JP3911730B2 - ポンプ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明はポンプに係り、特に複合水処理法で処理された溶存酸素濃度が高いボイラ給水に用いる発電プラントで用いる給水ポンプとその製造方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
硬質クロームめっきは耐摩耗性が良好であり、且つ摺動性に優れるため、各種ポンプの摺動部分に多用されている。例えば、発電プラントに用いられるボイラー給水ポンプの軸，スリーブ，インペラには、それぞれ下記の理由から硬質クロムめっきが施されている。ボイラー給水ポンプの回転軸（以下、単に軸という）には高速回転による繰返し荷重が長期に亘ってかかるため、疲労強度に優れる１３％Ｃr鋼が用いられている。また、インペラは焼き嵌めによって軸に固定されているため、組立て、分解時のインペラの軸に対する摺動性はメンテナンス時の作業性に大きく影響する。インペラも高速回転によって生じる遠心力に耐えうる強度が求められるため同様に１３％Ｃr鋳鋼を用いている。一般に、１３％Ｃr鋼材同士の摺動性は良好ではないために、焼き嵌めによって軸に固定されるインペラは、組立て、分解時に軸との噛り付きが生じやすい。インペラと軸との噛り付きはメンテナンス時に軸からインペラを抜き出す際の作業性を阻害する。従って、メンテナンス時に軸からインペラを抜き出す際の噛り付き防止のため、軸は硬質クロムめっきで被覆されている。
【０００３】
また、インペラは一部でディフューザ、もしくはポンプケーシングと摺動するので耐摩耗性が要求され、その摺動部には硬質クロームめっきが被覆される。
【０００４】
ボイラー給水ポンプは、復水を昇圧し、主タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラに給水として送りこんでいる。従って、ボイラー給水ポンプが吸い込む復水はボイラとタービンを循環してきたものであり、該復水には火力発電プラント中に発生するスケールが含まれている。復水に混じってボイラー給水ポンプに吸いこまれるスケールは、インペラによって加速され、その一部がインペラへ付着する。インペラに付着したスケールが流路を塞ぎ、水流に対する抵抗となってボイラー給水ポンプの性能低下と振動増加を引き起こす例が見られる。インペラへのスケールの付着の詳細なメカニズムは明確にはなっていないが、高速衝突による機械的付着と考えられている。従って、インペラの表面硬度を増すことによって、スケールの高速衝突による付着力を低減できると考えられ、インペラに硬質クロムめっきを被覆する試みがなされている。
【０００５】
軸端にはスリーブが取り付けられ、通常焼き入れ鋼からなるリングと取り扱い水中で摺動し軸封を構成する。スリーブには耐摩耗性が求められるため通常硬質クロームめっきが被覆される。
【０００６】
なお、ボイラー給水ポンプの軸表面に硬質クロムめっきを被覆する技術は「火力原子発電」、38巻、12号（1987年、vol38，No．12）の85頁から93頁に開示されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
硬質クロムめっきは電気めっき法によって形成され、比較的容易に硬質皮膜を形成する方法として広く用いられており、ボイラー給水ポンプの軸、インペラへの被覆でも実績がある。しかしながら、近年、次に述べるような理由で火力発電プラントの水処理方法の変更が検討されている。
【０００８】
従来火力発電プラントの水処理では、揮発性の高いアンモニア等を添加して水中の溶存酸素を極力ゼロにする揮発性物質処理（以後、ＡＶＴ：Ａll Ｖolatile Ｔreatmentと略記する）が施されている。しかしながら、昨今この揮発性物質処理はボイラー配管全体の腐食に対して必ずしも効果的でないとの意見が生じている。さらに従来とは逆に給水中に適量の酸素を注入し、溶存酸素濃度を増す酸素処理を施した水が、配管内面に安定酸化被膜を形成し、配管内面からのスケール発生を抑えるという報告もされている。なお、酸素処理にはpHを中性で行う中性水処理法（以後、ＮＷＴ：Ｎeutral Ｗater Ｔreatmentと略記する）と、pH8〜9で行う複合水処理法（以後、ＣＷＴ：Ｃombined Ｗater Ｔreatmentと略記する）とがあり、実機プラントによる実証試験でＣＷＴの効果が確認されている。
【０００９】
上述のような水処理方法の変更に対し、硬質クロムめっきは下記の課題が予想されている。一般的に硬質クロムめっきには表面から母材との界面に達する微細な縦われが多数存在し、耐食性は決して十分ではない。しかし火力発電プラントの給水では、先に述べたように、水中の溶存酸素を極力ゼロにするＡＶＴが施されるため、硬質クロムめっきに微細な縦われが多数存在しても、その耐食性は問題なかった。
【００１０】
しかし、前述のように、給水中の溶存酸素濃度が増すＣＷＴになると、硬質クロムめっきの微細な縦われ部分で硬質クロムめっきと下地の１３％Ｃr鋼との間で電気腐食が生じ、めっきの剥離の発生が予想される。従って、火力発電プラント給水の処理方法がＡＶＴからＣＷＴ(あるいはＮＷＴ)に変更された場合、硬質クロムめっきに代る表面処理を適用するか、その耐食性を改善しなければならない。
【００１１】
上記、軸表面やインペラ表面に硬質クロムめっきを施す方法は、火力発電プラント給水の処理方法がＡＶＴからＣＷＴへ変わることを考慮しておらず、溶存酸素濃度が増した給水中での軸表面やインペラ表面の腐食の問題があった。
【００１２】
また、固体浮遊物を多く含む水を取扱うポンプの場合、それら固体浮遊物によるインペラの摩耗のため、ポンプの寿命が短くなるという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、複合水処理法（ＣＷＴ）で処理された溶存酸素濃度の高い水を取り扱う場合でも、Ｃｒを含む鋼材で形成された軸及びインペラの耐食性及び耐摩耗性に優れたポンプとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明のポンプは、軸及びインペラがＣｒを含む鋼材で形成され且つ互いに焼き嵌めにより固定され、軸とインペラの内少なくとも一部材の表面の一部もしくは全面が、硬質クロムめっき皮膜で被覆され、且つ該皮膜に樹脂もしくはガラスが含浸されてなることを特徴とする。ここで、樹脂としては比較的耐熱性に優れるフッ素樹脂、シリコン樹脂を用いることが望ましい。ガラスを用いる場合は、珪素（Ｓi）を含む溶剤を含浸後、加熱することによって形成できるＳiＯxが、耐熱性に優れるため、望ましい。
【００１５】
硬質クロムめっき皮膜の膜厚は、軸の場合は耐摩耗性と耐食性から製品完成時０．３ｍｍ以上、インペラの場合は耐摩耗性と耐食性から最終研磨後少なくとも０．１ mm 好ましくは０．３ mm 以上を有することが望ましい。
【００１６】
また、本発明のポンプの製造方法は、軸もしくはインペラを所定形状に加工後、電気めっき法によって硬質クロムめっき皮膜で軸もしくはインペラを被覆し、次いで所定寸法に加工する。その後、硬質クロムめっき皮膜に樹脂を含浸する。樹脂含浸後、皮膜表面の不要な樹脂を取り除き、軸及びインペラを焼き嵌めにより固定する。また、樹脂含浸方法としては、硬質クロムめっき皮膜の微細亀裂内部まで樹脂を浸透させるために真空含浸法を用いることが望ましい。真空含浸法とは、硬質クロムめっき皮膜を被覆した軸、インペラを真空容器内に配置し、真空排気後、溶融状態の樹脂を容器内に注入して、大気圧によって硬質クロムめっき皮膜の微細亀裂内部まで樹脂を浸透させる含浸法である。
【００１７】
また、本発明のポンプの他の製造方法は、軸及びインペラを所定形状に加工後、電気めっき法によって硬質クロムめっき皮膜で軸もしくはインペラを被覆し、次いで所定寸法に加工する。その後、珪素（Ｓi）を含む溶剤を前記軸もしくはインペラの硬質クロムめっき皮膜に含浸し、次に該皮膜を加熱して皮膜に含浸した溶剤中の珪素をＳiＯx化する。その後皮膜面の余分のＳiＯxや残留物を除去して、軸及びインペラを焼き嵌めにより固定する。珪素（Ｓi）を含む溶剤を含浸する方法としては、該溶剤中に軸、インペラを浸漬する方法が望ましい。この際、超音波によって振動を加えると溶剤の含浸がより確実となる。軸、インペラが大型で浸漬が困難の場合、溶剤を塗布し、その後加熱する方法でもよい。但しこの場合、溶剤の塗布と加熱を繰返し行なうことが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、軸もしくはインペラの表面の一部もしくは全面を被覆する硬質クロムめっき皮膜には、皮膜中に微細亀裂が存在するが、微細亀裂中に含浸した樹脂もしくはガラスが存在するため、膜表面から母材（下地材料）との界面に達する欠陥（空間）がない。従って、溶存酸素濃度の高い水を取り扱っても硬質クロムめっき皮膜と下地材料との間で電気腐食が生じず、硬質クロムめっき皮膜の剥離、破壊が生じない。また、硬質クロムめっき皮膜に含浸する樹脂もしくはガラスは、皮膜の硬さを低減することがないため、軸とインペラ嵌合時の十分な耐噛り付き性を有する。また、樹脂、ガラスは微細クラックに浸透してクラックを塞ぐだけで、硬質クロムめっき皮膜全体の硬さを低下させることはないため、インペラへの衝撃によるスケールの付着力が低減し、スケールの付着量が減る。樹脂は浸透性、封孔性の点でガラスに優り、ガラスは耐熱性の点で樹脂に優る。
【００１９】
さらに、上記構造の軸又はインペラにおいて、樹脂もしくは酸化物によって微細割れを封じた硬質クロムめっき皮膜の下層に、Ｎiを含む皮膜を被覆すると効果的である。この際、Ｎiを含む皮膜の膜厚は耐食性から少なくとも10nmを有することが望ましく、Ｎiを含む皮膜はすくなくとも８０重量％のＮiを含むものであることが望ましい。
【発明の実施の形態】
【００２０】
図１は本発明の一実施例であるバーレル型のボイラー給水ポンプの縦断面図である。ただし、本図では煩雑さを避けるため、部品ごとの断面ハッチングを厳密に区別することなく、また軸については断面表示をしていない。
【００２１】
図１に示すボイラー給水ポンプは、吸込口２及び吐出口７を有するケーシング１と、ケーシング１に内装されて回転する軸３と、軸３に嵌入固定され共に回転するインペラ４と、インペラ４の外周に設けられたデイフューザ５と、デイフューザ５の外周に設けられたステージ６と、を含んで構成されている。
【００２２】
上記構成のボイラー給水ポンプでは、ケーシング１の吸込口２より吸込まれた水が、軸３に固定され共に回転するインペラ４によって昇圧され、インペラ４の外周に設けられたデイフューザ５に吐出される。デイフューザ５に吐出された水は、デイフューザ５の外周に設けられたステージ６に流入し、ステージ６によって外向きの流れが内向きに変えられ、次段のインペラ４に導かれる。このようにしてインペラ４による昇圧行程が繰返されて加圧され、吐出口７から吐出される構造である。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施例であるボイラー給水ポンプの軸３の詳細断面を示す。図２において、１３％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作した軸３は、電気めっき法によって形成された硬質Ｃrめっきの皮膜８で被覆されている。硬質Ｃrめっきの皮膜８には、皮膜８の表面から軸３との界面やその近傍に達する微細亀裂１１０が多数存在する。本実施例のボイラー給水ポンプ軸では、微細亀裂１１０内部にはフッ素樹脂１１１が含浸されている。微細亀裂１１０にはフッ素樹脂１１１が充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、酸素が軸３の表面に到達することがなく、硬質Ｃrめっきの皮膜８と軸３との界面で電気腐食が生じることはない。また、硬質Ｃrめっきの皮膜８は硬度がビッカース硬さで８００〜１０００程度と硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性が増す。
【００２４】
なお、本実施例では硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．５mmである。耐食性と耐噛りつき性を考慮すると硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．１mm以上、好ましくは約０．３mm以上が望ましい。
【００２５】
図３は、図２に示すボイラー給水ポンプの軸の製造手順を示す工程図である。所定熱処理を施した軸材料を切削によって所定形状に加工する（手順３１）。このとき、後工程で形成される皮膜の厚みを予め見込んだ形状寸法に加工する。その後、軸３の前処理（洗浄、脱脂）を行なった（手順３２）のち、電気めっき法によって硬質Ｃrめっき被覆を行なう（手順３３）。本実施例では、この段階での硬質Ｃrめっきの膜厚は０．８〜１mmである。めっき後の研磨によって所定の精度で所定軸径に加工する（手順３４）。所定軸径に加工後の硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．５mmである。
【００２６】
次に、真空含浸法によって硬質Ｃrめっき皮膜（正確にはめっき皮膜の微細亀裂）にフッ素樹脂を含浸する（手順３５）。まず、真空容器内に軸３を配置し、真空排気後、溶融状態のフッ素樹脂１１１を容器内に注入する。次いで大気圧によって樹脂を加圧し、Ｃrめっき皮膜の微細亀裂内部までフッ素樹脂１１１を浸透させる。この状態を所定時間保持後、大気中に取り出し冷却させる。冷却後、めっき皮膜表面の不要樹脂を取り除き、軸寸法を測定し、最終修正を施し（手順３６）組立てに供する。
【００２７】
なお、本実施例では含浸樹脂としてフッ素樹脂１１１を用いたが、シリコン樹脂でも良くフッ素樹脂に限定するものではない。
【００２８】
また、本実施例では真空含浸法によってフッ素樹脂１１１を含浸したが、真空含浸法は大物部材への適用は困難である。この場合、溶融状態の樹脂を充たした容器内に浸漬する方法でもよく、真空含浸法に限定するものではない。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施例に係るボイラー給水ポンプの軸３の詳細断面を示す。図４において、１３％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作した軸３は、電気めっき法によって形成された硬質Ｃrめっきの皮膜８で被覆されている。硬質Ｃrめっきの皮膜８には、皮膜８の表面から軸３との界面やその近傍に達する微細亀裂２１０が多数存在する。本実施例のボイラー給水ポンプの軸では、微細亀裂２１０内部はＳiＯx２１１で充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、硬質Ｃrめっきの皮膜８と軸３との界面で電気腐食が生じることはない。また、硬質Ｃrめっきの皮膜８は硬度がビッカース硬さで800〜1000程度と硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性が増す。
【００３０】
なお、本実施例では硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．５mmである。耐食性と耐噛りつき性を考慮すると硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．１mm以上、好ましくは約０．３mm以上が望ましい。
【００３１】
図５は、図４に示す実施例のボイラー給水ポンプの軸の製造手順を示す工程図である。所定の熱処理を施した軸材料を切削によって皮膜の厚みを見込んだ形状寸法に加工し（手順５１）、その後、洗浄、脱脂などの前処理を行なう（手順５２）。前処理ののち、電気めっき法によって硬質Ｃrめっきを行なう（手順５３）。本実施例ではこの段階での硬質Ｃrめっきの膜厚は約０．８〜１mmである。めっき後の研磨によって所定の精度で軸径を所定寸法に加工する（手順５４）。硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．５mmである。次に、ケイ酸エチルを溶かし込んだ溶剤中に浸漬する（手順５５）。ケイ酸エチルを溶かし込む溶剤としてはアルコール系であればよい。エチルアルコールなどが取扱いが容易である。硬質Ｃrめっきの微細亀裂２１０への前記ケイ酸エチルを溶かし込んだ溶剤の浸透を促進するために、超音波加振機によって振動を加える。所定時間の浸漬後、軸を大気中で加熱乾燥させる（手順５６）。この工程で、微細亀裂２１０に浸透させた溶剤中の珪素をＳiＯx化する。本実施例では約２００℃で約1時間加熱した。冷却後、再び溶剤中への浸漬、加熱乾燥の工程を行なう。Ｃrを含む皮膜の耐食性を確実にするためには、上記工程をすくなくとも２回以上、望ましくは３回以上繰り返す必要がある。上記工程が終了後、不要溶剤を取り除き、軸寸法を測定し、最終修正を施して（手順５７）組立てに供する。
【００３２】
図６は、本発明の第３の実施例のボイラー給水ポンプのインペラ４の外観を示す。図７は図６に示すインペラ４の詳細断面を示す。図７において、１３％Ｃr鋳鋼で製作したインペラ４は、電気めっき法によって形成された硬質Ｃrめっきの皮膜８により被覆されている。硬質Ｃrめっきの皮膜８には、皮膜８の表面からインペラ４との界面やその近傍に達する微細亀裂３１０が多数存在する。本実施例のボイラー給水ポンプ用インペラ４では、微細亀裂３１０内部にはフッ素樹脂３１１が含浸されている。微細亀裂３１０内部には、フッ素樹脂３１１が充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、硬質Ｃrめっきの皮膜８とインペラ４との界面で電気腐食が生じることはない。また、硬質Ｃrめっきの皮膜８は硬度がビッカース硬さで800〜1000程度と硬いため、水中に含まれるスケールが衝突した際の付着力が低下する。
【００３３】
なお、本実施例では硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．３mmである。スケールの衝突付着に対しては硬質Ｃrめっきの膜厚を厚くする必要がない。しかし、薄過ぎると耐食性の低下が大きく、耐食性を考慮すると硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．１mm以上、好ましくは約０．３mm以上が望ましい。
【００３４】
図８は、図７に示す実施例のボイラー給水ポンプのインペラ４の製造手順の例を示す工程図である。まず、鋳造（手順８１）によって製作したインペラに所定熱処理を施し、形状修正の加工を施す（手順８２）。その後、前処理（手順８３）、電気めっき法によって硬質Ｃrめっきを被覆する（手順８４）。本実施例ではこの段階での硬質Ｃrめっきの膜厚は約０．３mmである。次に、研磨によって所定寸法に加工する（手順８５）。この際研磨すべき箇所は、電界集中によって電気硬質Ｃrめっきの膜厚が極端に厚くなる部分だけであり、膜厚を薄くする、もしくはめっき条件を最適化すれば、研磨による形状修正は必要ない。次に真空含浸法によってフッ素樹脂３１１を含浸する（手順８６）。まず、真空容器内にインペラを配置し、真空排気後、溶融状態のフッ素樹脂３１１を容器内に注入する。次いで大気圧によってフッ素樹脂３１１を加圧し、Ｃr皮膜の微細亀裂内部までフッ素樹脂３１１を浸透させる。この状態を所定時間保持後、大気中に取り出し冷却させる。冷却後、不要樹脂を取り除く。最後に軸と嵌合する内径を加工し所定寸法とした後（手順８７）、組立てに供する。
【００３５】
なお、本実施例では含浸樹脂としてフッ素樹脂３１１を用いたが、シリコン樹脂でも良くフッ素樹脂に限定するものではない。
【００３６】
また、本実施例では真空含浸法によってフッ素樹脂３１１を含浸したが、真空含浸法は大物部材への適用は困難である。この場合、溶融状態の樹脂を充たした容器内に浸漬する方法でもよく、真空含浸法に限定するものではない。
【００３７】
図９は、本発明の第４の実施例のボイラー給水ポンプのインペラ４の詳細断面を示す。図９において、１３％Ｃr鋳鋼で製作したインペラ４は、電気めっき法によって形成された硬質Ｃrめっきの皮膜８で被覆されている。硬質Ｃrめっきの皮膜８には、インペラ４との界面に達する微細亀裂４１０が多数存在する。本発明のボイラー給水ポンプ用インペラでは、微細亀裂４１０内部にはＳiＯx４１１が含浸されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、硬質Ｃrめっきの皮膜８とインペラ４との界面で電気腐食が生じることはない。また、硬質Ｃrめっきの皮膜８は硬度がビッカース硬さで800〜1000程度と硬いため、水中に含まれるスケールがインペラ４に衝突した際の付着力が低下する。
【００３８】
なお、本実施例では硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．３mmである。スケールの衝突付着に対しては硬質Ｃrめっきの膜厚を厚くする必要がない。しかし、薄過ぎると耐食性の低下が大きく、耐食性を考慮すると硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．１mm以上、好ましくは約０．３mm以上が望ましい。
【００３９】
図１０は、図９に示すボイラー給水ポンプのインペラの製造手順を示す工程図である。まず、鋳造によって製作（手順１０１）したインペラに所定熱処理を施し、形状修正の加工を施す（手順１０２）。その後、洗浄、脱脂などの前処理（手順１０３）を行ない、電気めっき法によって硬質Ｃrめっきの皮膜８を形成する（手順１０４）。本実施例ではこの段階での硬質Ｃrめっきの膜厚は約０．３mmである。次に、研磨によって所定寸法に加工する（手順１０５）。この際、研磨すべき箇所は、電界集中によって電気硬質Ｃrめっきの膜厚が極端に厚くなる部分だけであり、膜厚を薄くする、もしくはめっき条件を最適化すれば、研磨による形状修正は必要ない。次に、硬質Ｃrめっきの皮膜８で被覆されたインペラ４をケイ酸エチルを含む溶剤中に浸漬する（手順１０６）。硬質Ｃrめっきの微細亀裂への溶剤の浸透を促進するために、超音波加振機によって振動を加える。所定時間の浸漬後、軸を大気中で加熱乾燥させる（手順１０７）。本実施例では約200℃で約１時間加熱した。冷却後、再び溶剤中への浸漬、加熱乾燥の工程を行なう。Ｃr皮膜の耐食性を確実にするためには、上記工程をすくなくとも２回以上、望ましくは３回以上繰り返す必要がある。上記工程が終了後、不要溶剤を取り除く。最後に軸と嵌合する内径を加工し所定寸法とした（手順１０８）後、組立てに供する。
【００４０】
図１１は、参考例のボイラー給水ポンプの軸の詳細断面を示す。図１１において、１３％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作した軸３は、高速フレーム溶射法によって形成されたＷＣ−ＮiＣr溶射膜９により被覆されている。ＷＣ−ＮiＣr溶射膜９には、膜内部に多数のボイド５１０があり、これらボイド５１０が連続化し、溶射膜９表面から軸３との界面に達する欠陥となる。本参考例のボイラー給水ポンプ軸では、ボイド５１０内部にはフッ素樹脂５１１が含浸されている。ボイド５１０内部にフッ素樹脂５１１が充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜９と軸３との界面で電気腐食が生じることはない。また、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜９は、ビッカース硬さで約１０００程度と硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性が増すだけでなく、水中に混在、浮遊している土や砂による摩耗に対しての耐久性（耐摩耗性）がよい。また、硬質Ｃrめっきは膜厚が厚くなると割れを生じやすいのに対し、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜は硬質Ｃrめっきに比較して厚膜化が可能であり、したがって耐食性も硬質Ｃrめっきの皮膜に比べて向上する。
【００４１】
本参考例ではＷＣ−ＮiＣr溶射膜９としては、７５％ＷＣ−２５％ＮiＣr組成を用いた。しかし、７５％ＷＣ−２５％ＮiＣr組成に限定するものではなく、皮膜の目的である耐食性と耐噛りつき性を満足できればよい。従って、耐摩耗性に優れるＷＣと耐食性を有する金属ＮiＣrとの混合物であればよく、具体的にＷＣ含有率として３０〜８０％の範囲が使用可能である。
【００４２】
また、溶射膜の硬質材としては、ＷＣだけではなく、Ｃr3Ｃ2の使用も可能である。この場合のバインダも耐食性の点からＮiＣrが望ましい。耐食性と耐噛りつき性を考慮すればＣr3Ｃ2含有率として３０〜８０％の範囲が使用可能である。ＷＣ−ＮiＣr溶射膜に代えてＣr3Ｃ2−ＮiＣr溶射膜とした場合も、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜の場合と同様、硬さが硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性、土や砂に対する耐摩耗性がよくなり、厚膜化による耐食性向上の効果がある。
【００４３】
図１２は、図１１に示す参考例のボイラー給水ポンプの軸の製造手順を示す工程図である。所定熱処理を施した軸材料を切削によって所定形状に加工し（手順１２１）、その後、サンドブラストによって表面を適度に荒らす前処理を施し（手順１２２）、次いで高速フレーム溶射法によってＷＣ−ＮiＣr溶射膜を被覆する（手順１２３）。本参考例ではこの段階でのＷＣ−ＮiＣr溶射膜の膜厚は約０．５mmである。その後、研磨によって所定軸径に加工する（手順１２４）。ＷＣ−ＮiＣr溶射膜の最終膜厚は約０．３mmである。次に、真空含浸法によってフッ素樹脂５１１を含浸する（手順１２５）。まず、真空容器内に軸を配置し、真空排気後、溶融状態のフッ素樹脂を容器内に注入する。次いで大気圧によってフッ素樹脂を加圧し、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜のボイド内部まで樹脂を浸透させる。この状態を所定時間保持後、大気中に取り出し冷却させる。冷却後、不要樹脂を取り除き、軸寸法を測定し、最終修正を施し（手順１２６）組立てに供する。
【００４４】
なお、本参考例では含浸樹脂としてフッ素樹脂を用いたが、シリコン樹脂でも良くフッ素樹脂に限定するものではない。
【００４５】
また、本参考例では真空含浸法によってフッ素樹脂５１１をＷＣ−ＮiＣr溶射膜のボイド内部に含浸させたが、真空含浸法は大物部材への適用は困難である。この場合、溶融状態の樹脂を充たした容器内に浸漬する方法でもよく、真空含浸法に限定するものではない。
【００４６】
さらに、本参考例では溶射膜の形成方法として高速フレーム溶射法を用いたが、高速フレーム法に限定するものではなく、爆発溶射、プラズマ溶射法であってもよい。
【００４７】
また、ボイド内部への含浸は樹脂だけに限るものではなく、前記第２、第４の実施例のごとく、ＳiＯxを含浸してもよい。この場合の製造方法は図１２における研磨後の樹脂含浸の工程（手順１２５）が、珪酸エチルを含む溶剤中への浸漬と加熱・乾燥の工程となる。
【００４８】
図１３は、他の参考例のボイラー給水ポンプの軸の詳細断面を示す。図１３において、１３％Ｃｒ＋数％Ｍｏ鋼材で製作した軸３は、高速フレーム溶射法によって形成されたＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９で被覆されている。ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９には、膜内部に多数のボイド６１０が存在し、これらボイラ６１０が連続化し、溶射膜９表面から軸３との界面に達する欠陥となる。本参考例のボイラー給水ポンプの軸３では、ボイド６１０内部にはＳｉＯｘ６１１が含浸されている。ＳｉＯｘによってボイド６１０内部にＳｉＯｘが充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９と軸３との界面で電気腐食が生じることはない。また、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９は、ビッカース硬さで約１０００程度と硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性が増す。
【００４９】
本参考例ではＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９としては、７５％ＷＣ−２５％ＮｉＣｒ組成を用いた。しかし、７５％ＷＣ−２５％ＮｉＣ組成に限定するものではなく、皮膜の目的である耐食性と耐噛りつき性を満足できればよい。従って、耐摩耗性に優れるＷＣと耐食性を有する金属ＮｉＣｒとの混合物であればよく、具体的にＷＣ含有率として３０〜８０％の範囲が使用可能である。また、溶射膜の硬質材としてはＷＣだけではなく、Ｃｒ3Ｃ2の使用も可能である。この場合のバインダも耐食性の点からＮｉＣｒが望ましい。耐食性と耐噛りつき性を考慮すればＣｒ3Ｃ2含有率として３０〜８０％の範囲が使用可能である。
【００５０】
図１４は、図１３に示すボイラー給水ポンプの軸の製造手順を示す工程図である。所定熱処理を施した軸材料を切削によって所定寸法に加工し（手順１４１）、その後、サンドブラストによって表面を適度に荒らす前処理を施し（手順１４２）、次いで高速フレーム溶射法によって軸３の表面にＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９を形成する（手順１４３）。本参考例では、この段階でのＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９の膜厚は約０.５mmである。その後、研磨によって所定軸径に加工する（手順１４４）。ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９の最終膜厚は約０.３mmである。
【００５１】
次に、ケイ酸エチルを含む溶剤中に、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９で被覆された前記軸３を浸漬する（手順１４５）。ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９のボイドへのケイ酸エチルを含む溶剤の浸透を促進するために、超音波加振機によって該溶剤に振動を加える。所定時間の浸漬後、軸３を大気中で加熱乾燥させる（手順１４６）。本参考例では約２００℃で約１時間加熱した。冷却後、再び溶剤中への浸漬、加熱乾燥の工程を行なう。ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９の耐食性を確実にするためには、上記工程をすくなくとも２回以上、望ましくは３回以上繰り返す必要がある。上記工程の終了後、不要溶剤を取り除く。最後に軸と嵌合する内径を加工し所定寸法とした（手順１４７）後、組立てに供する。
【００５２】
上記の参考例は、ポンプの軸３を、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９で被覆した場合の例であるが、同様に、ポンプのインペラ４を、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９もしくはＣｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒ溶射膜で被覆し、溶射膜のボイドをフッ素樹脂、シリコン樹脂、あるいはＳiＯxで充填するようにしても、同様の効果が得られる。
【００５３】
また、上記各実施例は、バーレル形のボイラー給水ポンプに本発明を適用したものであるが、本発明はバーレル形のボイラー給水ポンプ以外のポンプ、例えば図１５に示すような縦軸ポンプなどの軸、インペラにも、同様に適用して効果がある。図１５は、縦軸ポンプの概略縦断面図で、煩雑さを避けるため、断面部のハッチングを省略してある。図示のポンプは、ケーシング１の吸込み口２から吸い込まれた水が、軸３によって回転されるインペラ４によって引き上げられ、吐出口７から排出される構成となっており、火力プラントの海水冷却用の循環水ポンプや雨水や河川水などを排水する排水機場などで使用される。このようなポンプの取扱いの対象となる水あるいは海水には、微小な砂が混じっている場合が多く、インペラの摩耗が問題となるが、本発明の適用により、インペラの摩耗が抑制され、ポンプの寿命延長に効果がある。
【００５４】
図１６は本発明のさらに他の参考例である、火力発電プラント等に用いられるバーレル型のボイラー給水ポンプの縦断面図である。ただし、本図では煩雑さを避けるため、部品ごとの断面ハッチングを厳密に区別することなく、また軸については断面表示をしていない。図１６に示す参考例のボイラー給水ポンプは、吸込口２及び吐出口７を備えたケーシング１と、該ケーシング１に内装され軸受１１で両端を支持された軸３と、軸３に嵌装、固着されて該軸３とともに回転するインペラ４と、軸３のインペラ４の両側の軸シール部に嵌装、固着されたスリーブ１０と、インペラ４の外周に設けられたデイフューザ５と、デイフューザ５の外周のケーシング１内周に設けられたステージ６と、を含んで構成されている。
【００５５】
ケーシング１の吸込口２より吸込まれた水が、軸３に固定され共に回転するインペラ４によって昇圧され、インペラ４の外周に設けたデイフューザ５に吐出される。デイフューザ５に吐出された水は、デイフューザ５の外周に設けたステージ６に流入し、ステージ６によって外向きの流れが内向きに変えられて、次段のインペラ４に導入され、さらに昇圧される。こうして、吸込口２より吸込まれた水は昇圧行程を繰返して加圧され、吐出口７から吐出され構造である。軸３は軸受１１によって両端で支持され、その内側にはスリーブ１０が装着されて軸封を構成している。
【００５６】
本参考例では、軸３は13％Ｃr鋼で、インペラ４は13％Ｃr鋳鋼で製作されている。軸３は高速回転と流体力によって稼働時常に回転曲げを受けるため、表面に亀裂が生じると、それが起点となって軸の疲労破壊を引き起こす可能性がある。なお、本参考例では、軸３，インペラ４の双方がＣrを１３重量％含む鉄合金としたが、軸３，インペラ４のうちのすくなくとも一方の材料は、Ｃrを１１〜１５％含む鉄合金とするのが望ましい。また、インペラ４も常に高速流体と接するため、表面に亀裂が生じるとエロージョン（壊食）を発生する可能性が生じる。軸３とインペラ４はボイラー給水ポンプにおいて極めて重要部品であるため、その破断、壊食は避けねばならない。特に火力発電プラント等で連続的に使用されるボイラー給水ポンプの場合、その信頼性向上が最優先されねばならない。前記のごとく、軸３には組立時・分解時の噛り付き防止のため、インペラ４にはディフューザ、もしくはケーシングとの摺動部の摩耗防止のために硬質Ｃrめっきが被覆される。
【００５７】
一方ＣrめっきはＣＷＴ環境下では、腐食を発生する可能性がある。そこで、火力発電プラント等で連続的に使用されるボイラー給水ポンプの場合、軸、インペラにはＣrめっきを被覆しないために生じる不都合以上に、被覆しないことによって生じる信頼性向上が優先されるべきと考え、本参考例では表面処理を施していない。すなわち軸３とインペラ４は素材組成とほぼ同等の材料が表面をなしている。
【００５８】
しかしながら、スリーブ１０は、摺動部に摩耗が生じるとその本来の機能である軸封を達成することなく漏水の原因となる。従って、スリーブ１０は耐摩耗性向上が優先され、硬質Ｃrめっきの被覆が不可欠である。本実施例では、スリーブ１０に被覆したＣrめっきの耐食性向上のため、下記の構成とした。
【００５９】
図１７はスリーブ１０の外観を示す。スリーブ１０は13％Ｃr鋼で製作されている。摺動する円筒面には約0.2mm厚みの硬質Ｃrめっきの皮膜８が被覆されている。図１８はスリーブ１０の円筒面に被覆された硬質Ｃrめっきの皮膜８の組織の概略図である。硬質Ｃrめっきの皮膜８にはマイクロクラック８ａと称する微細な亀裂が存在し、場合によっては素材13％Ｃr鋼との界面に達するマイクロクラック（微細な縦割れ）も存在する。本参考例ではマイクロクラック８ａにはＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物８ｄが含浸されている。図１８のＩ−Ｉ線矢視断面を図１９に示す。図１９においてスリーブ１０の素材１０ａは13％Ｃr鋼である。スリーブ１０の素材１０ａの円筒面に被覆された約0.2mm厚みの硬質Ｃrめっきの皮膜８の下層には、約20nm厚みのＮiめっき１２が被覆されている。なお、Ｎiめっき１２はほぼＮi100％の組成、硬質Ｃrめっきの皮膜８はほぼＣr100％の組成であり、意図的に添加物は加えていない。また、前述のごとくマイクロクラック８ａにはＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物８ｄが含浸され、表層から下地（素材１０ａ）に至る亀裂は全て封じられており、水分が13％Ｃr鋼の素材１０ａと硬質Ｃrめっきの皮膜８の界面に達する事はない。従って、溶存酸素濃度が増加した水を取り扱っても、本参考例のスリーブ１０は腐食、及びＣrめっきの剥離を生じることはない。この際、酸化物８ｄは、含浸量によってＣrめっき粒界に沿った網目状、もしくは点状に存在する。いずれかの形態であれば、マイクロクラック８ａを十分封じており、必要とされる特性を発揮できる。
【００６０】
スリーブ１０の製造方法を以下に説明する。先ず、13％Ｃr鋼で所要の形状を製作する。次いで、アルカリ洗浄、水洗等の前処理を施し、めっき被覆面の表面の清浄化、活性化を行う。次いで軸３と嵌合するスリーブ内径面にめっきが被覆しないようにコーティングし、次いでＮiストライクを行い、その後電気めっきによって円筒面にＮi皮膜を被覆する。次にめっき面を所定形状に研磨し、次いでＣrめっき用の前処理を施す。前処理後、再び電気めっきによって硬質Ｃrめっきを被覆する。その後、内径コーティングを取り去り、内径を基準に円筒面を研磨加工し所定寸法とする。さらに、円筒面を基準に内径面を切削加工し所定形状とする。その後、スリーブを加熱しながら、珪酸、クロム酸を含む溶剤を円筒面に塗布する。溶剤塗布と加熱を繰り返し、Ｃrめっきに存在する微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させ、さらに加熱によって溶剤中の珪酸、クロム酸を酸化物化させる。溶剤の塗布、加熱が完了後、所定寸法を測定し、必要であれば研磨加工によって所定寸法とする。Ｎiめっき１２、硬質Ｃrめっきの皮膜８を連続的に電気めっきで製作することによって、めっき間の密着力が増し、皮膜の剥離を防ぐことが出来る。Ｎiめっきを無電解めっきで製作すると、軸と嵌合する内面被覆防止のコーティングが難しく、且つ硬質Ｃrめっきとの密着力が低くなるため、高速流水による皮膜剥離が生じやすい。なお、微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させるには、それら溶剤を塗布するのではなく、それら溶剤中にスリーブ１０を浸漬してもよい。
【００６１】
本参考例では、Ｎiめっき１２、硬質Ｃrめっきの皮膜８に各々純Ｎi、純Ｃrを用いたが、それぞれ必要とする耐食性と耐摩耗性を有すれば、100％のＮi、Ｃrである必要はない。各々合金であってよく、各種組成の検討結果によればＮiめっきの場合Ｎiを80重量％含む合金皮膜であれば必要とする耐食性は確保できる。Ｃrめっきの場合Ｃrを90重量％含む合金皮膜であれば必要とする耐摩耗性は確保できる。
【００６２】
また、本参考例では、酸化物８ｄにＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物を用いた。これは、それぞれが優れた耐食性と安定性を有し、且つ加熱による珪酸、クロム酸からの形成が容易で、また浸透性に優れるためである。従って、その組成に特定の限定はなく、珪酸、クロム酸を含む溶剤から形成できる酸化物であればよい。
【００６３】
図２０は、本発明の第５の実施例である給水ポンプのインペラ41の外観を示す。本インペラ41は13％Ｃr鋳鋼を素材41ｅとして製作され、13％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作された軸31に嵌入、固着されている。図２０に示す円周面41fには、約20nm厚みのＮiめっき41aが被覆され、その上層に約0.2mm厚みの硬質Ｃrめっき41bが被覆されている。図２１はインペラ４１の硬質Ｃrめっき41bの表面組織を示す平面図である。硬質Ｃrめっき41bにはマイクロクラック41cが存在し、本実施例では、このマイクロクラック41cのＣrめっき粒界に点状に樹脂を含浸してある。図２２はインペラ４１の硬質Ｃrめっき41b及びＮiめっき41aが被覆された部分の縦断面図である。図示のように、硬質Ｃrめっき41bのマイクロクラック41cには、樹脂41dが含浸させてある。本実施例ではフッ素樹脂が含浸されている。硬質Ｃrめっき41bのマイクロクラック41cがフッ素樹脂によって封じられているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、スリーブ１０の素材を構成する13％Ｃr鋳鋼に腐食が生じることはない。
【００６４】
図２３は本実施例の給水ポンプの軸31の断面拡大図を示す。本実施例では軸31の素材31ｅは、先に述べたように、13％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作されている。本実施例は、すでに硬質Ｃrめっき31ｂを被覆してある軸の耐食性を改善した例である。すでに硬質Ｃrめっき31ｂが被覆してある軸の場合、Ｎi/Ｃrの２層めっきとするには、Ｃrめっき層を取り去らねばならなず、長尺物である軸ではその作業は容易ではない。しかしながら本発明であればＣrめっきを取り去ることなく、軸の耐食性を改善できる。図２３は、硬質Ｃrめっき31ｂのマイクロクラック31cに、ＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物31dが含浸された状態を示してある。酸化物31dによってマイクロクラック31cが封じられているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、素材31ｅに腐食が生じることはない。なお、軸31の材料は、Ｃrを１１〜１５％含む鉄合金とするのが望ましい。
【００６５】
以下、インペラ41の製造方法を説明する。鋳造法によってインペラを形成する。次いでＮiめっき、Ｃrめっきを被覆するが、その方法は図１６で説明した参考例のスリーブ１０と同様である。次いで、真空含浸法によってフッ素樹脂を含浸する。まず、真空容器内にインペラ41を配置し、真空排気後、溶融状態の樹脂を容器内に注入する。次いで大気圧によって樹脂を加圧し、Ｃr皮膜の微細亀裂内部まで樹脂を浸透させる。この状態を所定時間保持後、大気中に取り出し冷却させる。冷却後、インペラ41の表面から不要樹脂を取り除き、寸法測定後最終修正を施し組立てに供する。なお、本実施例では含浸樹脂としてフッ素樹脂を用いたが、シリコン樹脂でも良くフッ素樹脂に限定するものではない。
【００６６】
以下、軸31の製造方法を説明する。本例の場合、すでにＣrめっきのみが被覆された状態の軸を処理する。軸は長尺物であるため、インペラのような真空含浸法は困難であり、図１６で説明した参考例のスリーブ１０に処理した珪酸、クロム酸を含む溶剤を円筒面に塗布する方法を用いた。溶剤塗布と加熱を繰り返し、Ｃrめっきに存在する微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させ、さらに加熱によって溶剤中の珪酸、クロム酸を酸化物化させる。溶剤の塗布、加熱が完了後、外径寸法を測定し、必要であれば研磨加工によって外径を所定寸法とした。なお、微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させるには、それら溶剤を塗布するのではなく、それら溶剤中に軸31を浸漬してもよい。
【００６７】
なお、本実施例では、インペラ41のＮiめっきの膜厚は約20nm、硬質Ｃrめっきの膜厚は約0.2mmとした。Ｎiめっきは耐食性を増すために必要な膜厚範囲があり、様々に検討した結果では、最低10nm必要である。但し、30nm以上では、その効果は飽和するため、省労力、省資源のためには10nm〜30nmの範囲とするのが適当である。硬質Ｃrめっきは耐摩耗性の点で必要な膜厚があり、様々に検討した結果では、最低0.1mm必要である。0.5mm以上では、皮膜の残留応力が顕著になるため好ましくない。従って、その適正膜厚範囲は0.1mm〜0.5mmとなる。
【００６８】
図２４は参考例の昇圧ポンプ９の縦断面図である。図示のポンプは、軸93と、軸93に固定され共に回転するインペラ94と、インペラ94及びインペラ94が固定された軸93の部分を内装するケーシング92と、ケーシング92の外側で前記軸93の両端部を支持する軸受97と、を含んで構成され、ケーシング92内に取り込まれた取り扱い流体をインペラ94の吸い込み口94aから吸い込み、回転によって昇圧させて吐き出し口94bから吐き出し、ケーシング92内の流路から排出する機構である。
【００６９】
図２５はインペラ94の外観を示す。本参考例ではインペラ94は、13％Ｃr鋳鋼で製作されている。なお、図中の網目で覆われた環状表面部は、溶射法によってＷＣ-ＮiＣr溶射膜94cを被覆した箇所である。網目で覆われた環状表面部は、ケーシング92と摺動するため、耐摩耗性が求められる。そこで、硬く且つ厚膜化が可能である溶射膜を被覆している。図２６は、インペラ94の縦断面図を示す。図２６に示すように、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜94c内部にはボイド94eが存在し、該ボイド94eにはＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物94fが含浸、充填されている。ボイド94eは酸化物94fによって封じられているため、溶存酸素濃度の高い水中にあってもインペラ94の素材94dに腐食が生じることはない。
【００７０】
以下、本参考例のインペラ94の製造方法を説明する。所定熱処理を施したインペラ94の素材94dを切削によって所要の形状寸法に加工し、その後、サンドブラストによって表面を適度に荒らす。次いで高速フレーム溶射法によってＷＣ-ＮiＣr溶射膜94cを被覆する。本参考例ではこの段階でのＷＣ-ＮiＣr溶射膜94cの膜厚は約0.5mmとした。次に、珪酸、クロム酸を含む溶剤をＷＣ-ＮiＣr溶射膜94cに塗布し、加熱する工程を繰り返す。溶剤塗布と加熱を繰り返し、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cに存在するボイド94eに珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させ、さらに加熱によって溶剤中の珪酸、クロム酸を酸化物化させる。溶剤の塗布、加熱が完了後、溶射膜形成部の形状寸法を測定し、必要であれば研磨加工によって所定寸法とした。微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させるには、それら溶剤を塗布するのではなく、それら溶剤中にインペラ94を浸漬してもよい。
【００７１】
なお、本参考例ではＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cとしては、75％ＷＣ−25％ＮiＣr組成を用いた。しかし、 75％ＷＣ−25％ＮiＣr組成に限定するものではなく、皮膜の目的である耐摩耗性と耐噛りつき性を満足できればよい。従って、耐摩耗性に優れるＷＣと耐食性を有する金属ＮiＣrとの混合物であればよく、具体的には、ＷＣ含有率は少なくとも７０％あればよい。また、溶射膜の硬質材としてはＷＣだけではなく、Ｃr3Ｃ2の使用も可能である。この場合のバインダも耐食性の点からＮiＣrが望ましい。耐食性と耐噛りつき性を考慮すればＣr3Ｃ2含有率は少なくとも７０％とするのが望ましい。
【００７２】
図２７は、他の参考例である昇圧ポンプのインペラ94の断面を示す。図２７に示すように、本参考例ではＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cの下にＮi合金皮膜94gが被覆されている。Ｎi合金皮膜94gは溶射法によってインペラ94の素材94dに被覆され、その組成はＮi−10％Pである。本参考例では、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cに存在するボイド94eがＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物94fによって封じられ、且つＮi合金皮膜94gがＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cの下層に被覆されているため、優れた耐食性と耐摩耗性が達成される。
【００７３】
以下、その製造方法を説明する。所定熱処理を施したインペラ94の素材94dを切削によって所要の形状寸法に加工し、その後、サンドブラストによって表面を適度に荒らす。次いで高速フレーム溶射法によってＮi−10％Pなる組成のＮi合金皮膜94gを素材94dの表面に被覆する。次いで、再びサンドブラストによってＮi合金皮膜94g表面を適度に荒らし、高速フレーム溶射法によってＷＣ−ＮiＣr溶射膜をＮi合金皮膜94g上に被覆する。以後の珪酸、クロム酸を含む溶剤をＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cに塗布し、加熱する工程を繰り返す以降の工程は前記と同様である。微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させるには、それら溶剤を塗布するのではなく、それら溶剤中にインペラ94を浸漬してもよい。
【００７４】
図２８は本発明のポンプのインペラ、軸、スリーブ等の部材と、従来のＣrめっきを施した同様部材との耐食性を比較したものである。耐食性は、溶存酸素濃度が約6ppm、水温約50〜60℃の流水中に10mm×30mmの面積を所定皮膜で被覆したSUS403を浸漬して、その重量変化を測定した結果で表した。酸素濃度を高く設定し、加速を行った腐食試験である。
【００７５】
上記腐食試験の本発明を代表する試験片には、基材としてSUS403を用い、その表面に電気めっきによって約20nm厚みのＮiめっきを被覆し、さらにその上に電気めっきで硬質Ｃrめっきを被覆した。その後研磨によって前記硬質Ｃrめっきの膜厚を約0.2mmとし、次いで、珪酸、クロム酸を含む溶剤を研磨済硬質Ｃrめっきに含浸させ、さらに加熱によって溶剤中の珪酸、クロム酸を酸化物化した。従来の硬質Ｃrめっきの試験片は、基材として同じくSUS403を用い、その表面に電気めっきで硬質Ｃrめっきを被覆し、その後研磨によって硬質Ｃrめっきの膜厚を約0.2mmとしたものである。
【００７６】
従来品は、酸化によって初期重量が増加し、その後腐食による重量減少が認められる。それに比較し、本発明の試験片は重量変化がほとんど生じることはなく、極めて優れた耐食性を示す。腐食はめっきと母材との界面で生じるため、重量減少はめっき膜の密着強度の低下とほぼ同様である。すなわち、本発明のポンプのインペラ、軸、スリーブは、優れた耐食性と、強固なめっき膜密着力を長期に保持することが出来る。
【発明の効果】
【００７７】
本発明によれば、耐食性とインペラ組立て時の耐噛りつき性に優れる軸が達成され、かつ、溶存酸素濃度が高い水中でも信頼性高いポンプが提供できる。
【００７８】
また本発明によれば、耐食性とスケールの衝突付着力を抑制するインペラが達成されるため、溶存酸素濃度が高い水中でも信頼性高いボイラー給水ポンプが提供できる。
【００７９】
さらに、本発明によれば、軸、インペラの表面の硬度をあげることができるので、取り扱う水に多量の土や砂が混じっている場合の軸、インペラの表面の摩耗を抑制し、寿命を延長する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】 本発明が適用されるポンプの例を示す概略縦断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施例であるボイラー給水ポンプの軸表面の詳細縦断面図である。
【図３】 図２に示すボイラー給水ポンプ用軸の製造手順を示す工程図である。
【図４】 本発明の第２の実施例であるボイラー給水ポンプ用軸表面の詳細縦断面図である。
【図５】 図４に示すボイラー給水ポンプ用軸の製造手順を示す工程図である。
【図６】 本発明の第３の実施例であるボイラー給水ポンプ用インペラの概略斜視図である。
【図７】 図６に示すボイラー給水ポンプ用インペラ表面の詳細縦断面図である。
【図８】 図６に示すボイラー給水ポンプ用インペラの製造手順を示す工程図である。
【図９】 本発明の第４の実施例であるボイラー給水ポンプ用インペラ表面の詳細縦断面図である。
【図１０】 図９に示すボイラー給水ポンプ用インペラの製造手順を示す工程図である。
【図１１】 参考例のボイラー給水ポンプ用軸表面の詳細縦断面図である。
【図１２】 図１１に示すボイラー給水ポンプ用軸の製造手順を示す工程図である。
【図１３】 他の参考例のボイラー給水ポンプ用軸表面の詳細縦断面図である。
【図１４】 図１３に示すボイラー給水ポンプ用軸の製造手順を示す工程図である。
【図１５】 参考例の縦軸ポンプの例を示す断面図である。
【図１６】 参考例のボイラー給水ポンプの概略縦断面図である。
【図１７】 図１６に示すボイラー給水ポンプのスリーブの外観を示す斜視図である。
【図１８】 図１７に示すスリーブ円筒面の概略組織を示す平面図である。
【図１９】 図１８に示すスリーブ円筒面のＩ−Ｉ線矢視縦断面図である。
【図２０】 本発明の第５の実施例であるボイラー給水ポンプのインペラの外観斜視図である。
【図２１】 図２０に示すインペラ表面の概略組織を示す平面図である。
【図２２】 図２１に示すインペラの一部表面の概略縦断面図である。
【図２３】 図２０に示す実施例の軸の一部表面の概略縦断面図である。
【図２４】 参考例の昇圧ポンプの概略縦断面図である。
【図２５】 図２４に示す昇圧ポンプのインペラの外観斜視図である。
【図２６】 図２５に示すインペラの一部表面の概略縦断面図である。
【図２７】 他の参考例の昇圧ポンプのインペラの一部表面の概略縦断面図である。
【図２８】 本発明のポンプのインペラ、軸、スリーブと、従来ポンプのインペラ、軸、スリーブとの耐食性を比較して示すグラフである。
【符号の説明】
【００８１】
１ ケーシング ２ 吸込口
３ 軸 ４ インペラ
５ ディフューザ ６ ステージ
７ 吐出口 ８ 硬質Ｃrめっき皮膜
８ａ マイクロクラック ８ｄ 酸化物
９ ＷＣ−ＮiＣr溶射膜 １０ スリーブ
１０ａ スリーブの素材 １１ 軸受
１２ Ｎiめっき ３１ 軸
３１ｂ 硬質Ｃrめっき ３１ｃ マイクロクラック
３１ｄ 酸化物 ３１ｅ 軸の素材
４１ インペラ ４１ａ Ｎiめっき
４１ｂ 硬質Ｃrめっき ４１ｃ マイクロクラック
４１ｄ 樹脂 ４１ｅ インペラの素材
４１ｆ 円周面 ９２ ケーシング
９３ 軸 ９４ インペラ
９４ａ 吸い込み口 ９４ｂ 吐き出し口
９４ｃ ＷＣ-ＮiＣr溶射膜 ９４ｄ インペラの素材
９４ｅ ボイド ９４ｆ 酸化物
９４ｇ Ｎi合金皮膜 ９７ 軸受
１１０ フッ素樹脂を含浸した硬質Ｃrめっき膜の微細亀裂
１１１ フッ素樹脂
２１０ ＳiＯxを含浸した硬質Ｃrめっき膜の微細亀裂
２１１ ＳiＯx
３１０ フッ素樹脂を含浸した硬質Ｃrめっき膜の微細亀裂
３１１ フッ素樹脂
４１０ ＳiＯxを含浸した硬質Ｃrめっき膜の微細亀裂
４１１ ＳiＯx
５１０ フッ素樹脂を含浸したＷＣ−ＮiＣr溶射膜のボイド
５１１ フッ素樹脂
６１０ ＳiＯxを含浸したＷＣ−ＮiＣr溶射膜のボイド
６１１ ＳiＯx
【０００１】
本発明はポンプに係り、特に複合水処理法で処理された溶存酸素濃度が高いボイラ給水に用いる発電プラントで用いる給水ポンプとその製造方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
硬質クロームめっきは耐摩耗性が良好であり、且つ摺動性に優れるため、各種ポンプの摺動部分に多用されている。例えば、発電プラントに用いられるボイラー給水ポンプの軸，スリーブ，インペラには、それぞれ下記の理由から硬質クロムめっきが施されている。ボイラー給水ポンプの回転軸（以下、単に軸という）には高速回転による繰返し荷重が長期に亘ってかかるため、疲労強度に優れる１３％Ｃr鋼が用いられている。また、インペラは焼き嵌めによって軸に固定されているため、組立て、分解時のインペラの軸に対する摺動性はメンテナンス時の作業性に大きく影響する。インペラも高速回転によって生じる遠心力に耐えうる強度が求められるため同様に１３％Ｃr鋳鋼を用いている。一般に、１３％Ｃr鋼材同士の摺動性は良好ではないために、焼き嵌めによって軸に固定されるインペラは、組立て、分解時に軸との噛り付きが生じやすい。インペラと軸との噛り付きはメンテナンス時に軸からインペラを抜き出す際の作業性を阻害する。従って、メンテナンス時に軸からインペラを抜き出す際の噛り付き防止のため、軸は硬質クロムめっきで被覆されている。
【０００３】
また、インペラは一部でディフューザ、もしくはポンプケーシングと摺動するので耐摩耗性が要求され、その摺動部には硬質クロームめっきが被覆される。
【０００４】
ボイラー給水ポンプは、復水を昇圧し、主タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラに給水として送りこんでいる。従って、ボイラー給水ポンプが吸い込む復水はボイラとタービンを循環してきたものであり、該復水には火力発電プラント中に発生するスケールが含まれている。復水に混じってボイラー給水ポンプに吸いこまれるスケールは、インペラによって加速され、その一部がインペラへ付着する。インペラに付着したスケールが流路を塞ぎ、水流に対する抵抗となってボイラー給水ポンプの性能低下と振動増加を引き起こす例が見られる。インペラへのスケールの付着の詳細なメカニズムは明確にはなっていないが、高速衝突による機械的付着と考えられている。従って、インペラの表面硬度を増すことによって、スケールの高速衝突による付着力を低減できると考えられ、インペラに硬質クロムめっきを被覆する試みがなされている。
【０００５】
軸端にはスリーブが取り付けられ、通常焼き入れ鋼からなるリングと取り扱い水中で摺動し軸封を構成する。スリーブには耐摩耗性が求められるため通常硬質クロームめっきが被覆される。
【０００６】
なお、ボイラー給水ポンプの軸表面に硬質クロムめっきを被覆する技術は「火力原子発電」、38巻、12号（1987年、vol38，No．12）の85頁から93頁に開示されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
硬質クロムめっきは電気めっき法によって形成され、比較的容易に硬質皮膜を形成する方法として広く用いられており、ボイラー給水ポンプの軸、インペラへの被覆でも実績がある。しかしながら、近年、次に述べるような理由で火力発電プラントの水処理方法の変更が検討されている。
【０００８】
従来火力発電プラントの水処理では、揮発性の高いアンモニア等を添加して水中の溶存酸素を極力ゼロにする揮発性物質処理（以後、ＡＶＴ：Ａll Ｖolatile Ｔreatmentと略記する）が施されている。しかしながら、昨今この揮発性物質処理はボイラー配管全体の腐食に対して必ずしも効果的でないとの意見が生じている。さらに従来とは逆に給水中に適量の酸素を注入し、溶存酸素濃度を増す酸素処理を施した水が、配管内面に安定酸化被膜を形成し、配管内面からのスケール発生を抑えるという報告もされている。なお、酸素処理にはpHを中性で行う中性水処理法（以後、ＮＷＴ：Ｎeutral Ｗater Ｔreatmentと略記する）と、pH8〜9で行う複合水処理法（以後、ＣＷＴ：Ｃombined Ｗater Ｔreatmentと略記する）とがあり、実機プラントによる実証試験でＣＷＴの効果が確認されている。
【０００９】
上述のような水処理方法の変更に対し、硬質クロムめっきは下記の課題が予想されている。一般的に硬質クロムめっきには表面から母材との界面に達する微細な縦われが多数存在し、耐食性は決して十分ではない。しかし火力発電プラントの給水では、先に述べたように、水中の溶存酸素を極力ゼロにするＡＶＴが施されるため、硬質クロムめっきに微細な縦われが多数存在しても、その耐食性は問題なかった。
【００１０】
しかし、前述のように、給水中の溶存酸素濃度が増すＣＷＴになると、硬質クロムめっきの微細な縦われ部分で硬質クロムめっきと下地の１３％Ｃr鋼との間で電気腐食が生じ、めっきの剥離の発生が予想される。従って、火力発電プラント給水の処理方法がＡＶＴからＣＷＴ(あるいはＮＷＴ)に変更された場合、硬質クロムめっきに代る表面処理を適用するか、その耐食性を改善しなければならない。
【００１１】
上記、軸表面やインペラ表面に硬質クロムめっきを施す方法は、火力発電プラント給水の処理方法がＡＶＴからＣＷＴへ変わることを考慮しておらず、溶存酸素濃度が増した給水中での軸表面やインペラ表面の腐食の問題があった。
【００１２】
また、固体浮遊物を多く含む水を取扱うポンプの場合、それら固体浮遊物によるインペラの摩耗のため、ポンプの寿命が短くなるという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、複合水処理法（ＣＷＴ）で処理された溶存酸素濃度の高い水を取り扱う場合でも、Ｃｒを含む鋼材で形成された軸及びインペラの耐食性及び耐摩耗性に優れたポンプとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明のポンプは、軸及びインペラがＣｒを含む鋼材で形成され且つ互いに焼き嵌めにより固定され、軸とインペラの内少なくとも一部材の表面の一部もしくは全面が、硬質クロムめっき皮膜で被覆され、且つ該皮膜に樹脂もしくはガラスが含浸されてなることを特徴とする。ここで、樹脂としては比較的耐熱性に優れるフッ素樹脂、シリコン樹脂を用いることが望ましい。ガラスを用いる場合は、珪素（Ｓi）を含む溶剤を含浸後、加熱することによって形成できるＳiＯxが、耐熱性に優れるため、望ましい。
【００１５】
硬質クロムめっき皮膜の膜厚は、軸の場合は耐摩耗性と耐食性から製品完成時０．３ｍｍ以上、インペラの場合は耐摩耗性と耐食性から最終研磨後少なくとも０．１ mm 好ましくは０．３ mm 以上を有することが望ましい。
【００１６】
また、本発明のポンプの製造方法は、軸もしくはインペラを所定形状に加工後、電気めっき法によって硬質クロムめっき皮膜で軸もしくはインペラを被覆し、次いで所定寸法に加工する。その後、硬質クロムめっき皮膜に樹脂を含浸する。樹脂含浸後、皮膜表面の不要な樹脂を取り除き、軸及びインペラを焼き嵌めにより固定する。また、樹脂含浸方法としては、硬質クロムめっき皮膜の微細亀裂内部まで樹脂を浸透させるために真空含浸法を用いることが望ましい。真空含浸法とは、硬質クロムめっき皮膜を被覆した軸、インペラを真空容器内に配置し、真空排気後、溶融状態の樹脂を容器内に注入して、大気圧によって硬質クロムめっき皮膜の微細亀裂内部まで樹脂を浸透させる含浸法である。
【００１７】
また、本発明のポンプの他の製造方法は、軸及びインペラを所定形状に加工後、電気めっき法によって硬質クロムめっき皮膜で軸もしくはインペラを被覆し、次いで所定寸法に加工する。その後、珪素（Ｓi）を含む溶剤を前記軸もしくはインペラの硬質クロムめっき皮膜に含浸し、次に該皮膜を加熱して皮膜に含浸した溶剤中の珪素をＳiＯx化する。その後皮膜面の余分のＳiＯxや残留物を除去して、軸及びインペラを焼き嵌めにより固定する。珪素（Ｓi）を含む溶剤を含浸する方法としては、該溶剤中に軸、インペラを浸漬する方法が望ましい。この際、超音波によって振動を加えると溶剤の含浸がより確実となる。軸、インペラが大型で浸漬が困難の場合、溶剤を塗布し、その後加熱する方法でもよい。但しこの場合、溶剤の塗布と加熱を繰返し行なうことが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、軸もしくはインペラの表面の一部もしくは全面を被覆する硬質クロムめっき皮膜には、皮膜中に微細亀裂が存在するが、微細亀裂中に含浸した樹脂もしくはガラスが存在するため、膜表面から母材（下地材料）との界面に達する欠陥（空間）がない。従って、溶存酸素濃度の高い水を取り扱っても硬質クロムめっき皮膜と下地材料との間で電気腐食が生じず、硬質クロムめっき皮膜の剥離、破壊が生じない。また、硬質クロムめっき皮膜に含浸する樹脂もしくはガラスは、皮膜の硬さを低減することがないため、軸とインペラ嵌合時の十分な耐噛り付き性を有する。また、樹脂、ガラスは微細クラックに浸透してクラックを塞ぐだけで、硬質クロムめっき皮膜全体の硬さを低下させることはないため、インペラへの衝撃によるスケールの付着力が低減し、スケールの付着量が減る。樹脂は浸透性、封孔性の点でガラスに優り、ガラスは耐熱性の点で樹脂に優る。
【００１９】
さらに、上記構造の軸又はインペラにおいて、樹脂もしくは酸化物によって微細割れを封じた硬質クロムめっき皮膜の下層に、Ｎiを含む皮膜を被覆すると効果的である。この際、Ｎiを含む皮膜の膜厚は耐食性から少なくとも10nmを有することが望ましく、Ｎiを含む皮膜はすくなくとも８０重量％のＮiを含むものであることが望ましい。
【発明の実施の形態】
【００２０】
図１は本発明の一実施例であるバーレル型のボイラー給水ポンプの縦断面図である。ただし、本図では煩雑さを避けるため、部品ごとの断面ハッチングを厳密に区別することなく、また軸については断面表示をしていない。
【００２１】
図１に示すボイラー給水ポンプは、吸込口２及び吐出口７を有するケーシング１と、ケーシング１に内装されて回転する軸３と、軸３に嵌入固定され共に回転するインペラ４と、インペラ４の外周に設けられたデイフューザ５と、デイフューザ５の外周に設けられたステージ６と、を含んで構成されている。
【００２２】
上記構成のボイラー給水ポンプでは、ケーシング１の吸込口２より吸込まれた水が、軸３に固定され共に回転するインペラ４によって昇圧され、インペラ４の外周に設けられたデイフューザ５に吐出される。デイフューザ５に吐出された水は、デイフューザ５の外周に設けられたステージ６に流入し、ステージ６によって外向きの流れが内向きに変えられ、次段のインペラ４に導かれる。このようにしてインペラ４による昇圧行程が繰返されて加圧され、吐出口７から吐出される構造である。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施例であるボイラー給水ポンプの軸３の詳細断面を示す。図２において、１３％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作した軸３は、電気めっき法によって形成された硬質Ｃrめっきの皮膜８で被覆されている。硬質Ｃrめっきの皮膜８には、皮膜８の表面から軸３との界面やその近傍に達する微細亀裂１１０が多数存在する。本実施例のボイラー給水ポンプ軸では、微細亀裂１１０内部にはフッ素樹脂１１１が含浸されている。微細亀裂１１０にはフッ素樹脂１１１が充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、酸素が軸３の表面に到達することがなく、硬質Ｃrめっきの皮膜８と軸３との界面で電気腐食が生じることはない。また、硬質Ｃrめっきの皮膜８は硬度がビッカース硬さで８００〜１０００程度と硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性が増す。
【００２４】
なお、本実施例では硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．５mmである。耐食性と耐噛りつき性を考慮すると硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．１mm以上、好ましくは約０．３mm以上が望ましい。
【００２５】
図３は、図２に示すボイラー給水ポンプの軸の製造手順を示す工程図である。所定熱処理を施した軸材料を切削によって所定形状に加工する（手順３１）。このとき、後工程で形成される皮膜の厚みを予め見込んだ形状寸法に加工する。その後、軸３の前処理（洗浄、脱脂）を行なった（手順３２）のち、電気めっき法によって硬質Ｃrめっき被覆を行なう（手順３３）。本実施例では、この段階での硬質Ｃrめっきの膜厚は０．８〜１mmである。めっき後の研磨によって所定の精度で所定軸径に加工する（手順３４）。所定軸径に加工後の硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．５mmである。
【００２６】
次に、真空含浸法によって硬質Ｃrめっき皮膜（正確にはめっき皮膜の微細亀裂）にフッ素樹脂を含浸する（手順３５）。まず、真空容器内に軸３を配置し、真空排気後、溶融状態のフッ素樹脂１１１を容器内に注入する。次いで大気圧によって樹脂を加圧し、Ｃrめっき皮膜の微細亀裂内部までフッ素樹脂１１１を浸透させる。この状態を所定時間保持後、大気中に取り出し冷却させる。冷却後、めっき皮膜表面の不要樹脂を取り除き、軸寸法を測定し、最終修正を施し（手順３６）組立てに供する。
【００２７】
なお、本実施例では含浸樹脂としてフッ素樹脂１１１を用いたが、シリコン樹脂でも良くフッ素樹脂に限定するものではない。
【００２８】
また、本実施例では真空含浸法によってフッ素樹脂１１１を含浸したが、真空含浸法は大物部材への適用は困難である。この場合、溶融状態の樹脂を充たした容器内に浸漬する方法でもよく、真空含浸法に限定するものではない。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施例に係るボイラー給水ポンプの軸３の詳細断面を示す。図４において、１３％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作した軸３は、電気めっき法によって形成された硬質Ｃrめっきの皮膜８で被覆されている。硬質Ｃrめっきの皮膜８には、皮膜８の表面から軸３との界面やその近傍に達する微細亀裂２１０が多数存在する。本実施例のボイラー給水ポンプの軸では、微細亀裂２１０内部はＳiＯx２１１で充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、硬質Ｃrめっきの皮膜８と軸３との界面で電気腐食が生じることはない。また、硬質Ｃrめっきの皮膜８は硬度がビッカース硬さで800〜1000程度と硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性が増す。
【００３０】
なお、本実施例では硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．５mmである。耐食性と耐噛りつき性を考慮すると硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．１mm以上、好ましくは約０．３mm以上が望ましい。
【００３１】
図５は、図４に示す実施例のボイラー給水ポンプの軸の製造手順を示す工程図である。所定の熱処理を施した軸材料を切削によって皮膜の厚みを見込んだ形状寸法に加工し（手順５１）、その後、洗浄、脱脂などの前処理を行なう（手順５２）。前処理ののち、電気めっき法によって硬質Ｃrめっきを行なう（手順５３）。本実施例ではこの段階での硬質Ｃrめっきの膜厚は約０．８〜１mmである。めっき後の研磨によって所定の精度で軸径を所定寸法に加工する（手順５４）。硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．５mmである。次に、ケイ酸エチルを溶かし込んだ溶剤中に浸漬する（手順５５）。ケイ酸エチルを溶かし込む溶剤としてはアルコール系であればよい。エチルアルコールなどが取扱いが容易である。硬質Ｃrめっきの微細亀裂２１０への前記ケイ酸エチルを溶かし込んだ溶剤の浸透を促進するために、超音波加振機によって振動を加える。所定時間の浸漬後、軸を大気中で加熱乾燥させる（手順５６）。この工程で、微細亀裂２１０に浸透させた溶剤中の珪素をＳiＯx化する。本実施例では約２００℃で約1時間加熱した。冷却後、再び溶剤中への浸漬、加熱乾燥の工程を行なう。Ｃrを含む皮膜の耐食性を確実にするためには、上記工程をすくなくとも２回以上、望ましくは３回以上繰り返す必要がある。上記工程が終了後、不要溶剤を取り除き、軸寸法を測定し、最終修正を施して（手順５７）組立てに供する。
【００３２】
図６は、本発明の第３の実施例のボイラー給水ポンプのインペラ４の外観を示す。図７は図６に示すインペラ４の詳細断面を示す。図７において、１３％Ｃr鋳鋼で製作したインペラ４は、電気めっき法によって形成された硬質Ｃrめっきの皮膜８により被覆されている。硬質Ｃrめっきの皮膜８には、皮膜８の表面からインペラ４との界面やその近傍に達する微細亀裂３１０が多数存在する。本実施例のボイラー給水ポンプ用インペラ４では、微細亀裂３１０内部にはフッ素樹脂３１１が含浸されている。微細亀裂３１０内部には、フッ素樹脂３１１が充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、硬質Ｃrめっきの皮膜８とインペラ４との界面で電気腐食が生じることはない。また、硬質Ｃrめっきの皮膜８は硬度がビッカース硬さで800〜1000程度と硬いため、水中に含まれるスケールが衝突した際の付着力が低下する。
【００３３】
なお、本実施例では硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．３mmである。スケールの衝突付着に対しては硬質Ｃrめっきの膜厚を厚くする必要がない。しかし、薄過ぎると耐食性の低下が大きく、耐食性を考慮すると硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．１mm以上、好ましくは約０．３mm以上が望ましい。
【００３４】
図８は、図７に示す実施例のボイラー給水ポンプのインペラ４の製造手順の例を示す工程図である。まず、鋳造（手順８１）によって製作したインペラに所定熱処理を施し、形状修正の加工を施す（手順８２）。その後、前処理（手順８３）、電気めっき法によって硬質Ｃrめっきを被覆する（手順８４）。本実施例ではこの段階での硬質Ｃrめっきの膜厚は約０．３mmである。次に、研磨によって所定寸法に加工する（手順８５）。この際研磨すべき箇所は、電界集中によって電気硬質Ｃrめっきの膜厚が極端に厚くなる部分だけであり、膜厚を薄くする、もしくはめっき条件を最適化すれば、研磨による形状修正は必要ない。次に真空含浸法によってフッ素樹脂３１１を含浸する（手順８６）。まず、真空容器内にインペラを配置し、真空排気後、溶融状態のフッ素樹脂３１１を容器内に注入する。次いで大気圧によってフッ素樹脂３１１を加圧し、Ｃr皮膜の微細亀裂内部までフッ素樹脂３１１を浸透させる。この状態を所定時間保持後、大気中に取り出し冷却させる。冷却後、不要樹脂を取り除く。最後に軸と嵌合する内径を加工し所定寸法とした後（手順８７）、組立てに供する。
【００３５】
なお、本実施例では含浸樹脂としてフッ素樹脂３１１を用いたが、シリコン樹脂でも良くフッ素樹脂に限定するものではない。
【００３６】
また、本実施例では真空含浸法によってフッ素樹脂３１１を含浸したが、真空含浸法は大物部材への適用は困難である。この場合、溶融状態の樹脂を充たした容器内に浸漬する方法でもよく、真空含浸法に限定するものではない。
【００３７】
図９は、本発明の第４の実施例のボイラー給水ポンプのインペラ４の詳細断面を示す。図９において、１３％Ｃr鋳鋼で製作したインペラ４は、電気めっき法によって形成された硬質Ｃrめっきの皮膜８で被覆されている。硬質Ｃrめっきの皮膜８には、インペラ４との界面に達する微細亀裂４１０が多数存在する。本発明のボイラー給水ポンプ用インペラでは、微細亀裂４１０内部にはＳiＯx４１１が含浸されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、硬質Ｃrめっきの皮膜８とインペラ４との界面で電気腐食が生じることはない。また、硬質Ｃrめっきの皮膜８は硬度がビッカース硬さで800〜1000程度と硬いため、水中に含まれるスケールがインペラ４に衝突した際の付着力が低下する。
【００３８】
なお、本実施例では硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．３mmである。スケールの衝突付着に対しては硬質Ｃrめっきの膜厚を厚くする必要がない。しかし、薄過ぎると耐食性の低下が大きく、耐食性を考慮すると硬質Ｃrめっきの最終膜厚は約０．１mm以上、好ましくは約０．３mm以上が望ましい。
【００３９】
図１０は、図９に示すボイラー給水ポンプのインペラの製造手順を示す工程図である。まず、鋳造によって製作（手順１０１）したインペラに所定熱処理を施し、形状修正の加工を施す（手順１０２）。その後、洗浄、脱脂などの前処理（手順１０３）を行ない、電気めっき法によって硬質Ｃrめっきの皮膜８を形成する（手順１０４）。本実施例ではこの段階での硬質Ｃrめっきの膜厚は約０．３mmである。次に、研磨によって所定寸法に加工する（手順１０５）。この際、研磨すべき箇所は、電界集中によって電気硬質Ｃrめっきの膜厚が極端に厚くなる部分だけであり、膜厚を薄くする、もしくはめっき条件を最適化すれば、研磨による形状修正は必要ない。次に、硬質Ｃrめっきの皮膜８で被覆されたインペラ４をケイ酸エチルを含む溶剤中に浸漬する（手順１０６）。硬質Ｃrめっきの微細亀裂への溶剤の浸透を促進するために、超音波加振機によって振動を加える。所定時間の浸漬後、軸を大気中で加熱乾燥させる（手順１０７）。本実施例では約200℃で約１時間加熱した。冷却後、再び溶剤中への浸漬、加熱乾燥の工程を行なう。Ｃr皮膜の耐食性を確実にするためには、上記工程をすくなくとも２回以上、望ましくは３回以上繰り返す必要がある。上記工程が終了後、不要溶剤を取り除く。最後に軸と嵌合する内径を加工し所定寸法とした（手順１０８）後、組立てに供する。
【００４０】
図１１は、参考例のボイラー給水ポンプの軸の詳細断面を示す。図１１において、１３％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作した軸３は、高速フレーム溶射法によって形成されたＷＣ−ＮiＣr溶射膜９により被覆されている。ＷＣ−ＮiＣr溶射膜９には、膜内部に多数のボイド５１０があり、これらボイド５１０が連続化し、溶射膜９表面から軸３との界面に達する欠陥となる。本参考例のボイラー給水ポンプ軸では、ボイド５１０内部にはフッ素樹脂５１１が含浸されている。ボイド５１０内部にフッ素樹脂５１１が充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜９と軸３との界面で電気腐食が生じることはない。また、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜９は、ビッカース硬さで約１０００程度と硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性が増すだけでなく、水中に混在、浮遊している土や砂による摩耗に対しての耐久性（耐摩耗性）がよい。また、硬質Ｃrめっきは膜厚が厚くなると割れを生じやすいのに対し、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜は硬質Ｃrめっきに比較して厚膜化が可能であり、したがって耐食性も硬質Ｃrめっきの皮膜に比べて向上する。
【００４１】
本参考例ではＷＣ−ＮiＣr溶射膜９としては、７５％ＷＣ−２５％ＮiＣr組成を用いた。しかし、７５％ＷＣ−２５％ＮiＣr組成に限定するものではなく、皮膜の目的である耐食性と耐噛りつき性を満足できればよい。従って、耐摩耗性に優れるＷＣと耐食性を有する金属ＮiＣrとの混合物であればよく、具体的にＷＣ含有率として３０〜８０％の範囲が使用可能である。
【００４２】
また、溶射膜の硬質材としては、ＷＣだけではなく、Ｃr3Ｃ2の使用も可能である。この場合のバインダも耐食性の点からＮiＣrが望ましい。耐食性と耐噛りつき性を考慮すればＣr3Ｃ2含有率として３０〜８０％の範囲が使用可能である。ＷＣ−ＮiＣr溶射膜に代えてＣr3Ｃ2−ＮiＣr溶射膜とした場合も、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜の場合と同様、硬さが硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性、土や砂に対する耐摩耗性がよくなり、厚膜化による耐食性向上の効果がある。
【００４３】
図１２は、図１１に示す参考例のボイラー給水ポンプの軸の製造手順を示す工程図である。所定熱処理を施した軸材料を切削によって所定形状に加工し（手順１２１）、その後、サンドブラストによって表面を適度に荒らす前処理を施し（手順１２２）、次いで高速フレーム溶射法によってＷＣ−ＮiＣr溶射膜を被覆する（手順１２３）。本参考例ではこの段階でのＷＣ−ＮiＣr溶射膜の膜厚は約０．５mmである。その後、研磨によって所定軸径に加工する（手順１２４）。ＷＣ−ＮiＣr溶射膜の最終膜厚は約０．３mmである。次に、真空含浸法によってフッ素樹脂５１１を含浸する（手順１２５）。まず、真空容器内に軸を配置し、真空排気後、溶融状態のフッ素樹脂を容器内に注入する。次いで大気圧によってフッ素樹脂を加圧し、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜のボイド内部まで樹脂を浸透させる。この状態を所定時間保持後、大気中に取り出し冷却させる。冷却後、不要樹脂を取り除き、軸寸法を測定し、最終修正を施し（手順１２６）組立てに供する。
【００４４】
なお、本参考例では含浸樹脂としてフッ素樹脂を用いたが、シリコン樹脂でも良くフッ素樹脂に限定するものではない。
【００４５】
また、本参考例では真空含浸法によってフッ素樹脂５１１をＷＣ−ＮiＣr溶射膜のボイド内部に含浸させたが、真空含浸法は大物部材への適用は困難である。この場合、溶融状態の樹脂を充たした容器内に浸漬する方法でもよく、真空含浸法に限定するものではない。
【００４６】
さらに、本参考例では溶射膜の形成方法として高速フレーム溶射法を用いたが、高速フレーム法に限定するものではなく、爆発溶射、プラズマ溶射法であってもよい。
【００４７】
また、ボイド内部への含浸は樹脂だけに限るものではなく、前記第２、第４の実施例のごとく、ＳiＯxを含浸してもよい。この場合の製造方法は図１２における研磨後の樹脂含浸の工程（手順１２５）が、珪酸エチルを含む溶剤中への浸漬と加熱・乾燥の工程となる。
【００４８】
図１３は、他の参考例のボイラー給水ポンプの軸の詳細断面を示す。図１３において、１３％Ｃｒ＋数％Ｍｏ鋼材で製作した軸３は、高速フレーム溶射法によって形成されたＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９で被覆されている。ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９には、膜内部に多数のボイド６１０が存在し、これらボイラ６１０が連続化し、溶射膜９表面から軸３との界面に達する欠陥となる。本参考例のボイラー給水ポンプの軸３では、ボイド６１０内部にはＳｉＯｘ６１１が含浸されている。ＳｉＯｘによってボイド６１０内部にＳｉＯｘが充填されているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９と軸３との界面で電気腐食が生じることはない。また、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９は、ビッカース硬さで約１０００程度と硬いため、インペラの組立て・分解時の耐噛りつき性が増す。
【００４９】
本参考例ではＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９としては、７５％ＷＣ−２５％ＮｉＣｒ組成を用いた。しかし、７５％ＷＣ−２５％ＮｉＣ組成に限定するものではなく、皮膜の目的である耐食性と耐噛りつき性を満足できればよい。従って、耐摩耗性に優れるＷＣと耐食性を有する金属ＮｉＣｒとの混合物であればよく、具体的にＷＣ含有率として３０〜８０％の範囲が使用可能である。また、溶射膜の硬質材としてはＷＣだけではなく、Ｃｒ3Ｃ2の使用も可能である。この場合のバインダも耐食性の点からＮｉＣｒが望ましい。耐食性と耐噛りつき性を考慮すればＣｒ3Ｃ2含有率として３０〜８０％の範囲が使用可能である。
【００５０】
図１４は、図１３に示すボイラー給水ポンプの軸の製造手順を示す工程図である。所定熱処理を施した軸材料を切削によって所定寸法に加工し（手順１４１）、その後、サンドブラストによって表面を適度に荒らす前処理を施し（手順１４２）、次いで高速フレーム溶射法によって軸３の表面にＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９を形成する（手順１４３）。本参考例では、この段階でのＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９の膜厚は約０.５mmである。その後、研磨によって所定軸径に加工する（手順１４４）。ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９の最終膜厚は約０.３mmである。
【００５１】
次に、ケイ酸エチルを含む溶剤中に、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９で被覆された前記軸３を浸漬する（手順１４５）。ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９のボイドへのケイ酸エチルを含む溶剤の浸透を促進するために、超音波加振機によって該溶剤に振動を加える。所定時間の浸漬後、軸３を大気中で加熱乾燥させる（手順１４６）。本参考例では約２００℃で約１時間加熱した。冷却後、再び溶剤中への浸漬、加熱乾燥の工程を行なう。ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９の耐食性を確実にするためには、上記工程をすくなくとも２回以上、望ましくは３回以上繰り返す必要がある。上記工程の終了後、不要溶剤を取り除く。最後に軸と嵌合する内径を加工し所定寸法とした（手順１４７）後、組立てに供する。
【００５２】
上記の参考例は、ポンプの軸３を、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９で被覆した場合の例であるが、同様に、ポンプのインペラ４を、ＷＣ−ＮｉＣｒ溶射膜９もしくはＣｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒ溶射膜で被覆し、溶射膜のボイドをフッ素樹脂、シリコン樹脂、あるいはＳiＯxで充填するようにしても、同様の効果が得られる。
【００５３】
また、上記各実施例は、バーレル形のボイラー給水ポンプに本発明を適用したものであるが、本発明はバーレル形のボイラー給水ポンプ以外のポンプ、例えば図１５に示すような縦軸ポンプなどの軸、インペラにも、同様に適用して効果がある。図１５は、縦軸ポンプの概略縦断面図で、煩雑さを避けるため、断面部のハッチングを省略してある。図示のポンプは、ケーシング１の吸込み口２から吸い込まれた水が、軸３によって回転されるインペラ４によって引き上げられ、吐出口７から排出される構成となっており、火力プラントの海水冷却用の循環水ポンプや雨水や河川水などを排水する排水機場などで使用される。このようなポンプの取扱いの対象となる水あるいは海水には、微小な砂が混じっている場合が多く、インペラの摩耗が問題となるが、本発明の適用により、インペラの摩耗が抑制され、ポンプの寿命延長に効果がある。
【００５４】
図１６は本発明のさらに他の参考例である、火力発電プラント等に用いられるバーレル型のボイラー給水ポンプの縦断面図である。ただし、本図では煩雑さを避けるため、部品ごとの断面ハッチングを厳密に区別することなく、また軸については断面表示をしていない。図１６に示す参考例のボイラー給水ポンプは、吸込口２及び吐出口７を備えたケーシング１と、該ケーシング１に内装され軸受１１で両端を支持された軸３と、軸３に嵌装、固着されて該軸３とともに回転するインペラ４と、軸３のインペラ４の両側の軸シール部に嵌装、固着されたスリーブ１０と、インペラ４の外周に設けられたデイフューザ５と、デイフューザ５の外周のケーシング１内周に設けられたステージ６と、を含んで構成されている。
【００５５】
ケーシング１の吸込口２より吸込まれた水が、軸３に固定され共に回転するインペラ４によって昇圧され、インペラ４の外周に設けたデイフューザ５に吐出される。デイフューザ５に吐出された水は、デイフューザ５の外周に設けたステージ６に流入し、ステージ６によって外向きの流れが内向きに変えられて、次段のインペラ４に導入され、さらに昇圧される。こうして、吸込口２より吸込まれた水は昇圧行程を繰返して加圧され、吐出口７から吐出され構造である。軸３は軸受１１によって両端で支持され、その内側にはスリーブ１０が装着されて軸封を構成している。
【００５６】
本参考例では、軸３は13％Ｃr鋼で、インペラ４は13％Ｃr鋳鋼で製作されている。軸３は高速回転と流体力によって稼働時常に回転曲げを受けるため、表面に亀裂が生じると、それが起点となって軸の疲労破壊を引き起こす可能性がある。なお、本参考例では、軸３，インペラ４の双方がＣrを１３重量％含む鉄合金としたが、軸３，インペラ４のうちのすくなくとも一方の材料は、Ｃrを１１〜１５％含む鉄合金とするのが望ましい。また、インペラ４も常に高速流体と接するため、表面に亀裂が生じるとエロージョン（壊食）を発生する可能性が生じる。軸３とインペラ４はボイラー給水ポンプにおいて極めて重要部品であるため、その破断、壊食は避けねばならない。特に火力発電プラント等で連続的に使用されるボイラー給水ポンプの場合、その信頼性向上が最優先されねばならない。前記のごとく、軸３には組立時・分解時の噛り付き防止のため、インペラ４にはディフューザ、もしくはケーシングとの摺動部の摩耗防止のために硬質Ｃrめっきが被覆される。
【００５７】
一方ＣrめっきはＣＷＴ環境下では、腐食を発生する可能性がある。そこで、火力発電プラント等で連続的に使用されるボイラー給水ポンプの場合、軸、インペラにはＣrめっきを被覆しないために生じる不都合以上に、被覆しないことによって生じる信頼性向上が優先されるべきと考え、本参考例では表面処理を施していない。すなわち軸３とインペラ４は素材組成とほぼ同等の材料が表面をなしている。
【００５８】
しかしながら、スリーブ１０は、摺動部に摩耗が生じるとその本来の機能である軸封を達成することなく漏水の原因となる。従って、スリーブ１０は耐摩耗性向上が優先され、硬質Ｃrめっきの被覆が不可欠である。本実施例では、スリーブ１０に被覆したＣrめっきの耐食性向上のため、下記の構成とした。
【００５９】
図１７はスリーブ１０の外観を示す。スリーブ１０は13％Ｃr鋼で製作されている。摺動する円筒面には約0.2mm厚みの硬質Ｃrめっきの皮膜８が被覆されている。図１８はスリーブ１０の円筒面に被覆された硬質Ｃrめっきの皮膜８の組織の概略図である。硬質Ｃrめっきの皮膜８にはマイクロクラック８ａと称する微細な亀裂が存在し、場合によっては素材13％Ｃr鋼との界面に達するマイクロクラック（微細な縦割れ）も存在する。本参考例ではマイクロクラック８ａにはＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物８ｄが含浸されている。図１８のＩ−Ｉ線矢視断面を図１９に示す。図１９においてスリーブ１０の素材１０ａは13％Ｃr鋼である。スリーブ１０の素材１０ａの円筒面に被覆された約0.2mm厚みの硬質Ｃrめっきの皮膜８の下層には、約20nm厚みのＮiめっき１２が被覆されている。なお、Ｎiめっき１２はほぼＮi100％の組成、硬質Ｃrめっきの皮膜８はほぼＣr100％の組成であり、意図的に添加物は加えていない。また、前述のごとくマイクロクラック８ａにはＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物８ｄが含浸され、表層から下地（素材１０ａ）に至る亀裂は全て封じられており、水分が13％Ｃr鋼の素材１０ａと硬質Ｃrめっきの皮膜８の界面に達する事はない。従って、溶存酸素濃度が増加した水を取り扱っても、本参考例のスリーブ１０は腐食、及びＣrめっきの剥離を生じることはない。この際、酸化物８ｄは、含浸量によってＣrめっき粒界に沿った網目状、もしくは点状に存在する。いずれかの形態であれば、マイクロクラック８ａを十分封じており、必要とされる特性を発揮できる。
【００６０】
スリーブ１０の製造方法を以下に説明する。先ず、13％Ｃr鋼で所要の形状を製作する。次いで、アルカリ洗浄、水洗等の前処理を施し、めっき被覆面の表面の清浄化、活性化を行う。次いで軸３と嵌合するスリーブ内径面にめっきが被覆しないようにコーティングし、次いでＮiストライクを行い、その後電気めっきによって円筒面にＮi皮膜を被覆する。次にめっき面を所定形状に研磨し、次いでＣrめっき用の前処理を施す。前処理後、再び電気めっきによって硬質Ｃrめっきを被覆する。その後、内径コーティングを取り去り、内径を基準に円筒面を研磨加工し所定寸法とする。さらに、円筒面を基準に内径面を切削加工し所定形状とする。その後、スリーブを加熱しながら、珪酸、クロム酸を含む溶剤を円筒面に塗布する。溶剤塗布と加熱を繰り返し、Ｃrめっきに存在する微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させ、さらに加熱によって溶剤中の珪酸、クロム酸を酸化物化させる。溶剤の塗布、加熱が完了後、所定寸法を測定し、必要であれば研磨加工によって所定寸法とする。Ｎiめっき１２、硬質Ｃrめっきの皮膜８を連続的に電気めっきで製作することによって、めっき間の密着力が増し、皮膜の剥離を防ぐことが出来る。Ｎiめっきを無電解めっきで製作すると、軸と嵌合する内面被覆防止のコーティングが難しく、且つ硬質Ｃrめっきとの密着力が低くなるため、高速流水による皮膜剥離が生じやすい。なお、微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させるには、それら溶剤を塗布するのではなく、それら溶剤中にスリーブ１０を浸漬してもよい。
【００６１】
本参考例では、Ｎiめっき１２、硬質Ｃrめっきの皮膜８に各々純Ｎi、純Ｃrを用いたが、それぞれ必要とする耐食性と耐摩耗性を有すれば、100％のＮi、Ｃrである必要はない。各々合金であってよく、各種組成の検討結果によればＮiめっきの場合Ｎiを80重量％含む合金皮膜であれば必要とする耐食性は確保できる。Ｃrめっきの場合Ｃrを90重量％含む合金皮膜であれば必要とする耐摩耗性は確保できる。
【００６２】
また、本参考例では、酸化物８ｄにＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物を用いた。これは、それぞれが優れた耐食性と安定性を有し、且つ加熱による珪酸、クロム酸からの形成が容易で、また浸透性に優れるためである。従って、その組成に特定の限定はなく、珪酸、クロム酸を含む溶剤から形成できる酸化物であればよい。
【００６３】
図２０は、本発明の第５の実施例である給水ポンプのインペラ41の外観を示す。本インペラ41は13％Ｃr鋳鋼を素材41ｅとして製作され、13％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作された軸31に嵌入、固着されている。図２０に示す円周面41fには、約20nm厚みのＮiめっき41aが被覆され、その上層に約0.2mm厚みの硬質Ｃrめっき41bが被覆されている。図２１はインペラ４１の硬質Ｃrめっき41bの表面組織を示す平面図である。硬質Ｃrめっき41bにはマイクロクラック41cが存在し、本実施例では、このマイクロクラック41cのＣrめっき粒界に点状に樹脂を含浸してある。図２２はインペラ４１の硬質Ｃrめっき41b及びＮiめっき41aが被覆された部分の縦断面図である。図示のように、硬質Ｃrめっき41bのマイクロクラック41cには、樹脂41dが含浸させてある。本実施例ではフッ素樹脂が含浸されている。硬質Ｃrめっき41bのマイクロクラック41cがフッ素樹脂によって封じられているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、スリーブ１０の素材を構成する13％Ｃr鋳鋼に腐食が生じることはない。
【００６４】
図２３は本実施例の給水ポンプの軸31の断面拡大図を示す。本実施例では軸31の素材31ｅは、先に述べたように、13％Ｃr＋数％Ｍo鋼材で製作されている。本実施例は、すでに硬質Ｃrめっき31ｂを被覆してある軸の耐食性を改善した例である。すでに硬質Ｃrめっき31ｂが被覆してある軸の場合、Ｎi/Ｃrの２層めっきとするには、Ｃrめっき層を取り去らねばならなず、長尺物である軸ではその作業は容易ではない。しかしながら本発明であればＣrめっきを取り去ることなく、軸の耐食性を改善できる。図２３は、硬質Ｃrめっき31ｂのマイクロクラック31cに、ＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物31dが含浸された状態を示してある。酸化物31dによってマイクロクラック31cが封じられているため、溶存酸素濃度の高い水中にあっても、素材31ｅに腐食が生じることはない。なお、軸31の材料は、Ｃrを１１〜１５％含む鉄合金とするのが望ましい。
【００６５】
以下、インペラ41の製造方法を説明する。鋳造法によってインペラを形成する。次いでＮiめっき、Ｃrめっきを被覆するが、その方法は図１６で説明した参考例のスリーブ１０と同様である。次いで、真空含浸法によってフッ素樹脂を含浸する。まず、真空容器内にインペラ41を配置し、真空排気後、溶融状態の樹脂を容器内に注入する。次いで大気圧によって樹脂を加圧し、Ｃr皮膜の微細亀裂内部まで樹脂を浸透させる。この状態を所定時間保持後、大気中に取り出し冷却させる。冷却後、インペラ41の表面から不要樹脂を取り除き、寸法測定後最終修正を施し組立てに供する。なお、本実施例では含浸樹脂としてフッ素樹脂を用いたが、シリコン樹脂でも良くフッ素樹脂に限定するものではない。
【００６６】
以下、軸31の製造方法を説明する。本例の場合、すでにＣrめっきのみが被覆された状態の軸を処理する。軸は長尺物であるため、インペラのような真空含浸法は困難であり、図１６で説明した参考例のスリーブ１０に処理した珪酸、クロム酸を含む溶剤を円筒面に塗布する方法を用いた。溶剤塗布と加熱を繰り返し、Ｃrめっきに存在する微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させ、さらに加熱によって溶剤中の珪酸、クロム酸を酸化物化させる。溶剤の塗布、加熱が完了後、外径寸法を測定し、必要であれば研磨加工によって外径を所定寸法とした。なお、微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させるには、それら溶剤を塗布するのではなく、それら溶剤中に軸31を浸漬してもよい。
【００６７】
なお、本実施例では、インペラ41のＮiめっきの膜厚は約20nm、硬質Ｃrめっきの膜厚は約0.2mmとした。Ｎiめっきは耐食性を増すために必要な膜厚範囲があり、様々に検討した結果では、最低10nm必要である。但し、30nm以上では、その効果は飽和するため、省労力、省資源のためには10nm〜30nmの範囲とするのが適当である。硬質Ｃrめっきは耐摩耗性の点で必要な膜厚があり、様々に検討した結果では、最低0.1mm必要である。0.5mm以上では、皮膜の残留応力が顕著になるため好ましくない。従って、その適正膜厚範囲は0.1mm〜0.5mmとなる。
【００６８】
図２４は参考例の昇圧ポンプ９の縦断面図である。図示のポンプは、軸93と、軸93に固定され共に回転するインペラ94と、インペラ94及びインペラ94が固定された軸93の部分を内装するケーシング92と、ケーシング92の外側で前記軸93の両端部を支持する軸受97と、を含んで構成され、ケーシング92内に取り込まれた取り扱い流体をインペラ94の吸い込み口94aから吸い込み、回転によって昇圧させて吐き出し口94bから吐き出し、ケーシング92内の流路から排出する機構である。
【００６９】
図２５はインペラ94の外観を示す。本参考例ではインペラ94は、13％Ｃr鋳鋼で製作されている。なお、図中の網目で覆われた環状表面部は、溶射法によってＷＣ-ＮiＣr溶射膜94cを被覆した箇所である。網目で覆われた環状表面部は、ケーシング92と摺動するため、耐摩耗性が求められる。そこで、硬く且つ厚膜化が可能である溶射膜を被覆している。図２６は、インペラ94の縦断面図を示す。図２６に示すように、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜94c内部にはボイド94eが存在し、該ボイド94eにはＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物94fが含浸、充填されている。ボイド94eは酸化物94fによって封じられているため、溶存酸素濃度の高い水中にあってもインペラ94の素材94dに腐食が生じることはない。
【００７０】
以下、本参考例のインペラ94の製造方法を説明する。所定熱処理を施したインペラ94の素材94dを切削によって所要の形状寸法に加工し、その後、サンドブラストによって表面を適度に荒らす。次いで高速フレーム溶射法によってＷＣ-ＮiＣr溶射膜94cを被覆する。本参考例ではこの段階でのＷＣ-ＮiＣr溶射膜94cの膜厚は約0.5mmとした。次に、珪酸、クロム酸を含む溶剤をＷＣ-ＮiＣr溶射膜94cに塗布し、加熱する工程を繰り返す。溶剤塗布と加熱を繰り返し、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cに存在するボイド94eに珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させ、さらに加熱によって溶剤中の珪酸、クロム酸を酸化物化させる。溶剤の塗布、加熱が完了後、溶射膜形成部の形状寸法を測定し、必要であれば研磨加工によって所定寸法とした。微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させるには、それら溶剤を塗布するのではなく、それら溶剤中にインペラ94を浸漬してもよい。
【００７１】
なお、本参考例ではＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cとしては、75％ＷＣ−25％ＮiＣr組成を用いた。しかし、 75％ＷＣ−25％ＮiＣr組成に限定するものではなく、皮膜の目的である耐摩耗性と耐噛りつき性を満足できればよい。従って、耐摩耗性に優れるＷＣと耐食性を有する金属ＮiＣrとの混合物であればよく、具体的には、ＷＣ含有率は少なくとも７０％あればよい。また、溶射膜の硬質材としてはＷＣだけではなく、Ｃr3Ｃ2の使用も可能である。この場合のバインダも耐食性の点からＮiＣrが望ましい。耐食性と耐噛りつき性を考慮すればＣr3Ｃ2含有率は少なくとも７０％とするのが望ましい。
【００７２】
図２７は、他の参考例である昇圧ポンプのインペラ94の断面を示す。図２７に示すように、本参考例ではＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cの下にＮi合金皮膜94gが被覆されている。Ｎi合金皮膜94gは溶射法によってインペラ94の素材94dに被覆され、その組成はＮi−10％Pである。本参考例では、ＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cに存在するボイド94eがＣrＯ2、ＳiＯ2を含む酸化物94fによって封じられ、且つＮi合金皮膜94gがＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cの下層に被覆されているため、優れた耐食性と耐摩耗性が達成される。
【００７３】
以下、その製造方法を説明する。所定熱処理を施したインペラ94の素材94dを切削によって所要の形状寸法に加工し、その後、サンドブラストによって表面を適度に荒らす。次いで高速フレーム溶射法によってＮi−10％Pなる組成のＮi合金皮膜94gを素材94dの表面に被覆する。次いで、再びサンドブラストによってＮi合金皮膜94g表面を適度に荒らし、高速フレーム溶射法によってＷＣ−ＮiＣr溶射膜をＮi合金皮膜94g上に被覆する。以後の珪酸、クロム酸を含む溶剤をＷＣ−ＮiＣr溶射膜94cに塗布し、加熱する工程を繰り返す以降の工程は前記と同様である。微細亀裂に珪酸、クロム酸を含む溶剤を含浸させるには、それら溶剤を塗布するのではなく、それら溶剤中にインペラ94を浸漬してもよい。
【００７４】
図２８は本発明のポンプのインペラ、軸、スリーブ等の部材と、従来のＣrめっきを施した同様部材との耐食性を比較したものである。耐食性は、溶存酸素濃度が約6ppm、水温約50〜60℃の流水中に10mm×30mmの面積を所定皮膜で被覆したSUS403を浸漬して、その重量変化を測定した結果で表した。酸素濃度を高く設定し、加速を行った腐食試験である。
【００７５】
上記腐食試験の本発明を代表する試験片には、基材としてSUS403を用い、その表面に電気めっきによって約20nm厚みのＮiめっきを被覆し、さらにその上に電気めっきで硬質Ｃrめっきを被覆した。その後研磨によって前記硬質Ｃrめっきの膜厚を約0.2mmとし、次いで、珪酸、クロム酸を含む溶剤を研磨済硬質Ｃrめっきに含浸させ、さらに加熱によって溶剤中の珪酸、クロム酸を酸化物化した。従来の硬質Ｃrめっきの試験片は、基材として同じくSUS403を用い、その表面に電気めっきで硬質Ｃrめっきを被覆し、その後研磨によって硬質Ｃrめっきの膜厚を約0.2mmとしたものである。
【００７６】
従来品は、酸化によって初期重量が増加し、その後腐食による重量減少が認められる。それに比較し、本発明の試験片は重量変化がほとんど生じることはなく、極めて優れた耐食性を示す。腐食はめっきと母材との界面で生じるため、重量減少はめっき膜の密着強度の低下とほぼ同様である。すなわち、本発明のポンプのインペラ、軸、スリーブは、優れた耐食性と、強固なめっき膜密着力を長期に保持することが出来る。
【発明の効果】
【００７７】
本発明によれば、耐食性とインペラ組立て時の耐噛りつき性に優れる軸が達成され、かつ、溶存酸素濃度が高い水中でも信頼性高いポンプが提供できる。
【００７８】
また本発明によれば、耐食性とスケールの衝突付着力を抑制するインペラが達成されるため、溶存酸素濃度が高い水中でも信頼性高いボイラー給水ポンプが提供できる。
【００７９】
さらに、本発明によれば、軸、インペラの表面の硬度をあげることができるので、取り扱う水に多量の土や砂が混じっている場合の軸、インペラの表面の摩耗を抑制し、寿命を延長する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】 本発明が適用されるポンプの例を示す概略縦断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施例であるボイラー給水ポンプの軸表面の詳細縦断面図である。
【図３】 図２に示すボイラー給水ポンプ用軸の製造手順を示す工程図である。
【図４】 本発明の第２の実施例であるボイラー給水ポンプ用軸表面の詳細縦断面図である。
【図５】 図４に示すボイラー給水ポンプ用軸の製造手順を示す工程図である。
【図６】 本発明の第３の実施例であるボイラー給水ポンプ用インペラの概略斜視図である。
【図７】 図６に示すボイラー給水ポンプ用インペラ表面の詳細縦断面図である。
【図８】 図６に示すボイラー給水ポンプ用インペラの製造手順を示す工程図である。
【図９】 本発明の第４の実施例であるボイラー給水ポンプ用インペラ表面の詳細縦断面図である。
【図１０】 図９に示すボイラー給水ポンプ用インペラの製造手順を示す工程図である。
【図１１】 参考例のボイラー給水ポンプ用軸表面の詳細縦断面図である。
【図１２】 図１１に示すボイラー給水ポンプ用軸の製造手順を示す工程図である。
【図１３】 他の参考例のボイラー給水ポンプ用軸表面の詳細縦断面図である。
【図１４】 図１３に示すボイラー給水ポンプ用軸の製造手順を示す工程図である。
【図１５】 参考例の縦軸ポンプの例を示す断面図である。
【図１６】 参考例のボイラー給水ポンプの概略縦断面図である。
【図１７】 図１６に示すボイラー給水ポンプのスリーブの外観を示す斜視図である。
【図１８】 図１７に示すスリーブ円筒面の概略組織を示す平面図である。
【図１９】 図１８に示すスリーブ円筒面のＩ−Ｉ線矢視縦断面図である。
【図２０】 本発明の第５の実施例であるボイラー給水ポンプのインペラの外観斜視図である。
【図２１】 図２０に示すインペラ表面の概略組織を示す平面図である。
【図２２】 図２１に示すインペラの一部表面の概略縦断面図である。
【図２３】 図２０に示す実施例の軸の一部表面の概略縦断面図である。
【図２４】 参考例の昇圧ポンプの概略縦断面図である。
【図２５】 図２４に示す昇圧ポンプのインペラの外観斜視図である。
【図２６】 図２５に示すインペラの一部表面の概略縦断面図である。
【図２７】 他の参考例の昇圧ポンプのインペラの一部表面の概略縦断面図である。
【図２８】 本発明のポンプのインペラ、軸、スリーブと、従来ポンプのインペラ、軸、スリーブとの耐食性を比較して示すグラフである。
【符号の説明】
【００８１】
１ ケーシング ２ 吸込口
３ 軸 ４ インペラ
５ ディフューザ ６ ステージ
７ 吐出口 ８ 硬質Ｃrめっき皮膜
８ａ マイクロクラック ８ｄ 酸化物
９ ＷＣ−ＮiＣr溶射膜 １０ スリーブ
１０ａ スリーブの素材 １１ 軸受
１２ Ｎiめっき ３１ 軸
３１ｂ 硬質Ｃrめっき ３１ｃ マイクロクラック
３１ｄ 酸化物 ３１ｅ 軸の素材
４１ インペラ ４１ａ Ｎiめっき
４１ｂ 硬質Ｃrめっき ４１ｃ マイクロクラック
４１ｄ 樹脂 ４１ｅ インペラの素材
４１ｆ 円周面 ９２ ケーシング
９３ 軸 ９４ インペラ
９４ａ 吸い込み口 ９４ｂ 吐き出し口
９４ｃ ＷＣ-ＮiＣr溶射膜 ９４ｄ インペラの素材
９４ｅ ボイド ９４ｆ 酸化物
９４ｇ Ｎi合金皮膜 ９７ 軸受
１１０ フッ素樹脂を含浸した硬質Ｃrめっき膜の微細亀裂
１１１ フッ素樹脂
２１０ ＳiＯxを含浸した硬質Ｃrめっき膜の微細亀裂
２１１ ＳiＯx
３１０ フッ素樹脂を含浸した硬質Ｃrめっき膜の微細亀裂
３１１ フッ素樹脂
４１０ ＳiＯxを含浸した硬質Ｃrめっき膜の微細亀裂
４１１ ＳiＯx
５１０ フッ素樹脂を含浸したＷＣ−ＮiＣr溶射膜のボイド
５１１ フッ素樹脂
６１０ ＳiＯxを含浸したＷＣ−ＮiＣr溶射膜のボイド
６１１ ＳiＯx
Claims (8)
- 回転する軸と、該軸に取り付けられ流路を形成する複数のインペラと、これらを内蔵するケーシングとを有し、複合水処理法で処理された溶存酸素濃度が高いボイラ給水に用いるポンプであって、前記軸と前記インペラがＣｒを含む鋼材で形成され且つ互いに焼き嵌めにより固定され、前記軸と前記インペラの内少なくとも一部材の表面の一部もしくは全面が、硬質クロムめっき皮膜で被覆され、且つ該皮膜に樹脂もしくはガラスが含浸されていることを特徴とするポンプ。
- 請求項１において、
前記硬質クロムめっき皮膜の下層にＮｉめっき層が形成されていることを特徴とするポンプ。 - 回転する軸と、該軸に取り付けられ流路を形成する複数のインペラと、これらを内蔵するケーシングとを有し、複合水処理法で処理された溶存酸素濃度が高いボイラ給水に用いるポンプの製造方法であって、前記軸と前記インペラをＣｒを含む鋼材で形成し、該軸もしくはインペラを硬質クロムめっき皮膜で被覆し、その後該皮膜で被覆された軸もしくはインペラを所定の寸法に加工し、次に軸もしくはインペラの前記皮膜に樹脂を含浸させた後、前記軸と前記インペラを焼き嵌めにより固定することを特徴とするポンプの製造方法。
- 回転する軸と、該軸に取り付けられ流路を形成する複数のインペラと、これらを内蔵するケーシングとを有し、複合水処理法で処理された溶存酸素濃度が高いボイラ給水に用いるポンプの製造方法であって、前記軸とインペラをＣｒを含む鋼材で形成し、該軸もしくはインペラを硬質クロムめっき皮膜で被覆し、その後該皮膜で被覆された軸もしくはインペラを所定の寸法に加工し、次に軸もしくはインペラを珪素を含む溶剤中に浸漬すること又は軸もしくはインペラへ珪素を含む溶剤を塗布することによって前記皮膜に珪素を含む前記溶剤を含浸させ、その後前記皮膜を加熱処理した後、前記軸と前記インペラを焼き嵌めにより固定することを特徴とするポンプの製造方法。
- 回転する軸と、該軸に取り付けられ流路を形成する複数のインペラと、これらを内蔵するケーシングとを有し、複合水処理法で処理された溶存酸素濃度が高いボイラ給水に用いるポンプの製造方法であって、前記軸、該軸に取付けるスリーブと前記インペラをＣｒを含む鋼材で形成し、前記軸、該軸に取付けるスリーブ、前記インペラの内少なくとも一部材を硬質クロムめっき皮膜で被覆し、その後該皮膜で被覆された該部材を所定の寸法に加工し、次に前記皮膜に樹脂を含浸処理した後、前記軸と前記インペラを焼き嵌めにより固定することを特徴とするポンプの製造方法。
- 回転する軸と、該軸に取り付けられ流路を形成する複数のインペラと、これらを内蔵するケーシングとを有し、複合水処理法で処理された溶存酸素濃度が高いボイラ給水に用いるポンプの製造方法であって、前記軸、該軸に取付けるスリーブと前記インペラをＣｒを含む鋼材で形成し、前記軸、該軸に取付けるスリーブ、前記インペラの内少なくとも一部材を硬質クロムめっき皮膜で被覆し、その後該皮膜で被覆された該部材を所定の寸法に加工し、次に該部材を珪素を含む溶剤中に浸漬すること、又は該部材に珪素を含む溶剤を塗布することによって皮膜に前記溶剤を含浸させ、その後前記皮膜を加熱処理した後、前記軸と前記インペラを焼き嵌めにより固定することを特徴とするポンプの製造方法。
- 回転する軸と、該軸に取り付けられ流路を形成する複数のインペラと、これらを内蔵するケーシングとを有し、複合水処理法で処理された溶存酸素濃度が高いボイラ給水に用いるポンプの製造方法であって、前記軸、該軸に取付けるスリーブと前記インペラをＣｒを含む鋼材で形成し、前記軸、該軸に取付けるスリーブ、前記インペラの内少なくとも一部材を硬質クロムめっき皮膜で被覆し、その後該皮膜で被覆された該部材を所定の寸法に加工し、次に該部材をＳｉ、Ｃｒのうち少なくとも一方を含む溶剤中に浸漬すること、又はＳｉ、Ｃｒのうち少なくとも一方を含む溶剤を塗布することによって前記皮膜に前記溶剤を含浸させ、その後前記皮膜を加熱処理した後、前記軸と前記インペラを焼き嵌めにより固定することを特徴とするポンプの製造方法。
- 請求項３乃至７のいずれか１項において
前記硬質クロムめっき皮膜で被覆する前に、該硬質クロムめっき皮膜の下層にＮｉめっき層を形成することを特徴とするポンプの製造方法。
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