JP5995438B2 - 外面防食体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は外面防食体に関し、たとえば鋳鉄管や橋梁やその他の構造物などの鉄系材料で構成された部材の表面に溶射被膜により防食層が形成された外面防食体の製造方法に関する。

地下埋設物として実用に供せられる金属管は、腐食防止のため、古くからタール系やビチュメン系の塗装が施されている。しかしながら塗装に傷が付いた場合は、傷部から金属管の腐食が進行することとなる。こうした腐食問題を解決するため、金属管素材よりイオン化傾向の大きな金属性被膜を金属管の表面に形成し、イオン化傾向の差異によって犠牲陽極作用を発生せしめ、傷部からの腐食を防止することが広く行われるようになっている。こうした犠牲陽極作用を持つ金属としては、亜鉛が代表的で、メッキや溶射によって被膜形成が行われている。この被膜は、そのまま用いられたり、あるいはさらに上塗り塗装が施されて用いられたりしている。亜鉛はイオン化傾向が高く、例えば鉄系金属と組み合わせて用いられる場合、鉄と亜鉛との電気化学的な電位差が大きいので、塗覆装に多少の傷が生じても犠牲陽極作用が発揮され、傷部での腐食を抑制することが出来る。また、上下水道管路として広く用いられている鋳鉄管の場合には、塗覆装の上からポリエチレンスリーブと呼ばれるポリエチレンシートで覆い、外部環境から遮断することにより、更に防食効果を高めることが行われている。

しかし、亜鉛はイオン化傾向が高いので、犠牲陽極作用を長期的に保持することが難しい。この問題の解決策としては、亜鉛塗着量の増大が有効な手段であるが、その場合は、材料コストのアップだけでなく施工時間が長くなり、生産能率も低下することになる。

また、他の方法としてＺｎ−Ｓｎ−Ｍｇ系合金を用いる場合もある（特許文献１）。

特開２０１１−６８９３５号公報

本発明は、外面防食体において、特許文献１に記載された亜鉛−錫−マグネシウム合金の溶射被膜と同等の性能を、これよりも安価な材料で達成できるようにすることを目的とする。

この目的を達成するため本発明の外面防食体の製造方法は、鉄系材料で構成された部材の表面に防食層が形成され、
この防食層は、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金溶射被膜と、この合金溶射被膜の上面に形成された上塗り塗装の被膜とを含有し、
Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金溶射被膜は、Ｓｎが０．１質量％以上かつ２０質量％以下であり、Ａｌが５質量％以上かつ５０質量％以下であり、残部がＺｎであり、
Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金溶射被膜の合金の共晶温度以上かつ融点未満の温度で熱処理されていることを特徴とする。

また、上記外面防食体の製造方法は、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ線材を第１の線材として用いるとともに、Ｚｎ線材を第２の線材として用い、同時にアーク溶射を行うことを特徴とする。

本発明の外面防食体によれば、鉄系材料で構成された部材の外面の防食層が、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金溶射被膜を含有するため、単なる亜鉛溶射被膜を用いたものに比べて防食性能を格段に向上させることができる。またＭｇを用いないので、これを用いた場合に比べて防食層を安価に構成することができる。

本発明の外面防食体は、鉄系材料で構成された部材の表面に、合金溶射被膜を含有した防食層が形成されたものである。

合金溶射被膜は、Ｓｎが０．１質量％以上かつ２０質量％以下であり、Ａｌが５質量％以上かつ５０質量％以下であり、残部がＺｎであるＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金にて形成されている。このように主体とするＺｎにＳｎとＡｌとが加えられたものであることにより、Ｚｎだけを用いた溶射被膜に比べて防食性能を向上させることができる。その防食性能は、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｍｇ系合金と同程度とすることができる。Ｓｎの含有量が０．１質量％未満である場合や２０質量％を超える場合には、Ｓｎを加えることによる実質的な防食性能の向上効果を得ることができない。同様に、Ａｌの含有量が５質量％未満である場合や５０質量％を超える場合には、Ａｌを加えることによる実質的な防食性能の向上効果を得ることができない。

またＳｎを含有することで、白錆すなわちＺｎの腐食生成物が発生しにくいという利点もある。すなわち、Ｓｎを添加することにより白錆の溶出が抑制され、鉄系材料で構成された部材に対する犠牲陽極作用を長期にわたって持続させることができる。かつ合金溶射被膜の上面に塗料による塗装を行う場合には、その塗膜における「ふくれ」の発生を低減することができる。

Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金であることにより、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｍｇ系合金に比べて経済的に有利であり、かつＺｎ−Ｓｎ−Ｍｇ系合金と同等の防食性能を達成することができる。しかも、軟らかい材料であるＳｎを含有することで、溶射のための材料としてのＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金線材を作製しやすいという利点もある。

本発明の外面防食体は、防食層が上記したＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金溶射被膜を含有するものであるが、この防食層は、合金溶射被膜に加えて、上塗り塗装などの他の被膜が積層されたものであることが特に好ましい。上塗り塗装は、アクリル樹脂系塗料やエポキシ樹脂系塗料などの合成樹脂塗料や、ビチュメン系塗料などによって施すことができる。

本発明の外面防食体を製造する際には、公知の溶射方法、すなわちＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ線材を用いて、アーク溶射を行う方法を挙げることができる。あるいは、線材に代えて合金粉末を用いた溶射を行うこともできる。

また、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金溶射被膜は、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ線材を第１の線材として用いるとともに、Ｚｎ線材を第２の線材として用いて、同時にアーク溶射を行うことによって得ることもできる。

たとえばＺｎ−１０Ｓｎ−２０Ａｌ（Ｓｎ：１０質量％、Ａｌ：２０質量％、Ｚｎ：残部、以下、同様に表記することがある）の合金溶射被膜を得るために、Ｚｎ−１０Ｓｎ−２０Ａｌ線材を２本用いて同時にアーク溶射することに代えて、Ｚｎ−２０Ｓｎ−４０Ａｌ線材とＺｎ線材とを等量ずつ用いて同時にアーク溶射することができる。

このようにすると、防食性能をよりいっそう向上させることができる。またＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ線材の使用量を半減させることができるため、その調合に要するコストを削減することができる。

このような溶射方法を採用することで、防食性能をよりいっそう向上させることができる理由は、明らかではないが、以下の（ａ）（ｂ）のそれぞれ、あるいはそれらの相乗効果によるものと考えることができる。

（ａ）たとえばＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金線材とＺｎ線材とを用いて同時にアーク溶射を行った場合には、それによって形成される溶射被膜中には、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金とＺｎとがそれぞれ分布することになる。このとき、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金はＺｎよりも電位が低いため、これらが犠牲陽極として働く場合には、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金が優先的に溶け出す。この溶け出したＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金が被膜の表面に比較的安定した別の被膜を形成することで、それが、残りのＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金とＺｎとの消耗または溶解を抑制しているためであると考えることができる。

（ｂ）被膜中に存在しているＺｎが物理的な障害となってＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金の溶解を抑制し、またＺｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金が溶解した場合はその腐食生成物がＺｎの溶解を抑制しているためであると考えることができる。

本発明の外面防食体を製造する際には、鉄系の部材に合金溶射被膜を形成したうえで、これを合金の共晶温度（３５０℃）以上かつ融点未満の温度で熱処理することが好ましい。このように熱処理を施すことで、防食性能をより向上させることができる。これは、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ合金の共晶温度を超える温度で熱処理することでＳｎだけが溶解し、これによって溶射被膜中に生じていた微細な空隙が埋められることになって、部材をたとえば地中に埋設したときに被膜中に電解質が浸入することを抑制可能となるためであると推定される。

したがって、共晶温度未満の温度で熱処理したのでは、Ｓｎが実質的に溶解せず、上記した効果が得られないことになる。反対に熱処理温度が合金溶射被膜の融点以上であると、合金の酸化が進んで本来の防食性能が失われることになる。

熱処理の時間は、特に制限はないが、１秒〜６０分であることが好適である。熱処理の時間がこの範囲よりも短いと、処理時間が不足して、必要な熱処理を行うことができなくなる。

上述した上塗り塗装を行う場合は、合金溶射被膜が形成されたあとの施工とする。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例、比較例において、耐食性の評価は、次のようにして行った。

下記の要領で耐食試験を行い評価した。すなわち、１５０ｍｍ×７０ｍｍ×２ｍｍのサンドブラスト鋼板を試験片として用い、これに、φ１．６ｍｍの線材を用いた電気式アーク溶射方法によって、溶射量１３０ｇ／ｍ^２で、厚さ２０〜３０μｍの溶射被膜を形成して供試サンプルとした。耐食試験の方法およびその評価方法は、次の通りとした。

すなわち、ＪＩＳ Ｚ２３７１に規定される塩水噴霧試験を実施した。すなわち、上記のサンプルに所定の条件で塩水を噴霧し続けて、赤錆が発生するまでの期間を測定した。そして、上記と同様の条件でＺｎのみを溶射したサンプルについての赤錆が発生するまでの期間を「１」としたときの値を求めた。

また溶射被膜の上に、アクリル樹脂系塗料を用いて、塗布量２５０ｇ／ｍ^２、塗布厚さ１００μｍの条件で塗装を施した。そのうえで所定の条件で塩水を噴霧し続けたときの塗膜における「ふくれ」の発生状況について調査し、所定の面積の範囲における「ふくれ」が発生した部分の面積比を求めた。

各実施例、比較例の詳細は、下記の通りである。
（参考例１）
表１に示すように、試験片にＺｎのみを溶射して供試サンプルとした。その評価結果を表１に示す。

（参考例２）
表１に示すように、試験片にＺｎ−２０．５Ｓｎ−０．１５Ｍｇ合金を溶射して供試サンプルとした。塗料による上塗り塗装も行った。その評価結果を表１に示す。

（実施例１〜１２、比較例１〜４）
表１に示す成分組成のＺｎ−Ｓｎ-Ａｌ合金を試験片に溶射して、実施例１〜１２、比較例１〜４の供試サンプルを得た。これらの供試サンプルについての評価結果を表１に示す。

表１から明らかな通り、実施例１〜１２の供試サンプルは、いずれも耐食性にすぐれており、赤錆発生までの期間、塗膜の「ふくれ」の範囲とも、Ｚｎ−２０．５Ｓｎ−０．１５Ｍｇ合金と同等の性能を達成することができた。すなわち、Ｍｇを含有せず、それに代えてＭｇよりも安価なＡｌを含有したものでありながら、Ｍｇを含有したものと同等の性能を達成することができた。

これに対し、比較例１は、Ｓｎの含有量が本発明の規定の範囲を下回っていたため、赤錆発生までの期間、塗膜の「ふくれ」の範囲とも、各実施例よりも劣っていた。また、比較例２はＳｎの含有量が本発明の規定の範囲を上回っていたため、比較例３はＡｌの含有量が本発明の規定の範囲を下回っていたため、比較例４はＡｌの含有量が本発明の規定の範囲を上回っていたため、いずれも、比較例１と同様に、各実施例よりも耐食性能が劣るものであった。

Claims (2)

1. 鉄系材料で構成された部材の表面に防食層が形成され、
   この防食層は、Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金溶射被膜と、この合金溶射被膜の上面に形成された上塗り塗装の被膜とを含有し、
   Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金溶射被膜は、Ｓｎが０．１質量％以上かつ２０質量％以下であり、Ａｌが５質量％以上かつ５０質量％以下であり、残部がＺｎであり、
   Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ系合金溶射被膜の合金の共晶温度以上かつ融点未満の温度で熱処理されていることを特徴とする外面防食体の製造方法。
2. Ｚｎ−Ｓｎ−Ａｌ線材を第１の線材として用いるとともに、Ｚｎ線材を第２の線材として用い、同時にアーク溶射を行うことを特徴とする請求項１記載の外面防食体の製造方法。