(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024131923
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】浴中ロール及び浴中ロールの製造方法
(51)【国際特許分類】
C23C 4/10 20160101AFI20240920BHJP
C23C 2/00 20060101ALI20240920BHJP
C23C 4/16 20160101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
C23C4/10
C23C2/00
C23C4/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023042499
(22)【出願日】2023-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】390030823
【氏名又は名称】日鉄ハードフェイシング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087398
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 勝文
(74)【代理人】
【識別番号】100128783
【弁理士】
【氏名又は名称】井出 真
(74)【代理人】
【識別番号】100128473
【弁理士】
【氏名又は名称】須澤 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100160886
【弁理士】
【氏名又は名称】久松 洋輔
(74)【代理人】
【識別番号】100209060
【弁理士】
【氏名又は名称】冨所 剛
(72)【発明者】
【氏名】野口 正広
(72)【発明者】
【氏名】李 ▲ユ▼
(72)【発明者】
【氏名】河野 晃大
【テーマコード（参考）】
4K027
4K031
【Ｆターム（参考）】
4K027AB48
4K027AC32
4K027AD15
4K031AA01
4K031AA02
4K031AB03
4K031CB42
4K031DA01
4K031DA04
(57)【要約】
【課題】本発明は、摩擦低減層で覆われたトップコート層を有する従来の浴中ロールと比べて、摩擦低減効果の低下を抑えることができるとともに、トップコート層の耐摩耗性を向上させた、浴中ロールを提供することを目的とする。
【解決手段】 金属浴中で使用される浴中ロールであって、外周面にトップコート層が配置され、前記トップコート層は、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料と、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤と、を溶射皮膜成分として含む溶射皮膜であり、前記トップコート層を１００質量％としたとき、前記セラミックス材料の含有量は５０質量％以上９９質量％以下であり、前記固体潤滑剤の含有量は１質量％以上５０質量％以下であることを特徴とする、浴中ロール。
【選択図】 図２
【解決手段】 金属浴中で使用される浴中ロールであって、外周面にトップコート層が配置され、前記トップコート層は、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料と、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤と、を溶射皮膜成分として含む溶射皮膜であり、前記トップコート層を１００質量％としたとき、前記セラミックス材料の含有量は５０質量％以上９９質量％以下であり、前記固体潤滑剤の含有量は１質量％以上５０質量％以下であることを特徴とする、浴中ロール。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属浴中で使用される浴中ロールであって、
外周面にトップコート層が配置され、
前記トップコート層は、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料と、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤と、を溶射皮膜成分として含む溶射皮膜であり、
前記トップコート層を１００質量％としたとき、前記セラミックス材料の含有量は５０質量％以上９９質量％以下であり、前記固体潤滑剤の含有量は１質量％以上５０質量％以下である
ことを特徴とする、浴中ロール。
外周面にトップコート層が配置され、
前記トップコート層は、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料と、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤と、を溶射皮膜成分として含む溶射皮膜であり、
前記トップコート層を１００質量％としたとき、前記セラミックス材料の含有量は５０質量％以上９９質量％以下であり、前記固体潤滑剤の含有量は１質量％以上５０質量％以下である
ことを特徴とする、浴中ロール。
【請求項2】
前記トップコート層は、前記浴中ロールの基材の表面に形成されている
ことを特徴とする、請求項１に記載の浴中ロール。
ことを特徴とする、請求項１に記載の浴中ロール。
【請求項3】
前記トップコート層は、前記浴中ロールの基材の表面に形成されたアンダーコート層の上に形成されており、
前記アンダーコート層は、少なくとも一層の溶射皮膜からなり、セラミックス系溶射皮膜またはサーメット系溶射皮膜の少なくとも一方から構成される
ことを特徴とする、請求項１に記載の浴中ロール。
前記アンダーコート層は、少なくとも一層の溶射皮膜からなり、セラミックス系溶射皮膜またはサーメット系溶射皮膜の少なくとも一方から構成される
ことを特徴とする、請求項１に記載の浴中ロール。
【請求項4】
請求項１に記載の浴中ロールを製造する製造方法であって、
前記セラミックス材料と、前記固体潤滑剤と、を含有する溶射材料を溶射することによって、前記トップコート層を形成する
ことを特徴とする、浴中ロールの製造方法。
前記セラミックス材料と、前記固体潤滑剤と、を含有する溶射材料を溶射することによって、前記トップコート層を形成する
ことを特徴とする、浴中ロールの製造方法。
【請求項5】
請求項２に記載の浴中ロールを製造する製造方法であって、
前記セラミックス材料と、前記固体潤滑剤と、を含有する溶射材料を溶射して、前記浴中ロールの基材表面に前記トップコート層を形成する
ことを特徴とする、浴中ロールの製造方法。
前記セラミックス材料と、前記固体潤滑剤と、を含有する溶射材料を溶射して、前記浴中ロールの基材表面に前記トップコート層を形成する
ことを特徴とする、浴中ロールの製造方法。
【請求項6】
請求項３に記載の浴中ロールを製造する製造方法であって、
セラミックス系溶射材料及び／またはサーメット溶射材料を溶射して、前記浴中ロールの基材表面に前記アンダーコート層を形成する第１溶射工程と、
前記セラミックス材料と、前記固体潤滑剤と、を含有する溶射材料を溶射して、前記アンダーコート層の上に前記トップコート層を形成する第２溶射工程と、
を備える
ことを特徴とする、浴中ロールの製造方法。
セラミックス系溶射材料及び／またはサーメット溶射材料を溶射して、前記浴中ロールの基材表面に前記アンダーコート層を形成する第１溶射工程と、
前記セラミックス材料と、前記固体潤滑剤と、を含有する溶射材料を溶射して、前記アンダーコート層の上に前記トップコート層を形成する第２溶射工程と、
を備える
ことを特徴とする、浴中ロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶融金属浴中で使用される浴中ロールの表面を改質する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
鋼板の表面にメッキ皮膜を形成する方法として、溶融金属が収容されたポット内に鋼板を浸漬させる方法が知られている。このポットには、鋼板を連続メッキするための溶融金属浴中ロール（例えば、シンクロール、サポートロール）が設置されている。一般的に、溶融金属浴中ロールの表面には、耐溶融金属反応性、耐食・耐摩耗性を持つ保護層が形成されている。
【0003】
特許文献１には、Ａｌを少なくとも５０質量％以上含む金属浴中で使用され、ロール表面に、アンダーコート層と、セラミック溶射皮膜のトップコート層と、からなる二層溶射皮膜が形成された、浴中ロールが開示されている。特許文献１におけるトップコート層の表面には、ＢＮと、ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，ＭｇＯ及びＣａＯのうち少なくとも１種と、からなる摩擦低減層が形成されている。当該摩擦低減層によって、トップコート層に加わる摩擦力が低減され、トップコート層の損傷や肌荒れを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６５１６３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ここで、特許文献１に開示されている浴中ロールでは、摩擦低減層は、ＢＮと、ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，ＭｇＯ及びＣａＯのうち少なくとも１種と、を含有した水溶液をトップコート層に塗布して焼成することで形成される。この構成では、金属浴中での使用中に、摩擦低減層が摩耗して消失する恐れがある。かかる場合には、摩擦低減層に覆われていたトップコート層（セラミック溶射皮膜）が露出し、搬送される鋼板との摩擦によって、鋼板を疵つけるおそれがある。
【0006】
上記点に鑑み、本発明は、摩擦低減層で覆われたトップコート層を有する従来の浴中ロールと比べて、摩擦低減効果の低下を抑え、潤滑性を長時間維持することができる浴中ロールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明に係る浴中ロールは、（１）金属浴中で使用される浴中ロールであって、外周面にトップコート層が配置され、前記トップコート層は、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料と、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤と、を溶射皮膜成分として含む溶射皮膜であり、前記トップコート層を１００質量％としたとき、前記セラミックス材料の含有量は５０質量％以上９９質量％以下であり、前記固体潤滑剤の含有量は１質量％以上５０質量％以下であることを特徴とする、浴中ロール。
【0008】
（２） 前記トップコート層は、前記浴中ロールの基材の表面に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の浴中ロール。
【0009】
（３） 前記トップコート層は、前記浴中ロールの基材の表面に形成されたアンダーコート層の上に形成されており、前記アンダーコート層は、少なくとも一層の溶射皮膜からなり、セラミックス系溶射皮膜またはサーメット系溶射皮膜の少なくとも一方から構成されることを特徴とする、請求項１に記載の浴中ロール。
【0010】
（４） （１）に記載の浴中ロールを製造する製造方法であって、前記セラミックス材料と、前記固体潤滑剤と、を含有する溶射材料を溶射することによって、前記トップコート層を形成することを特徴とする、浴中ロールの製造方法。
【0011】
（５） （２）に記載の浴中ロールを製造する製造方法であって、前記セラミックス材料と、前記固体潤滑剤と、を含有する溶射材料を溶射して、前記浴中ロールの基材表面に前記トップコート層を形成することを特徴とする、浴中ロールの製造方法。
【0012】
（６） （３）に記載の浴中ロールを製造する製造方法であって、セラミックス系溶射材料及び／またはサーメット溶射材料を溶射して、前記浴中ロールの基材表面に前記アンダーコート層を形成する第１溶射工程と、前記セラミックス材料と、前記固体潤滑剤と、を含有する溶射材料を溶射して、前記アンダーコート層の上に前記トップコート層を形成する第２溶射工程と、を備えることを特徴とする、浴中ロールの製造方法。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、摩擦低減層で覆われたトップコート層を有する従来の浴中ロールと比べて、摩擦低減効果の低下を抑え、潤滑性を長時間維持することができる浴中ロールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】溶融アルミニウムめっき装置の概略構成図である。
【図2】シンクロール２の一部の概略断面図である。
【図3】本体部２１及びトップコート層２３の拡大断面図である。
【図4】本体部２１、トップコート層２３及びアンダーコート層２４の拡大断面図である。
【図5】実施例の試験方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【0016】
（第１実施形態）
図１は、溶融アルミニウムめっき装置の概略構成図である。溶融アルミニウムめっき装置は、ポット１と、シンクロール２と、サポートロール３とを、含む。ポット１には、金属浴１０が貯留されている。
図１は、溶融アルミニウムめっき装置の概略構成図である。溶融アルミニウムめっき装置は、ポット１と、シンクロール２と、サポートロール３とを、含む。ポット１には、金属浴１０が貯留されている。
【0017】
金属浴１０は、例えば、アルミニウムを主成分とした溶融金属であり、アルミニウムの他に亜鉛などが含まれている。アルミニウムは、金属浴１０の中に少なくとも５０質量％含まれている。ただし、金属浴１０の種類はこれに限られず、例えば、１００質量％亜鉛であってもよい。
【0018】
シンクロール２は、金属浴１０の中に配置されている。シンクロール２によって、鋼板Ａの搬送方向が変更される。サポートロール３は、鋼板Ａを挟む位置に設けられている。サポートロール３によって、鋼板Ａの通過位置が安定するとともに、メッキ付着厚みが平準化される。
【0019】
鋼板Ａは、金属浴１０に浸漬した後、シンクロール２で方向転換され、サポートロール３でメッキ付着厚みが平準化された後、ポット１の外側に搬出される。
【0020】
図２及び図３を参照して、シンクロール２の表面に形成された溶射皮膜について説明する。図２は、シンクロール２の一部の概略断面図である。図３は、本体部２１及びトップコート層２３の拡大断面図である。図２を参照して、シンクロール２は、本体部２１と、本体部２１の両端部に形成された軸部２２と、シンクロール２の外周面に配置されたトップコート層２３と、を備える。図３に示すように、本実施形態におけるトップコート層２３は、本体部２１の基材表面に形成されている。
【0021】
本体部２１が備える基材として、例えば、鉄基材料や、コバルト基材料、ニッケル基材料などを用いることができる。
【0022】
軸部２２は、図示しない軸受部に回転可能に支持されている。軸部２２を回転軸として、シンクロール２を矢印方向（図１参照）に回転させることによって、鋼板Ａを搬送することができる。
【0023】
トップコート層２３は、セラミックス系溶射皮膜である。このセラミックス系溶射皮膜は、成分として、セラミックス材料と、固体潤滑剤と、を含む。セラミックス材料としては、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種が用いられる。固体潤滑剤としては、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種が用いられる。
【0024】
トップコート層２３が、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料を含有することにより、搬送される鋼板が本体部２１の基材に接触することを抑制できるため、耐摩耗性を向上させることができる。好ましくは、トップコート層２３が含有するセラミックス材料は、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種を含有する。この構成によれば、トップコート層２３の耐溶融金属性及び耐摩耗性をさらに向上させることができる。
【0025】
トップコート層２３が、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤を成分として含有することの効果について、以下に記載する。
従来の、所定成分を含有する水溶液を溶射皮膜の上に塗布して焼成することで、摩擦低減層が最外周面に形成されたロール（以下、従来ロールとも称す）では、上述の通り、金属浴中での使用中に、摩擦低減層が摩耗して消失する恐れがある。これに対し、本発明に係る浴中ロールでは、トップコート層２３を形成するセラミックス系溶射皮膜が、成分として固体潤滑剤を含有しているため、トップコート層２３自体の潤滑性（摩擦低減効果）が向上している。そのため、従来ロールの摩擦低減層に比べて消失速度が低下し、摩擦低減効果の低下を抑えることができる。
また、従来ロールでは、溶射皮膜自体が有する摩擦低減効果が小さいため、摩擦低減層が摩耗して覆われていた溶射皮膜が露出すると、搬送する鋼板との摩擦によって鋼板を疵つけるおそれがある。これに対し、本発明に係る浴中ロールでは、トップコート層２３を形成するセラミックス系溶射皮膜が、成分として固体潤滑剤を含有している。そのため、トップコート層２３自体が十分な摩擦低減効果を有し、搬送する鋼板との摩擦による鋼板に発生する疵が抑制される。
従来の、所定成分を含有する水溶液を溶射皮膜の上に塗布して焼成することで、摩擦低減層が最外周面に形成されたロール（以下、従来ロールとも称す）では、上述の通り、金属浴中での使用中に、摩擦低減層が摩耗して消失する恐れがある。これに対し、本発明に係る浴中ロールでは、トップコート層２３を形成するセラミックス系溶射皮膜が、成分として固体潤滑剤を含有しているため、トップコート層２３自体の潤滑性（摩擦低減効果）が向上している。そのため、従来ロールの摩擦低減層に比べて消失速度が低下し、摩擦低減効果の低下を抑えることができる。
また、従来ロールでは、溶射皮膜自体が有する摩擦低減効果が小さいため、摩擦低減層が摩耗して覆われていた溶射皮膜が露出すると、搬送する鋼板との摩擦によって鋼板を疵つけるおそれがある。これに対し、本発明に係る浴中ロールでは、トップコート層２３を形成するセラミックス系溶射皮膜が、成分として固体潤滑剤を含有している。そのため、トップコート層２３自体が十分な摩擦低減効果を有し、搬送する鋼板との摩擦による鋼板に発生する疵が抑制される。
【0026】
ただし、トップコート層２３を１００質量％としたとき、セラミックス材料の含有量は５０質量％以上９９質量％以下であり、固体潤滑剤の含有量は１質量％以上５０質量％以下である。トップコート層２３に含有されるセラミックス材料が９９質量％超の場合、相対的に、固体潤滑剤の含有量が１質量％未満となる。固体潤滑剤の含有量が１質量％未満の場合、トップコート層２３が十分な摩擦低減効果を有しない。また、トップコート層２３に含有される固体潤滑剤が５０質量％超の場合、相対的に、セラミックス材料の含有量が５０質量％未満となる。セラミックス材料の含有量が５０質量％未満の場合、トップコート層２３が十分な耐摩耗性を有しない。そのため、トップコート層２３を１００質量％としたとき、セラミックス材料の含有量は５０質量％以上９９質量％以下であり、固体潤滑剤の含有量は１質量％以上５０質量％以下である。
【0027】
好ましくは、トップコート層２３を１００質量％としたとき、固体潤滑剤の含有量は１０質量％以上２０質量％以下である。固体潤滑剤の含有量を１０質量％以上とすることで、摩擦低減効果がより十分に発現し、トップコート層２３の潤滑性をより高めることができる。また、固体潤滑剤の含有量を２０質量％以下とすることで、トップコート層２３を形成するセラミックス系溶射皮膜の強度を、より向上させることができる。
【0028】
好ましくは、トップコート層２３は、固体潤滑剤として少なくとも窒化ホウ素を含有する。この構成によれば、窒化ホウ素は潤滑性の他に耐溶融金属性や耐熱性を備えるため、トップコート層２３の耐溶融金属性や耐熱性をさらに高めることができる。
【0029】
トップコート層２３は、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料と、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤と、を含む溶射材料を溶射することによって形成することができる。具体的には、上記の溶射材料の配合比率を適宜な値に設定し、造粒してパウダーにしたうえで、本体部２１の基材表面に溶射することによって、本体部２１の基材表面にトップコート層２３を形成することができる。溶射方法としては、プラズマ溶射もしくは高速フレーム溶射を用いることができるが、これらに限られず、既知の溶射方法を用いることができる。 プラズマ溶射は、一対の電極間に不活性ガスを流しながら放電したときに発生する高温・高速のプラズマを溶射の熱源として用いる方法である。高速フレーム溶射は、高圧状態の酸素と炭化水素系燃料ガスなどの燃焼炎を利用したフレーム溶射法の一種である。
【0030】
好ましくは、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料と、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤と、を溶射材料として予め混合しておく。これにより、溶射材料中に固体潤滑剤をより均一に分布させることができるため、これを溶射して形成された溶射皮膜の組織中に固体潤滑剤をより均一に分散させる（溶射皮膜における固体潤滑剤の分布の偏りを抑制する）ことができる。したがって、溶射皮膜の表面位置に応じた摩擦低減効果の変動を、より抑制することができる。
【0031】
トップコート層２３は、上記のセラミックス材料及び固体潤滑剤の他に、本願発明の目的・効果を損なわない範囲で、他の成分を含有してもよい。例えば、トップコート層２３はセラミックス材料及び固体潤滑剤の他に、ＷＢ、ＷＣ、Ｗ２Ｂ２Ｃｏ、Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｃｏなどを含有してもよい。
【0032】
トップコート層２３の好ましい厚みは、１００μｍ以上５００μｍ以下である。トップコート層２３の厚みを１００μｍ以上とすることで、トップコート層２３がより十分な厚みを有するため、摩耗低減効果（潤滑性）の低下をより長期的に抑制することができる。トップコート層２３の厚みを５００μｍ以下とすることで、トップコート層２３が剥離する可能性をより低めることができる。
【0033】
（第２実施形態）
第１実施形態では、本体部２１の基材表面にトップコート層２３が形成された構成について説明した。本実施形態では、トップコート層２３が、本体部２１の基材表面に形成されたアンダーコート層２４の上に形成される構成について、図４を参照して説明する。図４は、本体部２１、トップコート層２３及びアンダーコート層２４の拡大断面図である。
第１実施形態では、本体部２１の基材表面にトップコート層２３が形成された構成について説明した。本実施形態では、トップコート層２３が、本体部２１の基材表面に形成されたアンダーコート層２４の上に形成される構成について、図４を参照して説明する。図４は、本体部２１、トップコート層２３及びアンダーコート層２４の拡大断面図である。
【0034】
アンダーコート層２４は、少なくとも一層の溶射皮膜からなり、セラミックス系溶射皮膜またはサーメット系溶射皮膜の少なくとも一方から構成される。そのため、アンダーコート層２４は、セラミックス系溶射皮膜またはサーメット系溶射皮膜が一層のみ形成された構成であってもよく、セラミックス系溶射皮膜またはサーメット系溶射皮膜のいずれか一方が複数積層した構成であってもよい。また、アンダーコート層２４は、セラミックス系溶射皮膜及びサーメット系溶射皮膜が積層した構成であってもよく、この場合には、アンダーコート層２４を構成する複数の積層した溶射皮膜のうち、一部の層がセラミックス系溶射皮膜であり、残りの層がサーメット系溶射皮膜であってよい。
【0035】
アンダーコート層２４を構成するセラミックス系溶射皮膜は、例えば、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料を含有する。好ましくは、アンダーコート層２４が含有するセラミックス材料は、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種を含有する。この構成によれば、アンダーコート層２４の耐溶融金属性及び耐摩耗性をさらに向上させることができる。
【0036】
アンダーコート層２４を構成するサーメット系溶射皮膜は、例えば、炭化物及びホウ化物のうち少なくとも1種を含むコバルト基材料を含有する。好ましくは、アンダーコート層２４が含有するコバルト基材料は、ホウ化物を含有する。この構成によれば、アンダーコート層２４の耐溶融金属性をさらに向上させることができる。
【0037】
トップコート層２３を、本体部２１の基材表面に形成されたアンダーコート層２４の上に形成する構成によれば、基材に溶融金属が浸入することをさらに抑制することができ、耐溶融金属性を更に高めることができる。また、当該構成によれば、アンダーコート層２４を介して、トップコート層２３と基材との熱膨張差を緩和することができるため、トップコート層２３が剥離する可能性をより低めることができる。
【0038】
アンダーコート層２４は、所定の組成を有するセラミックス系溶射材料及び／またはサーメット系溶射材料を、本体部２１の基材表面に溶射することによって形成することができる（第１溶射工程）。溶射方法としては、プラズマ溶射もしくは高速フレーム溶射を用いることができるが、これらに限られず、既知の溶射方法を用いることができる。本体部２１の基材表面にアンダーコート層２４を形成した後、第１実施形態に記載した溶射材料をアンダーコート層２４の上に溶射することによって、アンダーコート層２４の上にトップコート層２３を形成することができる（第２溶射工程）。トップコート層２３を形成するための溶射方法については、第１実施形態で説明したため、ここでは説明を省略する。
【0039】
アンダーコート層２４の好ましい厚みは、１００μｍ以上３００μｍ以下である。アンダーコート層２４の厚みを１００μｍ以上とすることで、トップコート層２３と基材との熱膨張差をより緩和することができるため、トップコート層２３が剥離する可能性をより低めることができるとともに、耐溶融金属性をより向上させることができる。アンダーコート層２４の厚みを３００μｍ以下とすることで、トップコート層２３及びアンダーコート層２４が剥離する可能性をより低めることができる。
【0040】
（変形例）
上述の実施形態では、シンクロール２のトップコート層２３について説明したが、本発明におけるトップコート層２３は、サポートロール３にも適用することができる。ここで、サポートロール３は、鋼板Ａの搬送時に発生する振動による影響を吸収するために、鋼板Ａのライン速度よりも低速に速度制御されている。具体的には、サポートロール３の場合、シンクロール２よりも回転速度が低速に速度制御されているため、速度差による摩擦・摩耗の問題が、より顕著となる。したがって、本発明は、サポートロール３に対してより好適に用いることができる。
上述の実施形態では、シンクロール２のトップコート層２３について説明したが、本発明におけるトップコート層２３は、サポートロール３にも適用することができる。ここで、サポートロール３は、鋼板Ａの搬送時に発生する振動による影響を吸収するために、鋼板Ａのライン速度よりも低速に速度制御されている。具体的には、サポートロール３の場合、シンクロール２よりも回転速度が低速に速度制御されているため、速度差による摩擦・摩耗の問題が、より顕著となる。したがって、本発明は、サポートロール３に対してより好適に用いることができる。
【0041】
（実施例）
次に、実施例を示して、本発明についてより具体的に説明する。各種実施例及び比較例を準備し、溶射皮膜の耐摩耗性及び摩擦低減効果を評価した。
次に、実施例を示して、本発明についてより具体的に説明する。各種実施例及び比較例を準備し、溶射皮膜の耐摩耗性及び摩擦低減効果を評価した。
【0042】
＜試験方法＞
図５を参照して、実施例の試験方法について説明する。図５は、実施例の試験方法を示す概略図である。まず、丸棒状の基材の表面に、各実施例材料及び比較例材料をプラズマ溶射によって溶射し、丸棒状の各溶射サンプルを準備した。基材としては、ＳＵＳ３０４を用いた。なお、一部の溶射サンプルでは、基材の表面にトップコート層を形成し、他の溶射サンプルでは、基材の表面にトップコート層及びアンダーコート層を形成した。トップコート層の層厚は、全て２００μｍを目標値とした。アンダーコート層の層厚は、全て１５０μｍを目標値とした。図５を参照して、溶射サンプルの径方向中央に、ＳＵＳ３０４からなる軸部を挿通させ、軸部を回転軸として溶射サンプルが軸部と一体に回転するよう固定した。溶射サンプルの外周を覆うように摩耗相手材を配置した後、軸部に固定された溶射サンプル及び摩耗相手材を７００℃の溶融アルミメッキ浴内に浸漬させた。この浸漬状態で、１時間、摩耗相手材を一定の負荷圧力（５ｋｇ）で溶射サンプルに押し付けながら、軸部を一定の回転速度（１５０ｒｐｍ）で回転させた。なお、摩耗相手材として、ＳＵＳ３０４を用いた。
図５を参照して、実施例の試験方法について説明する。図５は、実施例の試験方法を示す概略図である。まず、丸棒状の基材の表面に、各実施例材料及び比較例材料をプラズマ溶射によって溶射し、丸棒状の各溶射サンプルを準備した。基材としては、ＳＵＳ３０４を用いた。なお、一部の溶射サンプルでは、基材の表面にトップコート層を形成し、他の溶射サンプルでは、基材の表面にトップコート層及びアンダーコート層を形成した。トップコート層の層厚は、全て２００μｍを目標値とした。アンダーコート層の層厚は、全て１５０μｍを目標値とした。図５を参照して、溶射サンプルの径方向中央に、ＳＵＳ３０４からなる軸部を挿通させ、軸部を回転軸として溶射サンプルが軸部と一体に回転するよう固定した。溶射サンプルの外周を覆うように摩耗相手材を配置した後、軸部に固定された溶射サンプル及び摩耗相手材を７００℃の溶融アルミメッキ浴内に浸漬させた。この浸漬状態で、１時間、摩耗相手材を一定の負荷圧力（５ｋｇ）で溶射サンプルに押し付けながら、軸部を一定の回転速度（１５０ｒｐｍ）で回転させた。なお、摩耗相手材として、ＳＵＳ３０４を用いた。
【0043】
＜耐摩耗性の評価方法＞
耐摩耗性は、以下の評価方法で評価した。上記試験後に溶射サンプルを切断して、切断面の断面組織を観察し、トップコート層の最大摩耗深さＴ１を測定することで、トップコート層の膜厚変化を確認した。上記試験前のトップコート層の厚みを１００％としたとき、Ｔ１が２０％超の場合には「摩耗が十分に抑制されていない」として評価を「×」とし、Ｔ１が１０％以上２０％以下の場合には「摩耗が十分に抑制されている」として評価を「○」とし、Ｔ１が１０％未満の場合には「摩耗がさらに十分に抑制されている」として評価を「◎」とした。
耐摩耗性は、以下の評価方法で評価した。上記試験後に溶射サンプルを切断して、切断面の断面組織を観察し、トップコート層の最大摩耗深さＴ１を測定することで、トップコート層の膜厚変化を確認した。上記試験前のトップコート層の厚みを１００％としたとき、Ｔ１が２０％超の場合には「摩耗が十分に抑制されていない」として評価を「×」とし、Ｔ１が１０％以上２０％以下の場合には「摩耗が十分に抑制されている」として評価を「○」とし、Ｔ１が１０％未満の場合には「摩耗がさらに十分に抑制されている」として評価を「◎」とした。
【0044】
＜摩擦低減効果の評価方法＞
摩擦低減効果は、以下の評価方法で評価した。上記試験後に摩耗相手材を切断して、切断面の断面組織を観察し、当該断面曲線の算術平均高さＰａを算出した。Ｐａ＞２．０μｍの場合「十分な摩擦低減効果が得られていない」として評価を「×」とし、１．０μｍ≦Ｐａ≦２．０μｍの場合「十分な摩擦低減効果が得られた」として評価を「○」とし、Ｐａ＜１．０μｍの場合「さらに十分な摩擦低減効果が得られた」として評価を「◎」とした。
摩擦低減効果は、以下の評価方法で評価した。上記試験後に摩耗相手材を切断して、切断面の断面組織を観察し、当該断面曲線の算術平均高さＰａを算出した。Ｐａ＞２．０μｍの場合「十分な摩擦低減効果が得られていない」として評価を「×」とし、１．０μｍ≦Ｐａ≦２．０μｍの場合「十分な摩擦低減効果が得られた」として評価を「○」とし、Ｐａ＜１．０μｍの場合「さらに十分な摩擦低減効果が得られた」として評価を「◎」とした。
【0045】
各実施例及び比較例における、溶射皮膜の組成と、耐摩耗性及び摩擦低減効果の評価結果と、を表１に示す。
【表1】
【0046】
＜試験結果＞
実施例１～３２では、トップコート層に対して、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料の含有量が５０質量％以上であったため、耐摩耗性の評価が「○」以上となった。特に、実施例１～３、５～７、９～３２においては、トップコート層に含まれるセラミックス材料が、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種を含有しているため、耐摩耗性の評価が「◎」となった。
実施例１～３２では、トップコート層に対して、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料の含有量が５０質量％以上であったため、耐摩耗性の評価が「○」以上となった。特に、実施例１～３、５～７、９～３２においては、トップコート層に含まれるセラミックス材料が、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種を含有しているため、耐摩耗性の評価が「◎」となった。
【0047】
また、実施例１～３２では、トップコート層に対して、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤の含有量が１質量％以上であったため、摩擦低減効果の評価が「○」以上となった。特に、実施例１０～１２、１４、１６～１８、２２～２４、２６～２８、３０～３２においては、トップコート層に対して、固体潤滑剤の含有量が１０質量％以上であったため、摩擦低減効果の評価が「◎」となった。
【0048】
一方、比較例１、３、５、７、９では、トップコート層に対して、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料の含有量が５０質量％以上であるため、耐摩耗性の評価が「◎」となったものの、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤の含有量が１質量％未満であったため、摩擦低減効果の評価が「×」となった。
【0049】
また、比較例２、４、６、８、１０では、トップコート層に対して、窒化ホウ素及びグラファイトのうち少なくとも１種からなる固体潤滑剤の含有量が１０質量％以上であったため、摩擦低減効果の評価が「◎」となったものの、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２のうち少なくとも１種からなるセラミックス材料の含有量が５０質量％未満であったため、耐摩耗性の評価が「×」となった。
【0050】
なお、従来ロールを模擬した溶射サンプルとして、丸棒状の基材表面に、Ａｌ２Ｏ３からなるトップコート層を形成し、該トップコート層の表面に、窒化ホウ素とＴｉＯ２とを含有した水溶液を塗布して焼成することで、最外層に摩擦低減層（窒化ホウ素：２０質量％、ＴｉＯ２：８０質量％）が形成された溶射サンプルを別途準備し、この溶射サンプルに対して上述と同様の試験を行った。その結果、摩擦低減層が消失し、トップコート層が露出した。なお、上述の実施例１～３２、比較例１～１０において、最外層であるトップコート層の消失は生じなかった。
【符号の説明】
【0051】
２ シンクロール ３ サポートロール ２３ トップコート層 ２４ アンダーコート層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
