プラズワイヤー溶射によるAl-5mass%Mg皮膜の評価古賀義人 *1 Characteristics of PLAZWIRE Sprayed Al-5mass%Mg Alloy Coatings Yoshito Koga 従来，Al-5mass%Mg溶射は海外での施工例はあるものの，国内企業による施工例は少なく，また歩留まり等の改善が望まれる状況にあった。現在この課題を受け，プラズワイヤー溶射装置を用いたAl-5mass%Mg溶射皮膜の開発が行われており，これに伴いAl-5mass%Mg溶射皮膜の特性評価が必要となっている。本研究では，このプラズワイヤー溶射を中心としたAl-5mass%Mg溶射皮膜の特性評価を目的として，①中性塩水噴霧サイクル試験，②NaCl水溶液中での自然電位測定を実施した。この結果，プラズワイヤー溶射によるAl-5mass%Mg溶射皮膜は封孔処理により防食性能が向上すること，測定した範囲においてAl-5mass%Mg溶射皮膜の自然電位は犠牲防食の発生する電位であることを明かとした。 1 はじめに 2 方法近年，橋や高速道路などの鋼構造物の費用の評価に，本研究ではプラズワイヤー溶射装置により Al- ライフサイクルコスト(LCC)の概念が導入され，建築 5mass%Mg 溶射皮膜を作製した。溶射材料は Al- 費用だけでなく維持・補修コストも含む構造物の寿命 5mass%Mg合金ワイヤー直径1.6mmを用い，封孔には，終了までの全コストの削減が求められるようになった。アクリルシリコン系封孔剤を用いた。また，電気化学このため防食・防錆もコスト削減が求められ，このこ測定のためにZn-15mass%Al溶射皮膜も作製したが，ことが防食性能に優れる溶射皮膜の適用例の増加につなれにはフレーム溶射装置（SNMI社製トップジェット）がっている。しかしさらなるコスト削減のために，よを用い，溶射材料はZn-15mass%Al 合金ワイヤー直径り高い防食機能をもつ溶射皮膜の開発が求められてお 3.17mmを用いた。り，Al-5mass%Mg溶射皮膜の高い防食性能の可能性が注目されていた 1)-3) 。しかし，従来 Al-5mass%Mg溶射皮膜については研究報告はあるが 4),5) 防錆・防食効果の試験には中性塩水噴霧サイクル試験（以下，複合サイクル試験）を用いた（表1参照）。，特性の詳細に複合サイクル試験に供した試験片は，JIS H8502の規不明の点もあり，国内企業による施工例は多くはなか定に準拠し，150mm×75mm×3.2mmの軟鋼板（SS400)にった。また，既存のAl-5mass%Mg溶射皮膜はアーク溶ブラスト処理を施したのち，溶射皮膜を施工し作製し射，フレーム溶射により実施されているが，ワイヤーた。この際，通常の約1/2の40∼60μm膜厚の皮膜の試の同時送給や熱源などの課題もあり，新しい溶射方法験片も作製し，複合サイクル試験に供した（通常の膜の開発が望まれていた。このようなニーズを受ける形厚は100μm∼）。これは，Al-5mass%Mg溶射皮膜の防で,プラズマ溶射法の一種であるプラズワイヤー溶射食性能を通常の皮膜厚さで評価しようとした場合，膨でのAl-5mass%Mg溶射皮膜の開発が始まった。本研究大な時間を要する可能性が高かったためである。ではプラズワイヤー溶射によるAl-5mass%Mg合金溶射さらに，参照用に溶融亜鉛めっきの試験片を作製皮膜の特性評価を目的として，通常よりも溶射膜厚のした。複合サイクル試験では評価方法として写真撮影薄い試験片を作製して中性塩水噴霧サイクル試験を実と重量測定を実施した。重量測定は，ブラシを用いて施するとともに，NaCl水溶液での自然電位測定も実施水洗後測定を行った。膜厚は電磁膜厚計（ケット科学したのであわせて報告する。研究所社製LZ-200J）を用いて測定し，50点の平均値を用いた。この際，溶融亜鉛めっきも測定対象とした。自然電位の測定では，Al-5mass%Mg溶射皮膜およびZn15mass%Al溶射皮膜を基材から引き剥がし，この皮膜 *1 機械電子研究所のみとした試料を50g/LのNaCl水溶液中での測定に供した（溶液の温度は35℃，酸素飽和）。この際，試験片の裏面は樹脂等により封止した。測定には電気化学表1 複合サイクル試験条件運転条件時間温度湿度塩水噴霧２時間 35 ℃ 熱風乾燥４時間 60 ℃ 20∼30 %RH 湿潤２時間 50 ℃ 95 %RH 以上測定装置（Solartron製SI 1280B）を用い，参照電極には飽和KCl銀塩化銀参照電極(Ag/AgCl sat. KCl）を用いた。図1 プラズワイヤー溶射皮膜の複合サイクル試験の結果（膜厚 44μm，標準偏差 15μm，無封孔）図2 プラズワイヤー溶射皮膜の複合サイクル試験の結果（膜厚 54μm，標準偏差 13μm，封孔（アクリルシリコン系））図3 プラズワイヤー溶射皮膜の複合サイクル試験の結果（膜厚 93μm，標準偏差 17μm，封孔（アクリルシリコン系））図4 溶融亜鉛めっき試験片の複合サイクル試験の結果（膜厚 80μm，標準偏差 4μm） 3 結果と考察複合サイクル試験に供した試験片の観察結果を，図 1，2，3，4に示す。図1の無封孔のAl-5mass%Mg皮膜試験片は，初期状態では灰色であるが，100時間までに若干暗くなるとと 8,000時間でも重量増加は0.22gである。また，封孔した試験片と無封孔の試験片を比較すると，明らかに封孔した試験片の方が腐食の進行が遅く，封孔剤の効果が確認できた。図6にNaCl水溶液中での自然電位の測定結果を示す。もに黄色がかった暗い灰色を呈する。100時間以降は防食溶射皮膜の多くは，犠牲防食作用を利用した防食白色の腐食生成物により表面が覆われ，次第に試験片皮膜であることから，皮膜の自然電位はその防食性能は明るい色に変化する。さびが発生する直前には，白の評価の観点から重要な意味を持つ。なお， Al- 色腐食生成物により表面が覆われた状態になっている。 5mass%Mg溶射皮膜のおもて面の電位は3回測定し，バこの試験片に生じている黄色の発色は，Alの化合物のラツキの程度の確認を行った。色の可能性が高い。白色の腐食生成物はAl，Mgの水酸今回の自然電位の測定結果では，Al-5mass%Mg溶射化物もしくは炭酸塩と考えられ，溶射皮膜の腐食と消皮膜は軟鋼材よりも卑な電位を示しており，防食作用耗を示していると考えられる。を示しうる電位となっている。しかし，Al-5mass%Mg 図2の封孔したAl-5mass%Mg皮膜試験片は，初期状態では無封孔の試験片より若干暗い色を呈しているが，時間とともに白色腐食生成物によりやや明るい色に変化する。また，封孔，無封孔を問わず，さびの発生直前には，さびの発生する部位に白色の腐食生成物が他の部位よりも厚く生じる現象が見られる。図3の試験片は通常の施工の条件に近い膜厚のAl-5mass%Mg溶射皮膜を形成した試験片で，封孔処理も施した。6,000時間の複合サイクル試験の範囲内では，試験片下部の縁部に僅かにさびの発生がみられるものの，白色の腐食生成物の形成も他の試験片と比較して非常に少なく，腐食の進図5 複合サイクル試験による重量変化行は他の試験片に比較して遅い。図4の溶融亜鉛めっきの試験片では，試験条件が厳しいことから，2,313時間にはさびこぶが確認された。なお，この試験片の膜厚は電磁膜厚計の測定では80μmであるが，これは単純計算では約570g/m 2 に相当する。図5に複合サイクル試験に供した試験片の重量変化を示す。膜厚44μmおよび54μ m の試験片は，さびの発生とともに大幅な重量増加が生じている。さびの発生前の重量増加は緩やかで，白色腐食生成物の増加に対応するものと思われる。膜厚93μmの試験片では，初期から重量増加は小さく，図6 NaCl 水溶液での自然電位測定（50g/L NaCl 水溶液，35℃, 酸素飽和）溶射皮膜の電位はZn-15mass%Al溶射皮膜の場合と比較し，電位の変化が大きく，特に引き剥がした皮膜の基材側の面（裏側）の電位は，皮膜表面側（表側）の電位と大きく異なっている。このことはAl-5mass%Mg溶射皮膜の電位が表面の酸化物などに大きな影響を受けていることを示しているものと思われる。 4 まとめプラズワイヤー溶射によるAl-5mass%Mg溶射皮膜の特性評価を目的として，複合サイクル試験，自然電位測定を行い以下の結果を得た。 1)Al-5mass%Mg溶射皮膜の腐食は，白色の腐食生成物が発生した後にさびが発生するというプロセスで進行する。この白色腐食生成物の発生は，溶射皮膜の消耗を意味するものと思われる。 2)封孔剤がAl-5mass%Mg溶射皮膜に対して有効であることを確認した。 3)Al-5mass%Mg溶射皮膜のNaCl水溶液中での電位は，測定範囲内において犠牲防食効果が生じうる電位であった。 5 参考文献 1)Yoshito Koga, Yukio Imaizumi, Toshio Sakurada, Kenichi Yamada, Kazunori Fujita ：Proceedings of the 1st Asian Thermal Spray Conference, p.9(2005) 2)古賀義人：「溶射技術」,Vol.25, No.3, p.49(2006) 3)古賀義人：「溶射」, 41巻(3号), p.109(2004) 4)原田良夫，高谷泰之：「溶射」, 36巻(3号), p.189 (1999) 5)原田良夫，高谷泰之：「溶射技術」,Vol.21,No.4, p.40(2002)