、圧縮空気気流中で溶射したもの（比較例２）に比べて防食性能を維持している期間が長くなっていることが確認できた。

このことから、上記従来技術によって外面防食塗装管の高い防食性を維持しながらも、更に長期間の防食性能を得ることができることが分かった。

１：アーク溶射装置本体
２：溶射ガン
３：圧縮ガス供給源
４：管路構成部材
５：コンプレッサ
６：酸素分離槽
７：窒素ガス供給装置
８：冷凍式除湿装置
９：圧縮ガス
１０：圧縮ガス供給用配管
１１ａ、１１ｂ：溶射ワイヤ
１２：溶射金属皮膜
２１：溶射ガン
２２ａ、２２ｂ：溶射ワイヤ
２３：圧縮空気
２４：溶射対象物
２５：溶射金属皮膜

Claims

溶融金属を溶射対象物に吹き付けるために使用する圧縮ガスとして、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスを使用することを特徴とするアーク溶射方法。
前記圧縮ガスとして、窒素含有量が９０体積％以上の圧縮窒素ガスを使用することを特徴とする、請求項１に記載のアーク溶射方法。
溶融金属を溶射対象物に吹き付けるために使用する、窒素ガスを主成分とする圧縮ガスの供給源を備えていることを特徴とするアーク溶射装置。
前記圧縮ガスは、窒素含有量が９０体積％以上の圧縮窒素ガスであることを特徴とする、請求項３に記載のアーク溶射装置。