JP2001355081A - Heat resistant member and its production method - Google Patents

Heat resistant member and its production method

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JP2001355081A
JP2001355081A JP2000177850A JP2000177850A JP2001355081A JP 2001355081 A JP2001355081 A JP 2001355081A JP 2000177850 A JP2000177850 A JP 2000177850A JP 2000177850 A JP2000177850 A JP 2000177850A JP 2001355081 A JP2001355081 A JP 2001355081A
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nickel
aluminum
film
weight
heat
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JP2000177850A
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Japanese (ja)
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Hiroaki Matsuyoshi
弘明 松好
Shinichi Kawasaki
真一 川崎
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Osaka Gas Co Ltd
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Osaka Gas Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material as a heat resistant member in which high temperature corrosive deterioration, thermal deterioration or the like are hard to occur, producible by a simple method at a low cost and further applicable even to complicated shape parts. SOLUTION: In this heat resistant member, the surface of a metallic substrate is provided with a nickel-aluminum alloy film obtained by diffusing aluminum metal into a nickel plating film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン、タービ
ン、各種工業炉等に使用される耐熱部材及びその製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat-resistant member used for engines, turbines, various industrial furnaces and the like, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コージェネレーション等で用いら
れているエンジン、タービン等について、エネルギー変
換効率向上のために、高温運転や稼働時間の長期化が行
われている。この様な過酷な運転状況下では、特に、エ
ンジン、タービン等の燃焼部、排気部、熱交換部等の高
温ガスが流通する部分の金属部材については、主に酸素
による腐食劣化、熱劣化等が発生して、実用上の大きな
問題となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, high-temperature operation and long operation time of engines, turbines, and the like used in cogeneration and the like have been performed in order to improve energy conversion efficiency. Under such severe operating conditions, in particular, metal parts in a high temperature gas flowing part such as a combustion part, an exhaust part, a heat exchange part, such as an engine and a turbine, are mainly subjected to corrosion deterioration due to oxygen, heat deterioration, etc. Occurs, which is a serious problem in practical use.

【0003】このため、金属部材としてニッケル系耐熱
合金などを使用する場合もあるが、耐熱合金のみで高温
強度と耐酸化性の両特性を持たせることは困難になって
きている。
For this reason, a nickel-based heat-resistant alloy may be used as a metal member in some cases. However, it has become difficult to provide both high-temperature strength and oxidation resistance with a heat-resistant alloy alone.

【0004】そこで、これらの金属部材の高温での酸化
劣化、熱劣化などを抑制するために金属部材の表面に様
々なコーティングを施すことが提案されている。
Therefore, it has been proposed to apply various coatings to the surface of the metal member in order to suppress the oxidative deterioration and the thermal deterioration of the metal member at a high temperature.

【0005】このコーティングのうち、金属部材に直接
アルミニウム拡散処理を施したものが一部実用化されて
いる。
[0005] Among these coatings, those obtained by directly subjecting a metal member to aluminum diffusion treatment have been partially put to practical use.

【0006】しかしながら、アルミニウム拡散処理を施
した金属材料は、高温での耐酸化性に優れているが、高
温での使用中に表面層のアルミニウムが金属部材の内部
へ拡散していくため、金属材料の脆化がおこるという問
題がある。
However, the metal material subjected to the aluminum diffusion treatment is excellent in oxidation resistance at high temperatures, but since the aluminum in the surface layer diffuses into the metal member during use at high temperatures, the There is a problem that embrittlement of the material occurs.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
腐食劣化、熱劣化等を生じ難く、エンジン、タービン、
各種工業炉等における使用に適した耐熱部材を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION The main object of the present invention is to:
It is hard to cause corrosion deterioration, heat deterioration, etc., engine, turbine,
An object of the present invention is to provide a heat-resistant member suitable for use in various industrial furnaces and the like.

【0008】本発明の他の目的は、簡便な手法により低
コストで製造でき、しかも複雑な形状部分にも容易に適
用できる耐熱部材の製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a heat-resistant member which can be manufactured at a low cost by a simple method and can be easily applied to a complicated shape portion.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、金
属基体上にニッケル系メッキ皮膜を形成した後、このニ
ッケル系メッキ皮膜にアルミニウムを拡散させることに
よって、表面から深さ方向に徐々にアルミニウム含有率
が減少するニッケル−アルミニウム系合金皮膜を形成で
きることを見出した。そして、該合金皮膜は、耐酸化性
が良好であって、高温での使用中にアルミニウムが金属
部材の内部へ拡散する現象を防止できるために、この皮
膜を形成した部材は、耐熱部材として非常に優れた特性
を発揮するものとなることを見出し、ここに本発明を完
成するに至った。
The inventor of the present invention has conducted intensive studies in view of the above-mentioned problems of the prior art, and as a result, after forming a nickel-based plating film on a metal substrate, the nickel-based plating film was formed. It has been found that a nickel-aluminum alloy film whose aluminum content gradually decreases from the surface in the depth direction can be formed by diffusing aluminum into the film. Since the alloy film has good oxidation resistance and can prevent aluminum from diffusing into a metal member during use at a high temperature, the member on which this film is formed is extremely resistant as a heat-resistant member. Have been found to exhibit excellent characteristics, and the present invention has been completed here.

【0010】即ち、本発明は、以下の耐熱部材及びその
製造方法を提供するものである。 1.ニッケル系メッキ皮膜中にアルミニウムを拡散させ
てなるニッケル−アルミニウム系合金皮膜を金属基体上
に有する耐熱部材。 2.ニッケル−アルミニウム系合金皮膜が、表面から深
さ方向に向かってアルミニウム含有率が減少するもので
ある上記項1に記載の耐熱部材。 3.エンジン又はタービンの燃焼部、排気部若しくは熱
交換部用の部材である上記項1又は2に記載の耐熱部
材。 4.エンジン又はタービンのピストン頂面、ピストンリ
ング、シリンダーライナー、排気バルブかさ裏部、ター
ビン燃焼器、動翼、静翼、シュラウドタービンケーシン
グ、ターボチャージャー排気タービン、ウエストゲート
バルブ、排気マニホールド、排気煙道、オイルクーラー
若しくはアフタークーラー用の部材である上記項3に記
載の耐熱部材。 5.上記項1〜4のいずれかの部材を備えたエンジンま
たはタービン。 6.金属基体上にニッケル系メッキ皮膜を形成した後、
アルミニウム粉末を含有するアルミニウム浸透剤中で加
熱処理を行って該ニッケル系メッキ皮膜中にアルミニウ
ムを拡散させることを特徴とするニッケル−アルミニウ
ム系合金皮膜を有する耐熱部材の製造方法。 7.金属基体上にニッケル系メッキ皮膜を形成した後、
アルミニウム皮膜を形成し、次いで、加熱処理を行って
該ニッケル系メッキ皮膜中にアルミニウム金属を拡散さ
せることを特徴とするニッケル−アルミニウム系合金皮
膜を有する耐熱部材の製造方法。 8.アルミニウム皮膜を形成する方法が、溶融メッキ
法、金属溶射法、真空蒸着法、陰極スパッタリング法又
はイオンプレーティング法である上記項7に記載の方
法。
That is, the present invention provides the following heat-resistant member and a method for manufacturing the same. 1. A heat-resistant member having a nickel-aluminum-based alloy film formed by diffusing aluminum in a nickel-based plating film on a metal substrate. 2. Item 2. The heat-resistant member according to item 1, wherein the nickel-aluminum-based alloy film has a reduced aluminum content from the surface in a depth direction. 3. Item 3. The heat-resistant member according to Item 1 or 2, which is a member for a combustion portion, an exhaust portion, or a heat exchange portion of an engine or a turbine. 4. Engine or turbine piston top, piston ring, cylinder liner, exhaust valve back, turbine combustor, rotor blades, vanes, shroud turbine casing, turbocharger exhaust turbine, wastegate valve, exhaust manifold, exhaust flue, Item 4. The heat-resistant member according to item 3, which is a member for an oil cooler or an after cooler. 5. An engine or turbine provided with any one of the above items 1 to 4. 6. After forming a nickel-based plating film on a metal substrate,
A method for producing a heat-resistant member having a nickel-aluminum-based alloy film, wherein a heat treatment is performed in an aluminum penetrant containing aluminum powder to diffuse aluminum into the nickel-based plating film. 7. After forming a nickel-based plating film on a metal substrate,
A method for producing a heat-resistant member having a nickel-aluminum-based alloy film, comprising forming an aluminum film and then performing a heat treatment to diffuse aluminum metal into the nickel-based plating film. 8. Item 8. The method according to Item 7, wherein the method for forming the aluminum film is a hot-dip plating method, a metal spraying method, a vacuum evaporation method, a cathode sputtering method, or an ion plating method.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の耐熱部材は、ニッケル系
メッキ皮膜中にアルミニウムを拡散させてなるニッケル
−アルミニウム系合金皮膜を金属基体上に形成したもの
である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The heat-resistant member of the present invention is obtained by forming a nickel-aluminum-based alloy film formed by diffusing aluminum in a nickel-based plating film on a metal substrate.

【0012】本発明の耐熱部材の基体となる金属の種類
としては、通常、エンジン、タービン等に用いる耐熱部
材を形成する金属であれば特に制限されず、例えば、鉄
合金(炭素鋼、特殊鋼、耐熱鋼、ステンレス鋼など)、
銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバ
ルト合金などが挙げられる。
The kind of metal serving as a base of the heat-resistant member of the present invention is not particularly limited as long as it is a metal forming a heat-resistant member used for an engine, a turbine, or the like. , Heat-resistant steel, stainless steel, etc.),
Copper, copper alloys, nickel, nickel alloys, cobalt, cobalt alloys and the like can be mentioned.

【0013】この様な金属基体上にニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜を形成するには、まず、金属基体上にニ
ッケル系メッキ皮膜を形成した後、形成されたメッキ皮
膜にアルミニウムを拡散させればよい。
In order to form a nickel-aluminum alloy film on such a metal substrate, first, a nickel-based plating film is formed on the metal substrate, and then aluminum is diffused into the formed plating film. .

【0014】ニッケル系メッキ皮膜を形成するには、電
解メッキ液又は無電解メッキ液を用いて、常法に従って
メッキ処理を行えばよい。
In order to form a nickel-based plating film, a plating treatment may be carried out using an electrolytic plating solution or an electroless plating solution according to a conventional method.

【0015】ニッケル系メッキ皮膜は、ニッケル金属単
独のメッキ皮膜だけではなく、ニッケルに加えてコバル
ト、クロム、銅、マンガン、スズ、タングステン、ホウ
素、リンなどの合金元素の1種または2種以上を含有す
ニッケル合金メッキ皮膜であっても良い。この様なニッ
ケル合金メッキ皮膜では、ニッケルの含有率は、ニッケ
ルと合金金属の基準として、50重量%程度以上である
ことが好ましい。さらにこのニッケル系メッキ皮膜中に
は酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ク
ロム、酸化ジルコニア、酸化イットリウム、酸化ハフニ
ウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの無機微粒子が含ま
れていても良い。これらの無機微粒子の含有率は、メッ
キ皮膜中20重量%程度以下とすることが好ましい。更
に、無電解メッキ液を用いる場合には、還元剤中の成分
であるリン又はホウ素がメッキ皮膜中に取り込まれる。
これらの還元剤由来のリン又はホウ素の含有量は、リン
については15重量%程度以下、ホウ素については10
重量%程度以下とすることが好ましい。
The nickel-based plating film is not only a plating film of nickel metal alone, but also one or more alloying elements such as cobalt, chromium, copper, manganese, tin, tungsten, boron and phosphorus in addition to nickel. It may be a nickel alloy plating film contained. In such a nickel alloy plating film, the nickel content is preferably about 50% by weight or more based on nickel and the alloy metal. Further, the nickel-based plating film may contain inorganic fine particles such as silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, chromium oxide, zirconia oxide, yttrium oxide, hafnium oxide, silicon carbide, and silicon nitride. It is preferable that the content of these inorganic fine particles be about 20% by weight or less in the plating film. Further, when an electroless plating solution is used, phosphorus or boron as a component in the reducing agent is taken into the plating film.
The content of phosphorus or boron derived from these reducing agents is about 15% by weight or less for phosphorus and 10% or less for boron.
It is preferable that the content be not more than about% by weight.

【0016】電解メッキ液及び無電解メッキ液の種類に
ついては特に限定はなく、ニッケル塩を必須の成分とし
て含有する公知の各種組成の電解メッキ液又は無電解メ
ッキ液を用いることができる。
The types of the electrolytic plating solution and the electroless plating solution are not particularly limited. Electrolytic plating solutions or electroless plating solutions of various known compositions containing a nickel salt as an essential component can be used.

【0017】メッキ方法としては、常法に従って、脱
脂、酸洗等の前処理を行った後電解メッキ又は無電解メ
ッキを行えばよい。また、基体に対するニッケル系メッ
キ皮膜の密着性を向上させるために、必要に応じて、公
知の方法によりストライクメッキを行った後、ニッケル
系メッキ皮膜を形成しても良い。無電解メッキに対する
触媒活性のない基体上に直接無電解メッキを行う場合に
は、常法に従って、触媒を付与した後、無電解メッキを
行えばよい。
As a plating method, electrolytic plating or electroless plating may be performed after pretreatment such as degreasing and pickling according to a conventional method. Further, in order to improve the adhesion of the nickel-based plating film to the substrate, if necessary, the nickel-based plating film may be formed after performing strike plating by a known method. When performing electroless plating directly on a substrate having no catalytic activity for electroless plating, the electroless plating may be performed after applying a catalyst according to a conventional method.

【0018】ニッケル系メッキ皮膜の厚さについては、
部材の材質及び形状、該部材を使用する環境、マトリッ
クス金属の種類などにより異なるが、通常、10〜10
00μm程度とすればよい。
Regarding the thickness of the nickel-based plating film,
It varies depending on the material and shape of the member, the environment in which the member is used, the type of matrix metal, and the like.
It may be about 00 μm.

【0019】次いで、ニッケル系メッキ皮膜を形成した
後、このメッキ皮膜にアルミニウムを拡散させることに
よって、ニッケル−アルミニウム系合金皮膜を形成する
ことができる。
Next, after a nickel-based plating film is formed, aluminum is diffused into the plating film to form a nickel-aluminum-based alloy film.

【0020】ニッケル系メッキ皮膜にアルミニウムを拡
散させる方法としては、以下の方法を例示できる。
The following method can be exemplified as a method for diffusing aluminum into the nickel-based plating film.

【0021】第一の方法は、ニッケル系メッキ皮膜を形
成した後、ニッケル系メッキ皮膜を形成した部材を、ア
ルミニウム金属粉末を含む粉末状の浸透剤中に入れて加
熱処理を行い、ニッケル系メッキ皮膜中にアルミニウム
を拡散浸透させる方法である。加熱温度は900〜10
00℃程度とすることが好ましく、加熱雰囲気は窒素や
アルゴン等の非酸化性雰囲気とすればよい。加熱時間
は、必要とするアルミニウムの拡散量に応じて適宜設定
すればよい。
In the first method, after a nickel-based plating film is formed, the member on which the nickel-based plating film has been formed is placed in a powdery penetrant containing aluminum metal powder and subjected to a heat treatment to form a nickel-based plating film. This is a method in which aluminum is diffused and penetrated into the film. Heating temperature is 900-10
The heating temperature is preferably about 00 ° C., and the heating atmosphere may be a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. The heating time may be set as appropriate according to the required diffusion amount of aluminum.

【0022】粉末状の浸透剤の組成の一例としては、ア
ルミニウム金属粉末5〜20重量%程度、塩化アンモニ
ウム0.1〜5重量%程度、残部アルミナからなる粉末
状の組成物を例示できる。該浸透剤には、更に、クロム
金属粉末を10〜30重量%程度配合することによっ
て、アルミニウムの過剰な反応を抑制して拡散浸透の程
度を調節することができる。この場合、クロムも少量が
メッキ皮膜中に拡散するが、特に悪影響はない。
As an example of the composition of the powdery penetrant, a powdery composition composed of about 5 to 20% by weight of aluminum metal powder, about 0.1 to 5% by weight of ammonium chloride and the balance of alumina can be exemplified. By adding about 10 to 30% by weight of chromium metal powder to the penetrating agent, excessive reaction of aluminum can be suppressed and the degree of diffusion and penetration can be adjusted. In this case, a small amount of chromium diffuses into the plating film, but there is no adverse effect.

【0023】上記粉末状の浸透剤の粒径については特に
限定されないが、通常、50メッシュ(ふるい目の大き
さ300μm)程度以下、好ましくは100メッシュ
(ふるい目の大きさ150μm)程度以下、さらに好ま
しくは200メッシュ(ふるい目の大きさ75μm)程
度以下とすればよい。
The particle size of the powdery penetrant is not particularly limited, but is usually not more than about 50 mesh (size of sieve 300 μm), preferably not more than about 100 mesh (size of sieve 150 μm), and further, Preferably, the mesh size is about 200 mesh (size of sieve: 75 μm) or less.

【0024】また、ニッケル系メッキ皮膜にアルミニウ
ムを拡散させる第二の方法としては、ニッケル系メッキ
皮膜を形成した後、このメッキ皮膜上にアルミニウム皮
膜を形成し、次いで、加熱処理を行って該ニッケル系メ
ッキ皮膜にアルミニウムを拡散させる方法を例示でき
る。
As a second method for diffusing aluminum into a nickel-based plating film, a nickel-based plating film is formed, an aluminum film is formed on the plating film, and then a heat treatment is carried out to form the nickel-based plating film. A method of diffusing aluminum into the system plating film can be exemplified.

【0025】ニッケル系メッキ皮膜上にアルミニウム皮
膜を形成する方法としては、特に限定的ではないが、例
えば、溶融メッキ法、金属溶射法、真空蒸着法、陰極ス
パッタリング法、イオンプレーティング法等を挙げるこ
とができる。これらの方法の具体的な条件については特
に限定はなく、常法に従えばよい。
The method of forming the aluminum film on the nickel-based plating film is not particularly limited, and examples thereof include a hot-dip plating method, a metal spraying method, a vacuum evaporation method, a cathode sputtering method, and an ion plating method. be able to. The specific conditions of these methods are not particularly limited, and may be in accordance with ordinary methods.

【0026】アルミニウム皮膜の厚さについては特に限
定的ではなく、拡散浸透させるアルミニウムの量に応じ
て適宜決めればよいが、通常、アルミニウムが過剰に拡
散して金属基体の悪影響を及ばさないように、ニッケル
系メッキ皮膜の半分以下の厚さとすることが好ましい。
The thickness of the aluminum film is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the amount of aluminum to be diffused and infiltrated. Usually, the thickness of the aluminum film is set so that aluminum does not excessively diffuse and adversely affect the metal substrate. It is preferable that the thickness be equal to or less than half the thickness of the nickel-based plating film.

【0027】加熱処理方法については、例えば、温度8
00〜1000℃程度で、1〜5時間程度加熱すればよ
い。加熱処理の雰囲気については、窒素やアルゴン等の
非酸化性雰囲気とすればよい。
For the heat treatment method, for example, a temperature of 8
It may be heated at about 00 to 1000 ° C. for about 1 to 5 hours. The atmosphere for the heat treatment may be a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon.

【0028】以上の方法によって、ニッケル系メッキ皮
膜中にアルミニウムを拡散させることによって、ニッケ
ル−アルミニウム系合金皮膜を形成することができる。
形成されたニッケル−アルミニウム系合金皮膜は、表面
部分のアルミニウム含有率量が最も多く、深さ方向に徐
々にアルミニウム含有率が減少する構造となる。
By the method described above, a nickel-aluminum alloy film can be formed by diffusing aluminum into the nickel-based plating film.
The formed nickel-aluminum alloy film has a structure in which the surface portion has the highest aluminum content and the aluminum content gradually decreases in the depth direction.

【0029】本発明では、耐熱部材の金属基体中にアル
ミニウムが拡散することを防止するために、ニッケル−
アルミニウム系合金皮膜の金属基体と接する部分につい
ては、アルミニウムが拡散することなく、ニッケル系メ
ッキ皮膜のみからなることが好ましい。通常、ニッケル
系メッキ皮膜中にアルミニウムが拡散してニッケル−ア
ルミニウム系合金皮膜となっている部分(アルミニウム
拡散層)と、アルミニウムが拡散していないニッケル系
合金のみからなる部分(ニッケル層)の膜厚比は、アル
ミニウム拡散層:ニッケル層=1:99〜99:1程度
とすればよく、30:70〜90:10程度とすること
が好ましく、50:50〜90:10程度とすることが
より好ましい。アルミニウム拡散層とニッケル層の膜厚
比は、形成されるアルミニウム皮膜の厚さや、熱処理温
度、熱処理時間等を調節することによって、適宜設定が
可能である。
In the present invention, in order to prevent aluminum from diffusing into the metal substrate of the heat-resistant member, nickel-
It is preferable that the portion of the aluminum-based alloy film that is in contact with the metal substrate is made of only the nickel-based plating film without aluminum diffusion. Usually, a film in which a nickel-aluminum-based alloy film is formed by diffusion of aluminum in a nickel-based plating film (aluminum diffusion layer) and a portion (a nickel layer) consisting only of a nickel-based alloy in which aluminum is not diffused. The thickness ratio may be about 1: 99-99: 1, preferably about 30: 70-90: 10, and more preferably about 50: 50-90: 10. More preferred. The film thickness ratio between the aluminum diffusion layer and the nickel layer can be appropriately set by adjusting the thickness of the formed aluminum film, the heat treatment temperature, the heat treatment time, and the like.

【0030】ニッケル−アルミニウム系合金皮膜中のア
ルミニウム含有率は、特に限定的ではなく、該合金皮膜
の表面部分で20〜70重量%程度であることが好まし
いが、これを上回る量又はこれより少量のアルミニウム
が該合金皮膜の表面部分に含まれていても良い。
The aluminum content in the nickel-aluminum alloy coating is not particularly limited, and is preferably about 20 to 70% by weight at the surface of the alloy coating, but more or less than this. May be contained in the surface portion of the alloy film.

【0031】本発明によれば、ニッケル系メッキ皮膜中
にアルミニウムを拡散させることによって、簡単な方法
でしかも低コストで耐熱部材を得ることができる。そし
て、このようなニッケル−アルミニウム系合金皮膜が形
成された耐熱部材は、高温腐食劣化、熱劣化等が生じ難
いものとなる。これは、ニッケル−アルミニウム系合金
皮膜中にNi3Al(Ni:86.7重量%−Al:1
3.3重量%)相が形成されていることによると考えら
れる。Ni3Al相はγプライム相と呼ばれ、1000
℃以上の高温において非常に優れた機械強度を有するこ
とが知られている。
According to the present invention, a heat-resistant member can be obtained by a simple method and at low cost by diffusing aluminum into a nickel-based plating film. The heat-resistant member on which such a nickel-aluminum alloy film is formed hardly undergoes high-temperature corrosion deterioration, heat deterioration, and the like. This is because Ni 3 Al (Ni: 86.7% by weight-Al: 1) is contained in the nickel-aluminum alloy film.
(3.3% by weight). The Ni 3 Al phase is called the γ prime phase, and
It is known to have very good mechanical strength at high temperatures of not less than ° C.

【0032】さらに、ニッケル−アルミニウム系合金皮
膜中のアルミニウム含有率が表面から深さ方向に向かっ
て減少しているので、金属基体と接する部分について
は、アルミニウムが全く拡散していないか又は少量のア
ルミニウムしか拡散していないニッケル系メッキ皮膜と
なる。このため、従来の金属材料に直接アルミニウム拡
散処理を施す方法における問題点であった、高温での使
用中に表面層のアルミニウムが基体である金属部材の内
部へ拡散して金属材料の脆化が起こることを防ぐことが
できる。
Further, since the aluminum content in the nickel-aluminum alloy film decreases from the surface in the depth direction, no aluminum is diffused or a small amount of aluminum is in contact with the metal substrate. It becomes a nickel-based plating film in which only aluminum is diffused. For this reason, there is a problem in the conventional method of directly performing aluminum diffusion treatment on a metal material. During use at a high temperature, aluminum in a surface layer diffuses into a metal member serving as a base and embrittlement of the metal material occurs. Can prevent it from happening.

【0033】本発明の耐熱部材を適用する箇所としては
エンジンまたはタービンの燃焼部、排気部、熱交換部等
があげられる。
The heat-resistant member of the present invention is applied to a combustion section, an exhaust section, a heat exchange section, etc. of an engine or a turbine.

【0034】燃焼部としては、ピストン頂面、ピストン
リング、シリンダーライナー、排気バルブかさ裏部、タ
ービン燃焼器、動翼、静翼、シュラウド又はタービンケ
ーシング等がある。また、排気部として、ターボチャー
ジャー排気タービン、ウエストゲートバルブ、排気マニ
ホールド、排気煙道等がある。熱交換部として、オイル
クーラー、アフタークーラー等がある。
The combustion section includes a piston top surface, a piston ring, a cylinder liner, a backside of an exhaust valve, a turbine combustor, a moving blade, a stationary blade, a shroud or a turbine casing. The exhaust unit includes a turbocharger exhaust turbine, a wastegate valve, an exhaust manifold, an exhaust flue, and the like. The heat exchange unit includes an oil cooler, an after cooler, and the like.

【0035】本発明の部材は、これらのエンジンまたは
タービンに用いる耐熱部材の材料として、有効に用いる
ことができる。
The member of the present invention can be effectively used as a material of a heat-resistant member used for these engines or turbines.

【0036】さらに本発明の耐熱部材は、加熱炉、焼鈍
炉、熱処理炉、焼成炉、焼却炉等の各種工業炉のバーナ
ー、ラジアントチューブ、レキュペレーター、ハースロ
ール、搬送ベルト、スキッド金物、各種遮熱板、その他
金属部品、石炭の液化・ガス化、オイルシェール・ター
ルサンドの精製装置、発電ボイラー、石油精製、石油化
学工業、その他化成品工業の反応容器、反応管、熱交換
器、搬送管、その他種々の高温部材としても使用でき、
利用価値の極めて高い部材である。
Further, the heat-resistant member of the present invention includes burners, radiant tubes, recuperators, hearth rolls, conveyor belts, skid hardware, various types of industrial furnaces such as a heating furnace, an annealing furnace, a heat treatment furnace, a baking furnace, and an incinerator. Heat shield plates, other metal parts, liquefaction and gasification of coal, oil shale and tar sands refining equipment, power boilers, petroleum refining, petrochemical industry, other chemical industry reaction vessels, reaction tubes, heat exchangers, transportation Can also be used as pipes and other various high-temperature members,
This is an extremely valuable member.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明の耐熱部材は、高温腐食劣化、熱
劣化等が生じ難いものであり、しかも簡便な方法で低コ
ストで製造することができる。
The heat-resistant member of the present invention is hardly subject to high-temperature corrosion deterioration and heat deterioration, and can be manufactured by a simple method at low cost.

【0038】また、本発明で採用する表面処理方法によ
れば、複雑な形状部分の部材であっても、簡単に製造す
ることができる。
According to the surface treatment method employed in the present invention, even a member having a complicated shape can be easily manufactured.

【0039】[0039]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0040】実施例1 下記のように、電解メッキを行った。1)ニッケルストライクメッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。 Example 1 Electroplating was performed as follows. 1) Preparation of nickel strike plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0041】 塩化ニッケル 245g/l 塩酸 120g/l2)電解ニッケルメッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。Nickel chloride 245 g / l Hydrochloric acid 120 g / l 2) Preparation of electrolytic nickel plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0042】 硫酸ニッケル 280g/l 塩化ニッケル 45g/l ホウ酸 30g/l3)メッキ法 以下のものを被メッキ材料として用いた。 ・タービン動翼 材質:Ni耐熱合金MAR−M247(Co:10重量
%、Cr:9重量%、Mo:0.8重量%、W:10重
量%、Al:5.5重量%、Ti:1.2重量%、C:
0.1重量%含有) 寸法:高さ52mm、幅15mm、奥行き40mm ・タービン静翼 材質:Co耐熱合金MAR−M509(Ni:10重量
%、Cr:24重量%、W:7重量%、Ti:0.2重
量%含有) 寸法:高さ25mm、幅15mm、奥行き45mm ・試験片(材質SUS304、50mm×50mm、厚
さ3mm) 上記のタービン動翼、タービン静翼及び試験片をアルカ
リ脱脂液で脱脂した後、負極として用いて以下の方法で
メッキを行った。
Nickel sulfate 280 g / l Nickel chloride 45 g / l Boric acid 30 g / l 3) The following plating method was used as a material to be plated. Turbine blade Material: Ni heat resistant alloy MAR-M247 (Co: 10% by weight, Cr: 9% by weight, Mo: 0.8% by weight, W: 10% by weight, Al: 5.5% by weight, Ti: 1) 0.2% by weight, C:
0.1% by weight) Dimensions: Height 52mm, Width 15mm, Depth 40mm-Turbine stationary blade Material: Co heat-resistant alloy MAR-M509 (Ni: 10% by weight, Cr: 24% by weight, W: 7% by weight, Ti : 0.2% by weight) Dimensions: height 25mm, width 15mm, depth 45mm-Test piece (material: SUS304, 50mm x 50mm, thickness 3mm) The above-mentioned turbine rotor blade, turbine stationary blade and test piece are alkali degreasing liquid. Then, plating was performed by the following method using a negative electrode.

【0043】まず、上記1)の組成のニッケルストライ
クメッキ液を含むニッケルストライク槽を用いて、液温
25℃、電流密度10A/dm2の条件下で2分間のニ
ッケルストライク処理を行った。
First, a nickel strike treatment was carried out for 2 minutes at a solution temperature of 25 ° C. and a current density of 10 A / dm 2 using a nickel strike bath containing a nickel strike plating solution having the composition of 1) above.

【0044】次いで、上記2)の組成の電解ニッケルメ
ッキ液を含むメッキ槽を用いて、液温50℃、pH4.
0、電流密度4A/dm2の条件下にスクリュー攪拌し
つつ、膜厚が100μmとなるまで電解メッキを行っ
て、電解ニッケルメッキ皮膜を形成した。メッキ終了
後、水洗して100℃で5分間乾燥させた。4.アルミニウム拡散処理 さらに電解ニッケルメッキ皮膜を形成した被メッキ材料
を下記の組成の粉末状の浸透剤を満たしたSUS容器に
埋没させ、アルゴン雰囲気下にて900℃で10時間加
熱した <浸透剤組成> アルミニウム 12.0重量% クロム 20.0重量% 塩化アンモニウム 3.0重量% アルミナ 65.0重量% 試験片を使用して、EPMA((株)日本電子製JXA
−8900RL)にてニッケル−アルミニウム系合金皮
膜の表面の定量分析を行ったところ、以下のとおりであ
った。 <表面分析組成> Al:34重量%、Cr:2重量%、Ni:61重量
%、O:2重量% また、同じ装置にて、試験片の断面深さ方向のアルミニ
ウム分析を行ったところ、アルミニウム拡散層は70μ
mであった。アルミニウムの含有率は表面では34重量
%であったが、表面から10μmの深さでは26重量
%、表面から30μmの深さでは21重量%、表面から
50μmの深さでは12重量%、表面から70μmの深
さでは0重量%と、深さ方向にアルミニウム含有率が減
少していた。
Next, using a plating tank containing an electrolytic nickel plating solution having the composition of the above 2), a solution temperature of 50 ° C. and a pH of 4.
Electroplating was performed until the film thickness became 100 μm with screw stirring under the conditions of 0 and a current density of 4 A / dm 2 to form an electrolytic nickel plating film. After the plating was completed, it was washed with water and dried at 100 ° C. for 5 minutes. 4. The material to be plated having the aluminum diffusion treatment and the electrolytic nickel plating film formed thereon was buried in a SUS container filled with a powdery penetrant having the following composition, and heated at 900 ° C. for 10 hours in an argon atmosphere. Aluminum 12.0% by weight Chromium 20.0% by weight Ammonium chloride 3.0% by weight Alumina 65.0% by weight Using a test piece, EPMA (JXA manufactured by JEOL Ltd.) was used.
-8900 RL), the quantitative analysis of the surface of the nickel-aluminum alloy film was as follows. <Surface analysis composition> Al: 34% by weight, Cr: 2% by weight, Ni: 61% by weight, O: 2% by weight. 70μ aluminum diffusion layer
m. The aluminum content was 34% by weight at the surface, 26% by weight at a depth of 10 μm from the surface, 21% by weight at a depth of 30 μm from the surface, 12% by weight at a depth of 50 μm from the surface, At a depth of 70 μm, the aluminum content decreased to 0% by weight in the depth direction.

【0045】上記ニッケル−アルミニウム系合金皮膜を
形成した動翼と静翼を2000kWガスタービンのター
ビン第一段(雰囲気温度1150℃)に設置して、10
00時間運転を行った。
The rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum alloy film was formed were installed at the first stage (atmospheric temperature 1150 ° C.) of a 2000 kW gas turbine.
The operation was performed for 00 hours.

【0046】1000時間運転後に、ニッケル−アルミ
ニウム系合金皮膜を形成した動翼と静翼を切断し、断面
を金属顕微鏡で分析したところ、ニッケル−アルミニウ
ム系合金皮膜によりNi合金基材及びCo合金基材が保
護され、酸化スケール層はなく、Ni合金基材及びCo
合金基材の酸化劣化はなかった。
After the operation for 1000 hours, the rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum-based alloy film was formed were cut, and the cross sections were analyzed with a metallographic microscope. Protected material, no oxide scale layer, Ni alloy substrate and Co
There was no oxidative deterioration of the alloy substrate.

【0047】実施例2 下記のように、電解メッキを行った。1)ニッケルストライクメッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。 Example 2 Electroplating was performed as follows. 1) Preparation of nickel strike plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0048】 塩化ニッケル 245g/l 塩酸 120g/l2)電解ニッケル−コバルト合金メッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。Nickel chloride 245 g / l Hydrochloric acid 120 g / l 2) Preparation of electrolytic nickel-cobalt alloy plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0049】 硫酸ニッケル 240g/l 塩化ニッケル 45g/l ホウ酸 30g/l 硫酸コバルト 15g/l3)メッキ法 実施例1と同様の動翼、静翼及び試験片を、実施例1と
同様にアルカリ脱脂液で脱脂した後、負極として用いて
ニッケルストライク処理を行った。
Nickel sulfate 240 g / l Nickel chloride 45 g / l Boric acid 30 g / l Cobalt sulfate 15 g / l 3) Plating method The same moving blades, stationary blades and test pieces as in Example 1 were used. After degreasing with a degreasing solution, a nickel strike treatment was performed using the negative electrode.

【0050】次いで、上記2)の組成を有する電解ニッ
ケル−コバルト合金メッキ液を含むメッキ槽を用いて、
液温60℃、pH4.0、電流密度4A/dm2の条件
下に、スクリュー攪拌しつつ、膜厚が100μmとなる
まで電解メッキを行って、電解ニッケル−コバルト合金
メッキ皮膜を形成した。メッキ終了後、水洗して100
℃で5分間乾燥させた。4.アルミニウム拡散処理 さらに電解ニッケル−コバルト合金メッキ皮膜を形成し
た被メッキ材料を下記組成の粉末状の浸透剤を満たした
SUS容器に埋没し、アルゴン雰囲気下にて900℃で
10時間処理を行った。 <浸透剤組成> アルミニウム 12.0重量% クロム 20.0重量% 塩化アンモニウム 3.0重量% アルミナ 65.0重量% 試験片を使用して実施例1と同様にニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜表面の定量分析を行ったところ、以下の
とおりであった。 <表面分析組成> Al:35重量%、Cr:2重量%、Ni:51重量
%、Co:9重量%、O:2重量% また、試験片の断面深さ方向のアルミニウム分析を実施
例1と同様にして行ったところ、アルミニウム拡散層は
70μmであった。アルミニウムの含有率は表面では3
5重量%であったが、表面から10μmの深さでは27
重量%、表面から30μmの深さでは20重量%、表面
から50μmの深さでは11重量%、表面から70μm
の深さでは0重量%と、深さ方向にアルミニウム含有率
が減少していた。
Next, using a plating tank containing an electrolytic nickel-cobalt alloy plating solution having the composition of 2) above,
Electrolytic plating was performed under the conditions of a liquid temperature of 60 ° C., a pH of 4.0, and a current density of 4 A / dm 2 with stirring with a screw until the film thickness became 100 μm to form an electrolytic nickel-cobalt alloy plating film. After plating, wash with water
Dry for 5 minutes at ° C. 4. The material to be plated having the aluminum diffusion treatment and the electrolytic nickel-cobalt alloy plating film formed thereon was buried in a SUS container filled with a powdery penetrant having the following composition, and treated at 900 ° C. for 10 hours in an argon atmosphere. <Penetrant composition> Aluminum 12.0% by weight Chromium 20.0% by weight Ammonium chloride 3.0% by weight Alumina 65.0% by weight Using a test piece, the surface of the nickel-aluminum alloy film was treated in the same manner as in Example 1. The results of the quantitative analysis were as follows. <Surface analysis composition> Al: 35% by weight, Cr: 2% by weight, Ni: 51% by weight, Co: 9% by weight, O: 2% by weight Also, the aluminum analysis in the cross-section depth direction of the test piece was performed in Example 1. As a result, the aluminum diffusion layer was 70 μm. Aluminum content is 3 on the surface
5% by weight, but 27% at a depth of 10 μm from the surface.
20% by weight at a depth of 30 μm from the surface, 11% by weight at a depth of 50 μm from the surface, 70 μm from the surface
At a depth of 0% by weight, the aluminum content decreased in the depth direction.

【0051】上記ニッケル−アルミニウム系合金皮膜を
形成した動翼と静翼を2000kWガスタービンのター
ビン第一段(雰囲気温度1150℃)に設置して、10
00時間運転を行った。
The rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum alloy film was formed were installed on the first stage (atmospheric temperature 1150 ° C.) of a 2000 kW gas turbine.
The operation was performed for 00 hours.

【0052】1000時間運転後のニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜を形成した動翼と静翼を切断し、断面を
金属顕微鏡で分析したところ、ニッケル−アルミニウム
系合金皮膜によりNi合金基材及びCo合金基材が保護
され、酸化スケール層はなく、Ni合金基材及びCo合
金基材の酸化劣化はなかった。
After 1000 hours of operation, the rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum alloy film was formed were cut, and the sections were analyzed with a metallurgical microscope. The material was protected, there was no oxide scale layer, and there was no oxidative degradation of the Ni alloy substrate and the Co alloy substrate.

【0053】実施例3 下記のように、電解メッキを行った。1)ニッケルストライクメッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。 Example 3 Electroplating was performed as follows. 1) Preparation of nickel strike plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0054】 塩化ニッケル 245g/l 塩酸 120g/l2)電解ニッケル−タングステン合金メッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。Nickel chloride 245 g / l Hydrochloric acid 120 g / l 2) Preparation of electrolytic nickel-tungsten alloy plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0055】 硫酸ニッケル 60g/l タングステン酸ナトリウム 60g/l クエン酸 90g/l3)メッキ法 実施例1と同様の動翼、静翼及び試験片を、実施例1と
同様にアルカリ脱脂液で脱脂した後、負極として用い
て、ニッケルストライク処理を行った。
Nickel sulfate 60 g / l Sodium tungstate 60 g / l Citric acid 90 g / l 3) Plating method Blades, stationary blades and test pieces similar to those in Example 1 were degreased with an alkaline degreasing solution in the same manner as in Example 1. After that, a nickel strike treatment was performed using the negative electrode.

【0056】次いで、上記2)の組成を有する電解ニッ
ケル−タングステン合金メッキ液を含むメッキ槽を用い
て、液温65℃、pH6.0、電流密度7A/dm2
条件下に、スクリュー攪拌しつつ、膜厚が100μmと
なるまで電解メッキを行って、電解ニッケル−タングス
テン合金メッキ皮膜を形成した。メッキ終了後、水洗し
て100℃で5分間乾燥させた。4.アルミニウム拡散処理 さらに電解ニッケル−タングステン合金メッキ皮膜を形
成した被メッキ材料を下記の組成の粉末状の浸透剤を満
たしたSUS容器に埋没し、アルゴン雰囲気下にて90
0℃で10時間処理を行った。 <浸透剤組成> アルミニウム 12.0重量% クロム 20.0重量% 塩化アンモニウム 3.0重量% アルミナ 65.0重量% 試験片を使用して実施例1と同様にニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜表面の定量分析を行ったところ、以下の
とおりであった。 <表面分析組成> Al:35重量%、Cr:2重量%、Ni:42重量
%、 W:18重量%、O:2重量% また、試験片の断面深さ方向のアルミニウム分析を実施
例1と同様にして行ったところ、アルミニウム拡散層は
70μmであった。アルミニウムの含有率は表面では3
5重量%であったが、表面から10μmの深さでは25
重量%、表面から30μmの深さでは19重量%、表面
から50μmの深さでは12重量%、表面から70μm
の深さでは0重量%と、深さ方向にアルミニウム含有率
が減少していた。
Then, using a plating bath containing an electrolytic nickel-tungsten alloy plating solution having the composition of the above 2), screw stirring was performed under the conditions of a solution temperature of 65 ° C., a pH of 6.0, and a current density of 7 A / dm 2. Meanwhile, electrolytic plating was performed until the film thickness became 100 μm to form an electrolytic nickel-tungsten alloy plating film. After the plating was completed, it was washed with water and dried at 100 ° C. for 5 minutes. 4. The material to be plated, on which an aluminum-diffusion treatment and an electrolytic nickel-tungsten alloy plating film are formed, is buried in a SUS container filled with a powdery penetrant having the following composition, and is baked under an argon atmosphere.
The treatment was performed at 0 ° C. for 10 hours. <Penetrant composition> Aluminum 12.0% by weight Chromium 20.0% by weight Ammonium chloride 3.0% by weight Alumina 65.0% by weight Using a test piece, the surface of the nickel-aluminum alloy film was treated in the same manner as in Example 1. The results of the quantitative analysis were as follows. <Surface analysis composition> Al: 35% by weight, Cr: 2% by weight, Ni: 42% by weight, W: 18% by weight, O: 2% by weight In addition, aluminum analysis in the section depth direction of the test piece was performed in Example 1. As a result, the aluminum diffusion layer was 70 μm. Aluminum content is 3 on the surface
5% by weight, but 25% at a depth of 10 μm from the surface.
% By weight, 19% by weight at a depth of 30 μm from the surface, 12% by weight at a depth of 50 μm from the surface, 70 μm from the surface
At a depth of 0% by weight, the aluminum content decreased in the depth direction.

【0057】上記ニッケル−アルミニウム系合金皮膜を
形成した動翼と静翼を2000kWガスタービンのター
ビン第一段(雰囲気温度1150℃)に設置して、10
00時間運転を行った。
The rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum alloy film was formed were installed on the first stage (atmospheric temperature 1150 ° C.) of a 2000 kW gas turbine.
The operation was performed for 00 hours.

【0058】1000時間運転後のニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜を形成した動翼と静翼を切断し、断面を
金属顕微鏡で分析したところ、ニッケル−アルミニウム
系合金皮膜によりNi合金基材及びCo合金基材が保護
され、酸化スケール層はなく、Ni合金基材及びCo合
金基材の酸化劣化はなかった。
After 1000 hours of operation, the rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum-based alloy film was formed were cut, and the sections were analyzed with a metallographic microscope. The material was protected, there was no oxide scale layer, and there was no oxidative degradation of the Ni alloy substrate and the Co alloy substrate.

【0059】実施例4 下記のように、電解メッキを行った。1)ニッケルストライクメッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。 Example 4 Electroplating was performed as follows. 1) Preparation of nickel strike plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0060】 塩化ニッケル 245g/l 塩酸 120g/l2)電解ニッケル−ZrO2複合メッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。Nickel chloride 245 g / l Hydrochloric acid 120 g / l 2) Preparation of electrolytic nickel-ZrO 2 composite plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0061】 硫酸ニッケル 280g/l 塩化ニッケル 45g/l ホウ酸 30g/l ZrO2(Y23を8重量%含有)100g/l3)メッキ法 実施例1と同様の動翼、静翼及び試験片を、実施例1と
同様にアルカリ脱脂液で脱脂した後、負極として用い
て、ニッケルストライク処理を行った。
Nickel sulfate 280 g / l Nickel chloride 45 g / l Boric acid 30 g / l ZrO 2 (containing 8% by weight of Y 2 O 3 ) 100 g / l 3) Plating method The same moving blade, stationary blade and blade as in Example 1 The test piece was degreased with an alkaline degreaser in the same manner as in Example 1, and then used as a negative electrode and subjected to a nickel strike treatment.

【0062】次いで、上記2)の組成を有する電解ニッ
ケル−ZrO2複合メッキ液を含むメッキ槽を用いて、
液温50℃、pH4.0、電流密度1A/dm2の条件
下に、スクリュー攪拌しつつ、膜厚が100μmとなる
まで電解メッキを行って、電解ニッケル−ZrO2複合
メッキ皮膜を形成した。メッキ終了後、水洗して100
℃で5分間乾燥させた。4.アルミニウム拡散処理 さらに電解ニッケル−ZrO2複合メッキ皮膜を形成し
た被メッキ材料を下記の組成の粉末状の浸透剤を満たし
たSUS容器に埋没し、アルゴン雰囲気下にて900℃
で10時間処理を行った。 <浸透剤組成> アルミニウム 12.0重量% クロム 20.0重量% 塩化アンモニウム 3.0重量% アルミナ 65.0重量% 試験片を使用して実施例1と同様にニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜表面の定量分析を行ったところ、以下の
とおりであった。 <表面分析組成> Al:32重量%、Cr:2重量%、Ni:48重量
%、Zr:12重量%、Y:1重量%、O:4重量% また、試験片の断面深さ方向のアルミニウム分析を実施
例1と同様にして行ったところ、アルミニウム拡散層は
70μmであった。アルミニウムの含有率は表面では3
2重量%であったが、表面から10μmの深さでは26
重量%、表面から30μmの深さでは20重量%、表面
から50μmの深さでは10重量%、表面から70μm
の深さでは0重量%と、深さ方向にアルミニウム含有率
が減少していた。
Next, using a plating tank containing an electrolytic nickel-ZrO 2 composite plating solution having the composition of 2) above,
Electrolytic plating was performed under a condition of a liquid temperature of 50 ° C., a pH of 4.0, and a current density of 1 A / dm 2 with a screw agitation until the film thickness became 100 μm to form an electrolytic nickel-ZrO 2 composite plating film. After plating, wash with water
Dry for 5 minutes at ° C. 4. The material to be plated on which the aluminum-diffusion treatment and the electrolytic nickel-ZrO 2 composite plating film were formed was buried in a SUS container filled with a powdery penetrant having the following composition, and 900 ° C. in an argon atmosphere.
For 10 hours. <Penetrant composition> Aluminum 12.0% by weight Chromium 20.0% by weight Ammonium chloride 3.0% by weight Alumina 65.0% by weight Using a test piece, the surface of the nickel-aluminum alloy film was treated in the same manner as in Example 1. The results of the quantitative analysis were as follows. <Surface analysis composition> Al: 32% by weight, Cr: 2% by weight, Ni: 48% by weight, Zr: 12% by weight, Y: 1% by weight, O: 4% by weight When the aluminum analysis was performed in the same manner as in Example 1, the aluminum diffusion layer was 70 μm. Aluminum content is 3 on the surface
2% by weight, but 26% at a depth of 10 μm from the surface.
20% by weight at a depth of 30 μm from the surface, 10% by weight at a depth of 50 μm from the surface, 70 μm from the surface
At a depth of 0% by weight, the aluminum content decreased in the depth direction.

【0063】上記ニッケル−アルミニウム系合金皮膜を
形成した動翼と静翼を2000kWガスタービンのター
ビン第一段(雰囲気温度1150℃)に設置して、10
00時間運転を行った。
The rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum alloy film was formed were installed on the first stage (atmospheric temperature 1150 ° C.) of a 2000 kW gas turbine.
The operation was performed for 00 hours.

【0064】1000時間運転後のニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜を形成した動翼と静翼を切断し、断面を
金属顕微鏡で分析したところ、ニッケル−アルミニウム
系合金皮膜によりNi合金基材及びCo合金基材が保護
され、酸化スケール層はなく、Ni合金基材及びCo合
金基材の酸化劣化はなかった。
After 1000 hours of operation, the rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum alloy film was formed were cut, and the sections were analyzed with a metallographic microscope. The material was protected, there was no oxide scale layer, and there was no oxidative degradation of the Ni alloy substrate and the Co alloy substrate.

【0065】実施例5 下記のように無電解メッキを行った。1)ニッケルストライクメッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。 Example 5 Electroless plating was performed as follows. 1) Preparation of nickel strike plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0066】 塩化ニッケル 245g/l 塩酸 120g/l2)無電解ニッケル−ホウ素合金メッキ液の調製 以下のような組成を有するメッキ液を調製した。Nickel chloride 245 g / l Hydrochloric acid 120 g / l 2) Preparation of electroless nickel-boron alloy plating solution A plating solution having the following composition was prepared.

【0067】 硫酸ニッケル 27g/l コハク酸ナトリウム 55g/l 塩化アンモニウム 30g/l クエン酸ナトリウム 30g/l ホウ酸 30g/l ジメチルアミンボラン 3g/l3)メッキ法 実施例1と同様の動翼、静翼及び試験片を、実施例1と
同様にアルカリ脱脂液で脱脂した後、負極として用い
て、ニッケルストライク処理を行った。
Nickel sulfate 27 g / l Sodium succinate 55 g / l Ammonium chloride 30 g / l Sodium citrate 30 g / l Boric acid 30 g / l Dimethylamine borane 3 g / l 3) Plating method Same as in Example 1, blade and static The blade and the test piece were degreased with an alkaline degreasing solution in the same manner as in Example 1, and then used as a negative electrode and subjected to a nickel strike treatment.

【0068】次いで、上記2)の組成を有する無電解ニ
ッケル−ホウ素合金メッキ液を含むメッキ槽を用いて、
液温65℃、pH6.5の条件下に、スクリュー攪拌し
つつ、膜厚が100μmとなるまで無電解メッキを行っ
て、無電解ニッケル−ホウ素合金メッキ皮膜を形成し
た。メッキ終了後、水洗して100℃で5分間乾燥させ
た。4.アルミニウム拡散処理 さらに無電解ニッケル−ホウ素合金メッキ皮膜を形成し
た被メッキ材料を下記の組成の粉末状の浸透剤を満たし
たSUS容器に埋没し、アルゴン雰囲気下にて900℃
で10時間処理を行った。 <浸透剤組成> アルミニウム 12.0重量% クロム 20.0重量% 塩化アンモニウム 3.0重量% アルミナ 65.0重量% 試験片を使用して実施例1と同様にニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜表面の定量分析を行ったところ、以下の
とおりであった。 <表面分析組成> Al:34重量%、Cr:2重量%、Ni:60重量
%、B:1重量%、O:2重量% また、試験片の断面深さ方向のアルミニウム分析を実施
例1と同様にして行ったところ、アルミニウム拡散層は
70μmであった。アルミニウムの含有率は表面では3
4重量%であったが、表面から10μmの深さでは25
重量%、表面から30μmの深さでは20重量%、表面
から50μmの深さでは10重量%、表面から70μm
の深さでは0重量%と、深さ方向にアルミニウム含有率
が減少していた。
Next, using a plating tank containing an electroless nickel-boron alloy plating solution having the composition of 2),
Under a condition of a liquid temperature of 65 ° C. and a pH of 6.5, electroless plating was performed until the film thickness became 100 μm while stirring with a screw to form an electroless nickel-boron alloy plating film. After the plating was completed, it was washed with water and dried at 100 ° C. for 5 minutes. 4. The material to be plated, on which an aluminum diffusion treatment and an electroless nickel-boron alloy plating film are formed, is buried in a SUS container filled with a powdery penetrant having the following composition, and 900 ° C. in an argon atmosphere.
For 10 hours. <Penetrant composition> Aluminum 12.0% by weight Chromium 20.0% by weight Ammonium chloride 3.0% by weight Alumina 65.0% by weight Using a test piece, the surface of the nickel-aluminum alloy film was treated in the same manner as in Example 1. The results of the quantitative analysis were as follows. <Surface analysis composition> Al: 34% by weight, Cr: 2% by weight, Ni: 60% by weight, B: 1% by weight, O: 2% by weight In addition, aluminum analysis in the section depth direction of the test piece was performed in Example 1. As a result, the aluminum diffusion layer was 70 μm. Aluminum content is 3 on the surface
4% by weight, but 25% at a depth of 10 μm from the surface.
20% by weight at a depth of 30 μm from the surface, 10% by weight at a depth of 50 μm from the surface, 70 μm from the surface
At a depth of 0% by weight, the aluminum content decreased in the depth direction.

【0069】上記ニッケル−アルミニウム系合金皮膜を
形成した動翼と静翼を2000kWガスタービンのター
ビン第一段(雰囲気温度1150℃)に設置して、10
00時間運転を行った。
The rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum alloy film was formed were installed at the first stage (atmospheric temperature 1150 ° C.) of a 2000 kW gas turbine.
The operation was performed for 00 hours.

【0070】1000時間運転後のニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜を形成した動翼と静翼を切断し、断面を
金属顕微鏡で分析したところ、ニッケル−アルミニウム
系合金皮膜によりNi合金基材及びCo合金基材が保護
され、酸化スケール層はなく、Ni合金基材及びCo合
金基材の酸化劣化はなかった。
After 1000 hours of operation, the rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum-based alloy film was formed were cut, and the sections were analyzed with a metallographic microscope. The material was protected, there was no oxide scale layer, and there was no oxidative degradation of the Ni alloy substrate and the Co alloy substrate.

【0071】実施例6 実施例1と同様に電解ニッケルメッキ皮膜100μmを
形成した被メッキ材料を水洗して100℃で5分間乾燥
させた。次いで、700℃の溶融アルミニウムメッキ浴
に1分間浸漬して溶融アルミニウムメッキを行った。室
温まで自然放冷した後、さらに800℃にて3時間熱処
理を行って表面のアルミニウムメッキ層をニッケルメッ
キ層中に拡散させた。
Example 6 In the same manner as in Example 1, the material to be plated on which the electrolytic nickel plating film 100 μm was formed was washed with water and dried at 100 ° C. for 5 minutes. Next, it was immersed in a molten aluminum plating bath at 700 ° C. for 1 minute to perform molten aluminum plating. After naturally cooling to room temperature, heat treatment was further performed at 800 ° C. for 3 hours to diffuse the aluminum plating layer on the surface into the nickel plating layer.

【0072】試験片を使用して実施例1と同様にニッケ
ル−アルミニウム系合金皮膜表面の定量分析を行ったと
ころ、以下のとおりであった。 <表面分析組成> Al:60重量%、Ni:38重量%、O:2重量% また、試験片の断面深さ方向のアルミニウム分析を実施
例1と同様にして行ったところ、アルミニウム拡散層は
90μmであった。アルミニウムの含有率は表面では6
0重量%であったが、表面から10μmの深さでは46
重量%、表面から30μmの深さでは34重量%、表面
から50μmの深さでは21重量%、表面から70μm
の深さでは10重量%、表面から90μmの深さでは0
重量%と、深さ方向にアルミニウム含有率が減少してい
た。
Using the test piece, a quantitative analysis of the surface of the nickel-aluminum alloy film was performed in the same manner as in Example 1, and the results were as follows. <Surface analysis composition> Al: 60% by weight, Ni: 38% by weight, O: 2% by weight Aluminum analysis in the cross-section depth direction of the test piece was performed in the same manner as in Example 1. It was 90 μm. Aluminum content is 6 at the surface
0% by weight, but 46% at a depth of 10 μm from the surface.
% By weight, 34% by weight at a depth of 30 μm from the surface, 21% by weight at a depth of 50 μm from the surface, 70 μm from the surface
At a depth of 10% by weight, and 0% at a depth of 90 μm from the surface.
The aluminum content decreased in the depth direction with respect to the weight%.

【0073】上記ニッケル−アルミニウム系合金皮膜を
形成した動翼と静翼を2000kWガスタービンのター
ビン第一段(雰囲気温度1150℃)に設置して、10
00時間運転を行った。
The rotor blade and the stationary blade on which the nickel-aluminum alloy film was formed were installed on the first stage (atmospheric temperature 1150 ° C.) of a 2000 kW gas turbine.
The operation was performed for 00 hours.

【0074】1000時間運転後のニッケル−アルミニ
ウム系合金皮膜を形成した動翼と静翼を切断し、断面を
金属顕微鏡で分析したところ、ニッケル−アルミニウム
系合金皮膜によりNi合金基材及びCo合金基材が保護
され、酸化スケール層はなく、Ni合金基材及びCo合
金基材の酸化劣化はなかった。
After 1000 hours of operation, the blades and vanes on which the nickel-aluminum-based alloy film was formed were cut, and the cross sections were analyzed with a metallographic microscope. The material was protected, there was no oxide scale layer, and there was no oxidative degradation of the Ni alloy substrate and the Co alloy substrate.

【0075】比較例1 実施例1と同様の動翼と静翼に、メッキ皮膜を形成する
ことなく、2000kWのタービンの第一段(雰囲気温
度1150℃)に設置して、1000時間運転を行っ
た。1000時間運転後の動翼及び静翼を切断し、断面
を金属顕微鏡で分析したところ、いずれも約100μm
の酸化スケール層がみられ、動翼のニッケル合金及び静
翼のコバルト合金が酸化劣化していた。
Comparative Example 1 A turbine and a stationary blade similar to those in Example 1 were installed on the first stage (atmospheric temperature 1150 ° C.) of a 2000 kW turbine without forming a plating film, and operated for 1000 hours. Was. The blade and the stationary blade after the operation for 1000 hours were cut, and the cross section was analyzed with a metallographic microscope.
An oxide scale layer was observed, and the nickel alloy of the moving blade and the cobalt alloy of the stationary blade were oxidized and degraded.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01L 3/02 F01L 3/02 J 4K044 F02B 39/00 F02B 39/00 U F02C 7/00 F02C 7/00 C F02F 1/00 F02F 1/00 G 3/12 3/12 5/00 5/00 F F23R 3/42 F23R 3/42 C Fターム(参考) 3G002 EA05 EA06 3G005 FA13 GB22 GB81 GB86 JA16 KA05 KA07 3G024 AA25 AA26 AA27 FA09 FA14 GA18 HA07 4K024 AA03 AA14 AB01 BA01 BA02 BA07 BA09 BB04 BB26 BB28 BC10 GA16 4K028 CA02 CB02 CB04 CB05 CB06 CC01 CC03 4K044 AA02 AA06 AB10 BA06 BA10 BB04 BC11 CA11 CA12 CA13 CA18 CA62 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F01L 3/02 F01L 3/02 J 4K044 F02B 39/00 F02B 39/00 U F02C 7/00 F02C 7/00 C F02F 1/00 F02F 1/00 G 3/12 3/12 5/00 5/00 F F23R 3/42 F23R 3/42 CF term (reference) 3G002 EA05 EA06 3G005 FA13 GB22 GB81 GB86 JA16 KA05 KA07 3G024 AA25 AA26 AA27 FA09 FA14 GA18 HA07 4K024 AA03 AA14 AB01 BA01 BA02 BA07 BA09 BB04 BB26 BB28 BC10 GA16 4K028 CA02 CB02 CB04 CB05 CB06 CC01 CC03 4K044 AA02 AA06 AB10 BA06 BA10 BB04 BC11 CA18 CA18

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ニッケル系メッキ皮膜中にアルミニウムを
拡散させてなるニッケル−アルミニウム系合金皮膜を金
属基体上に有する耐熱部材。
1. A heat-resistant member having a nickel-aluminum-based alloy film formed by diffusing aluminum in a nickel-based plating film on a metal substrate.
【請求項2】ニッケル−アルミニウム系合金皮膜が、表
面から深さ方向に向かってアルミニウム含有率が減少す
るものである請求項1に記載の耐熱部材。
2. The heat-resistant member according to claim 1, wherein the nickel-aluminum-based alloy film has an aluminum content decreasing from a surface in a depth direction.
【請求項3】エンジン又はタービンの燃焼部、排気部若
しくは熱交換部用の部材である請求項1又は2に記載の
耐熱部材。
3. The heat-resistant member according to claim 1, which is a member for a combustion portion, an exhaust portion, or a heat exchange portion of an engine or a turbine.
【請求項4】エンジン又はタービンのピストン頂面、ピ
ストンリング、シリンダーライナー、排気バルブかさ裏
部、タービン燃焼器、動翼、静翼、シュラウドタービン
ケーシング、ターボチャージャー排気タービン、ウエス
トゲートバルブ、排気マニホールド、排気煙道、オイル
クーラー若しくはアフタークーラー用の部材である請求
項3に記載の耐熱部材。
4. A piston top surface of an engine or a turbine, a piston ring, a cylinder liner, an exhaust valve backside, a turbine combustor, a moving blade, a stationary blade, a shroud turbine casing, a turbocharger exhaust turbine, a wastegate valve, an exhaust manifold. The heat-resistant member according to claim 3, which is a member for an exhaust flue, an oil cooler, or an after cooler.
【請求項5】請求項1〜4のいずれかの部材を備えたエ
ンジンまたはタービン。
5. An engine or turbine comprising the member according to claim 1.
【請求項6】金属基体上にニッケル系メッキ皮膜を形成
した後、アルミニウム粉末を含有するアルミニウム浸透
剤中で加熱処理を行って該ニッケル系メッキ皮膜中にア
ルミニウムを拡散させることを特徴とするニッケル−ア
ルミニウム系合金皮膜を有する耐熱部材の製造方法。
6. Nickel characterized in that after forming a nickel-based plating film on a metal substrate, heat treatment is performed in an aluminum penetrant containing aluminum powder to diffuse aluminum into the nickel-based plating film. -A method for producing a heat-resistant member having an aluminum-based alloy film.
【請求項7】金属基体上にニッケル系メッキ皮膜を形成
した後、アルミニウム皮膜を形成し、次いで、加熱処理
を行って該ニッケル系メッキ皮膜中にアルミニウム金属
を拡散させることを特徴とするニッケル−アルミニウム
系合金皮膜を有する耐熱部材の製造方法。
7. A nickel plating method comprising: forming a nickel-based plating film on a metal substrate, forming an aluminum film, and then performing a heat treatment to diffuse aluminum metal into the nickel-based plating film. A method for producing a heat-resistant member having an aluminum-based alloy film.
【請求項8】アルミニウム皮膜を形成する方法が、溶融
メッキ法、金属溶射法、真空蒸着法、陰極スパッタリン
グ法又はイオンプレーティング法である請求項7に記載
の方法。
8. The method according to claim 7, wherein the method for forming the aluminum film is a hot-dip plating method, a metal spraying method, a vacuum evaporation method, a cathode sputtering method or an ion plating method.
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