JP4523142B2

JP4523142B2 - 溶融塩浴用ローラー

Info

Publication number: JP4523142B2
Application number: JP2000332584A
Authority: JP
Inventors: 明彦冨口; 伸公高崎
Original assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Current assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP2002129303A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板に溶融メッキを施す際に表面を活性化するなどの目的で用いられる溶融塩浴に適した、溶融塩による侵食や通板材との接触による摩耗の少ない溶射被覆ローラーに熱衝撃による被覆の破損や溶融塩の凝固堆積の少ない特性を兼備させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融塩は、300℃以上、あるいは500℃以上の高温に加熱されており、これに含まれるＣｌなどの陰イオンが金属に対して侵食作用を呈する。溶融塩に接して用いられるローラーにあっては、上記侵食作用の下で鋼板等と転動接触するため、高耐食合金を充てても激しく損耗する。よって、Ａｌ₂Ｏ₃のようなセラミックスを溶射被覆して耐食・耐摩耗性を具備させたローラーが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記セラミックス溶射被覆ローラーには、被覆に未だ摩耗しろが残っている段階で被覆が剥離するといった弱点があり、この弱点の払拭が望まれていた。上記剥離は、前記高温での使用に絡んで溶射被覆に加わることのある熱衝撃に起因すると考えられる。そこで、気孔率の大きいＺｒＯ₂系セラミックスの溶射被覆を適用したところ、上記剥離の問題は改善されたが、溶射被覆の表面に溶融塩の不均一な凝固堆積が起って、ローラー表面の平坦性が損われるという新たな問題が生じた。
【０００４】
本発明は上記諸事情に鑑みてなされたものであって、溶融塩に接しながら鋼板などを通板する使用条件下での損耗が少なく、しかも、被覆の剥離や被覆面への溶融塩の凝固堆積の問題が生じないセラミックス溶射被覆ローラーの提供を課題とした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決手段となった本発明溶融塩浴用ローラーは、表面にセラミックスの溶射被覆を有するローラーであって、該溶射被覆を、ＺｒＯ₂系のセラミックスによる気孔率の大きい溶射層を下地側に配し、Ａｌ₂Ｏ₃系，Ｃｒ₂Ｏ₃系、又は、ＴｉＯ₂系セラミックスによる気孔率の小さい溶射層を最表部に配した複層構成としたことを特徴とする。ここで、「下地側」とは、Ａｌ₂Ｏ₃系などの最表部溶射層の直下ないしは結合用中間層を介した下地寄りの位置を指している。
【０００６】
本発明ローラーにあって前記被覆剥離の問題が改善されたのは、ＺｒＯ₂系溶射層の大気孔率に由来するクッション作用が、Ａｌ₂Ｏ₃系などの最表部溶射層までを含む全セラミックス溶射層の熱衝撃緩和に奏効したためと推察される。また、溶融塩の不均一な凝固堆積の問題が改善されたのは、小気孔率の最表部では、その表面に不均一な凝固付着の足掛りとなるような大きな気孔開口が出現しにくいためと考えられる。しかして、上記２つの作用が相まって前記本発明課題が解決されたのである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明ローラーの基本的な実施形態例を図１に示す。同図において１は本発明ローラー，２はローラー本体，４はＺｒＯ₂系セラミックスによる大気孔率溶射層，５はＡｌ₂Ｏ₃系セラミックスなどによる小気孔率溶射層である。
【０００８】
上記溶射層４を構成するＺｒＯ₂系セラミックスの材質としては、Ｙ₂Ｏ₃，ＣａＯ，ＭｇＯなどを１種又は複数種配合することによりＺｒＯ₂特有の高温収縮性を抑えた、いわゆる安定化ＺｒＯ₂あるいは部分安定化ＺｒＯ₂が推奨される。
【０００９】
ＺｒＯ₂系溶射層４の導入による被覆剥離防止効果は、この層の厚さ50μm以上で実効を顕し、厚さが増すほど効果は増すが200μm程度で飽和する。よって50〜200μmが好適厚さ範囲となる。ＺｒＯ₂系溶射層の多孔性は従来より知られているが、本発明ローラーに適した気孔率の範囲は10〜15断面積％である。10断面積％を下回るにつれて対応できる熱衝撃の強さ（急冷温度差など）が限られてくる。一方、15断面積％を超えると強度低下傾向が生じる。因に、上記「断面積％」は、検鏡断面において気孔断面が占める面積比率を指している。
【００１０】
小気孔率溶射層５には緻密な溶射層を形成しやすいＡｌ₂Ｏ₃（ホワイトアルミナ），ＴｉＯ₂配合Ａｌ₂Ｏ₃（グレイアルミナ）などのＡｌ₂Ｏ₃系，Ｃｒ₂Ｏ₃系、又はＴｉＯ₂系のセラミックスを充てる。溶射層５は、厚いほど摩耗に係る寿命が長くなるので、コストパフォーマンスの点から100μm以上とするのがよい。
一方、被覆靱性の点からは300μm以下に留めることが望ましい。溶射層５の表面への溶融塩の不均一な凝固堆積は、該溶射層５の気孔率を８断面積％以下とすることで概ね回避され、回避効果は気孔率を小さくするほど顕著になるが、４断面積％程度で飽和する。よって、４〜８断面積％の気孔率とすることが望ましい。
【００１１】
図２に、本発明ローラーの他の実施形態例を示す。同図において、３はＮｉ系合金による最下地溶射層である。溶射層４のＺｒＯ₂系セラミックスは、ローラー本体の鋼材などの金属材料と比べて熱膨張係数が１桁近く小であり、温度変化によって、下地金属との界面に剥離要因となる剪断力が生じる。よって、金属材料の中では熱膨張係数の小さいＮｉ系合金の溶射層３を介在させることで、上記剪断力を該溶射層３の両面に振り分けて剥離しにくゝしたものである。Ｎｉ系合金は化学的にも酸化物セラミックスとの親和性が高く、密着性の向上に寄与する。上記諸作用は合金溶射層３が存在すること自体で生じるものであり、該溶射層の厚さの影響を殆ど受けない。よって50μ前後の厚さに留めるのが経済的である。合金溶射層３の材質としては、Ｎｉ−20％Ｃｒ合金，ＮｉＣｒＡｌＹ等を例示できる。又、上記合金類に自溶性を具備させるなどして溶射後に再溶融処理を施す形態とすることにより、ローラー本体の溶融塩からの遮断が確実に行われて、ローラー本体の腐食に起因する問題がより確実に避けられる。
【００１２】
上記溶射層３，４，５の形成は、溶射材料の特性に応じて、プラズマガン，ガスガン，高速燃焼炎ガン，アークガンなどを適宜選定して行うことができる。又、溶射層３と４の間、あるいは４と５の間に中間組成の溶射層を介在させた３層以上の構成として層間結合力を増すといった常套手段も適宜援用されてよい。
【００１３】
本発明ローラーにあっては、溶射被覆の最表部をＡｌ₂Ｏ₃系セラミックスなどの気孔率，気孔サイズ共に小さい緻密な溶射層としたことで、溶融塩の凝固付着の足掛りがなくなって溶融塩の不均一な凝固堆積が避けられるが、最表部溶射層に封孔処理を施して微小な開口気孔を封じてしまうことにより、上記凝固堆積回避の効果は更に強化される。封孔処理剤としては、300℃以上の温度に耐えうるものとして、エチルシリケート系あるいはシロキサン系の処理剤を例示できる。
【００１４】
以上縷々述べた本発明ローラーは、たとえば図３に示すような形態で使用される。同図において、６は溶融塩浴，1aはローラーの胴部，1bはローラーのシャフトである。因に、溶融塩浴６に用いられる溶融塩としては、Ｎａ₂ＣＯ₃−ＮａＯＨ系（融点290℃），ＫＣｌ−ＬｉＣｌ系（350℃），Ｂａ（ＮＯ₃）₂−ＢａＣｌ₂系（500℃），ＣａＣｌ₂−ＮａＣｌ系（500℃）を例示できる。
【００１５】
図３の形態のようにローラー胴部1aがローラーの回転によって溶融塩浴６に周期的に出入し浴面上での冷却が繰返されるケースでは、胴部1aに無数回の熱衝撃が加わり、又、溶融塩の凝固堆積も極めて起りやすい。しかしながら、本発明ローラーであれば、熱衝撃による溶射被覆の剥離や被覆表面への溶融塩の不均一な凝固堆積は稀にしか起らない。本発明ローラーを溶融塩浴内に全浸して使用するケース（図示略）でも、ローラーの浸漬時や取出しなどの際に上例に準じた熱衝撃等を受けるが、問題発生は図３のケースよりも更に少ない。なお、ローラーが全浸使用されるケースでは、溶射被覆はローラーの軸部表面など、胴部以外の部位にも適用されてよい。
【００１６】
（実施例）
30mmφ，300mm長さの丸鋼の先端を球面加工した母材に、表１に記載の各種仕様の溶射被覆を施した試験体を作成し、これらを下記の試験に供して、耐熱衝撃性及び溶融塩付着性を評価した。結果を表１に併記する。
＜試験方法＞
ＫＣｌ−ＬｉＣｌ共融混合物の800℃溶融塩浴に上記試験体（ｎ＝５）の下半部を５分間浸漬したのち大気中に取出して５分間放冷する操作を20サイクル繰返して被覆の熱衝撃剥離状況と溶融塩凝固付着状況とを調べた。なお、上記試験においては、付着溶融塩上からの不如意な観察となるため、剥離の早い試験体の剥離時期は「何サイクル以下」という評価になっている。
【００１７】
【表１】

【００１８】
表１の結果に見る通り、本発明例試験体には、この試験条件では熱衝撃による被覆剥離が全く生じておらず、又、溶融塩凝固物の不均一な堆積による凹凸の発生も認められず、本発明の優位性が確認された。
【００１９】
【発明の効果】
本発明ローラーは、高温の溶融塩に接する条件で使用される金属板通板用のローラーに、耐食・耐摩耗性のセラミックス溶射被覆を施してローラーの損耗を少なくし、更には、上記溶射被覆内にＺｒＯ₂系セラミックスによる多孔質溶射層を配し、そのクッション作用によって、熱衝撃による溶射被覆の剥離を防ぎ得たものである。また、上記ＺｒＯ₂系溶射層を被覆内の下地側に配し、最表部にはＡｌ₂Ｏ₃系などの緻密な酸化物セラミックスを配したことで、ＺｒＯ₂系溶射層の多孔性に起因する溶融塩の不均一な凝固堆積も回避できた。
【００２０】
即ち、本発明によって、溶融塩浴用溶射被覆ローラーの寿命が、確率的に起る被覆の剥離ではなく、安定したペースで進む被覆の摩耗によって支配されるところとなり、従来のように、未だ摩耗しろを残したまゝでローラーの交換を余儀なくされということがなくなる。その結果ローラー寿命は従来の数倍に及ぶものと予想される。
【００２１】
ローラーの早期交換は、ローラー経費の増大ばかりでなく、生産能率の顕著な低下を招いて、多大な損害を及ぼす。本発明は、このようなローラー交換の頻度を大巾に低減する効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ローラーの一例の部分断面図。
【図２】本発明ローラーの他の例の部分断面図。
【図３】本発明ローラーの使用形態の例を模式的に示した側面図。
【符号の説明】
１本発明ローラー
1a ローラー胴部
1b ローラーのシャフト
２ローラー本体
３Ｎｉ系合金による最下地溶射層
４ＺｒＯ₂系セラミックスによる大気孔率溶射層
５Ａｌ₂Ｏ₃系セラミックスによる小気孔率溶射層
６溶融塩浴

Claims

表面にセラミックスの溶射被覆を有するローラーであって、該溶射被覆を、ＺｒＯ_２系のセラミックスによる気孔率の大きい溶射層を下地側に配し、Ａｌ_２Ｏ_３系，Ｃｒ_２Ｏ_３系、又は、ＴｉＯ_２系セラミックスによる気孔率の小さい溶射層を最表部に配した複層構成としたことを特徴とする溶融塩浴用ローラー。
前記ＺｒＯ_２系溶射層の厚さを50〜200μmとした、請求項１の溶融塩浴用ローラー。
前記ＺｒＯ_２系溶射層の気孔率を10〜15断面積％とした、請求項１又は２の溶融塩浴用ローラー。
前記Ａｌ _２Ｏ _３系，Ｃｒ _２Ｏ _３系、又は、ＴｉＯ _２系セラミックスの最表部溶射層の気孔率を４〜８断面積％とした、請求項１〜３のいずれかの溶融塩浴用ローラー。
前記ＺｒＯ_２系溶射層の下地側にＮｉ系合金による最下地溶射層を配した、請求項１〜４のいずれかの溶融塩浴用ローラー。