專利名稱：在熱浸鍍金屬浴中配置的浴中用機(jī)械材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于例如在除銅以外的熱浸鍍鋅、熱浸鍍鋁或者熱浸鍍鋅鋁合金等有色金屬主體的鍍敷中使用的各種浴中機(jī)械材料，尤其在以氮化硅(Si3N4)作為主成分的組合物形成的熱浸鍍金屬浴中配置的浴中用各種機(jī)械材料〔例如浴中輥(支承輥、同步輥等)、輥軸承、輥支架、熔化箱、スナウト、浴中泵、推力擋蓋等〕。
背景技術(shù)：
以往，作為在熱浸鍍鋅、熱浸鍍鋁或者熱浸鍍鋅鋁合金中使用的各種浴中機(jī)械材料，通常多是低碳鋼、高鉻鋼或者SUS316L等耐熔融金屬腐蝕性材料。
在要求比上述耐熔融金屬腐蝕性材料更耐蝕性的場(chǎng)合，一般是在上述金屬材料制機(jī)器、機(jī)械材料表面使用W、Co、Mo、Cr等各種耐蝕性金屬、氧化物、硼化物、氮化物、碳化物、氟化物等的單獨(dú)或者混合物，或進(jìn)行利用焊接的熔敷，或利用噴鍍形成保護(hù)膜。在此情況下，在高質(zhì)量制品上不引起缺陷，上述機(jī)器、機(jī)械材料能夠連續(xù)使用的壽命期限是15～90天。
為了提高制造業(yè)中的生產(chǎn)率，需要不使制品質(zhì)量低劣，使設(shè)備經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。
在熱浸鍍金屬作業(yè)中，為了適應(yīng)這樣的要求，在與浴的管理的同時(shí)，要求在浴中使用的機(jī)器、機(jī)械材料能連續(xù)使用的壽命應(yīng)該長(zhǎng)。
本發(fā)明的目的在于，消除上述以往技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供經(jīng)6個(gè)月以上的長(zhǎng)時(shí)間，能穩(wěn)定使用的熱浸鍍金屬浴中用各種機(jī)械材料。
發(fā)明的公開(kāi)為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明人等反復(fù)進(jìn)行深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用以與熔融金屬不反應(yīng)的材料而且容易加工的氮化硅作為主成分的組合物形成在熱浸鍍金屬浴中用的各種機(jī)械材料是有效果的，從而完成了本發(fā)明。
基于上述認(rèn)識(shí)而完成的本發(fā)明的要旨在于，以Si3N470～95％、Al2O32～10％、AlN1～10％、Y2O31～10％和不可避免的雜質(zhì)組成的組合物形成作為特征的在熱浸鍍?cè)≈信渲玫妮仭⑤S承、輥支架、熔化箱、スナウト、浴中泵、推力擋蓋等浴中用機(jī)械材料。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1說(shuō)明使用本發(fā)明輥的熱浸鍍金屬裝置的斷面圖。
圖2是表示本發(fā)明的支承輥的軸承部分的實(shí)施例的側(cè)面圖。
圖3是表示本發(fā)明的支承輥的軸承部分的其他實(shí)施例的側(cè)面圖和軸承的斷面圖。
圖4是在本發(fā)明同步輥的軸承部分組合軸承的說(shuō)明圖。
符號(hào)的說(shuō)明1鍍敷鋼板2熔融金屬浴3スナウト4同步輥5同步輥架6支承輥7支承輥架8熔化箱9鍋10 支承輥殼體11 帶螺旋狀溝的軸12 軸端面溝13 凸?fàn)钶S端面14 軸承15 同步輥16 同步輥軸17 同步輥支架18 同步輥軸承19 同步輥推力擋蓋實(shí)施本發(fā)明的最佳方式說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)成和作用。
高壽命化的本發(fā)明熱浸鍍金屬浴中用各種機(jī)械材料，以與熔融金屬不反應(yīng)的材料、為了工業(yè)的使用而容易加工的氮化硅作為主成分的組合物形成。
一般說(shuō)來(lái)，為了彌補(bǔ)作為氮化硅的缺點(diǎn)的耐沖擊性和強(qiáng)度的不足，設(shè)計(jì)成與金屬組合，但金屬和陶瓷的熱膨脹系數(shù)的差別大，作為在熱浸鍍金屬浴中用各種機(jī)械材料是不成功的。
本發(fā)明，僅以以氮化硅作為主成分的陶瓷組合物形成，能發(fā)揮足夠的耐沖擊性和強(qiáng)度地設(shè)計(jì)而得到解決。
即，以氮化硅作為主成分的陶瓷組合物形成的輥支持軸和輥軸承發(fā)生接觸摩擦，在得不到足夠壽命的場(chǎng)合，在輥支承軸表面設(shè)置螺旋狀的溝并輥在上述支承軸端面設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的溝，通過(guò)該溝熔融金屬進(jìn)入在輥支承軸表面和軸承內(nèi)面之間，兩者不發(fā)生直接接觸，而且以熔融金屬作為潤(rùn)滑液。
通常，使用金屬氧化物、金屬碳化物、金屬硼化物、金屬氟化物等陶瓷的場(chǎng)合的滾動(dòng)軸承，在滾珠和滾針中使用陶瓷，在內(nèi)環(huán)和外環(huán)中使用金屬，或者進(jìn)行相反組合，而制造并使用是已知的。
上述的情況主要有二個(gè)缺點(diǎn)。其中一個(gè)缺點(diǎn)是，以陶瓷形成的部位達(dá)到長(zhǎng)壽命化，但金屬部分像以往那樣是短壽命的，對(duì)作為本發(fā)明目的的機(jī)器、機(jī)械材料的長(zhǎng)壽命化沒(méi)有貢獻(xiàn)。另一個(gè)缺點(diǎn)是，在熱浸鍍金屬浴中漂浮2種以上的金屬已合金化的硬度極高的浮渣，這種浮渣嚙入滾珠和滾針及環(huán)中，成為阻力使軸承功能停止。
為了避免由浮渣嚙入而引起的軸承功能停止，提出滑動(dòng)軸承，正分別試行或者在一部分正工業(yè)化。這些以某些手段將陶瓷固定在以金屬形成的軸承的一部分，即與軸接觸的部分上來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為該情況的缺點(diǎn)，因?yàn)榕c上述相同的金屬部分發(fā)生腐蝕，所以陶瓷的基材消失，不產(chǎn)生作為整體的壽命延長(zhǎng)。
本發(fā)明一舉解決上述的缺點(diǎn)，在軸承的場(chǎng)合是以陶瓷整體形成的滑動(dòng)軸承，輥的場(chǎng)合也一樣，僅在與軸承的接觸而產(chǎn)生的磨損劇烈的部分，以及與鋼板接觸而引起的磨損劇烈的部分不采用陶瓷，以陶瓷整體地形成輥，是可能達(dá)到實(shí)用化的。本發(fā)明的熱浸鍍金屬浴中用的各種機(jī)械材料，不利用金屬和陶瓷的組合而構(gòu)成，因此由于熱膨脹系數(shù)的差別而遭受拉力和壓縮力也不破損，能夠連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間使用。
下面說(shuō)明限定形成本發(fā)明熱浸鍍金屬浴中用各種機(jī)械材料的陶瓷的成分和組成范圍的理由。
Si3N470～95％對(duì)于除銅以外的有色熔融金屬，具有耐蝕性，耐酸、堿也強(qiáng)。通過(guò)少量添加Al2O3、Y2O3等，進(jìn)行燒結(jié)成形。在不到70％時(shí)，耐熱性、耐蝕性不充分，若超過(guò)95％，就不可能燒結(jié)成形。
Al2O32～10％，Y2O31～10％通過(guò)兩者一起添加，能夠進(jìn)行主成分的Si3N4的燒結(jié)。在不到下限值時(shí)，燒結(jié)性不充分，若超過(guò)上限值，耐熱性、耐蝕性降低而喪失實(shí)用性。
AlN1～10％導(dǎo)熱率高，硬度高，有提高強(qiáng)度的效果。在不到1％時(shí)，得不到上述效果，若超過(guò)10％，則脆性變大，耐沖擊性低下。
在上述4種以外的物質(zhì)或者元素作為不可避免的雜質(zhì)含有時(shí)，如果合計(jì)量是1％以下，就不損害本發(fā)明的效果。
下面說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1按重量將粉末狀(粒度1.2μm)的Si3N487％、AlN3％、Al2O35％，Y2O35％進(jìn)行配合，以聚乙烯醇縮丁醛作為粘結(jié)劑，每100重量份數(shù)原料粉末添加0.5重量份數(shù)，并進(jìn)行攪拌，對(duì)所得到的混合物施加1000Kg/cm2的壓力進(jìn)行成形，將其在氮?dú)鈿夥障?、?750℃燒結(jié)5小時(shí)，得到圖3所示的輥(直徑250mm、殼體長(zhǎng)1900mm、軸部直徑90mm、軸長(zhǎng)150mm、軸部螺旋深度2mm、間距26mm)和軸承(內(nèi)徑93mm、外徑140mm、長(zhǎng)120mm)。燒結(jié)后的陶瓷輥和軸承的特性如下。
彎曲強(qiáng)度 100Kg/mm2表面硬度 Hv 1580耐蝕性(試驗(yàn)液利用熔融鋅浴的試樣試驗(yàn))腐蝕減量1mg/月以下耐摩耗性(試驗(yàn)條件實(shí)機(jī)支承輥軸承)磨耗量 4g/月以下將以實(shí)施例1得到的輥和軸承組裝在圖1的鍍敷裝置熔融鋅浴470℃)中，對(duì)平均板寬1200mm、平均板厚1.25mm的冷軋鋼板(鋼種低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，機(jī)械性能屈服點(diǎn)(Yp)28Kgf/mm2、抗拉強(qiáng)度(Ts)36Kgf/mm2)，以板材通過(guò)平均速度為115m/min連續(xù)作業(yè)1個(gè)月，進(jìn)行保養(yǎng)后，以相同條件，即使再次將本發(fā)明輥反復(fù)使用6次，在輥的表面也不發(fā)生缺陷。
為了比較，在與實(shí)施例1相同尺寸的SUS316L材料制的輥軸和軸承上施行30μm厚的鍍硬鉻，以相同的條件進(jìn)行鍍敷作業(yè)。因?yàn)檩伇砻骜辶?，所以作業(yè)開(kāi)始后在10天不得不更換輥。
如上所述，本發(fā)明的機(jī)械材料，無(wú)論是有滑動(dòng)·摩擦的輥、輥軸承、推力擋蓋都是極長(zhǎng)的壽命，但像輥支架、熔化箱和スナウト，無(wú)滑動(dòng)·摩擦的部分成為半永久的壽命。在這些機(jī)械材料適用以往技術(shù)的場(chǎng)合，除鍋以外，其壽命是2～3年。
工業(yè)上的應(yīng)用領(lǐng)域本發(fā)明像以上所說(shuō)明的那樣而構(gòu)成，因此得到非常長(zhǎng)壽命的熱浸鍍金屬浴中用的各種機(jī)械材料，不進(jìn)行機(jī)械材料更換，能夠大幅度地延長(zhǎng)連續(xù)作業(yè)時(shí)間，在工業(yè)上是極有用的。
權(quán)利要求
1.在熱浸鍍金屬浴中配置的浴中用機(jī)械材料，其特征在于，由Si3N470～95、Al2O32～10％、AlN1～10％、Y2O31～10％和不可避免的雜質(zhì)組成的組合物形成。
2.權(quán)利要求1所述的在熱浸鍍金屬浴中配置的浴中用機(jī)械材料，其中，熱浸鍍金屬浴中用機(jī)械材料是浴中輥，在該輥支持軸表面設(shè)置螺旋狀的溝，在上述支持軸端面設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的溝。
3.權(quán)利要求1所述的在熱浸鍍金屬浴中配置的浴中用機(jī)械材料，其中，熱浸鍍金屬浴中用機(jī)械材料是浴中輥，在該輥支持軸表面設(shè)置螺旋狀的溝，使上述支持軸端面形成凸?fàn)睢?br> 4.權(quán)利要求1所述的在熱浸鍍金屬浴中配置的浴中用機(jī)械材料，其中，熱浸鍍金屬浴中用機(jī)械材料是浴中輥用軸承，該軸承的側(cè)斷面是コ字狀。
5.權(quán)利要求1所述的在熱浸鍍金屬浴中配置的浴中用機(jī)械材料，其中，熱浸鍍金屬浴中用機(jī)械材料是浴中輥用軸承，該軸承是圓筒狀。
全文摘要
利用以Si
文檔編號(hào)F16C33/10GK1199427SQ97191172
公開(kāi)日1998年11月18日 申請(qǐng)日期1997年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月8日
發(fā)明者須原道憲, 佐藤康成, 矢城敏則 申請(qǐng)人:日鐵表面硬化株式會(huì)社, 新日本制鐵株式會(huì)社, 日立金屬株式會(huì)社