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JP2585548B2 - Hermetic ceramic coating and method for producing the same - Google Patents

Hermetic ceramic coating and method for producing the same

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Publication number
JP2585548B2
JP2585548B2 JP61220516A JP22051686A JP2585548B2 JP 2585548 B2 JP2585548 B2 JP 2585548B2 JP 61220516 A JP61220516 A JP 61220516A JP 22051686 A JP22051686 A JP 22051686A JP 2585548 B2 JP2585548 B2 JP 2585548B2
Authority
JP
Japan
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coating film
ceramic
coating
silica
resin
Prior art date
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Expired - Lifetime
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JP61220516A
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Japanese (ja)
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JPS6376886A (en
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脩 戸河理
水門 冨川
孝明 毛利
尚武 大塚
茂 青木
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Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Original Assignee
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/14Decomposition by irradiation, e.g. photolysis, particle radiation or by mixed irradiation sources
    • C23C18/143Radiation by light, e.g. photolysis or pyrolysis

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は各種機械装置、プラント機器、塔槽類等の比
較的大面積を有する金属表面に形成された気密性セラミ
ック塗膜及びその製造方法に関するものである。本発明
は特に、ステンレス鋼、炭素鋼等の表面では耐薬品性、
耐酸化性に於て不充分で且つプラスチックコーティング
やグラスライニング表面では耐熱性の点で使用できない
高温領域で使用される基材表面に対し、その基材表面の
保護を目的とするセラミックコーティング技術に関する
ものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an air-tight ceramic coating film formed on a metal surface having a relatively large area such as various types of machinery, plant equipment, towers and tanks, and a method for producing the same. is there. The present invention, especially stainless steel, chemical resistance on the surface of carbon steel, etc.,
It relates to ceramic coating technology for the purpose of protecting the surface of a base material used in a high-temperature region where the oxidation resistance is insufficient and the plastic coating or glass lining surface cannot be used because of heat resistance. Things.

〔従来技術〕(Prior art)

炭素鋼及びステンレス鋼は両者の間に耐酸化性、耐薬
品性に程度の差はあるにせよ、いずれも使用条件下に於
ては、材質劣化を免れない。これらの金属の耐薬品性を
コーティングにより増すための一般的な方法はプラスチ
ックコーティング又はグラスライニングである。しかし
ながら、これらのコーティング方法の欠点は、いずれも
高温にさらされる装置には使用できない点にある。プラ
スチックコーティングとしては最も高温に耐えるといわ
れるテフロンコーティングやポリアミドコーティングに
しても実質的に300℃以上の使用には耐えられない。又
グラスライニングも300℃以上の使用には耐えず、一般
にはその使用は250℃以下に限定される。前者の温度限
界は有機物の分解開始に起因しており、後者の温度限界
は、金属とガラスの熱膨張係数の差に基づく応力の増大
にガラスが耐られないことに起因している。
Although carbon steel and stainless steel have different degrees of oxidation resistance and chemical resistance between the two, deterioration of the material is inevitable under the use conditions. A common method for increasing the chemical resistance of these metals by coating is plastic coating or glass lining. However, a disadvantage of these coating methods is that they cannot be used for equipment exposed to high temperatures. Even a Teflon coating or polyamide coating, which is said to withstand the highest temperatures as a plastic coating, cannot practically withstand use at 300 ° C. or higher. Further, the glass lining does not withstand use at 300 ° C. or higher, and its use is generally limited to 250 ° C. or lower. The former temperature limit is due to the onset of decomposition of organic substances, and the latter is due to the inability of the glass to withstand an increase in stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the metal and the glass.

近年、プラスチックコーティングの耐熱性における欠
点を改良するために、プラスチックに比較して分解温度
の高いシリコン樹脂の如きカルボシラン樹脂とセラミッ
ク微粒子を混合したコーティング材が開発されている。
しかし、この樹脂も400℃を超えるとSi−C結合の分解
が始まるため、450℃以上の使用には耐えることができ
ない。このように450℃以上で気密な膜を作るコーティ
ング方法が現状では存在しないため、高温耐食ばかりで
なく、高温領域で問題となる金属の酸化を防止するコー
ティング方法も現状では存在しない。
In recent years, in order to improve the defect in heat resistance of plastic coating, a coating material in which a carbosilane resin such as a silicon resin having a higher decomposition temperature than plastic is mixed with ceramic fine particles has been developed.
However, even if this resin exceeds 400 ° C., decomposition of the Si—C bond starts, so that it cannot withstand use at 450 ° C. or higher. As described above, at present, there is no coating method for forming an airtight film at 450 ° C. or higher, so that not only high-temperature corrosion resistance but also a coating method for preventing oxidation of a metal which is a problem in a high-temperature region does not exist at present.

しかしながら、被覆面積が小さくて良い場合には、45
0℃以上の使用に耐える気密な膜を作る方法はいくつか
存在する。その第1は気相から基材金属表面に塗膜を生
成させる方法である、PVD法、CVD法等がある。しかしこ
の方法では塗膜生成に減圧が必要であり1m2を超すもの
については施工が困難である。次に最近提案されている
方法として、特開昭59-96273号公報、特開昭60-11287号
公報、特開昭61-30658号公報等にみられるようなセラミ
ック溶射皮膜の表面をレーザー照射して、セラミック表
面を封孔し、気密性を増大せしめる方法がある。しかし
ながら、この方法の欠点は溶射に要するコストと時間が
非常に大きいため、1m2を超すような大面積のコーティ
ングには実質的に不向きな点である。
However, if the coverage is small, 45
There are several ways to make an airtight membrane that can withstand use above 0 ° C. The first is a method of forming a coating film on the surface of a base metal from a gas phase, such as a PVD method or a CVD method. However, in this method, decompression is required to form a coating film, and it is difficult to construct a coating film exceeding 1 m 2 . Next, as a recently proposed method, the surface of a ceramic sprayed coating as disclosed in JP-A-59-96273, JP-A-60-11287 and JP-A-61-30658 is irradiated with laser. Then, there is a method of sealing the ceramic surface and increasing airtightness. However, a disadvantage of this method is that the cost and time required for thermal spraying are so great that it is virtually unsuitable for coating large areas, such as over 1 m 2 .

〔目的〕〔Purpose〕

本発明は、450℃以上の高温に耐え、且つ気密性に優
れたセラミック塗膜及びこの塗膜を1m2以上の大きな基
材表面に迅速に被覆形成することのできるコーティング
技術を提供することを目的とする。
The present invention provides a ceramic coating film that withstands a high temperature of 450 ° C. or more and has excellent airtightness, and a coating technique capable of rapidly forming the coating film on a large substrate surface of 1 m 2 or more. Aim.

〔構成〕〔Constitution〕

本発明によれば、第1の発明として、基材表面に形成
された高融点セラミック粒子とガラス状シリカからなる
セラミック塗膜であって、該ガラス状シリカはカルボシ
ラン樹脂膜のレーザー処理により生成した溶融シリカを
経由して形成された非多孔性のものであることを特徴と
する気密性セラミック塗膜が提供され、第2の発明とし
て、基材表面に形成された高融点セラミック粒子とカル
ボシラン樹脂からなる塗膜をレーザー処理して該カルボ
シラン樹脂を分解し、溶融シリカを経由してシリカを主
成分とするガラス状物質を生成させることを特徴とする
気密性セラミック塗膜の製造方法が提供される。
According to the present invention, as a first invention, there is provided a ceramic coating film composed of high melting point ceramic particles and glassy silica formed on the surface of a substrate, wherein the glassy silica is formed by laser treatment of a carbosilane resin film. An airtight ceramic coating is provided which is non-porous formed via fused silica. As a second invention, a high melting point ceramic particle and a carbosilane resin formed on a substrate surface are provided. A method for producing a hermetic ceramic coating film, comprising decomposing the carbosilane resin by laser treatment of a coating film comprising: and forming a glassy substance containing silica as a main component via fused silica. You.

本発明の塗膜を製造するには、基材表面に形成された
高融点セラミック粒子とカルボシラン樹脂からなる塗膜
をレーザー処理することを特徴とする。セラミック粒子
とカルボシラン樹脂とからなる塗膜を通常の方法で徐々
に加熱処理すると、その塗膜は、450℃以上の高温下で
は、分解し、最終的にはセラミック粒子の間をシリカが
埋めたセラミック塗膜となる。しかしながら、この塗膜
中におけるシリカは、溶融状態を経ていないため微粒子
の集合体特有の多孔質構造を有しており、気密性に欠
け、耐薬品性、耐酸化性塗膜としての性能は不充分であ
る。
The production of the coating film of the present invention is characterized by subjecting the coating film composed of the high melting point ceramic particles and the carbosilane resin formed on the surface of the base material to laser treatment. When a coating film composed of ceramic particles and a carbosilane resin is gradually heated by a normal method, the coating film is decomposed at a high temperature of 450 ° C. or higher, and silica is finally filled between the ceramic particles. It becomes a ceramic coating. However, since the silica in this coating film has not passed through a molten state, it has a porous structure peculiar to an aggregate of fine particles, lacks airtightness, and has poor performance as a chemical-resistant and oxidation-resistant coating film. Is enough.

これに対しセラミック粒子とカルボシラン樹脂からな
る塗膜をCO2レーザーやYAGレーザーで照射すると、樹脂
はそのレーザー照射により発生する高熱により瞬間的に
分解して溶融状態のシリカ(SiO2)を生成する。この溶
融シリカは、都合の良いことに塗膜表面に浸出し、そこ
で急冷されてガラス状シリカとなる。従って塗膜表面近
傍のセラミック粒子間はシリカガラスで充填され、かつ
最上層はセラミック粒子を含まないガラス膜で覆い尽さ
れることとなる。こうしたガラス状シリカは良く知られ
ているように無孔性であり、気密が良く、基材金属と外
界との完全な遮断を可能とするため、耐薬品性、耐酸化
性膜として好適な性質を発揮する。特に生成するシリカ
ガラスはそれに含まれる他成分により異なるが、通常、
その難化点が800℃以上で且つ、強アルカリを除いては
耐薬品性にも極めて優れ、その上、硬度も大きいので、
長期間安定な塗膜となる。
On the other hand, when a coating consisting of ceramic particles and a carbosilane resin is irradiated with a CO 2 laser or YAG laser, the resin instantaneously decomposes due to the high heat generated by the laser irradiation, producing silica (SiO 2 ) in a molten state. . This fused silica is conveniently leached onto the coating surface where it is quenched to glassy silica. Accordingly, the space between the ceramic particles near the surface of the coating film is filled with silica glass, and the uppermost layer is covered with a glass film containing no ceramic particles. As is well known, such glassy silica is non-porous, has good airtightness, and enables complete insulation between the base metal and the outside world. Demonstrate. In particular, the generated silica glass depends on other components contained therein, but usually,
The difficulty point is 800 ° C or higher, and the chemical resistance is extremely excellent except for strong alkali.
Long-term stable coating film.

本発明の他の大きな特徴点は、フィラーとして樹脂に
含有させる高融点セラミック粒子に基材金属に近い熱膨
張係数を有するものを採用することにより、高温下にお
ける基材金属と塗膜の接合面における応力の発生を出来
るだけ小さくすることができるばかりでなく、耐薬品
性、強度、その他の観点から基材金属と大きく異なる熱
膨張係数を有するセラミックを使用する場合でさえ、熱
応力に耐える塗膜の製造が可能となることである。その
理由は、レーザー照射時に、セラミック粒子間のカルボ
シラン樹脂が分解して表面層に移動することにより、基
材金属と接合しているセラミック粒子部分はきわめて多
孔質で、熱応力の緩和に有効な構造を与えるためであ
る。この構造は圧縮強度においては、当初の有機塗膜を
そのまま焼成してできる塗膜に比較して小さくなるが、
急熱・急冷に強い耐熱衝撃性に優れた塗膜を与えるのに
適したものである。
Another major feature of the present invention is that a high-melting point ceramic particle to be contained in a resin as a filler has a coefficient of thermal expansion close to that of the base metal, so that a bonding surface between the base metal and the coating film at a high temperature can be obtained. In addition to minimizing the occurrence of stress in the coating, coatings that withstand thermal stress can be used even when using a ceramic having a coefficient of thermal expansion that is significantly different from the base metal in terms of chemical resistance, strength, and other factors. It is possible to manufacture a film. The reason is that, during the laser irradiation, the carbosilane resin between the ceramic particles decomposes and moves to the surface layer, so that the ceramic particle portion bonded to the base metal is extremely porous, which is effective in reducing thermal stress. This is to give structure. This structure is smaller in compressive strength than a coating film formed by firing the original organic coating film as it is,
It is suitable for giving a coating film with excellent thermal shock resistance against rapid heat and rapid cooling.

次に、本発明で用いるコーティング剤について詳述す
る。
Next, the coating agent used in the present invention will be described in detail.

本発明でコーティング剤の一方の成分として用いるカ
ルボシラン樹脂は従来公知のものであり、炭化水素側鎖
を持つ珪酸ポリマー又は多の異元素、例えば、ホウ素、
チタンを含有する珪酸ポリマーである。この場合、炭化
水素側鎖としては、メチル基やフェニル基等が用いられ
る。また、その炭化水素側鎖は、珪素元素1個当り1〜
2個であり、通常のカルボシラン樹脂は珪素元素1個当
り1個の炭素水素基を有するものと、2個の炭化水素基
を有するものとの共重合体である。異元素を含む場合、
その異元素は、通常、酸素を介して珪素元素に結合す
る。
The carbosilane resin used as one component of the coating agent in the present invention is a conventionally known carbosilane resin, and a silicic acid polymer having a hydrocarbon side chain or many different elements, for example, boron,
It is a silicic acid polymer containing titanium. In this case, a methyl group, a phenyl group, or the like is used as the hydrocarbon side chain. The hydrocarbon side chain is 1 to 1 per silicon element.
Two ordinary carbosilane resins are copolymers of one having one hydrocarbon group per silicon element and one having two hydrocarbon groups. If it contains foreign elements,
The foreign element usually bonds to the silicon element via oxygen.

本発明で用いるカルボシラン樹脂のうち、異元素を含
むもの(ヘテロカルボシラン樹脂)は、その異元素の作
用により、異元素を含まないもの(ストレートシリコン
樹脂)から形成されるセラミック塗膜と比較して、耐ア
ルカリ性等に代表される耐薬品性に於て異った性質を有
する塗膜を生成する。異元素を含むカルボシラン樹脂も
従来公知であり、市販品としては、例えば、異元素とし
て硼素を含むボロシロキサン樹脂、チタンを含むポリチ
タノカルボシラン樹脂等がある。
Among the carbosilane resins used in the present invention, those containing a different element (heterocarbosilane resin) are compared with ceramic coatings formed from those containing no different element (straight silicon resin) due to the action of the different element. Thus, a coating film having different properties in chemical resistance typified by alkali resistance and the like is produced. A carbosilane resin containing a foreign element is also conventionally known, and examples of commercially available products include a borosiloxane resin containing boron as a foreign element and a polytitanocarbosilane resin containing titanium.

本発明では、カルボシラン樹脂に対して、セラミック
粒子からなるフィラーを添加混合してコーティング剤を
調製する。この場合、セラミック粒子としては、高融
点、通常、融点が1000℃以上のものが用いられるが、こ
のようなものとしては、従来公知の各種のものが使用可
能であり、例えば、チタニア、シリカ、アルミナ、ジル
コニア、シリカアルミナ、マグネシア等の金属酸化物の
他、炭化珪素(SiC)、炭化チタン(TiC)等の金属炭化
物;窒化珪素(Si34)等の金属窒化物;ホルステライ
ト、ジルコン、フェナサイト、クリソベリル等;雲母等
の鉱物粒子等が挙げられる。特に、耐熱性、耐薬品性及
びカルボシラン樹脂のレーザー処理により形成されるシ
リカガラスとの親和性の点からは、チタニア、シリカ、
アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒
化珪素、炭化チタン等の使用が好ましく、また、基材金
属との熱応力を考慮して、熱膨張係数の大きいものを必
要とする時には、耐薬品性には若干劣るが、マグネシ
ア、ホルステライト、ジルコニア雲母等が好ましく用い
られる。セラミック粒子の粒径は、10μm以下にするの
が好ましく、カルボシラン樹脂に対して均一分散が可能
な限りは粒径の小さいもの程好ましい。このセラミック
粒子は、カルボシラン樹脂とセラミック粒子との合計量
に対し、30〜70容量%、好ましくは40〜60容量%の割合
で使用される。また、本発明においては、必要に応じ、
コーティング剤と基材金属との密着性を改良するため
に、密着剤等を添加混合することができる。
In the present invention, a coating agent is prepared by adding and mixing a filler composed of ceramic particles to a carbosilane resin. In this case, as the ceramic particles, those having a high melting point, usually those having a melting point of 1000 ° C. or higher are used, and as such particles, conventionally known various particles can be used, for example, titania, silica, In addition to metal oxides such as alumina, zirconia, silica alumina, and magnesia, metal carbides such as silicon carbide (SiC) and titanium carbide (TiC); metal nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 ); forsterite and zircon Phenasite, chrysoberyl and the like; mineral particles such as mica and the like. In particular, in terms of heat resistance, chemical resistance and affinity with silica glass formed by laser treatment of carbosilane resin, titania, silica,
It is preferable to use alumina, silica alumina, zirconia, silicon carbide, silicon nitride, titanium carbide, and the like. In addition, when a material having a large thermal expansion coefficient is required in consideration of the thermal stress with the base metal, chemical resistance is used. However, magnesia, forsterite, zirconia mica and the like are preferably used. The particle size of the ceramic particles is preferably 10 μm or less, and the smaller the particle size, the better the uniform dispersion in the carbosilane resin. The ceramic particles are used in a proportion of 30 to 70% by volume, preferably 40 to 60% by volume, based on the total amount of the carbosilane resin and the ceramic particles. In the present invention, if necessary,
In order to improve the adhesion between the coating agent and the base metal, an adhesion agent or the like can be added and mixed.

本発明のセラミック塗膜を製造するには、前記カルボ
シラン樹脂及びセラミック粒子を溶剤と混合し、この混
合物を基材表面に塗布する。この場合、溶剤としては、
カルボシラン樹脂に対して溶解性又は分散性を示すもの
が用いられ、このようなものとしては、例えば、エチル
セルソルブアセテート、N−メチル−2−ピロリドン、
キシレン等が挙げられる。基材金属表面に対する塗布方
法としては、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法等の慣用
の方法が採用される。
In order to produce the ceramic coating film of the present invention, the carbosilane resin and the ceramic particles are mixed with a solvent, and this mixture is applied to the surface of a substrate. In this case, as the solvent,
What shows solubility or dispersibility with respect to a carbosilane resin is used, such as, for example, ethylcellosolve acetate, N-methyl-2-pyrrolidone,
Xylene and the like can be mentioned. As a method of applying to the surface of the base metal, a conventional method such as an immersion method, a spray method, and a brush application method is employed.

次に、前記のようにして形成されたコーティング剤塗
布面は、これを乾燥処理又は焼成処理した後、レーザー
処理する。乾燥処理は、常温〜250℃、好ましくは150〜
250℃の温度で行われ、また、焼成処理は、400〜800
℃、好ましくは600〜800℃の温度で行われる。レーザー
処理は、その処理により高温を発生するものであればよ
く、例えば、CO2レーザー処理や、VAGレーザー処理等の
従来公知のレーザー処理を採用することができる。この
レーザー処理により、塗膜は800℃以上の高温に瞬時に
加熱されると考えられ、基材表面にはカルボシラン樹脂
から形成される溶融シリカとセラミック粒子の混合物か
らなる塗膜が形成される。そして、この塗膜は冷却され
て、最終的には、ガラス状シリカとセラミック粒子との
混合物からなる塗膜となる。この塗膜は、前記したよう
に、そのガラス状シリカは溶融シリカを経て形成された
ものであることから、多孔質のものではなく、気密性の
ものである。
Next, the coating agent coated surface formed as described above is subjected to a laser treatment after drying or baking the coating agent. Drying is performed at room temperature to 250 ° C, preferably 150 to
It is performed at a temperature of 250 ° C, and the baking process is 400-800
C., preferably at a temperature of 600-800C. The laser treatment only needs to generate a high temperature by the treatment. For example, a conventionally known laser treatment such as a CO 2 laser treatment or a VAG laser treatment can be employed. It is considered that this laser treatment instantaneously heats the coating film to a high temperature of 800 ° C. or higher, and a coating film composed of a mixture of fused silica and ceramic particles formed from a carbosilane resin is formed on the substrate surface. Then, this coating film is cooled, and finally becomes a coating film composed of a mixture of glassy silica and ceramic particles. As described above, this coating film is not porous but airtight because the glassy silica is formed through fused silica.

次に、本発明により得られる塗膜の断面構造を図面に
より示す。図面においてAは基材、Bはセラミック塗膜
を示し、1はセラミック粒子、2はガラス状シリカ、3
は密着剤又は拡散接合層、4はボイドを示す。セラミッ
ク塗膜の厚さは通常10〜300μm、好ましくは50〜150μ
mである。
Next, the cross-sectional structure of the coating film obtained by the present invention is shown in the drawings. In the drawings, A is a substrate, B is a ceramic coating film, 1 is ceramic particles, 2 is glassy silica, 3
Denotes an adhesive or a diffusion bonding layer, and 4 denotes a void. The thickness of the ceramic coating is usually 10 to 300 μm, preferably 50 to 150 μ
m.

本発明においては、前記のようにして得られた塗膜は
その使用に先立ち、600℃以上の高温処理を施すのが有
利である。この高温処理により、基材金属表面よりその
金属成分のセラミック塗膜への拡散が起り、基材金属表
面とセラミック塗膜との間に拡散した金属酸化物から成
る拡散接合層が形成され、その結果、基材金属表面に形
成されたセラミック塗膜は基材金属に対する密着性の著
しく増大したものとなる。もちろん、使用中に塗膜が60
0℃以上の高温に加熱される場合には、前記のような高
温熱処理と同様の効果が得られる。
In the present invention, the coating film obtained as described above is advantageously subjected to a high-temperature treatment at 600 ° C. or higher prior to its use. By this high-temperature treatment, diffusion of the metal component from the base metal surface to the ceramic coating film occurs, and a diffusion bonding layer composed of metal oxide diffused between the base metal surface and the ceramic coating film is formed. As a result, the ceramic coating formed on the surface of the base metal has significantly increased adhesion to the base metal. Of course, 60
When heated to a high temperature of 0 ° C. or higher, the same effect as the high-temperature heat treatment as described above can be obtained.

また、基材金属表面に対するセラミック塗膜の密着性
の改善は、前記高温処理によらず、密着剤の使用により
達成することもできる。レーザー処理では塗膜温度は上
昇するものの、基剤金属温度はそれ程上昇しないため、
前記金属成分のセラミック層への拡散に基づく拡散接合
層の生成は期待できない。しかしながら、塗膜中に熱溶
融性密着剤を混入しておくと、レーザー処理時の塗膜の
発熱により密着剤が溶融し、この溶融密着剤の作用によ
り、セラミック塗膜の基材表面に対する密着性が改善さ
れる。この場合、密着剤としては、レーザー処理時の温
度で気化することなくかつ溶融する金属又は無機化合物
が用いられ、このようなものとしては、例えば、チタン
等の活性金属の他、低融点ガラス、ほうろう用各種フリ
ット等の各種のものが挙げられ、使用するセラミック粒
子及び基材金属の種類に応じて適宜のものが使用され
る。
Further, the improvement of the adhesion of the ceramic coating film to the surface of the base metal can also be achieved by using an adhesion agent instead of the high-temperature treatment. Although the coating temperature rises with laser treatment, the base metal temperature does not rise so much,
The formation of a diffusion bonding layer based on the diffusion of the metal component into the ceramic layer cannot be expected. However, if a hot-melt adhesive is mixed into the coating, the adhesive will melt due to the heat generated by the coating during the laser treatment, and the action of the molten adhesive will cause the ceramic coating to adhere to the substrate surface. Is improved. In this case, as the adhesive, a metal or an inorganic compound that does not evaporate and melt at the temperature at the time of the laser treatment and is used, such as, for example, an active metal such as titanium, a low-melting glass, Various types such as various enamel frit and the like can be mentioned, and an appropriate one is used according to the type of ceramic particles and base metal used.

本発明でコーティング対象となる基材金属は特に制約
されず、通常用いられている金属であれば良いが、特
に、耐薬品性、耐酸化性の点から、炭素鋼、ステンレス
鋼、耐熱鋼等の鉄材や、アルミニウム等が用いられる。
また、本発明で対象とする基材は、一般には金属材料で
あるが、本発明の原理から明らかなように、耐薬品性
や、耐酸化性耐熱性等の劣ったセラミック材料等の非金
属材料であっても良い。
The substrate metal to be coated in the present invention is not particularly limited, and may be any commonly used metal. In particular, from the viewpoint of chemical resistance and oxidation resistance, carbon steel, stainless steel, heat-resistant steel, and the like. Iron or aluminum.
Further, the base material targeted in the present invention is generally a metal material, but as is clear from the principle of the present invention, non-metallic materials such as ceramic materials having poor chemical resistance, oxidation resistance and heat resistance. It may be a material.

〔効果〕〔effect〕

本発明より基材表面に形成されるセラミック塗膜は、
ガラス状シリカとセラミック粒子とからなる耐熱性にす
ぐれたセラミック塗膜であり、そのガラス状シリカは溶
融状シリカを経由して形成された非多孔性のものである
ことを特徴とする。従って、本発明によるセラミック塗
膜は、気密性を有するものであり、基材表面を高温にお
ける酸素や、薬品による作用から保護し、その基材の耐
久性を著しく向上させる。
Ceramic coating formed on the substrate surface from the present invention,
It is a ceramic coating film having excellent heat resistance composed of glassy silica and ceramic particles, wherein the glassy silica is non-porous formed through fused silica. Therefore, the ceramic coating film according to the present invention has airtightness, protects the surface of the substrate from the action of oxygen and chemicals at high temperatures, and significantly improves the durability of the substrate.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

実施例1 メチル系ストレートシリコーン樹脂(東レシリコン社
製、商品名;SH806A)約40wt%、合成雲母約58wt%、密
着剤(リン酸カリウム)2wt%を含むコーティング剤を
エチルセルソルブアセテートに分散し、試験用ステンレ
ススチール基材P(SUS304製、面積:60mm×50mm、厚さ:
4.5mmの板)にスプレーで全面塗布し、250℃で3時間乾
燥し、約60μmの膜厚をもつ、被覆試験片3枚を得た。
Example 1 A coating agent containing about 40% by weight of a methyl-based straight silicone resin (trade name: SH806A, manufactured by Toray Silicone Co., Ltd.), about 58% by weight of synthetic mica, and 2% by weight of an adhesive (potassium phosphate) was dispersed in ethyl cellosolve acetate. , Test stainless steel substrate P (made of SUS304, area: 60mm x 50mm, thickness:
A 4.5 mm plate) was spray-coated and dried at 250 ° C. for 3 hours to obtain three coated test pieces having a film thickness of about 60 μm.

次に、この試験片の2枚を電気炉に入れ、大気中で50
0℃、1時間焼成し、その一方の試料表面を、後記表−
1に示す条件でCO2レーザーで照射し、塗布表面をガラ
ス化した。このようにして、焼成処理及びCO2レーザー
処理した試料A(I)と、焼成処理のみの試料A(II)
を得た。
Next, two of the test pieces were placed in an electric furnace, and
Baking at 0 ° C for 1 hour, the surface of one of the samples
Irradiation was performed with a CO 2 laser under the conditions shown in 1 to vitrify the coated surface. Thus, the sample A (I) subjected to the calcination and the CO 2 laser treatment, and the sample A (II) subjected to the calcination only
I got

また、前記試験片の残りの1つを表−1に示す条件で
CO2レーザー処理した後500℃で焼成して試料A(III)
を得た。
Further, the remaining one of the test pieces was subjected to the conditions shown in Table-1.
Sample A (III) fired at 500 ° C after CO 2 laser treatment
I got

次に、前記で得た試料A(I)、A(II)、A(II
I)をそれぞれ2等分し、一方を予備として残し、他方
をそれぞれ耐酸試験に供した。この場合、耐酸試験は、
レーザー照射した面を除く全ての面をシリコンシーライ
トで被覆し、これを50%硫酸溶液200ccを入れたガラス
びん中に浸漬し、これを55℃の恒温槽に浸すことによつ
て行った。その耐酸試験の結果を表−2に示す。この結
果からわかるようにレーザー照射塗膜試料A(I)及び
A(III)は非処理塗膜試料A(II)に比較して著しい
耐久性を示している。
Next, the samples A (I), A (II) and A (II
I) was divided into two equal parts, one was kept as a spare, and the other was subjected to an acid resistance test. In this case, the acid resistance test
All surfaces except the surface irradiated with the laser were covered with silicon celite, immersed in a glass bottle containing 200 cc of a 50% sulfuric acid solution, and immersed in a 55 ° C. constant temperature bath. Table 2 shows the results of the acid resistance test. As can be seen from the results, the laser-irradiated coating film samples A (I) and A (III) show remarkable durability as compared with the non-treated coating film sample A (II).

実施例2 ボロシロキサン樹脂(昭和電線電纜社製、商品名;SMR
109)42wt%、珪砂56wt%、密着剤(B23‐Pboガラス
粉)2wt%を含むコーティング剤をN−メチル−2−ピ
ロリドン溶剤に分散し、基材Q(炭素鋼、面積:60mm×5
0mm、厚さ:4.5mmの板)にスプレー法で3回重ね塗りを
し、約40μの膜厚をもつ全面被覆試験片3枚を用意し
た。試験片は1回塗布する毎に250℃で1時間乾燥し
た。次に第1の試験片の表面を表−1に示す条件でCO2
レーザーで処理した後、600℃で3時間焼成して試料B
(I)を得た。次に第2の試験片を表−1に示す条件で
YAGレーザーで処理した後600℃で3時間焼成して試料B
(II)を得た。最後に残りの試験片をそのまま600℃で
3時間焼成して試料B(III)を得た。
Example 2 Borosiloxane resin (manufactured by Showa Electric Cable Co., Ltd., trade name: SMR)
109) A coating agent containing 42 wt%, silica sand 56 wt%, and an adhesive (B 2 O 3 -Pbo glass powder) 2 wt% was dispersed in an N-methyl-2-pyrrolidone solvent, and a base material Q (carbon steel, area: 60 mm) was used. × 5
(A plate having a thickness of 0 mm and a thickness of 4.5 mm) was spray-coated three times by spraying to prepare three full-surface coated test pieces having a film thickness of about 40 μm. The test piece was dried at 250 ° C. for 1 hour after each application. Next, the surface of the first test piece was exposed to CO 2 under the conditions shown in Table 1.
Sample B after laser treatment and baking at 600 ° C for 3 hours
(I) was obtained. Next, a second test piece was prepared under the conditions shown in Table 1.
Sample B fired at 600 ° C for 3 hours after treatment with YAG laser
(II) was obtained. Finally, the remaining test piece was calcined at 600 ° C. for 3 hours to obtain a sample B (III).

次に、前記で得た試料B(I)、B(II)、B(II
I)のそれぞれを切断して2等分し、その一方を予備と
して残し、他方のそれぞれを実施例1と同様にして耐酸
試験に供した。その耐酸試験結果を表−2に示す。この
試験は600℃程度の高温にさらされる装置の耐食性セラ
ミックス塗膜に対するレーザー処理の影響を調べたもの
であるが、表−2に示した結果からCO2レーザー及びYAG
レーザー照射の有効性を明らかに確認することができ
る。
Next, the samples B (I), B (II) and B (II
Each of I) was cut and divided into two equal parts, one of which was left as a spare, and the other was subjected to an acid resistance test in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results of the acid resistance test. This test examined the effect of laser treatment on the corrosion-resistant ceramic coating of equipment exposed to a high temperature of about 600 ° C. From the results shown in Table 2, the CO 2 laser and YAG
The effectiveness of laser irradiation can be clearly confirmed.

実施例3 実施例2で得た予備試料B(I)、B(II)、B(II
I)及び比較試料B(IV)として基材Qを2等分して得
た裸の炭素鋼を電気炉に入れ、800℃で50時間保持し、
その後取り出して各試料の中心部を切断し、その断面の
酸化状態を走査電子顕微鏡で調べた。試料B(I)、B
(II)についてはレーザー照射塗膜に接する基材表面か
らの酸化層の厚みを、また試料B(III)B(IV)につ
いては、試料断面の金属鉄部分の厚みを、もとの基材Q
の厚みから差し引き、それを2で割ることにより酸化層
の厚みをそれぞれ求めた。その結果を表−3に示す。
Example 3 Preliminary samples B (I), B (II) and B (II) obtained in Example 2
A bare carbon steel obtained by dividing the base material Q into two equal parts as I) and Comparative Sample B (IV) was placed in an electric furnace and kept at 800 ° C. for 50 hours.
Thereafter, the sample was taken out, the center of each sample was cut, and the oxidation state of the cross section was examined with a scanning electron microscope. Samples B (I) and B
For (II), the thickness of the oxide layer from the surface of the substrate in contact with the laser-irradiated coating film, and for Samples B (III) and B (IV), the thickness of the metallic iron portion in the cross section of the sample Q
And the thickness of the oxide layer was determined by dividing it by two. Table 3 shows the results.

この実験より、基材金属の酸化防止にレーザー処理膜
が極めて有効であることが確認される。
This experiment confirms that the laser-treated film is extremely effective in preventing oxidation of the base metal.

実施例4 実施例1で予備として残した試料A(I)、A(I
I)、A(III)及び比較試料A(IV)としてステンレス
スチール(SUS304)の裸板(基材Pを2等分したもの)
を用いて、本発明によるセラミック塗膜のバナジウムア
タックに対する耐久性を下記試験法により試験した。
Example 4 Samples A (I) and A (I)
A bare plate of stainless steel (SUS304) (substrate P is divided into two) as I), A (III) and comparative sample A (IV)
Was used to test the durability of the ceramic coating film of the present invention to vanadium attack by the following test method.

試験法 学振法を応用し、バナジウム合成灰を試料上に乗せ、
高温にさらすことにより、各試料がどの程度酸化される
かを比較することとした。バナジウム合成灰は、V25
85wt%、Na2SO415wt%を粉砕混合し、その0.5gを直径10
mmの円盤状にダブレットマシーンで成形することにより
調製した。このタブレット化したバナジウム合成灰を、
試料A(I)、A(II)、A(IV)の中心部に乗せ、電
気炉中に入れ、800℃で20時間加熱した。その後冷却す
るのをまって、各試料をとり出し、切口が試料の中心を
通るよう直線状に切断し、その断面を走査電子顕微鏡で
写真撮影し、各試料のステンレス層の酸化層の厚みを測
定した。この酸化層の厚みが小さくなる程、バナジウム
アタックに対するコーティング膜の抵抗力が強いことを
示す。
Testing method Applying Gakushin method, put vanadium synthetic ash on the sample,
It was decided to compare how much each sample was oxidized by exposure to high temperature. Vanadium synthetic ash is V 2 O 5
85 wt% and 15 wt% of Na 2 SO 4 are crushed and mixed, and 0.5 g of the mixture is
It was prepared by molding with a doublet machine into a disk of mm. This tableted vanadium synthetic ash,
Samples A (I), A (II), and A (IV) were placed on the center, placed in an electric furnace, and heated at 800 ° C. for 20 hours. After cooling, each sample was taken out, cut in a straight line so that the cut passed through the center of the sample, and the cross section was photographed with a scanning electron microscope to determine the thickness of the stainless steel oxide layer of each sample. It was measured. The smaller the thickness of the oxide layer, the stronger the resistance of the coating film to vanadium attack.

次に、前記試験により得られた各試料の酸化層の厚み
を示す。
Next, the thickness of the oxide layer of each sample obtained by the above test is shown.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図面はセラミック塗膜の説明断面図を示す。 1……セラミック粒子、2……ガラス状シリカ、3……
密着剤又は拡散接合層、4……ボイド、A……基材、B
……セラミック塗膜。
The drawing shows an explanatory sectional view of the ceramic coating. 1 ... ceramic particles, 2 ... glassy silica, 3 ...
Adhesive or diffusion bonding layer, 4 voids, A substrate, B
…… Ceramic coating.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 茂 神奈川県横浜市旭区川島町猪子山3050― 32 (56)参考文献 特開 昭63−24077(JP,A) 特開 昭60−2697(JP,A) 特開 昭51−143016(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Shigeru Aoki 3050-32 Inokoyama, Kawashima-machi, Asahi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture (56) References JP-A-63-24077 (JP, A) JP-A-60-2697 ( JP, A) JP-A-51-143016 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基材表面に形成された高融点セラミック粒
子とガラス状シリカからなるセラミック塗膜であって、
該ガラス状シリカはカルボシラン樹脂のレーザー処理に
より生成した溶融シリカを経由して形成された非多孔性
のものであることを特徴とする気密性セラミック塗膜。
1. A ceramic coating film comprising high melting point ceramic particles and glassy silica formed on a substrate surface,
The hermetic ceramic coating film, wherein the glassy silica is a non-porous material formed via fused silica generated by laser treatment of a carbosilane resin.
【請求項2】基材が金属である特許請求の範囲第1項の
塗膜。
2. The coating according to claim 1, wherein the substrate is a metal.
【請求項3】基材表面に形成された高融点セラミック粒
子とカルボシラン樹脂からなる塗膜をレーザー処理して
該カルボシラン樹脂を分解し、溶融シリカを経由してシ
リカを主成分とするガラス状物質を生成させることを特
徴とする気密性セラミック塗膜の製造方法。
3. A glassy substance containing silica as a main component via a fused silica via a laser treatment of a coating film comprising high melting point ceramic particles and a carbosilane resin formed on the surface of a base material to decompose the carbosilane resin. A method for producing a hermetic ceramic coating film, characterized in that:
【請求項4】該基材が金属である特許請求の範囲第3項
の方法。
4. The method of claim 3 wherein said substrate is a metal.
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