JP3217003B2 - Surface treatment method for iron-based materials - Google Patents
Surface treatment method for iron-based materialsInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性が要求され
る橋梁の構造材や鋳鉄管等において、腐食の進行を防止
し得る鉄系材料の表面処理方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment method for an iron-based material capable of preventing the progress of corrosion in a structural material of a bridge or a cast iron pipe requiring corrosion resistance.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、鋼や鋳鉄などの鉄系材料からな
る母材の防食を目的とする表面処理方法として、例えば
亜鉛溶射法やアルミ溶射法が知られている。これらの方
法は、例えば亜鉛やアルミニウムなど、母材よりも腐食
され易い金属の溶融粒子を連続的に母材表面に吹き付け
て溶射皮膜を形成するものである。この種の方法では、
前記溶射皮膜自身が母材の代わりに腐食されて侵食を抑
制する犠牲腐食層として作用し、母材の防食を図ってい
る。2. Description of the Related Art In general, as a surface treatment method for preventing corrosion of a base material made of an iron-based material such as steel or cast iron, for example, a zinc spraying method and an aluminum spraying method are known. In these methods, a sprayed coating is formed by continuously spraying molten particles of a metal, such as zinc or aluminum, which is more susceptible to corrosion than the base material, onto the surface of the base material. In this type of method,
The thermal spray coating itself acts as a sacrificial corrosion layer that suppresses erosion by being corroded in place of the base material, thereby preventing corrosion of the base material.
【0003】そして、上記の犠牲腐食層を形成する方法
の他に、純アルミニウムを母材表面に溶射し、その後に
焼鈍熱処理を行って腐食され難い、例えばFe−Al合
金層を形成して、母材の腐食を防止する方法が知られて
いる。この種の方法としては、例えば特開平7−157
857号公報に記載の被覆方法が提案されている。同公
報には、図2(a)に示すように、鋳鉄材11にアルミ
ニウム又はアルミニウム合金を溶射して被着アルミ層1
2を形成し、この被着アルミ層12にNi,Cr等の耐
食金属を溶射により被着して耐食金属表層13を形成
し、これを焼鈍熱処理することにより、同図(b)に示
すように、鋳鉄材11にAl−Fe合金層12a及びA
l−耐食金属合金層13aを被覆する方法が開示されて
いる。前記Al−Fe合金層12aや前記Al−耐食金
属合金層13aなど、これらの方法で形成される溶射皮
膜は、母材よりも腐食され難く、上記のような犠牲腐食
層としてではなく、溶射皮膜自身が耐食性を有して腐食
の進行を防止し得る耐食合金層として作用し、母材の防
食を図っている。[0003] In addition to the above-described method of forming a sacrificial corrosion layer, pure aluminum is sprayed on the surface of a base material, and then an annealing heat treatment is performed. A method for preventing corrosion of a base material is known. As this type of method, for example, JP-A-7-157
No. 857 proposes a coating method. In this publication, as shown in FIG. 2A, aluminum or aluminum alloy is sprayed on a cast iron
2 is formed, and a corrosion-resistant metal such as Ni or Cr is deposited on the deposited aluminum layer 12 by thermal spraying to form a corrosion-resistant metal surface layer 13, which is subjected to an annealing heat treatment, as shown in FIG. First, the Al—Fe alloy layer 12 a and the A
A method of coating the 1-corrosion resistant metal alloy layer 13a is disclosed. The thermal spray coating formed by these methods, such as the Al—Fe alloy layer 12a and the Al—corrosion resistant metal alloy layer 13a, is less likely to be corroded than the base material, and is not a sacrificial corrosion layer as described above. It acts as a corrosion-resistant alloy layer that has its own corrosion resistance and can prevent the progress of corrosion, thereby preventing corrosion of the base material.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
溶射皮膜を犠牲腐食層として形成する方法では、腐食環
境下に放置しておくと、腐食が進行するにつれて溶射皮
膜がなくなり、その結果、母材の表面が腐食環境にさら
されるために防食効果がなくなるという欠点がある。さ
らに、この種の方法による溶射皮膜は硬度が低いため、
例えば製品として組立てるときに或いは土中の埋設工事
の際に、すぐに溶射皮膜に傷がついてしまい、そこから
腐食が進行するという問題がある。However, in the method of forming a sprayed coating as a sacrificial corrosion layer as described above, if the coating is left in a corrosive environment, the sprayed coating disappears as the corrosion progresses. There is a disadvantage that the anticorrosion effect is lost because the surface of the base material is exposed to a corrosive environment. In addition, the thermal spray coating of this type has low hardness,
For example, when assembling as a product or when embedding underground, there is a problem that the sprayed coating is immediately damaged and corrosion proceeds therefrom.
【0005】そして、上記特開平7−157857号公
報に開示されている従来の耐食合金層を形成する方法で
は、被着アルミ層12と耐食金属表層13とを合金化さ
せるため、被着アルミ層12の中のAlが鋳鉄材11及
び耐食金属表層12へ拡散するようフェライト化焼鈍処
理を施さなければならない。又、前記焼鈍処理に代え
て、カロライジング等の拡散熱処理を施して耐食合金層
を形成する方法も知られているが、前述の方法と同様
に、耐食性を向上させるために合金化させる熱処理を必
要とする点は変わらない。このため、上記亜鉛溶射や上
記アルミ溶射など単に溶射により皮膜を形成する方法に
比べ、各熱処理の工程が余分となり、その分手間やコス
トがかかるという問題がある。In the conventional method for forming a corrosion-resistant alloy layer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-157857, the aluminum layer 12 to be deposited and the corrosion-resistant metal surface layer 13 are alloyed, The ferrite annealing treatment must be performed so that Al in the metal 12 diffuses into the cast iron material 11 and the corrosion-resistant metal surface layer 12. Further, instead of the annealing treatment, a method of forming a corrosion-resistant alloy layer by performing a diffusion heat treatment such as calorizing is also known. However, similarly to the above-described method, a heat treatment for alloying to improve corrosion resistance is performed. The points you need remain the same. For this reason, there is a problem in that each heat treatment step is extra, and labor and cost are increased as compared with a method of simply forming a film by thermal spraying such as the above-mentioned zinc thermal spraying or aluminum thermal spraying.
【0006】さらに、この種の方法においては、母材が
耐食合金層より腐食され易いため、一旦耐食合金層に傷
がついて母材の表面が腐食環境にさらされると、犠牲腐
食層を形成する方法に比べ腐食が進行し易くなり、防食
効果が著しく減少するという欠点がある。従って、溶射
皮膜を耐食合金層として形成する方法においては、特に
皮膜の硬度が深刻な問題となる。一方、上記のように、
皮膜を形成する素材として、亜鉛やアルミニウムなどが
使用されているが、その耐食性には限界がある。このた
め、耐食性の向上を目指して、防食効果のある急冷凝固
合金材が研究されているが、優れた強度を有するもの
の、いまだ防食効果を奏する急冷凝固合金材が開発され
るに至っていないのが現状であり、厳しい腐食環境下に
おいては、十分な耐食性を有する皮膜が得られないとい
う問題を生じている。Further, in this type of method, since the base material is more easily corroded than the corrosion-resistant alloy layer, once the corrosion-resistant alloy layer is damaged and the surface of the base material is exposed to a corrosive environment, a sacrificial corrosion layer is formed. As compared with the method, there is a drawback that the corrosion easily proceeds and the anticorrosion effect is significantly reduced. Therefore, in the method of forming a thermal spray coating as a corrosion-resistant alloy layer, the hardness of the coating becomes a serious problem. On the other hand, as mentioned above,
Zinc, aluminum and the like are used as a material for forming the film, but their corrosion resistance is limited. For this reason, rapid solidification alloys with anticorrosion effects have been studied with the aim of improving corrosion resistance.However, although they have excellent strength, rapid solidification alloys with anticorrosion effects have not yet been developed. At present, there is a problem that a film having sufficient corrosion resistance cannot be obtained in a severe corrosive environment.
【0007】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、Mg,Znを添加し且つ良好な耐食性を有する金属
間化合物を形成することにより、熱処理を施すことなく
優れた防食効果を奏すると共に、剥離し難い高硬度な合
金皮膜を形成して腐食を防止し得る防食処理方法を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides an excellent anticorrosion effect without heat treatment by adding Mg and Zn and forming an intermetallic compound having good corrosion resistance. It is another object of the present invention to provide a method for preventing corrosion by forming a high hardness alloy film that is difficult to peel off.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決すべ
く、本発明者らは、急冷凝固合金材の防食効果に及ぼす
要因を詳細に検討した結果、急冷凝固されたアルミニウ
ム合金に含有される遷移金属とAlとからなる金属間化
合物が耐食性の向上に大きく影響していることを新たに
知見し、本発明をなすに至った。すなわち、本発明の表
面処理方法は、鉄系材料の表面に、Siを6〜35wt
%、Mg,Znのうち一種又は二種を総計で0.3〜
3.2wt%、Fe,Mn,Crからなる遷移金属の一
種又は二種以上を総計で6〜35wt%含有し、残部が
実質的にAlからなる急冷凝固合金材を、溶射あるいは
肉盛りして、前記鉄系材料の耐食性を向上させることを
特徴としている。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied in detail the factors that affect the anti-corrosion effect of the rapidly solidified alloy material, and found that it is contained in the rapidly solidified aluminum alloy. The present inventors have newly found that an intermetallic compound composed of a transition metal and Al greatly affects the improvement of corrosion resistance, and have accomplished the present invention. That is, in the surface treatment method of the present invention, 6 to 35 wt.
%, One or two of Mg and Zn in total of 0.3 to 0.3%
3.2% by weight, a rapidly solidified alloy material containing a total of 6 to 35% by weight of one or two or more kinds of transition metals composed of Fe, Mn, and Cr, and the balance substantially consisting of Al, is sprayed or overlaid. It is characterized in that the corrosion resistance of the iron-based material is improved.
【0009】通常、FeやCrなどの遷移金属類は、ア
ルミニウムに入ると耐食性や強度に悪影響を及ぼすと考
えられている。しかし、遷移金属が添加されたアルミニ
ウム合金を急冷凝固させることにより、遷移金属がアル
ミニウム中に過飽和に固溶され、緻密な金属間化合物が
アルミニウム合金の基地中に均一分布される。従って、
上記のように遷移金属を6〜35wt%含有するアルミ
ニウム合金からなる急冷凝固合金材には、基地中に遷移
金属とAlとからなる金属間化合物が形成される。この
金属間化合物はそれ自身が良好な耐食性を有すると考え
られるため、これが均一に分散して形成される急冷凝固
合金材は優れた防食効果を奏することになる。又、Si
を6〜35wt%含有しているため、基地中にSiが固
溶されて高硬度な組織が得られ、その結果、前記のよう
な優れた防食効果を維持したまま硬度の向上が図られて
いる。It is generally considered that transition metals, such as Fe and Cr, adversely affect corrosion resistance and strength when they enter aluminum. However, by rapidly cooling and solidifying the aluminum alloy to which the transition metal is added, the transition metal is supersaturated in aluminum and the dense intermetallic compound is uniformly distributed in the matrix of the aluminum alloy. Therefore,
As described above, in the rapidly solidified alloy material composed of an aluminum alloy containing 6 to 35 wt% of a transition metal, an intermetallic compound composed of a transition metal and Al is formed in a matrix. Since the intermetallic compound itself is considered to have good corrosion resistance, the rapidly solidified alloy material formed by uniformly dispersing the intermetallic compound exhibits an excellent anticorrosion effect. Also, Si
Is contained in the matrix, Si is solid-dissolved in the matrix to obtain a high-hardness structure, and as a result, the hardness is improved while maintaining the excellent anticorrosion effect as described above. I have.
【0010】このような急冷凝固合金材を用いて、溶射
あるいは肉盛りにより鉄系材料の表面にAl合金皮膜が
形成される。前記Al合金皮膜の組織中には、急冷凝固
合金材に起因する良好な耐食性を有する金属間化合物が
満遍なく均一に分散しているため、このAl合金皮膜の
耐食性が向上し、母材より腐食され難い耐食合金層とし
て腐食の進行を防止し得る。従って、このAl合金皮膜
が形成されたときには、既に優れた防食効果を具備して
いるため、拡散や焼鈍などの熱処理を施す必要がない。
さらに、上記のように急冷凝固合金材の硬度が向上して
いるため、Al合金皮膜は傷がつき難くなっている。す
なわち、Al合金皮膜は高硬度と高耐食性とを兼備した
耐食合金層として作用している。Using such a rapidly solidified alloy material, an Al alloy film is formed on the surface of the iron-based material by thermal spraying or overlaying. In the structure of the Al alloy film, since the intermetallic compound having good corrosion resistance due to the rapidly solidified alloy material is uniformly and uniformly dispersed, the corrosion resistance of the Al alloy film is improved, and the Al alloy film is corroded by the base metal. It is possible to prevent the progress of corrosion as a hard corrosion resistant alloy layer. Therefore, when this Al alloy film is formed, it already has an excellent anti-corrosion effect, so that it is not necessary to perform heat treatment such as diffusion or annealing.
Furthermore, since the hardness of the rapidly solidified alloy material is improved as described above, the Al alloy film is hardly damaged. That is, the Al alloy film functions as a corrosion-resistant alloy layer having both high hardness and high corrosion resistance.
【0011】さらに、上記急冷凝固合金材にはMg,Z
nが含有されているため、上記のようなAl合金皮膜を
例えば室温保持して、時効硬化を起こさせると、基地中
に高硬度かつ微細な析出物が形成されて硬度が向上す
る。このため、Si含有量を抑えても、高硬度が維持さ
れることになる。従って、Al合金皮膜は、優れた靱性
を有することになり、皮膜の剥離が抑制され、母材の腐
食を防止し得る。そして、上記のような急冷凝固合金材
は、粉末状あるいはワイヤー状であっても良く、これを
溶射法あるいは肉盛り法の原材料として使用することも
可能である。Further, Mg, Z is used for the rapidly solidified alloy material.
Since n is contained, when the above-mentioned Al alloy film is kept at, for example, room temperature to cause age hardening, high hardness and fine precipitates are formed in the matrix and the hardness is improved. Therefore, high hardness is maintained even when the Si content is suppressed. Therefore, the Al alloy film has excellent toughness, the peeling of the film is suppressed, and the corrosion of the base material can be prevented. The rapidly solidified alloy material as described above may be in the form of a powder or a wire, and can be used as a raw material for the thermal spraying method or the overlay method.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】初めに、本発明の一実施形態であ
る溶射被覆方法について説明する。本実施形態の溶射被
覆方法は、アルミニウム合金よりなる粉末状の急冷凝固
合金材(以下、耐食性Al合金粉末)を溶射原料とし、
これを溶射法により、図1に示すように、鋳鉄からなる
母材1の表面に耐食Al合金皮膜2を形成し、この母材
1を室温で長時間放置しておくものである。前記耐食性
Al合金粉末は、純アルミニウムにSi、Mg,Znの
一種又は二種、遷移金属であるFe,Mn,Crの一種
又は二種以上を添加したAl原料を、その融点より50
〜200℃程度高い加熱温度で溶解してAl合金溶湯を
得て、これを回転水流法によって製造するものである。
前記回転水流法は、特開平4−17605号公報に開示
されているように、冷却用筒体の内周面に旋回しながら
流下する冷却液層を形成し、この冷却液層にAl合金溶
湯の噴流を供給し、これを旋回する冷却液層によって分
断し、冷却液層中で急冷凝固させて金属粉末を得る方法
である。この方法によれば、極めて高い冷却速度が得ら
れるため、非晶質の金属粉末を容易に得ることが可能で
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a thermal spray coating method according to an embodiment of the present invention will be described. The thermal spray coating method of the present embodiment uses a powdery rapidly solidified alloy material (hereinafter, corrosion-resistant Al alloy powder) made of an aluminum alloy as a thermal spray raw material,
As shown in FIG. 1, a corrosion-resistant Al alloy film 2 is formed on the surface of a base material 1 made of cast iron by a thermal spraying method, and the base material 1 is left at room temperature for a long time. The corrosion-resistant Al alloy powder is obtained by adding an Al raw material obtained by adding one or two or more of Si, Mg and Zn and one or two or more of transition metals Fe, Mn and Cr to pure aluminum at a melting point of 50%.
Melting is performed at a high heating temperature of about 200 ° C. to obtain a molten Al alloy, which is manufactured by a rotating water flow method.
According to the rotary water flow method, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 17605/1992, a cooling liquid layer is formed on the inner peripheral surface of the cooling cylinder while swirling and flowing down. Is obtained by supplying a jet of the liquid, dividing the jet by a swirling cooling liquid layer, and rapidly solidifying in the cooling liquid layer to obtain metal powder. According to this method, an extremely high cooling rate can be obtained, so that amorphous metal powder can be easily obtained.
【0013】上記粉末製造方法において、本実施形態で
は、冷却速度を104 ℃/sec 程度以上としている。こ
のような急冷凝固を行うことにより、基地中に前記遷移
金属が過飽和に固溶された耐食性Al合金粉末が得られ
る。さらに、基地には金属間化合物が分散して形成さ
れ、その大きさも数μm程度に微細なものになる。な
お、この製造方法では、冷却速度などの急冷凝固条件が
容易に調整されるため、所望の金属間化合物が形成され
得る。上記の製造方法により得られる耐食性Al合金粉
末は、Siを6〜35wt%、Mg,Znの一種又は二
種を0.3〜3.2wt%、Fe,Mn,Crからなる
遷移金属の一種又は二種以上を総計で6〜35wt%含
有し、残部が実質的にAlからなる急冷凝固合金粉末で
ある。更に、この耐食性Al合金粉末の基地中には、遷
移金属が過飽和に固溶されると共に、遷移金属とAlと
からなる金属間化合物(以下、遷移金属−Al金属間化
合物)が形成されている。In the above-described powder production method, in the present embodiment, the cooling rate is set to about 10 4 ° C / sec or more. By performing such rapid solidification, a corrosion-resistant Al alloy powder in which the transition metal is supersaturated in the matrix is obtained. Further, an intermetallic compound is dispersedly formed on the matrix, and its size is as fine as about several μm. In this production method, since the rapid solidification conditions such as the cooling rate are easily adjusted, a desired intermetallic compound can be formed. The corrosion-resistant Al alloy powder obtained by the above-described manufacturing method is composed of 6 to 35 wt% of Si, 0.3 to 3.2 wt% of one or two of Mg and Zn, and one or a transition metal of Fe, Mn, and Cr. This is a rapidly solidified alloy powder containing 6 to 35% by weight in total of two or more kinds and the balance substantially consisting of Al. Further, in the matrix of the corrosion-resistant Al alloy powder, a transition metal is dissolved in a supersaturated solid solution, and an intermetallic compound composed of a transition metal and Al (hereinafter, a transition metal-Al intermetallic compound) is formed. .
【0014】前記遷移金属が基地中に過飽和に固溶され
ているため、基地の固溶体強化が図られている。又、前
記遷移金属−Al金属間化合物は緻密である。このよう
な金属間化合物は良好な耐食性を有すると考えられ、こ
れが基地中に均一に分布して形成されているため、耐食
性Al合金粉末は優れた防食効果を奏する。すなわち、
Fe,Mn,Crからなる遷移金属の一種又は二種以上
を総計で6〜35wt%含有するため、前記遷移金属−
Al金属間化合物を形成して防食効果を与える作用を有
する。しかし、6wt%未満であると、遷移金属−Al
金属間化合物の量が少なく、かかる作用が不足し、一方
35wt%を越えると、遷移金属−Al金属間化合物の
量が過多となり、材質が脆くなると共に、粗大な結晶粒
が析出して防食効果が薄れる。なお、前記遷移金属の含
有量は、好ましくは8〜30wt%である。Since the transition metal is supersaturated in the matrix, the solid solution of the matrix is strengthened. Further, the transition metal-Al intermetallic compound is dense. Such an intermetallic compound is considered to have good corrosion resistance, and since it is formed uniformly distributed in the matrix, the corrosion-resistant Al alloy powder exhibits an excellent anticorrosion effect. That is,
Since a total of 6 to 35 wt% of one or more transition metals composed of Fe, Mn, and Cr is contained,
It has an effect of forming an Al intermetallic compound to give an anticorrosion effect. However, if it is less than 6 wt%, the transition metal-Al
When the amount of the intermetallic compound is small and this effect is insufficient, on the other hand, when it exceeds 35 wt%, the amount of the transition metal-Al intermetallic compound becomes excessive, the material becomes brittle, and coarse crystal grains precipitate to prevent corrosion. Fades. In addition, the content of the transition metal is preferably 8 to 30 wt%.
【0015】又、耐食性Al合金粉末にはSiが含有さ
れているため、基地中にSiが固溶され、高硬度な組織
が得られる。このような基地中に上記のような良好な耐
食性を有する遷移金属−Al金属間化合物が形成されて
いるため、耐食性Al合金粉末は優れた防食効果が維持
されている。すなわち、Siは耐食性を低下させること
なく硬度を向上させる作用を有するが、6wt%未満で
あると、これらの作用が不足し、一方35wt%を越え
ると、材質が脆くなる。なお、Siの含有量は、好まし
くは8〜30wt%である。Further, since Si is contained in the corrosion-resistant Al alloy powder, Si is dissolved in the matrix and a structure having high hardness is obtained. Since the transition metal-Al intermetallic compound having good corrosion resistance as described above is formed in such a matrix, the corrosion-resistant Al alloy powder maintains an excellent anticorrosion effect. That is, Si has an effect of improving the hardness without lowering the corrosion resistance, but if it is less than 6 wt%, these effects are insufficient, while if it exceeds 35 wt%, the material becomes brittle. The content of Si is preferably 8 to 30% by weight.
【0016】そして、上記耐食性Al合金粉末を溶射原
料とし、フレーム溶射法により被溶射材である母材1の
表面に耐食Al合金皮膜2を形成する。前記フレーム溶
射法は、燃料ガスであるアセチレンと酸素とによる炎の
中に、耐食性Al合金粉末を供給して溶融し、その溶融
した粉末粒子を圧縮空気により母材1の表面に吹き付
け、溶射皮膜を形成するものである。なお、溶射原料と
して急冷凝固合金材を粉末状態で用いているが、これに
限らず、例えば、耐食性Al合金粉末を熱間押出や熱間
鍛造等の熱間塑性加工により棒状又はワイヤー状の成形
体として用いることも可能である。勿論、上記Al溶湯
から適宜の急冷凝固法により、直接棒状又はワイヤー状
にした急冷凝固合金材を用いることも可能である。Using the above-mentioned corrosion-resistant Al alloy powder as a thermal spraying material, a corrosion-resistant Al alloy film 2 is formed on the surface of a base material 1 which is a material to be sprayed by a flame spraying method. In the flame spraying method, a corrosion-resistant Al alloy powder is supplied and melted in a flame of acetylene and oxygen as fuel gas, and the melted powder particles are sprayed on the surface of the base material 1 with compressed air to form a sprayed coating. Is formed. The rapidly solidified alloy material is used in the powder state as a thermal spraying material, but is not limited to this. For example, a corrosion-resistant Al alloy powder is formed into a rod or wire by hot plastic working such as hot extrusion or hot forging. It can also be used as a body. Of course, it is also possible to use a rapidly solidified alloy material in the form of a rod or wire directly from the Al melt by an appropriate rapid solidification method.
【0017】このような溶射方法により得られる耐食A
l合金皮膜2は、図1に示すように、母材1の表面に均
一な膜厚で形成され、組織中に耐食性Al合金粉末に起
因する遷移金属−Al金属間化合物が満遍なく均一に分
散されている。上記のように、前記遷移金属−Al金属
間化合物は良好な耐食性を有すると考えられるため、耐
食Al合金皮膜2の耐食性が向上している。このため、
耐食Al合金皮膜2は、鋳鉄より腐食され難い合金にな
り、よって母材1より腐食され難い耐食合金層として作
用する。従って、腐食環境下に放置しておいても腐食が
進行し難く、皮膜が消失することはないので、優れた防
食効果が維持される。又、母材1の表面に皮膜が形成さ
れるときには、既に耐食性が向上しているため、皮膜の
形成後に耐食性を向上させるための工程は必要ない。つ
まり、拡散や焼鈍などの熱処理を施すことなく母材1の
腐食を防止し得る。その結果、被覆処理の工程が簡略化
され、製造コストが抑えられる。Corrosion resistance A obtained by such a thermal spraying method
As shown in FIG. 1, the alloy film 2 is formed on the surface of the base material 1 with a uniform film thickness, and the transition metal-Al intermetallic compound resulting from the corrosion-resistant Al alloy powder is uniformly dispersed in the structure. ing. As described above, since the transition metal-Al intermetallic compound is considered to have good corrosion resistance, the corrosion resistance of the corrosion-resistant Al alloy film 2 is improved. For this reason,
The corrosion-resistant Al alloy film 2 becomes an alloy that is less susceptible to corrosion than cast iron, and thus acts as a corrosion-resistant alloy layer that is less susceptible to corrosion than the base material 1. Therefore, even if left in a corrosive environment, corrosion hardly proceeds and the film does not disappear, so that an excellent anticorrosion effect is maintained. Further, when a film is formed on the surface of the base material 1, since the corrosion resistance has already been improved, there is no need for a step for improving the corrosion resistance after the film is formed. That is, corrosion of the base material 1 can be prevented without performing heat treatment such as diffusion or annealing. As a result, the coating process is simplified, and the manufacturing cost is reduced.
【0018】又、耐食性Al合金粉末は、Siの含有に
より優れた防食効果を維持したまま硬度が向上している
ため、耐食Al合金皮膜2は、高耐食性と高硬度とを兼
備する耐食合金層として作用する。従って、傷がつき難
くく耐食性が向上した皮膜が形成され、母材1の腐食を
防止し得る。そして、上記耐食Al合金皮膜2が形成さ
れた母材1は、例えば72時間と長時間室温で保持され
る。一方、Si含有量を一定量以上に上げると、材質が
脆くなり、溶射のときに剥離を起こし易い傾向がある。
これを抑制するため、Mg,Znのうち一種又は二種を
総計で0.3〜3.2wt%含有させている。このよう
に、Mg,Znが含有されると、常温保持で時効硬化が
起こり、耐食Al合金皮膜2の組織中に高硬度かつ微細
な析出物が形成される。この析出物により、耐食Al合
金皮膜2の硬度が確保されるため、Si含有量を抑える
ことができ、材質の脆化が抑制され、これにより剥離の
発生を防止し得る。すなわち、Mg,Znは、硬度を向
上させる作用を有すると共に、靱性の劣化防止に寄与す
る。ただし、0.3wt%未満であると、かかる作用が
不足し、十分な硬度が確保されず、一方3.2wt%を
越えると、析出物の量が過多となり、材質が脆くなり、
強度の劣化を生じる。なお、Mg,Znの好ましい含有
量は、一種又は二種を総計で0.5〜3.0wt%であ
る。Further, the hardness of the corrosion-resistant Al alloy powder is improved while maintaining an excellent corrosion protection effect due to the inclusion of Si. Therefore, the corrosion-resistant Al alloy film 2 is formed of a corrosion-resistant alloy layer having both high corrosion resistance and high hardness. Act as Therefore, a film that is hardly damaged and has improved corrosion resistance is formed, and corrosion of the base material 1 can be prevented. The base material 1 on which the corrosion-resistant Al alloy film 2 is formed is held at room temperature for a long time, for example, 72 hours. On the other hand, when the Si content is increased to a certain amount or more, the material becomes brittle, and there is a tendency that peeling occurs easily during thermal spraying.
In order to suppress this, one or two of Mg and Zn are contained in a total amount of 0.3 to 3.2 wt%. As described above, when Mg and Zn are contained, age hardening occurs at room temperature, and high hardness and fine precipitates are formed in the structure of the corrosion-resistant Al alloy film 2. Since the hardness of the corrosion-resistant Al alloy film 2 is ensured by these precipitates, the Si content can be suppressed, and the embrittlement of the material is suppressed, whereby the occurrence of peeling can be prevented. That is, Mg and Zn have an effect of improving hardness and contribute to prevention of deterioration of toughness. However, if the content is less than 0.3 wt%, such an effect is insufficient, and sufficient hardness is not secured. On the other hand, if the content exceeds 3.2 wt%, the amount of the precipitate becomes excessive, and the material becomes brittle,
Deterioration of strength occurs. In addition, the preferable content of Mg and Zn is one or two kinds in total of 0.5 to 3.0 wt%.
【0019】上記耐食Al合金皮膜2の形成方法とし
て、上記溶射法に代えて肉盛り法を採用することもでき
る。この肉盛り法や溶射方法を用いると、耐食性Al合
金粉末中の金属間化合物がそのままに近い状態で耐食A
l合金皮膜2に分散形成される。特に溶射方法による
と、母材1の表面の広範囲にわたって良好な耐食性を有
する金属間化合物を偏らず一様に分布させることが容易
であり、母材1の表面において防食効果の均一性が損な
われることがない。次に、前記回転水流法により耐食性
Al合金粉末を製造し、この合金粉末を用いて上記フレ
ーム溶射法により、表面にAl溶射皮膜が形成された鋳
鉄材を得て、この鋳鉄材を室温で72時間放置してお
き、自然時効硬化を起こさせた。その際、溶射後と自然
時効後に、前記Al溶射皮膜の硬度をビッカース硬さ試
験機により測定した。そして、この鋳鉄材を用いて塩水
噴霧試験を行い、Al溶射皮膜の耐食性を確認した。こ
こで、耐食性Al合金粉末の化学組成は表1に示す通り
であり、Al溶射皮膜の膜厚は150μmである。又、
鋳鉄材は150×50×5mmの板材で、溶射する前に
250℃の予熱を行った。なお、比較例として、同条件
で製造した純アルミからなる皮膜を形成した鋳鉄材につ
いても同試験を行った。As a method for forming the corrosion-resistant Al alloy film 2, a build-up method can be adopted instead of the thermal spraying method. When this overlaying method or thermal spraying method is used, the corrosion resistance of the intermetallic compound in the corrosion-resistant Al alloy powder is almost constant.
1 is dispersed and formed on the alloy film 2. In particular, according to the thermal spraying method, it is easy to uniformly distribute the intermetallic compound having good corrosion resistance over a wide range of the surface of the base material 1 without bias, and the uniformity of the anticorrosion effect on the surface of the base material 1 is impaired. Nothing. Next, a corrosion-resistant Al alloy powder is manufactured by the above-mentioned rotating water flow method, and a cast iron material having an Al sprayed film formed on the surface is obtained by the flame spraying method using the alloy powder. It was left for a time to allow natural age hardening. At that time, after the thermal spraying and after the natural aging, the hardness of the Al sprayed coating was measured by a Vickers hardness tester. Then, a salt spray test was performed using this cast iron material, and the corrosion resistance of the Al sprayed coating was confirmed. Here, the chemical composition of the corrosion-resistant Al alloy powder is as shown in Table 1, and the thickness of the Al sprayed coating is 150 μm. or,
The cast iron material was a 150 × 50 × 5 mm plate material, and was preheated at 250 ° C. before thermal spraying. As a comparative example, the same test was performed on a cast iron material having a film made of pure aluminum manufactured under the same conditions.
【0020】これらの試験結果を表1に示す。同表よ
り、Mg,Znを添加することにより、溶射時のAl溶
射皮膜の硬度が抑えられ、皮膜の剥離を防止しているこ
とがわかる。実際、Al溶射皮膜を観察しても、皮膜に
剥離は見られなかった。そして、自然時効硬化によって
皮膜硬度が向上しており、比較例より高硬度かつ剥離が
発生し難い皮膜が得られた。The results of these tests are shown in Table 1. From the table, it can be seen that by adding Mg and Zn, the hardness of the Al sprayed coating at the time of thermal spraying is suppressed, and peeling of the coating is prevented. Actually, even when the Al sprayed film was observed, no peeling was observed in the film. Then, the film hardness was improved by natural age hardening, and a film having higher hardness and less occurrence of peeling than the comparative example was obtained.
【0021】[0021]
【表1】 [Table 1]
【0022】なお、本発明は上記実施形態に限らず、粉
末の製造方法として回転水流法に代え、例えば水あるい
はガスアトマイズ法などの適宜の粉末製造手段を適用す
ることができる。そして、溶射方法として、フレーム溶
射に限らず、例えばプラズマ溶射法を採用することがで
き、その熱源として電気を使用することもできる。又、
溶射皮膜は耐食性を必要とする部分だけに形成すること
により、処理作業が簡略化され、生産性が向上する。本
発明の表面処理方法は、鉄系材料よりなる橋梁等の構造
材,建造物の柱,屋根材,壁材,景観構造物などに好適
である。特に、鋳鉄管の被覆方法として用いる場合、製
造コストが低く抑えられると共に、優れた防食効果を有
する鋳鉄管を提供し得る。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and an appropriate powder producing means such as water or gas atomizing method can be applied instead of the rotary water flow method as the powder producing method. The thermal spraying method is not limited to flame thermal spraying, but may be, for example, a plasma thermal spraying method, and may use electricity as a heat source. or,
By forming the thermal spray coating only on the portions requiring corrosion resistance, the processing operation is simplified and the productivity is improved. The surface treatment method of the present invention is suitable for structural materials such as bridges made of iron-based materials, columns of buildings, roof materials, wall materials, landscape structures, and the like. In particular, when used as a method for coating a cast iron tube, it is possible to provide a cast iron tube having a low production cost and an excellent anticorrosion effect.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の表面処理方
法は、鉄系材料の表面に、Siを6〜35wt%、M
g,Znのうち一種又は二種を総計で0.3〜3.2w
t%、Fe,Mn,Crからなる遷移金属の一種又は二
種以上を総計で6〜35wt%含有し、残部が実質的に
Alからなる急冷凝固合金材を、溶射あるいは肉盛りし
て、前記鉄系材料の耐食性を向上させるので、基地中に
良好な耐食性を有する金属間化合物が形成され、優れた
防食効果を奏することができる。又、Siの含有させる
ので、この優れた防食効果を維持したまま硬度を向上さ
せることができる。As described above, according to the surface treatment method of the present invention, 6 to 35 wt% of Si, M
g or Zn of one or two kinds in total of 0.3 to 3.2 w
t, and a rapidly solidified alloy material containing a total of 6 to 35 wt% of one or more transition metals composed of Fe, Mn, and Cr, and the balance substantially consisting of Al. Since the corrosion resistance of the iron-based material is improved, an intermetallic compound having good corrosion resistance is formed in the matrix, and an excellent anticorrosion effect can be obtained. In addition, since Si is contained, the hardness can be improved while maintaining the excellent anticorrosion effect.
【0024】そして、このような急冷凝固合金材を溶射
あるいは肉盛りし、熱処理を施すことなく、鉄系材料の
耐食性を向上させるので、焼鈍や拡散などの熱処理工程
を省略することができる。その結果、表面処理作業が簡
単になり、作業能率の向上を図ることができ、製造コス
トを低減することができる。このとき、形成される合金
皮膜は傷がつき難くなり、優れた耐食性と高硬度とを兼
備する耐食合金層として作用させることができる。さら
に、Mg,Znを含有しているので、時効硬化により高
硬度かつ微細な析出物が形成され、高硬度を維持しつつ
靱性を向上させることができる。従って、剥離し難い高
硬度な合金皮膜を形成することができ、母材の腐食を防
止し得る。Since the rapidly solidified alloy material is sprayed or overlaid to improve the corrosion resistance of the iron-based material without performing a heat treatment, heat treatment steps such as annealing and diffusion can be omitted. As a result, the surface treatment operation is simplified, the operation efficiency can be improved, and the manufacturing cost can be reduced. At this time, the formed alloy film is less likely to be damaged, and can function as a corrosion-resistant alloy layer having both excellent corrosion resistance and high hardness. Further, since it contains Mg and Zn, high hardness and fine precipitates are formed by age hardening, and it is possible to improve toughness while maintaining high hardness. Therefore, it is possible to form a high-hardness alloy film that is difficult to peel off, and to prevent corrosion of the base material.
【図1】本発明の一実施形態における母材に形成される
耐食Al合金皮膜の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a corrosion-resistant Al alloy film formed on a base material according to an embodiment of the present invention.
【図2】従来の鋳鉄材に形成された耐食金属合金層を示
す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a corrosion-resistant metal alloy layer formed on a conventional cast iron material.
1 母材 2 耐食Al合金皮膜(耐食合金層) 1 Base material 2 Corrosion-resistant Al alloy film (corrosion-resistant alloy layer)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 睦雄 兵庫県尼崎市大浜町2丁目26番地 株式 会社クボタ 武庫川製造所内 (72)発明者 清水 宏明 兵庫県尼崎市大浜町2丁目26番地 株式 会社クボタ 武庫川製造所内 (56)参考文献 特表 平5−504172(JP,A) 特表 平5−502911(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 4/08 C22C 21/00 C23F 15/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Mutsuo Uchida 2-26-2 Ohama-cho, Amagasaki-shi, Hyogo Co., Ltd. Inside Kubota Works, Ltd. (72) Inventor Hiroaki Shimizu 2-26-26, Ohama-cho, Amagasaki-shi, Hyogo Kubota Corporation Inside the Mukogawa Works (56) References Special Table Hei 5-504172 (JP, A) Special Table Hei 5-502911 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 4/08 C22C 21/00 C23F 15/00
Claims (2)
%、Mg,Znの一種又は二種を総計で0.3〜3.2
wt%、Fe,Mn,Crからなる遷移金属の一種又は
二種以上を総計で6〜35wt%含有し、残部が実質的
にAlからなる急冷凝固合金材を、溶射あるいは肉盛り
して、前記鉄系材料の耐食性を向上させることを特徴と
する鉄系材料の表面処理方法。1. A method according to claim 1, wherein 6 to 35 wt.
%, One or two of Mg and Zn in a total amount of 0.3 to 3.2.
wt%, a rapidly solidified alloy material containing a total of 6 to 35 wt% of one or two or more transition metals of Fe, Mn, and Cr, and the balance substantially consisting of Al, is sprayed or built up. A surface treatment method for an iron-based material, characterized by improving the corrosion resistance of the iron-based material.
ワイヤー状であることを特徴とする請求項1に記載の鉄
系材料の表面処理方法。2. The method according to claim 1, wherein the rapidly solidified alloy material is in the form of a powder or a wire.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP32010096A JP3217003B2 (en) | 1995-12-01 | 1996-11-29 | Surface treatment method for iron-based materials |
GB9710786A GB2316094B (en) | 1996-08-06 | 1997-05-23 | Cast iron pipe surface-modified for corrosion prevention and method of modifying the cast iron pipe surface for corrosion prevention |
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JP7-314581 | 1995-12-01 | ||
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