复合管以及复合管的制造方法与流程

本发明涉及一种在厚度方向上层叠有多种金属或合金的复合管及其制造方法。

背景技术：

已知有在厚度方向上层叠有多种金属或合金的复合管。复合管经常用于需要满足例如耐久性和耐腐蚀性、或者装饰性和低成本等多个性能或条件的情况。

已知，作为在构成半导体制造装置的腔室中使具有腐蚀性的气体流出流入的管的材料，使用镍等具有耐腐蚀性的金属。但是，镍等金属的价格昂贵。因此，如果能够适用以具有耐腐蚀性的金属或合金被覆不锈钢等廉价金属或合金的内周面的复合管，则是有效的。

作为被覆金属表面的技术已知有电镀法。

此外，在专利文献1中，公开了一种在镍基合金管的内侧插入钢管，实施拉伸加工而使其塑性变形，然后通过倾斜轧制而使两管的接合面附着的复合管制造方法。

进一步地，在专利文献2中，公开了一种通过将金属或合金的板材重叠并轧制压接来制作双层覆层材，并通过辊轧成形机将该双层覆层材成形加工成筒状的复合管制造方法。

专利文献1：日本特开平8-90258号公报

专利文献2：日本特开平6-114571号公报

技术实现要素：

但是，在使用电镀法的情况下，由电镀形成的被覆层的厚度最大也只是大约25μm以下，即被覆层基本不能增厚。因此，存在被覆层容易剥落，长期使用时耐久性较弱的问题。此外，由于电镀法时在被覆层容易产生麻点，而导致从麻点的部分开始浸蚀的问题。

此外，在上述专利文献1的情况下，即使是为了使不同种的金属或合金的块状材料接合而通过拉伸加工或倾斜轧制加工使其塑性变形，接合面的附着强度也有限。特别是在内周侧的层的厚度较小时，在流过复合管的流体的流速较快或者内周侧被减压了的情况下，可能会导致产生剥离。因此，仍然是，难以确保长期使用时足够的耐久性。

此外，在上述专利文献2中，在叠合板材的展性和延展性等机械性能具有较大差别的情况下，如果为了提高板材间的附着强度而反复轧制加工，则会导致双层覆层材产生较大翘曲。从而，产生为抑制该翘曲而调节各板材的厚度，增加叠合板材的层数的必要性，其结果导致对板材的材料组合或厚度组合产生限制。

本发明鉴于上述问题开发而成，其目的在于提供一种对各层的材料组合和各层的厚度组合不会产生限制，且多个层之间的附着性较高，并且具有长期使用时耐久性的复合管及其制造方法。

为了解决上述问题并达成目的，本发明涉及的复合管的特征在于：具备，第1筒状体，其由第1种金属或合金构成，第2筒状体，其设置于所述第1筒状体的内周面，由与所述第1种金属或合金不同种类的第2种金属或合金构成，径向厚度至少有50μm，其中，在所述第1筒状体和第2筒状体接触的交界面形成有一方的材料进入到另一方的锚定层。

上述复合管的特征在于：所述第2筒状体的径向厚度相对于该复合管的径向厚度的比率为1/3以下。

上述复合管的特征在于：所述第2筒状体通过对所述第1筒状体将所述材料的粉末与气体一起以保持固相状态的方式喷涂，并使其沉积而形成，所述第1筒状体设置有由所述第1种金属或合金构成且沿长度方向延伸的接合部，所述第2筒状体设置有由所述第2种金属或合金构成且沿长度方向延伸的接合部。

上述复合管的特征在于：所述第1筒状体是通过对所述第2筒状体将所述材料的粉末与气体一起以保持固相状态的方式喷涂，并使其沉积而形成。

上述复合管的特征在于：所述第1种金属或合金和第2种金属或合金的组合为普通钢或不锈钢和镍或镍合金、普通钢或不锈钢和铝或铝合金、普通钢或不锈钢和铜或铜合金、普通钢或不锈钢和钛或钛合金、铝或铝合金和镍或镍合金、铝或铝合金和铜或铜合金、铝或铝合金和钛或钛合金、以及铜或铜合金和钛或钛合金中的任一组合。

本发明涉及的复合管的制造方法的特征在于，包括：层叠体制作工序，通过对由第1种金属或合金构成的板状的基材，将由与所述第1种金属或合金不同种类的第2种金属或合金构成的粉末与气体一起以保持固相状态的方式喷涂，并使其沉积来制作板状的层叠体，筒状成形工序，将所述层叠体成形为筒状，以及接合工序，将成形为筒状的所述层叠体的对向的侧端面彼此接合。

上述复合管的制造方法的特征在于：还包括轧制工序，对所述板状的层叠体实施轧制处理，在所述筒状成形工序中，将实施了所述轧制处理的所述板状的层叠体成形为筒状。

上述复合管的制造方法的特征在于：在所述筒状成形工序中，以使所述基材成为外侧的方式对所述层叠体进行成形。

上述复合管的制造方法的特征在于：在所述筒状成形工序中，以使所述基材成为内侧的方式对所述层叠体进行成形。

上述复合管的制造方法的特征在于：所述接合工序包括，第1接合工序，其使用由所述第1种金属或合金构成的焊料将所述基材的侧端面彼此接合，以及第2接合工序，其使用由所述第2种金属或合金构成的焊料，将由沉积在所述基材上的所述第2种金属或合金构成的沉积层的侧端面彼此接合。

本发明涉及的复合管的制造方法的特征在于，包括：层叠体制作工序，通过对由第1种金属或合金构成的筒状基材的外周面，将由与所述第1种金属或合金不同种类的第2种金属或合金构成的粉末与气体一起以保持固相状态的方式喷涂，并使其沉积来制作筒状的层叠体，以及拉伸工序，对所述筒状的层叠体实施拉伸处理。

发明内容

根据本发明能够提供一种复合管，其通过对第1筒状体和第2筒状体中的一方将材料的粉末与气体一起以保持固相状态的方式喷涂，并使其沉积，即通过所谓冷喷涂法来形成第1筒状体和第2筒状体中的另一方，因此不会对各层的材料组合和各层的厚度组合产生限制，多个层之间的附着性较高，且具有长期使用时耐久性。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的复合管的外观的立体图。

图2是表示图1所示的复合管的构造的横剖面图。

图3是表示本发明的实施方式1涉及的复合管的制造方法的流程图。

图4是用于说明图1所示的复合管的制造方法的示意图。

图5是表示冷喷涂装置的结构例的示意图。

图6是用于说明图1所示的复合管的制造方法的示意图。

图7是用于说明图1所示的复合管的制造方法的示意图。

图8是表示本发明的实施方式1的变形例涉及的复合管的立体图。

图9是表示本发明的实施方式2涉及的复合管的外观的立体图。

图10是表示图9所示的复合管的制造方法的流程图。

图11是用于说明图9所示的复合管的制造方法的示意图。

图12是用于说明图9所示的复合管的制造方法的示意图。

符号说明

1、2、3复合管

11、21、31筒状体

12内周皮膜层

13、14、15接合部

16基材

17、34皮膜

18层叠体

18a侧端面

19粉末

22、32外周皮膜层

33粉末

100冷喷涂装置

101气体加热器

102粉末提供装置

103喷枪

104气体喷嘴

105、106泵

具体实施方式

下面，参照附图来详细地说明用于实施本发明的方式。另外，下面的实施方式并不限定本发明。另外，在以下的说明中参照的各附图只是为了易于理解本发明内容示意性示出形状、大小以及位置关系。即，本发明并不仅限于在各附图中例示的形状、大小以及位置关系。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1涉及的复合管(cladpipe)的外观的立体图。图2是表示图1所示的复合管的构造的横剖面图。如图1和图2所示，本实施方式1涉及的复合管1具备筒状体(第1筒状体)11，以及形成于筒状体11的内周面的筒状的内周皮膜层(第2筒状体)12。在复合管1的一部分设置有沿长度方向延伸的接合部13。复合管1的截面形状没有特别限制，可以是如图2所示的圆环形状，也可以是圆环形状被压扁的形状。或者也可以是长方形或六边形等的多边形状。

筒状体11和内周皮膜层12由彼此不同种类的金属或合金形成。构成筒状体11和内周皮膜层12的金属或合金的组合没有特别限制。作为具体示例能够列举：普通钢或不锈钢和镍或镍合金、普通钢或不锈钢和铝或铝合金、普通钢或不锈钢和铜或铜合金、普通钢或不锈钢和钛或钛合金、铝或铝合金和镍或镍合金、铝或铝合金和铜或铜合金、铝或铝合金和钛或钛合金、以及铜或铜合金和钛或钛合金等的组合。这里普通钢是指作为铁和碳的合金的钢中的碳含量(质量％)为0.6％以下的钢。

根据复合管1的用途适当地决定上述各种组合中的哪种形成筒状体11，哪种形成内周皮膜层12即可。例如，当以在构成半导体制造装置的腔室中使具有腐蚀性的流体(液体或气体)流过作为用途制造复合管1时，筒状体11可以由不锈钢形成，接触流体的内周皮膜层12可以由镍形成。此外，在海水淡水化工厂等中，当以流过海水作为用途制造复合管1时，为了确保强度筒状体11可以由碳素钢形成，为了附加耐腐蚀性内周皮膜层12可以由不锈钢形成。

内周皮膜层12的径向厚度d12至少是50μm。此外，优选该厚度d12为复合管1的径向厚度dtotal的1/3以下。

筒状体11以及内周皮膜层12中的至少一方是以另一方为基材通过冷喷涂法形成的。如后面所述，在本实施方式1中，内周皮膜层12是通过冷喷涂法形成的。

这里，冷喷涂法是指通过使材料的粉末与处于熔点或软化点以下的状态的惰性气体一起从渐扩(拉法尔)喷嘴(delavalnozzle)喷射，保持固相状态地撞击基材，在基材的表面形成皮膜的方法。由于在冷喷涂法中与热喷涂法相比在较低的温度下进行成膜，能够减小热应力的影响。因此能够获得既不发生相变又能抑制氧化的金属或合金的皮膜。特别是如本实施方式1，在作为基材和皮膜的材料都是金属或合金的情况下，金属或合金的材料的粉末撞击基材(或是先形成的皮膜)时，粉末与基材之间发生塑性变形，产生皮膜的材料进入到基材的被称为锚定效应(anchoreffect)的现象。通过该锚定效应形成的、被皮膜材料进入到基材的区域称为锚定层。在锚定层，基材和皮膜彼此的氧化皮膜被损坏，通过新生面彼此进行金属结合，由此能够获得附着强度较高的层叠体。

接合部13是使用包括电弧焊接、气体焊接、以及等离子焊接等熔融熔接(狭义的焊接)、钎焊、以及搅拌摩擦焊接等的接合方法接合筒状体11及内周皮膜层12的痕迹。在本实施方式1中，使用焊料通过熔融熔接分别接合筒状体11及内周皮膜层12。因此，接合部13是包含内周侧的接合部14以及外周侧的接合部15的2层构造。此外，也可以使内周侧的接合部14比内周皮膜层12的其他部分的外周面更加向外周侧(即接合部15侧)隆起一些。

下面说明本实施方式1涉及的复合管1的制造方法。图3是表示复合管1的制造方法的流程图。图4、图6以及图7是用于说明复合管1的制造方法的示意图。图5是表示冷喷涂法成膜装置的结构例的示意图。

首先，在工序s11，如图4所示，通过用冷喷涂法在基材16上形成皮膜17来制作板状的层叠体18。基材16是成为复合管1的筒状体11的部分。例如，在由不锈钢形成筒状体11的情况下，准备由不锈钢构成的矩形状的板材作为基材16。不锈钢的板材的制造方法没有特别限制，既可以是轧制板，也可以是通过冷喷涂法制作的板材。基材16的径向厚度根据复合管1的用途适当地确定。

另一方面，皮膜17是成为内周皮膜层12的部分。例如在由镍形成内周皮膜层12的情况下，通过以镍粉末为材料进行冷喷涂法形成皮膜17。

图5所示的冷喷涂装置100具备：气体加热器101，其对压缩气体进行加热；粉末提供装置102，其收纳皮膜17的材料粉末19，并将其提供给喷枪103；气体喷嘴104，其将提供到喷枪103的粉末19与加热后的压缩气体一起朝向基材16喷射；以及泵105和泵106，其分别调节对气体加热器101以及粉末提供装置102提供的压缩气体的提供量。

作为压缩气体使用氦气、氮气、以及空气等。被提供到气体加热器101的压缩气体在被加热到比粉末19的熔点低的范围的温度后，被提供给喷枪103。优选压缩气体的加热温度为300～1000℃。

另一方面，被提供到粉末提供装置102的压缩气体将粉末提供装置102内的粉末19以成为规定的喷出量的方式提供给喷枪103。

加热后的压缩气体由于通过呈渐扩形状的气体喷嘴104而成为超声速流(大约340m/s以上)并被喷射出去。优选此时的压缩气体的气体压力是1～5mpa左右。这是因为通过将压缩气体的压力调整到这种程度，能够实现皮膜17与基材16的附着强度的提高。更优选以2～5mpa左右的压力进行处理。

在这种冷喷涂装置100中，将基材16(例如不锈钢板)朝向喷枪103配置，并且将皮膜17的材料粉末(例如镍粉)19投入到粉末提供装置102中，开始向气体加热器101以及粉末提供装置102提供压缩气体。由此，提供到喷枪103的粉末19被投入到该压缩气体的超声速流中而被加速，并从喷枪103喷射出来。通过使该粉末19保持固相状态高速撞击到基材16并沉积，形成皮膜17。通过此时的撞击，在基材16与皮膜17的交界面形成锚定层，皮膜17牢固地附着于基材16。在工序s11，使其沉积直到该皮膜17成为要求的厚度为止。

此外，作为基于冷喷涂法的成膜装置，只要是能够使材料的粉末19朝向基材16以固相状态撞击而形成皮膜17的装置即可，不限定于图5所示的冷喷涂装置100的结构。

接着，在工序s12，对在基材16上形成有皮膜17的层叠体18实施轧制处理。该轧制处理是以将皮膜17的表面平整得光滑的同时，提高皮膜17的密度以及微调整层叠体18的厚度为目的实施的。因此，无需如以往的轧制处理那样反复进行处理以将层叠体18大幅度延展。例如，施加将层叠体18的厚度最大也只压缩50％左右的压力即可。

接着，在工序s13，将呈矩形的板状的层叠体18的对向的侧端面18a倾斜切割，图6所示，以使这些侧端面18a彼此对向的方式，使用辊轧成形机(rollformingmachine)将层叠体18成形为筒状。此时，以使皮膜17成为内周侧的方式成形。切割侧端面18a时，以使外周面(基材16的表面)相对内周面(皮膜17的表面)较短的方式倾斜侧端面18a。由此，在将层叠体18成形为筒状时，形成出朝向外周侧打开的v字状的槽。

接着，在工序s14，成形为筒状的层叠体18的对向的侧端面18a彼此接合。工序s14的接合方法没有特别限制，可以采用包括电弧焊接、气体焊接、等离子焊接等的熔融熔接(狭义的焊接)、钎焊以及搅拌摩擦焊接等已知的方法。根据要接合的材料适当地选择熔融熔接所使用的焊料以及钎焊所使用的钎料即可。

作为一个示例，在通过熔融熔接来接合的情况下，首先，如图7的(a)所示，使用由与皮膜17相同的材料(例如镍)构成的焊料使皮膜17的侧端面彼此接合(参照接合部14)。接着，如图7的(b)所示，使用由与基材16相同的材料(例如不锈钢)构成的焊料使基材16的侧端面彼此接合(参照接合部15)。由此，完成图1所示复合管1。

如以上说明的那样，根据本实施方式1，通过将在基材16上用冷喷涂法形成有皮膜17的层叠体18成形为筒状，并接合侧端面18a，制造由2层构成的复合管1，由此，在筒状体11与内周皮膜层12之间能够获得牢固的附着强度。从而，能够制造具有长期使用时耐久性的复合管1。

此外，在本实施方式1中，如上所述，进行轧制处理的目的仅为平滑皮膜17的表面、提高皮膜17的密度以及微调整层叠体18的厚度，不需要像以往的那样，为了提高层间的附着性而进行多次轧制处理并大幅度延展层叠体18。因此，即使在基材16与皮膜17之间的展性以及延展性等机械性能的差距较大的情况下，也能够防止产生因反复进行轧制处理而引起的翘曲。另外，也不需要为了防止在轧制处理中产生翘曲而对基材16与皮膜17的厚度平衡进行限制。由此，与以往相比，能够高度提高基材16与皮膜17(筒状体11与内周皮膜层12)的材料组合以及厚度的组合自由度。

例如，在以往，为了防止在延伸处理中产生翘曲，使皮膜17即内周皮膜层12的径向厚度d12相对于层叠体18的厚度即复合管1的径向厚度dtotal的比率为1/3以下比较困难。然而，在本实施方式1中，能够不产生翘曲地制作基材16与皮膜17之间厚度差距很大的层叠体18。

此外，在本实施方式1中，通过使用冷喷涂法，能够形成在电镀法中难以形成的厚度d12为50μm以上的内周皮膜层12。从而，能够提高内周皮膜层12的长期使用时耐久性。进而，还能够防止在电镀法中容易产生的麻点，因此能够防止通过麻点而产生的浸蚀。

此外，在上述实施方式1，制作了由2层构成的复合管1，也可以制作3层以上的复合管。这种情况下，只要将通过冷喷涂法而在基材16上形成有多个层的层叠体成形为筒状，并通过熔融熔接、钎焊、搅拌摩擦焊接等将各层的侧端面彼此接合即可。

变形例

下面，对本发明的实施方式1的变形例进行说明。图8是表示本变形例涉及的复合管的立体图。

在上述实施方式1中，以使皮膜17成为内侧(基材16成为外侧)的方式将层叠体18成形为筒状，反过来，也可以以使皮膜17成为外侧(基材16成为内侧)的方式将层叠体18成形为筒状。在这种情况下，如图8所示，能够制作由基材16成形为筒状的筒状体21和设置在筒状体21的外周面的外周皮膜层22构成的复合管2。

如此，在将通过冷喷涂法制作的层叠体18成形为筒状时的朝向，根据复合管的用途、耐腐蚀性以及装饰性等对皮膜17所要求的功能等适当地决定即可。

实施方式2

接着，对本发明的实施方式2进行说明。图9是表示本发明的实施方式2涉及的复合管的外观的立体图。如图9所示，本实施方式2涉及的复合管3具备：筒状体(第2筒状体)31，以及形成于筒状体31的外周面的筒状的外周皮膜层(第1筒状体)32。复合管3的截面形状没有特别限制，可以是如图9所示的圆环形状，也可以是圆环形状被压扁的形状。或者也可以是长方形或六边形等的多边形状。

筒状体31和外周皮膜层32由彼此不同种类的金属或合金形成。筒状体31和外周皮膜层32的材料组合与在实施方式1中所列举组合相同，根据复合管3的用途适当地决定各种组合中的哪种形成筒状体31、哪种形成外周皮膜层32即可。

筒状体31的径向厚度至少是50μm。此外，优选其厚度为复合管3的径向厚度的1/3以下。

接着，对本实施方式2涉及的复合管3的制造方法进行说明。图10是表示复合管3的制造方法的流程图。图11和图12是用于说明复合管3的制造方法的示意图。

首先，在工序s21，通过用冷喷涂法在筒状基材的外周面上形成皮膜来制作筒状的层叠体。如图11所示，作为筒状基材使用筒状体31本身。此外，作为在冷喷涂中使用的原料的粉末33，准备构成外周皮膜层32的金属或合金的粉末。例如，在由镍形成筒状体31，而由不锈钢形成外周皮膜层32的情况下，通过在镍管的外周面上喷涂不锈钢粉末，形成不锈钢皮膜。

通过将粉末33投入粉末供给装置102(参照图5)而从气体喷嘴104喷射，并喷涂至作为基材的筒状体31，如图12所示，使皮膜34沉积在筒状体31的外周面上。由于在将该粉末33喷涂至筒状体时的撞击，在筒状体31和皮膜34的交界面形成锚定层，皮膜34牢固地附着于筒状体31。

在后续的工序s22中，对在作为基材的筒状体31上形成有皮膜34的筒状的层叠体实施拉伸加工。该拉伸加工是以将皮膜34的表面平整得光滑的同时，提高皮膜34的密度以及微调整皮膜34的厚度为目的实施的。因此，无需如以往的拉伸加工那样反复进行处理。此外，施加将筒状的层叠体的厚度最大也只压缩50％左右的压力即可。由此，图9所示的复合管3完成。

如以上说明的那样，根据本实施方式2，通过冷喷涂法在呈筒状的基材的外周面上形成皮膜，能够制作没有接合痕迹那样的接缝的复合管3。