JP2015209572A - Heat-resistant member, method for manufacturing heat-resistant member, alloy film, method for manufacturing alloy film, rocket engine, satellite and power generation gas turbine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat-resistant member capable of significantly improving high temperature corrosion resistance of a metal base material consisting of Nb, Nb-Hf based alloy or Nb-Si based alloy and excellent in heat resistance and durability, and a rocket engine using the heat-resistant member.SOLUTION: The heat-resistant member includes a metal base material 100 consisting of Nb, Nb-Hf based alloy or Nb-Si based alloy and an alloy film 500 formed on the surface thereof. An alloy film 500 comprises in order from the metal base material 100 side: a transition region 110 including a NbSiphase as a crystal phase; an inner layer 200 including a NbSiphase as a crystal phase; an intermediate layer 300 including a MSiphase (M is at least two or more kinds of elements selected from a group consisting of Fe, Cr, Al, Mo, W, Re and Hf) as a crystal phase; and an outer layer 400 including at least one kind of a ReSiphase and a Re(Al,Si)phase as a crystal phase.

Description

この発明は、耐熱性金属部材、耐熱性金属部材の製造方法、合金皮膜、合金皮膜の製造方法ならびにこの耐熱性金属部材あるいは合金皮膜を用いたロケットエンジン、人工衛星および発電用ガスタービンに関する。   The present invention relates to a heat-resistant metal member, a method for producing a heat-resistant metal member, an alloy film, a method for producing an alloy film, and a rocket engine, artificial satellite, and power generation gas turbine using the heat-resistant metal member or alloy film.

人工衛星の軌道変換および姿勢制御用のロケットエンジンには、現在、軽量かつ高融点で加工性に優れたニオブ(Nb)基合金が使用されている。しかしながら、Nb基合金は耐高温酸化性に劣ることから、耐高温酸化性の向上を図る必要がある。   Currently, niobium (Nb) -based alloys that are lightweight, have a high melting point, and are excellent in workability are used for rocket engines for satellite orbit conversion and attitude control. However, since the Nb-based alloy is inferior in high temperature oxidation resistance, it is necessary to improve the high temperature oxidation resistance.

従来、Nb基合金からなる基材の耐高温酸化性の向上を図るために、耐高温酸化性に優れるシリサイド化合物を基材表面にコーティングする技術が採用されている(非特許文献1参照。)。非特許文献1によると、このシリサイドコーティングでは、外層および拡散層はそれぞれMSi2 およびM5 Si3 (いずれもMは高融点金属の総称で典型的にはNbであり、Siはケイ素(シリコン)である)で与えられ、Nb基合金の耐酸化性は二酸化シリコン(SiO2 )および複合酸化物の形成により達成されるとされている。さらに、非特許文献1には、このシリサイドコーティングでは皮膜形成の段階から亀裂が存在するが、基材にまで達していないことから、燃焼条件下で長寿命を得ることが可能である、と記載されている。 Conventionally, in order to improve the high-temperature oxidation resistance of a substrate made of an Nb-based alloy, a technique of coating the surface of the substrate with a silicide compound having excellent high-temperature oxidation resistance has been employed (see Non-Patent Document 1). . According to Non-Patent Document 1, in this silicide coating, the outer layer and the diffusion layer are respectively MSi 2 and M 5 Si 3 (both M is a general term for a refractory metal and typically Nb, and Si is silicon (silicon)). The oxidation resistance of Nb-based alloys is said to be achieved by the formation of silicon dioxide (SiO 2 ) and composite oxides. Furthermore, Non-Patent Document 1 describes that in this silicide coating, cracks are present from the stage of film formation, but it does not reach the base material, so that a long life can be obtained under combustion conditions. Has been.

一方、ロケットエンジンにおいて、Nbを化学蒸着法で複数回積層して筒状に形成された強度層と、この強度層の内周面および外周面に、イリジウム(Ir)およびNbを交互に化学蒸着法で積層してIrおよびNbの層を少なくとも2層以上形成した中間層と、この中間層の内周面および外周面にIrを化学蒸着法で複数回積層して形成した表皮層とにより燃焼室を形成することが提案されている(特許文献1参照。)。特許文献1によると、IrおよびNbを交互に積層した積層コーティングは、表面温度が2000℃にも達する輻射冷却方式のロケットエンジンの燃焼室に適用することができるとされている。   On the other hand, in a rocket engine, Nb is laminated several times by chemical vapor deposition, and a cylindrical strength layer is formed, and iridium (Ir) and Nb are alternately chemical vapor deposited on the inner and outer peripheral surfaces of this strength layer. Combustion by an intermediate layer formed by laminating by the method and forming at least two layers of Ir and Nb, and a skin layer formed by laminating Ir several times on the inner and outer peripheral surfaces of this intermediate layer by chemical vapor deposition It has been proposed to form a chamber (see Patent Document 1). According to Patent Document 1, a multilayer coating in which Ir and Nb are alternately laminated can be applied to a combustion chamber of a radiation-cooled rocket engine whose surface temperature reaches 2000 ° C.

また、Nb−チタン(Ti)合金からなる基材の耐高温酸化性の向上を図るために、この基材に、複層構造[第一層は(Nb,Ti,鉄(Fe))Si2 、第二層は(Nb,Ti,Fe,クロム(Cr))3 Si2 ]のコーティングを施すことが提案されている(特許文献2参照。)。 Further, in order to improve the high temperature oxidation resistance of a base material made of an Nb-titanium (Ti) alloy, this base material has a multilayer structure [first layer is (Nb, Ti, iron (Fe)) Si 2. The second layer is proposed to be coated with (Nb, Ti, Fe, chromium (Cr)) 3 Si 2 ] (see Patent Document 2).

また、Nb−ハフニウム(Hf)基合金(C−103)からなる基材の耐高温酸化性の向上を図るために、Si粉末、アルミナ(Al2 3 )粉末および活性剤としてのフッ化ナトリウム(NaF)を用いた高Si活量シリコナイジング処理により、この基材にNbSi2 とNb5 Si3 との複層構造のコーティングを施すことが報告されている(非特許文献2参照。)。 Further, in order to improve the high-temperature oxidation resistance of a substrate made of an Nb-hafnium (Hf) -based alloy (C-103), Si powder, alumina (Al 2 O 3 ) powder, and sodium fluoride as an activator It has been reported that this base material is coated with a multilayer structure of NbSi 2 and Nb 5 Si 3 by high Si activity siliconizing treatment using (NaF) (see Non-Patent Document 2). .

特開平10−54302号公報JP-A-10-54302 米国特許第5721061号明細書US Pat. No. 5,721,061 特許第3904197号明細書Japanese Patent No. 3904197 特許第4271399号明細書Japanese Patent No. 4271399 特許第4323816号明細書Japanese Patent No. 4323816 特許第3942437号明細書Japanese Patent No. 3944437

M.L. Chazen : Long Life 5 LBF Bipropellant Engines ; AIAA'85 paper 1378 (AIAA/SAE/ASME/ASEE 21st Joint Propulsion Conference, July 8-10,1985, Monterey California)M.L. Chazen: Long Life 5 LBF Bipropellant Engines; AIAA'85 paper 1378 (AIAA / SAE / ASME / ASEE 21st Joint Propulsion Conference, July 8-10,1985, Monterey California) Md. Zafir Alam A. Sambasiva Rao Dipak K. Das; Microstructure and High Temperature Oxidation Performance of Silicide Coating on Nb-BasedAlloy C-103, Oxidation of Metals, 73 (2010), pp. 513-530Md. Zafir Alam A. Sambasiva Rao Dipak K. Das; Microstructure and High Temperature Oxidation Performance of Silicide Coating on Nb-BasedAlloy C-103, Oxidation of Metals, 73 (2010), pp. 513-530 ア ヴエ ビヤロブジェスキー、エム エス チルリン、ベ イ クラシーロフ共著、超高融点金属の高温腐食と防食 アトム出版社 1977年 p.126Ave Villajarevjesky, M. Stillin, and Bei Krasirov, high temperature corrosion and corrosion protection of ultra-high melting point metals Atom Publishing Co. 1977 p. 126

しかしながら、非特許文献1では、NbSi2 相は、高温酸化によってSiO2 スケールを形成する際に、Nb5 Si3 相に変化し、このNb5 Si3 相は耐酸化性に劣ることから急速・激烈な酸化を招来する。さらに、シリサイドコーティング層に存在する亀裂が基材に到達すると基材が直接高温酸化され、急速酸化の端緒となることから、亀裂の存在は望ましくない。 However, Non-Patent Document 1, the NbSi 2 phase, when forming the SiO 2 scaled by high temperature oxidation, change in Nb 5 Si 3 phase, rapidly-since the Nb 5 Si 3 phase poor in oxidation resistance Invite intense oxidation. In addition, the presence of cracks is undesirable because cracks present in the silicide coating layer reach the substrate and the substrate is directly oxidized at high temperature, leading to rapid oxidation.

また、特許文献1では、Irは高比重・高コストであり、さらに、高温ではNbとIrとの相互拡散が進行し、Nbが表面に到達した段階で非保護性Nb酸化物が形成され、耐酸化性を喪失することが予想される。   Further, in Patent Document 1, Ir has a high specific gravity and high cost, and further, interdiffusion between Nb and Ir proceeds at a high temperature, and a non-protective Nb oxide is formed when Nb reaches the surface. Loss of oxidation resistance is expected.

また、特許文献2のコーティングにおいても、高温酸化によってSiO2 スケールを形成する際に、(Nb,Ti,Fe)Si2 は低級シリサイド、例えば(Nb,Ti,Fe)5 Si3 相または(Ti,Fe)Si相に変化し、この(Nb,Ti,Fe)5 Si3 相または(Ti,Fe)Si相は耐酸化性に劣ることから急速・激烈な酸化を招来する。 Also in the coating of Patent Document 2, when a SiO 2 scale is formed by high temperature oxidation, (Nb, Ti, Fe) Si 2 is a lower silicide, for example, (Nb, Ti, Fe) 5 Si 3 phase or (Ti , Fe) Si phase, and this (Nb, Ti, Fe) 5 Si 3 phase or (Ti, Fe) Si phase is inferior in oxidation resistance and thus causes rapid and intense oxidation.

さらに、非特許文献2では、高温酸化によってSiO2 が形成される際、NbSi2 相はNb5 Si3 相に変化する。その結果、非保護性のNb酸化物が形成されて急速に酸化が進行し、特に、加熱・冷却条件下での耐酸化性に劣ることが報告されている。 Further, in Non-Patent Document 2, when SiO 2 is formed by high-temperature oxidation, the NbSi 2 phase changes to an Nb 5 Si 3 phase. As a result, it has been reported that a non-protective Nb oxide is formed and oxidation proceeds rapidly, and in particular, it is inferior in oxidation resistance under heating and cooling conditions.

そこで、この発明が解決しようとする課題は、Nb−Hf基合金からなる金属基材、より一般的にはNb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材の耐高温酸化性の大幅な向上を図ることができ、耐熱性および耐久性にも優れた長寿命の耐熱性金属部材および合金皮膜ならびにそれらの製造方法ならびにこの耐熱性金属部材あるいは合金皮膜を用いたロケットエンジン、人工衛星および発電用ガスタービンを提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a high temperature oxidation resistance of a metal substrate made of Nb—Hf base alloy, more generally a metal substrate made of Nb, Nb—Hf base alloy or Nb—Si base alloy. A long-life heat-resistant metal member and alloy film excellent in heat resistance and durability, a method for producing the same, and a rocket engine using the heat-resistant metal member or alloy film, It is to provide an artificial satellite and a gas turbine for power generation.

上記課題を解決するために、この発明は、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層および結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む耐熱性金属部材である。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A metal substrate made of Nb, Nb-Hf-based alloy or Nb-Si-based alloy;
Having an alloy film formed on the surface of the metal substrate,
The alloy film includes, in order from the metal substrate side, a transition region containing an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, an inner layer containing an NbSi 2 phase as a crystal phase, an intermediate layer, and a ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) A refractory metal member including an outer layer including at least one of 1.8 phases.

ここで、金属基材を構成するNb−Hf基合金またはNb−Si基合金は、Nbを主体(主成分)とし、Nbに次いでHfまたはSiを多く含む合金の総称である。Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金には、酸素(O)、炭素(C)および窒素(N)のうちの一種以上が不可避的に含まれる。   Here, the Nb—Hf-based alloy or Nb—Si-based alloy constituting the metal substrate is a generic name for alloys containing Nb as a main component (main component) and containing Nb followed by Hf or Si. One or more of oxygen (O), carbon (C), and nitrogen (N) are inevitably included in the Nb, Nb—Hf-based alloy, or Nb—Si-based alloy.

遷移領域には、典型的には、使用される金属基材の種類や耐熱性金属部材の製造に使用される原料などによってNbおよびSi以外の一種または二種以上の元素が含まれる。   The transition region typically contains one or more elements other than Nb and Si depending on the type of metal substrate used and the raw materials used in the production of the refractory metal member.

内層は、典型的には、Siを46.3原子%以上67.5原子%未満、Nbを26.2原子%以上35.2原子%以下、レニウム(Re)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、酸素(O)、炭素(C)および窒素(N)からなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を10.8原子%以下含み、これらの元素の総量が100原子%以下である。内層に含まれる元素は、使用される金属基材の種類や耐熱性金属部材の製造に使用される原料などによって異なる。   The inner layer typically includes Si of 46.3 atomic% or more and less than 67.5 atomic%, Nb of 26.2 atomic% or more and 35.2 atomic% or less, rhenium (Re), aluminum (Al), molybdenum ( At least one element selected from the group consisting of Mo), tungsten (W), titanium (Ti), chromium (Cr), hafnium (Hf), oxygen (O), carbon (C) and nitrogen (N). 10.8 atomic% or less is included, and the total amount of these elements is 100 atomic% or less. The elements contained in the inner layer vary depending on the type of metal substrate used and the raw materials used for the production of the heat-resistant metal member.

中間層は、典型的には、結晶相としてMSi2 相(MはFe、Cr、Al、Mo、W、ReおよびHfからなる群から選択される少なくとも二種以上の元素)を含む。また、中間層は、結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種も含むことがある。中間層に含まれる元素は、使用される金属基材の種類や耐熱性金属部材の製造に使用される原料などによって異なる。 The intermediate layer typically includes an MSi 2 phase (M is at least two elements selected from the group consisting of Fe, Cr, Al, Mo, W, Re, and Hf) as a crystalline phase. The intermediate layer may also contain at least one of a ReSi 1.8 phase and a Re (Al, Si) 1.8 phase as a crystal phase. The elements contained in the intermediate layer vary depending on the type of metal substrate used and the raw materials used for the production of the heat-resistant metal member.

外層に含まれるReSi1.8 相は、大気中では耐酸化性に優れていることが報告されている(非特許文献3参照。)。外層は、典型的には、Siを33.1原子%以上68.1原子%未満、Alを37.0原子%以下、Reを6.7原子%以上41.1原子%以下、Nb、Mo、W、Ti、Cr、Hf、O、CおよびNからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を16.3原子%以下含み、これらの元素の総量が100原子%以下である。外層に含まれる元素は、使用される金属基材の種類や耐熱性金属部材の製造に使用される原料などによって異なる。外層に含まれるNbは、非保護的Nb酸化物の形成を抑制する観点より少ない方が望ましく、好適には16.3原子%以下、より好適には5.0原子%以下、最も好適には1.0原子%以下である。 It has been reported that the ReSi 1.8 phase contained in the outer layer is excellent in oxidation resistance in the atmosphere (see Non-Patent Document 3). The outer layer typically has Si of 33.1 atomic% or more and less than 68.1 atomic%, Al of 37.0 atomic% or less, Re of 6.7 atomic% or more and 41.1 atomic% or less, Nb, Mo , W, Ti, Cr, Hf, O, C, and N. At least one element selected from the group consisting of 16.3 atom% or less is included, and the total amount of these elements is 100 atom% or less. The elements contained in the outer layer vary depending on the type of metal substrate used and the raw materials used for manufacturing the heat-resistant metal member. Nb contained in the outer layer is preferably less than the viewpoint of suppressing the formation of non-protective Nb oxide, preferably 16.3 atomic% or less, more preferably 5.0 atomic% or less, most preferably 1.0 atomic percent or less.

遷移領域と内層との間、内層と中間層との間および中間層と外層との間の少なくとも一つに境界領域を有することもある。遷移領域と内層との間の境界領域は、遷移領域と内層とが複合した領域であり、典型的には、Nb5 Si3 相とNbSi2 相とを含む。内層と中間層との間の境界領域は、内層と中間層とが複合した領域であり、典型的には、NbSi2 相とMSi2 相とを含む。中間層と外層との間の境界領域は、中間層と外層とが複合した領域であり、典型的には、MSi2 相とReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種とを含む。 There may be a boundary region between at least one of the transition region and the inner layer, between the inner layer and the intermediate layer, and between the intermediate layer and the outer layer. The boundary region between the transition region and the inner layer is a region where the transition region and the inner layer are combined, and typically includes an Nb 5 Si 3 phase and an NbSi 2 phase. The boundary region between the inner layer and the intermediate layer is a region where the inner layer and the intermediate layer are combined, and typically includes an NbSi 2 phase and an MSi 2 phase. The boundary region between the intermediate layer and the outer layer is a region where the intermediate layer and the outer layer are combined, and is typically at least one of the MSi 2 phase, the ReSi 1.8 phase, and the Re (Al, Si) 1.8 phase. Including.

遷移領域、中間層および外層は、一般的には連続層であるが、内層は連続層であることもあるし、不連続層からなることもある。内層が不連続層である場合は、中間層あるいは内層と中間層との間に境界領域がある場合はその境界領域が部分的に内層に貫入することにより内層が分断された状態で存在している。この状態は、内層と中間層あるいは境界領域とが混合した領域が存在すると言うこともできる。中間層は少なくともその一部が内層の外側に存在するが、部分的に中間層が内層より内側に存在することもある。   The transition region, the intermediate layer, and the outer layer are generally continuous layers, but the inner layer may be a continuous layer or a discontinuous layer. When the inner layer is a discontinuous layer, if there is a boundary region between the intermediate layer or the inner layer and the intermediate layer, the boundary layer partially penetrates into the inner layer and the inner layer is separated. Yes. In this state, it can be said that there is a region where the inner layer and the intermediate layer or the boundary region are mixed. At least a part of the intermediate layer exists outside the inner layer, but the intermediate layer may partially exist inside the inner layer.

また、この発明は、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材上にReを含む層を形成する工程と、
上記Reを含む層を形成した上記金属基材に、Nb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末を蒸気源として1600℃以上1650℃以下の温度で第一Si拡散浸透処理を行う工程と、
上記第一Si拡散浸透処理を行った後、Si粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度で第二Si拡散浸透処理を10分以上行う工程とを有する耐熱性金属部材の製造方法である。
In addition, this invention
Forming a layer containing Re on a metal substrate made of Nb, Nb—Hf-based alloy or Nb—Si-based alloy;
First Si diffusion penetration treatment at a temperature of 1600 ° C. or higher and 1650 ° C. or lower using a mixed powder of Nb 5 Si 3 phase powder and NbSi 2 phase powder as a vapor source on the metal substrate on which the layer containing Re is formed A process of performing
A process for producing a heat-resistant metal member having the step of performing the second Si diffusion permeation treatment for 10 minutes or more at a temperature of 1300 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower using the Si powder as a vapor source after the first Si diffusion permeation treatment is performed. is there.

Reを含む層は、例えば、電気めっき、および/または、少なくともReを含む微粉末を有機バインダに混合したスラリの塗布により形成するが、Reを含む層の形成方法はこれらに限定されるものではなく、必要に応じて従来公知の他の方法、例えば、化学的蒸着(Reを含む原料ガスを用いたCVD)や物理的蒸着(真空蒸着、スパッタリングなど)を用いてもよい。Reを含む層を電気めっきにより形成する場合、Reを含む層はRe層であってもRe含有合金層であってもよい。Reを含む微粉末は、必要に応じて、Mo、W、CrおよびTiからなる群から選択される一種または二種以上の元素を含む。Reを含む層は、これらの方法により複数回繰り返して形成してもよい。例えば、金属基材上にReを含む層を電気めっきまたはスラリの塗布により形成した後、その上に再び、Reを含む層を電気めっきまたはスラリの塗布により形成してもよい。第一Si拡散浸透処理(以下においては、必要に応じて「低Si活量拡散処理」とも言う)および第二Si拡散浸透処理(以下においては、必要に応じて「高Si活量拡散処理」とも言う)は、好適には10分以上13時間以下行い、より好適にはこの範囲内で30分以上、さらに好適には1時間以上行う。第一Si拡散浸透処理および第二Si拡散浸透処理は、例えば、アルゴン(Ar)などの不活性ガス雰囲気や真空中で行う。第一Si拡散浸透処理により、金属基材上に結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、中間層およびReSi1.8 相を含む外層が形成される。この際、合金皮膜の緻密化を図ることができるとともに、合金皮膜の亀裂等の発生を防止することができる。また、この際、外層を構成するReSi1.8 相へのNbの固溶を無視できる程度に抑えることができ、ひいては非保護性のNb酸化物の形成を阻止することができる。また、第二Si拡散浸透処理により、遷移領域と中間層との間に結晶相としてNbSi2 相を含む内層が形成される。こうして、金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層および結晶相としてReSi1.8 相を含む外層を含む合金皮膜が形成される。耐熱性金属部材の製造方法は、必要に応じて、第二Si拡散浸透処理を行った後、Al粉末とSi粉末と焼結防止剤としてのSiC粉末との混合粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度でAl拡散浸透処理(以下においては、必要に応じて「高Al活量拡散処理」とも言う)を行う工程をさらに有する。Al拡散浸透処理は、例えば、アルゴン(Ar)などの不活性ガス雰囲気や真空中で行う。Al拡散浸透処理により、外層に含まれる一部のReSi1.8 相においてReが優先的にAlと結合する結果、ReSi1.8 相のSiがAlにより置換されてRe(Al,Si)1.8 相に変化する。このAl拡散浸透処理では、NbSi2 相へのAlの固溶量は僅少であり、Alは選択的にReと結合する。 The layer containing Re is formed by, for example, electroplating and / or applying a slurry in which a fine powder containing at least Re is mixed with an organic binder, but the method of forming the layer containing Re is not limited to these. If necessary, other conventionally known methods such as chemical vapor deposition (CVD using a source gas containing Re) or physical vapor deposition (vacuum vapor deposition, sputtering, etc.) may be used. When a layer containing Re is formed by electroplating, the layer containing Re may be a Re layer or a Re-containing alloy layer. The fine powder containing Re contains one or more elements selected from the group consisting of Mo, W, Cr, and Ti as necessary. The layer containing Re may be repeatedly formed by these methods. For example, after a layer containing Re is formed on a metal substrate by electroplating or slurry application, a layer containing Re may be formed again by electroplating or slurry application. First Si diffusion penetration treatment (hereinafter also referred to as “low Si activity diffusion treatment” if necessary) and second Si diffusion penetration treatment (hereinafter referred to as “high Si activity diffusion treatment” if necessary) Is also preferably performed for 10 minutes or more and 13 hours or less, more preferably within this range for 30 minutes or more, and even more preferably for 1 hour or more. The first Si diffusion penetration treatment and the second Si diffusion penetration treatment are performed in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) or in vacuum, for example. By the first Si diffusion permeation treatment, a transition region including an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, an intermediate layer, and an outer layer including a ReSi 1.8 phase are formed on the metal substrate. At this time, the alloy film can be densified and the occurrence of cracks in the alloy film can be prevented. At this time, the solid solution of Nb in the ReSi 1.8 phase constituting the outer layer can be suppressed to a negligible level, and the formation of non-protective Nb oxide can be prevented. Further, an inner layer containing an NbSi 2 phase as a crystal phase is formed between the transition region and the intermediate layer by the second Si diffusion permeation treatment. Thus, in order from the metal substrate side, an alloy film including a transition region including the Nb 5 Si 3 phase as the crystal phase, an inner layer including the NbSi 2 phase as the crystal phase, an intermediate layer, and an outer layer including the ReSi 1.8 phase as the crystal phase is formed. Is done. The heat-resistant metal member is produced by performing a second Si diffusion permeation treatment, if necessary, and then using a mixed powder of Al powder, Si powder, and SiC powder as a sintering inhibitor as a vapor source at 1300 ° C. or higher. It further includes a step of performing Al diffusion penetration treatment (hereinafter also referred to as “high Al activity diffusion treatment” as necessary) at a temperature of 1350 ° C. or less. The Al diffusion and penetration treatment is performed, for example, in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) or in a vacuum. As a result of the preferential bonding of Al to Al in a part of the ReSi 1.8 phase included in the outer layer by Al diffusion permeation treatment, the Si in the ReSi 1.8 phase is replaced by Al and changed to the Re (Al, Si) 1.8 phase. . In this Al diffusion penetration treatment, the amount of Al dissolved in the NbSi 2 phase is very small, and Al selectively binds to Re.

耐熱性金属部材は、特に限定されないが、具体的には、例えば、ロケットエンジン用部材、ガスタービン用部材などである。   Although a heat-resistant metal member is not specifically limited, Specifically, they are a member for rocket engines, a member for gas turbines, etc., for example.

また、この発明は、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材の表面に形成され、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む合金皮膜である。
In addition, this invention
A transition region including a Nb 5 Si 3 phase as a crystalline phase and a NbSi 2 as a crystalline phase, which are formed on the surface of a metal substrate made of Nb, Nb—Hf-based alloy or Nb—Si-based alloy, in that order from the metal substrate side. The alloy film includes an inner layer including a phase, an intermediate layer, and an outer layer including at least one of a ReSi 1.8 phase and a Re (Al, Si) 1.8 phase as a crystal phase.

また、この発明は、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材上にReを含む層を形成する工程と、
上記Reを含む層を形成した上記金属基材に、Nb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末を蒸気源として1600℃以上1650℃以下の温度で第一Si拡散浸透処理を行う工程と、
上記第一Si拡散浸透処理を行った後、Si粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度で第二Si拡散浸透処理を10分以上行う工程とを有する合金皮膜の製造方法である。
In addition, this invention
Forming a layer containing Re on a metal substrate made of Nb, Nb—Hf-based alloy or Nb—Si-based alloy;
First Si diffusion penetration treatment at a temperature of 1600 ° C. or higher and 1650 ° C. or lower using a mixed powder of Nb 5 Si 3 phase powder and NbSi 2 phase powder as a vapor source on the metal substrate on which the layer containing Re is formed A process of performing
And performing a second Si diffusion penetration treatment for 10 minutes or more at a temperature of 1300 ° C. or more and 1350 ° C. or less using the Si powder as a vapor source after the first Si diffusion penetration treatment.

また、この発明は、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含むロケットエンジンである。
In addition, this invention
A metal substrate made of Nb, Nb-Hf-based alloy or Nb-Si-based alloy;
Having an alloy film formed on the surface of the metal substrate,
The alloy film includes, in order from the metal substrate side, a transition region including an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, an inner layer including an NbSi 2 phase as a crystal phase, an intermediate layer, and a ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) A rocket engine including an outer layer including at least one of 1.8 phases.

また、この発明は、
少なくとも一つのロケットエンジンを有し、
上記ロケットエンジンは、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む人工衛星である。
In addition, this invention
Have at least one rocket engine,
The above rocket engine
A metal substrate made of Nb, Nb-Hf-based alloy or Nb-Si-based alloy;
Having an alloy film formed on the surface of the metal substrate,
The alloy film includes, in order from the metal substrate side, a transition region including an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, an inner layer including an NbSi 2 phase as a crystal phase, an intermediate layer, and a ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) An artificial satellite including an outer layer including at least one of 1.8 phases.

また、この発明は、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む動翼を有する発電用ガスタービンである。
上記の合金皮膜、合金皮膜の製造方法、ロケットエンジン、人口衛星および発電用ガスタービンの各発明においては、その性質に反しない限り、上記の耐熱性金属部材およびその製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。
In addition, this invention
A metal substrate made of Nb, Nb-Hf-based alloy or Nb-Si-based alloy;
Having an alloy film formed on the surface of the metal substrate,
The alloy film includes, in order from the metal substrate side, a transition region including an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, an inner layer including an NbSi 2 phase as a crystal phase, an intermediate layer, and a ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) A power generation gas turbine having a moving blade including an outer layer including at least one of 1.8 phases.
In each of the inventions of the alloy film, the method of manufacturing the alloy film, the rocket engine, the artificial satellite, and the gas turbine for power generation, as long as it does not violate the nature, The explanation is valid.

上記の耐熱性金属部材、合金皮膜、ロケットエンジン、人口衛星および発電用ガスタービンにおいて、合金皮膜が高温の燃焼ガスの腐食性雰囲気に晒された場合には、次のような現象が起きる。すなわち、外層がReSi1.8 相を含む場合には、ReSi1.8 相により、合金皮膜の表面に燃焼ガスの腐食性雰囲気において優れた保護性を発揮するSiO2 皮膜が形成される。SiO2 皮膜が形成されることによってReSi1.8 相のSi濃度は低下するが、内層に含まれるNbSi2 相がSiの供給源となってSiを中間層を通して外層に供給するため、ReSi1.8 相が保持される。この場合、内層に含まれるNbSi2 相はSiを外層に供給した結果、Nb5 Si3 相に変化する。一方、外層がRe(Al,Si)1.8 相を含む場合には、このRe(Al,Si)1.8 相により、合金皮膜の表面に燃焼ガスの腐食性雰囲気において優れた保護性を発揮するAl2 3 皮膜が形成される。Al2 3 皮膜が形成されることによってRe(Al,Si)1.8 相のAl濃度は低下し、Re(Al,Si)1.8 相のAlが枯渇するとReSi1.8 相に変化するが、このReSi1.8 相によりSiO2 皮膜が形成される。結果として、合金皮膜が高温の燃焼ガスの腐食性雰囲気に晒された場合、このSiO2 皮膜またはAl2 3 皮膜により合金皮膜、ひいては金属基材が保護されるため、金属基材の耐高温酸化性の大幅な向上を図ることができる。また、優れた耐熱性および耐久性を得ることもできる。 In the above heat-resistant metal member, alloy film, rocket engine, artificial satellite and power generation gas turbine, the following phenomenon occurs when the alloy film is exposed to the corrosive atmosphere of high-temperature combustion gas. That is, when the outer layer comprises a Resi 1.8 phase, by Resi 1.8 phase, SiO 2 film exhibiting excellent protective properties in corrosive atmosphere of the combustion gases on the surface of the alloy film is formed. Si concentration of Resi 1.8 phase by SiO 2 film is formed is reduced, but since the NbSi 2 phase contained in the inner layer to provide a Si becomes a source of Si in the outer layer through an intermediate layer, Resi 1.8 phase Retained. In this case, the NbSi 2 phase contained in the inner layer changes to the Nb 5 Si 3 phase as a result of supplying Si to the outer layer. On the other hand, Al 2 when the outer layer comprises a Re (Al, Si) 1.8 phase, the Re of (Al, Si) by 1.8 phase, exhibits excellent protection in corrosive atmosphere of the combustion gases on the surface of the alloy film An O 3 film is formed. Re by Al 2 O 3 film is formed (Al, Si) Al concentration of 1.8 phase decreases, Re (Al, Si) is 1.8 phase of Al changes Resi 1.8 phase when depleted, the Resi 1.8 A SiO 2 film is formed by the phase. As a result, when the alloy film is exposed to the corrosive atmosphere of high-temperature combustion gas, the alloy film and thus the metal substrate are protected by this SiO 2 film or Al 2 O 3 film, so that the high temperature resistance of the metal substrate The oxidizability can be greatly improved. Also, excellent heat resistance and durability can be obtained.

本発明者らは、この発明の合金皮膜により得られる上記の巧妙な機能が発揮されるメカニズムを解明するため、鋭意研究を行った。その結果、Nb−Re−Si系三元状態図をもとにメカニズムを明らかにした。その概要を説明すると以下の通りである。   The present inventors have conducted intensive research in order to elucidate the mechanism by which the above-mentioned clever function obtained by the alloy film of the present invention is exhibited. As a result, the mechanism was clarified based on the Nb—Re—Si ternary phase diagram. The outline is as follows.

Nb−Re−Si系三元状態図は、本発明者らの知る限りこれまで公表されていないため、以下のようにして独自に作成した。すなわち、まず、純度が99.9%以上のRe粉末、Nb粉末およびSi粉末を出発原料とし、これらの粉末を種々の組成に配合した混合粉末を調製した。この混合粉末をアルゴンアーク溶解炉で溶解し、10〜20グラムの塊状合金を作製した。この塊状合金を1500℃、24時間、真空中で加熱処理を行い、組成および組織の均質化を行った。次に、こうして得られた塊状合金を切断し、中心部付近の組織観察を行うとともに、微小部元素分析装置(EPMA;Electron-Probe Micro Analyzer)を用いてNb、ReおよびSiの各元素の濃度を測定した。これらの分析結果から、状態図において互いに隣り合う相の組成(共役組成という)が決定される。これらの共役組成をまとめて、図1に示すようにNb−Re−Si系三元状態図を決定した。この決定の過程で、Nb−Re−Si三元系合金相を新たに見出し、Q相と命名した。図1に示すNb−Re−Si系三元状態図から、ReSi1.8 相とNb5 Si3 相とQ相との三相領域(図1のT3領域)、ReSi1.8 相とNb5 Si3 相とNbSi2 相との三相領域(図1のT2領域)、さらに、ReSi1.8 相とNbSi2 相とSi相との三相領域(図1のT1領域)が存在することがわかる。 The Nb-Re-Si ternary phase diagram has not been published so far as the present inventors know, so it was originally created as follows. That is, first, mixed powders were prepared by using Re powder, Nb powder and Si powder having a purity of 99.9% or more as starting materials and blending these powders into various compositions. This mixed powder was melted in an argon arc melting furnace to produce a 10-20 gram massive alloy. This massive alloy was heat-treated at 1500 ° C. for 24 hours in a vacuum to homogenize the composition and the structure. Next, the massive alloy thus obtained is cut, and the structure near the center is observed, and the concentration of each element of Nb, Re, and Si is measured using a micro element analyzer (EPMA; Electron-Probe Micro Analyzer). Was measured. From these analysis results, the composition of phases adjacent to each other in the phase diagram (referred to as conjugate composition) is determined. These conjugated compositions were put together to determine an Nb—Re—Si ternary phase diagram as shown in FIG. In the course of this determination, a new Nb—Re—Si ternary alloy phase was found and named the Q phase. From Nb-Resi-based ternary phase diagram shown in FIG. 1, the three-phase region (T3 region of Figure 1) with Resi 1.8 phase and Nb 5 Si 3 phase and Q-phase, Resi 1.8 phase and Nb 5 Si 3 phase It can be seen that there are three-phase regions (T2 region in FIG. 1) of NbSi 2 phase and NbSi 2 phase, and three-phase regions (T1 region in FIG. 1) of ReSi 1.8 phase, NbSi 2 phase and Si phase.

上述のように第一Si拡散浸透処理の蒸気源としてNb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末を使用することによって、NbはNb5 Si3 相、ReはReSi1.8 相となり、これらのNb5 Si3 相およびReSi1.8 相との平衡相としてQ相が存在する、図1のT3の領域が得られることが理解される。一方、上述のように第二Si拡散浸透処理の蒸気源としてSi粉末を使用すると、NbはNbSi2 相、ReはReSi1.8 相となり、これらのNbSi2 相およびReSi1.8 相との平衡相としてNb5 Si3 相が存在する、図2のT2の領域が得られる。 As described above, by using a mixed powder of Nb 5 Si 3 phase powder and NbSi 2 phase powder as a vapor source for the first Si diffusion infiltration treatment, Nb is Nb 5 Si 3 phase and Re is ReSi 1.8 phase. Thus, it is understood that the region of T3 in FIG. 1 where the Q phase exists as an equilibrium phase with these Nb 5 Si 3 phase and ReSi 1.8 phase is obtained. On the other hand, when Si powder is used as the vapor source for the second Si diffusion permeation treatment as described above, Nb becomes the NbSi 2 phase and Re becomes the ReSi 1.8 phase, and Nb is used as an equilibrium phase between these NbSi 2 phase and ReSi 1.8 phase. The region of T2 in FIG. 2 where 5 Si 3 phase is present is obtained.

すなわち、第一Si拡散浸透処理では、ReSi1.8 相およびNb5 Si3 相は形成されるが、NbSi2 相は形成されない。一方、第二Si拡散浸透処理では、ReSi1.8 相およびNbSi2 相を形成することができる。ここで特筆すべき点は、第一Si拡散浸透処理および第二Si拡散浸透処理のいずれの処理でも、ReSi1.8 相が形成され、ReSi1.8 相へのNbの固溶を無視できる程度に抑えることができ、非保護性Nb酸化物の形成を効果的に抑制することができることである。 That is, in the first Si diffusion permeation treatment, the ReSi 1.8 phase and the Nb 5 Si 3 phase are formed, but the NbSi 2 phase is not formed. On the other hand, in the second Si diffusion permeation treatment, ReSi 1.8 phase and NbSi 2 phase can be formed. What should be noted here is that the ReSi 1.8 phase is formed in both the first Si diffusion penetration treatment and the second Si diffusion penetration treatment, and the solid solution of Nb in the ReSi 1.8 phase is suppressed to a negligible level. And formation of non-protective Nb oxide can be effectively suppressed.

上記のNb−Re−Si系三元状態図を作成するための実験に加えて、ReSi1.8 相へのAlおよびNbの固溶量の測定も行った。その結果、Al:Si=1:1までRe(Si,Al)1.8 相を保持し、Nb濃度は1原子%以下であることが明らかとなった。 In addition to the experiments for creating the Nb—Re—Si ternary phase diagram, the amounts of Al and Nb dissolved in the ReSi 1.8 phase were also measured. As a result, it was revealed that the Re (Si, Al) 1.8 phase was maintained until Al: Si = 1: 1, and the Nb concentration was 1 atomic% or less.

この発明による耐熱性金属部材、合金皮膜、ロケットエンジン、人口衛星および発電用ガスタービンによれば、合金皮膜が高温の燃焼ガスの腐食性雰囲気に晒されたとき、外層にReSi1.8 相が含まれる場合は合金皮膜の表面に保護的SiO2 皮膜が形成され、外層にRe(Al,Si)1.8 相が含まれる場合はAlが枯渇するまでは合金皮膜の表面に保護的Al2 3 皮膜が形成され、Alが枯渇した後は保護的SiO2 皮膜が形成されるため、金属基材の耐高温酸化性の大幅な向上を図ることができ、優れた耐熱性および耐久性も得ることができる。このため、長寿命の耐熱性金属部材、ロケットエンジン、人口衛星および発電用ガスタービンを実現することができる。また、この発明による耐熱性金属部材の製造方法および合金皮膜の製造方法によれば、このような優れた耐熱性金属部材および合金皮膜を、特殊な方法を用いることなく、従来公知の方法により容易に製造することができる。 According to the heat-resistant metal member, alloy film, rocket engine, artificial satellite and power generation gas turbine according to the present invention, when the alloy film is exposed to the corrosive atmosphere of high-temperature combustion gas, the outer layer contains the ReSi 1.8 phase. In this case, a protective SiO 2 film is formed on the surface of the alloy film, and when the outer layer contains a Re (Al, Si) 1.8 phase, a protective Al 2 O 3 film is formed on the surface of the alloy film until Al is depleted. After the formation and depletion of Al, a protective SiO 2 film is formed, so that the high-temperature oxidation resistance of the metal substrate can be greatly improved, and excellent heat resistance and durability can also be obtained. . For this reason, a long-life heat-resistant metal member, a rocket engine, an artificial satellite, and a power generation gas turbine can be realized. Further, according to the method for producing a heat-resistant metal member and the method for producing an alloy film according to the present invention, such an excellent heat-resistant metal member and alloy film can be easily obtained by a conventionally known method without using a special method. Can be manufactured.

本発明者らが独自に作成したNb−Re−Si系三元状態図である。It is a Nb-Re-Si type | system | group ternary phase diagram which the present inventors created uniquely. この発明の一実施の形態による耐熱性金属部材を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heat resistant metal member by one Embodiment of this invention. 実施例1の試験片の低Si活量拡散処理後の断面構造を示す図面代用写真である。2 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of the test piece of Example 1 after a low Si activity diffusion treatment. 図3に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 実施例1の試験片の1分間の高Si活量拡散処理後の断面構造を示す図面代用写真である。3 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of the test piece of Example 1 after a high Si activity diffusion treatment for 1 minute. 図5に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 実施例1の試験片の1時間の高Si活量拡散処理追加後の断面構造を示す図面代用写真である。2 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of the test piece of Example 1 after addition of a high Si activity diffusion treatment for 1 hour. 図7に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 実施例2の試験片の完成状態の断面構造を示す図面代用写真である。6 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure in a completed state of the test piece of Example 2. FIG. 図9に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 実施例3の試験片の完成状態の断面構造を示す図面代用写真である。4 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure in a completed state of the test piece of Example 3. FIG. 図11に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 実施例4の試験片の完成状態の断面構造を示す図面代用写真である。6 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure in a completed state of the test piece of Example 4. FIG. 図13に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 実施例5の試験片の完成状態の断面構造を示す図面代用写真である。6 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure in a completed state of a test piece of Example 5. FIG. 図15に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a measurement result of concentration distribution of each element in a cross section of the test piece illustrated in FIG. 15. 実施例6においてReの微粉末を含むスラリの塗布とその後の加熱処理まで行った試験片の断面構造を示す図面代用写真である。FIG. 10 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of a test piece subjected to application of slurry containing fine powder of Re and subsequent heat treatment in Example 6. FIG. 図17に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 実施例6において低Si活量拡散処理まで行った試験片の断面構造を示す図面代用写真である。FIG. 10 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of a test piece subjected to a low Si activity diffusion process in Example 6. FIG. 図19に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 実施例6において高Al活量拡散処理まで行った試験片の断面構造を示す図面代用写真である。FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of a test piece subjected to high Al activity diffusion treatment in Example 6. FIG. 図21に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 高温酸化実験1を行った後の試験片の断面構造を示す図面代用写真である。3 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of a test piece after performing high-temperature oxidation experiment 1. FIG. 図23に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 高温酸化実験2を行った後の試験片の断面構造を示す図面代用写真である。5 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of a test piece after performing high-temperature oxidation experiment 2. FIG. 図25に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 高温酸化実験3を行った後の試験片の断面構造を示す図面代用写真である。6 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of a test piece after performing high-temperature oxidation experiment 3. FIG. 図27に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. 高温酸化実験4を行った後の試験片の断面構造を示す図面代用写真である。6 is a drawing-substituting photograph showing a cross-sectional structure of a test piece after performing a high-temperature oxidation experiment 4. FIG. 図29に示す試験片の断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the measurement result of the concentration distribution of each element in the cross section of the test piece shown in FIG. この発明の一実施の形態による耐熱性金属部材をロケットエンジンの燃焼器に適用した例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example which applied the heat-resistant metal member by one Embodiment of this invention to the combustor of a rocket engine.

以下、発明を実施するための形態(以下、単に「実施の形態」と言う。)について説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter simply referred to as “embodiments”) will be described.

[耐熱性金属部材]
図2はこの発明の一実施の形態による耐熱性金属部材を示す。図2に示すように、この耐熱性金属部材は、Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材100と、この金属基材100の表面に形成された合金皮膜500とを有する。合金皮膜500は、金属基材100側から順に、遷移領域110、内層200、中間層300および外層400を含む。
[Heat-resistant metal member]
FIG. 2 shows a refractory metal member according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the heat-resistant metal member includes a metal substrate 100 made of Nb, Nb—Hf-based alloy or Nb—Si-based alloy, and an alloy film 500 formed on the surface of the metal substrate 100. Have The alloy film 500 includes a transition region 110, an inner layer 200, an intermediate layer 300, and an outer layer 400 in this order from the metal substrate 100 side.

遷移領域110は、結晶相としてNb5 Si3 相を含み、一般的にはこのNb5 Si3 相を主体として構成されている。遷移領域110の厚さは一般的には10〜100μmであるが、これに限定されるものではない。 The transition region 110 includes an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, and is generally composed mainly of this Nb 5 Si 3 phase. The thickness of the transition region 110 is generally 10 to 100 μm, but is not limited thereto.

内層200は、結晶相としてNbSi2 相を含み、一般的にはこのNbSi2 相を主体として構成されている。内層200は、典型的には、Siを46.3原子%以上67.5原子%未満、Nbを26.2原子%以上35.2原子%以下、Re、Al、Mo、W、Ti、Cr、Hf、O、CおよびNからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を10.8原子%以下含み、これらの元素の総量が100原子%以下である。内層200の厚さは一般的には5〜30μmであるが、これに限定されるものではない。 The inner layer 200 includes an NbSi 2 phase as a crystal phase, and is generally composed mainly of this NbSi 2 phase. The inner layer 200 typically has Si of 46.3 atomic% or more and less than 67.5 atomic%, Nb of 26.2 atomic% or more and 35.2 atomic% or less, Re, Al, Mo, W, Ti, Cr 10.8 atomic% or less of at least one element selected from the group consisting of H, O, C, and N, and the total amount of these elements is 100 atomic% or less. The thickness of the inner layer 200 is generally 5 to 30 μm, but is not limited thereto.

中間層300は、結晶相としてMSi2 相(MはFe、Cr、Al、Mo、W、ReおよびHfからなる群から選択される少なくとも二種以上の元素)を含み、さらにReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含むこともあり、一般的にはこのMSi2 相あるいはこれに加えてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を主体として構成されている。中間層300の厚さは一般的には10〜50μmであるが、これに限定されるものではない。 The intermediate layer 300 includes an MSi 2 phase (M is at least two elements selected from the group consisting of Fe, Cr, Al, Mo, W, Re, and Hf) as a crystal phase, and further includes a ReSi 1.8 phase and a ReSi It may contain at least one of (Al, Si) 1.8 phase, and generally contains at least one of this MSi 2 phase or ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) 1.8 phase in addition to this MSi 2 phase. It is configured as. The thickness of the intermediate layer 300 is generally 10 to 50 μm, but is not limited thereto.

外層400は、結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含み、一般的にはこのReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を主体として構成されている。外層400は、典型的には、Siを33.1原子%以上68.1原子%未満、Alを37.0原子%以下、Reを6.7原子%以上41.1原子%以下、Nb、Mo、W、Ti、Cr、Hf、O、CおよびNからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を16.3原子%以下含み、これらの元素の総量が100原子%以下である。外層400の厚さは一般的には10〜30μmであるが、これに限定されるものではない。 The outer layer 400 includes at least one of a ReSi 1.8 phase and a Re (Al, Si) 1.8 phase as a crystal phase, and generally includes at least one of the ReSi 1.8 phase and the Re (Al, Si) 1.8 phase. It is configured as a subject. The outer layer 400 typically includes Si of 33.1 atomic% or more and less than 68.1 atomic%, Al of 37.0 atomic% or less, Re of 6.7 atomic% or more and 41.1 atomic% or less, Nb, 16.3 atomic% or less of at least one element selected from the group consisting of Mo, W, Ti, Cr, Hf, O, C and N is contained, and the total amount of these elements is 100 atomic% or less. The thickness of the outer layer 400 is generally 10 to 30 μm, but is not limited thereto.

遷移領域110と内層200との間にはこれらの遷移領域110および内層200が互いに複合した境界領域199が存在することもあり、内層200と中間層300との間にはこれらの内層200および中間層300が互いに複合した境界領域299が存在することもあり、中間層300と外層400との間にはこれらの中間層300および外層400が互いに複合した境界領域399が存在することもある。境界領域199には、典型的には、結晶相としてNb5 Si3 相およびNbSi2 相が含まれる。境界領域299には、典型的には、結晶相としてNb5 Si3 相およびNbSi2 相が含まれる。境界領域399には、典型的には、結晶相としてMSi2 相とReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種とが含まれる。 There may be a boundary region 199 in which the transition region 110 and the inner layer 200 are combined with each other between the transition region 110 and the inner layer 200, and the inner layer 200 and the intermediate layer 300 are between the inner layer 200 and the intermediate layer 300. There may be a boundary region 299 in which the layers 300 are combined with each other, and a boundary region 399 in which the intermediate layer 300 and the outer layer 400 are combined with each other may exist between the intermediate layer 300 and the outer layer 400. The boundary region 199 typically includes an Nb 5 Si 3 phase and an NbSi 2 phase as crystal phases. The boundary region 299 typically includes an Nb 5 Si 3 phase and an NbSi 2 phase as crystal phases. The boundary region 399 typically includes at least one of an MSi 2 phase, a ReSi 1.8 phase, and a Re (Al, Si) 1.8 phase as a crystal phase.

図2においては、耐熱性金属部材を構成する各層の間の界面は平面として描かれているが、各界面は一般的には平面や曲面などにより形成された複雑な形態を有する。   In FIG. 2, the interfaces between the layers constituting the heat-resistant metal member are depicted as planes, but each interface generally has a complicated form formed by a plane or a curved surface.

[耐熱性金属部材の製造方法]
この耐熱性金属部材の製造方法について説明する。
まず、金属基材100を用意し、その上にReを含む層を形成する。Reを含む層は、ReまたはRe含有合金を電気めっきしたり、少なくともReを含む微粉末を有機バインダに混合したスラリを塗布したり、これらを併用したり、これらを複数回繰り返し行ったりすることにより形成する。
[Method for producing heat-resistant metal member]
The manufacturing method of this heat-resistant metal member is demonstrated.
First, a metal substrate 100 is prepared, and a layer containing Re is formed thereon. The layer containing Re may be electroplated with Re or a Re-containing alloy, applied with a slurry in which fine powder containing at least Re is mixed in an organic binder, or a combination of these, or repeated multiple times. To form.

次に、Reを含む層を形成した金属基材100の低Si活量拡散処理を行う。具体的には、Reを含む層を形成した金属基材100を坩堝に入れられたNb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末中に埋め込み、Arなどの不活性ガス雰囲気や真空中において1600℃以上1650℃以下の温度で加熱することにより、この混合粉末を蒸気源としてSiの拡散浸透処理を行う。この低Si活量拡散処理は、好適には10分以上9時間以下行う。この低Si活量拡散処理により金属基材100上に結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域110、中間層300およびReSi1.8 相を含む外層400が形成される。 Next, a low Si activity diffusion process is performed on the metal substrate 100 on which the layer containing Re is formed. Specifically, the metal substrate 100 in which a layer containing Re is formed is embedded in a mixed powder of Nb 5 Si 3 phase powder and NbSi 2 phase powder in a crucible, and an inert gas atmosphere such as Ar Further, by heating at a temperature of 1600 ° C. or higher and 1650 ° C. or lower in a vacuum, the mixed powder is used as a vapor source to perform a diffusion and permeation treatment of Si. This low Si activity diffusion treatment is preferably performed for 10 minutes to 9 hours. By this low Si activity diffusion treatment, the transition region 110 including the Nb 5 Si 3 phase as the crystal phase, the intermediate layer 300, and the outer layer 400 including the ReSi 1.8 phase are formed on the metal substrate 100.

次に、上述のようにして低Si活量拡散処理を行った金属基材100の高Si活量拡散処理を行う。具体的には、低Si活量拡散処理を行った金属基材100を坩堝に入れられたSi粉末中に埋め込み、Arなどの不活性ガス雰囲気や真空中において1300℃以上1350℃以下の温度で加熱することにより、このSi粉末を蒸気源としてSiの拡散浸透処理を行う。この高Si活量拡散処理は、好適には10分以上13時間以下行う。この高Si活量拡散処理により、遷移領域110と中間層300との間に結晶相としてNbSi2 相を含む内層200が形成される。 Next, a high Si activity diffusion process is performed on the metal substrate 100 that has been subjected to the low Si activity diffusion process as described above. Specifically, the metal substrate 100 that has been subjected to the low Si activity diffusion treatment is embedded in Si powder placed in a crucible, and the temperature is 1300 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower in an inert gas atmosphere such as Ar or in vacuum. By heating, this Si powder is used as a vapor source to perform a diffusion and permeation treatment of Si. This high Si activity diffusion treatment is preferably performed for 10 minutes to 13 hours. By this high Si activity diffusion treatment, an inner layer 200 including an NbSi 2 phase as a crystal phase is formed between the transition region 110 and the intermediate layer 300.

外層400にRe(Al,Si)1.8 相を含ませる場合には、高Si活量拡散処理を行った後、さらに高Al活量拡散処理を行う。具体的には、高Si活量拡散処理を行った金属基材100を坩堝に入れられたAl粉末とSi粉末と焼結防止剤としてのSiC粉末との混合粉末中に埋め込み、真空中において1300℃以上1350℃以下の温度で加熱することにより、この混合粉末を蒸気源としてAl拡散浸透処理を行う。この高Al活量拡散処理により、外層に含まれる一部のReSi1.8 相のSiがAlにより置換されてRe(Al,Si)1.8 相に変化する。 When the outer layer 400 includes the Re (Al, Si) 1.8 phase, the high Al activity diffusion treatment is further performed after the high Si activity diffusion treatment. Specifically, the metal substrate 100 subjected to the high Si activity diffusion treatment is embedded in a mixed powder of Al powder, Si powder, and SiC powder as a sintering inhibitor placed in a crucible, and 1300 in a vacuum. By heating at a temperature of not less than 1 ° C. and not more than 1350 ° C., Al diffusion and permeation treatment is performed using this mixed powder as a vapor source. By this high Al activity diffusion treatment, a part of the Si in the ReSi 1.8 phase contained in the outer layer is replaced by Al and changed to the Re (Al, Si) 1.8 phase.

以上により、金属基材100上に遷移領域110、内層200、中間層300および外層400からなる少なくとも四層構造の合金皮膜500が形成され、目的とする耐熱性金属部材が製造される。   As described above, the alloy film 500 having at least a four-layer structure including the transition region 110, the inner layer 200, the intermediate layer 300, and the outer layer 400 is formed on the metal substrate 100, and the intended heat-resistant metal member is manufactured.

[耐熱性金属部材を高温の燃焼ガス雰囲気に晒したときの合金皮膜の変化]
この耐熱性金属部材を高温の燃焼ガス雰囲気中で使用したときには、燃焼ガス雰囲気に晒された合金皮膜500の外層400にReSi1.8 相が含まれる場合には保護的SiO2 皮膜が表面に形成され、外層400にRe(Al,Si)1.8 相が含まれる場合には保護的Al2 3 皮膜が形成され、この保護的SiO2 皮膜あるいは保護的Al2 3 皮膜により合金皮膜500、ひいては金属基材100が燃焼ガス雰囲気から保護される。
[Changes in alloy film when heat-resistant metal members are exposed to high-temperature combustion gas atmosphere]
When this refractory metal member is used in a high-temperature combustion gas atmosphere, when the outer layer 400 of the alloy film 500 exposed to the combustion gas atmosphere contains a ReSi 1.8 phase, a protective SiO 2 film is formed on the surface. When the outer layer 400 contains a Re (Al, Si) 1.8 phase, a protective Al 2 O 3 film is formed, and this protective SiO 2 film or the protective Al 2 O 3 film forms an alloy film 500 and eventually a metal. The substrate 100 is protected from the combustion gas atmosphere.

以下の実施例において、合金皮膜の形成に用いる工程は以下の通りである。
工程(1)Reめっき:Reめっきは特許文献3〜6に記載の方法に準拠し、Re層の厚さは2〜10μm、望ましくは2〜5μmである。
In the following examples, the steps used for forming the alloy film are as follows.
Step (1) Re plating: Re plating conforms to the method described in Patent Documents 3 to 6, and the thickness of the Re layer is 2 to 10 μm, preferably 2 to 5 μm.

工程(2)スラリ塗布: 金属基材100の表面に、各種金属の微粉末(Mo、W、Re、Fe、Cr、Ti等)を有機バインダに混合したスラリを塗布した後、1300℃〜1500℃、真空中で2時間の加熱処理を行う。MoとWの微粉末の粒径は小さいほど良いが、取扱いの容易さと価格、スラリ膜の空隙率等の観点から、粒径としては0.1〜5μmが適当であり、望ましくは0.5〜3μmである。スラリを塗布する厚さは10〜100μm、望ましくは15〜50μmである。1300℃〜1500℃で加熱処理するのは、塗布したスラリ粉末の緻密化を促進し、金属基材とReを含む層との密着性を確保するためである。 Step (2) Slurry application: After applying a slurry in which fine powders of various metals (Mo, W, Re, Fe, Cr, Ti, etc.) are mixed in an organic binder to the surface of the metal substrate 100, 1300 ° C to 1500 ° C. Heat treatment is performed in a vacuum at 2 ° C. for 2 hours. The smaller the particle size of the fine powders of Mo and W, the better. However, from the viewpoint of ease of handling and cost, the porosity of the slurry film, etc., the particle size is suitably 0.1 to 5 μm, desirably 0.5. ~ 3 μm. The thickness of the slurry is 10 to 100 μm, desirably 15 to 50 μm. The reason why the heat treatment is performed at 1300 ° C. to 1500 ° C. is to promote densification of the applied slurry powder and to ensure adhesion between the metal substrate and the layer containing Re.

工程(3)低Si活量拡散処理: Nb粉末、Si粉末および焼結防止剤としてのSiC粒子を重量比でNb:Si:SiC=7:3:10に混合し、この混合粉末を炭素坩堝に装填し、1600℃〜1650℃の高温、Arガス雰囲気で加熱処理を行う。この際、混合粉末中のNbとSiとは互いに反応してNb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末となる。この混合粉末をNb−Si−SiC混合粉末と呼び、このNb−Si−SiC混合粉末を使用して低Si活量拡散処理を行う。 Step (3) Low Si activity diffusion treatment: Nb powder, Si powder and SiC particles as a sintering inhibitor are mixed at a weight ratio of Nb: Si: SiC = 7: 3: 10, and this mixed powder is mixed with a carbon crucible. And heat treatment is performed at a high temperature of 1600 ° C. to 1650 ° C. in an Ar gas atmosphere. At this time, Nb and Si in the mixed powder react with each other to form a mixed powder of Nb 5 Si 3 phase powder and NbSi 2 phase powder. This mixed powder is called Nb-Si-SiC mixed powder, and this Nb-Si-SiC mixed powder is used for low Si activity diffusion treatment.

工程(4)高Si活量拡散処理:Si粉末とSiC粉末とを重量比でSi:SiC=1:1に混合し、この混合粉末を炭素坩堝に装填し、1300℃〜1350℃、真空中、2〜13時間の条件下で加熱処理を行うことにより、高Si活量拡散処理を行う。 Step (4) High Si activity diffusion treatment: Si powder and SiC powder are mixed at a weight ratio of Si: SiC = 1: 1, and this mixed powder is loaded into a carbon crucible and 1300 ° C. to 1350 ° C. in a vacuum. The high Si activity diffusion treatment is performed by performing heat treatment under the conditions of 2 to 13 hours.

工程(5)高Al活量拡散処理:Al粉末、Si粉末およびSiC粉末を重量比でAl:Si:SiC=1:1:8に混合し、この混合粉末を炭素坩堝に装填し、1300℃〜1350℃、真空中、2〜6時間の条件下で加熱処理を行うことにより、高Al活量拡散処理を行う。 Step (5) High Al activity diffusion treatment: Al powder, Si powder, and SiC powder are mixed at a weight ratio of Al: Si: SiC = 1: 1: 8, and this mixed powder is loaded into a carbon crucible and 1300 ° C. A high Al activity diffusion treatment is performed by performing heat treatment under conditions of ˜1350 ° C. in vacuum for 2 to 6 hours.

金属基材100として純Nbからなる金属基材およびNb−Hf基合金(C−103)からなる金属基材を用いた。Nb−Hf基合金(C−103)の公称組成は、10重量%Hf、1.0重量%Ti、0.7重量%Zr、0.5重量%Ta、0.5重量%Wであり、不可避的に含まれる酸素(O)、炭素(C)および窒素(N)の濃度の総和が0.01重量%以上3重量%未満である。   As the metal substrate 100, a metal substrate made of pure Nb and a metal substrate made of an Nb—Hf-based alloy (C-103) were used. The nominal composition of the Nb—Hf-based alloy (C-103) is 10 wt% Hf, 1.0 wt% Ti, 0.7 wt% Zr, 0.5 wt% Ta, 0.5 wt% W, The total concentration of oxygen (O), carbon (C), and nitrogen (N) inevitably contained is 0.01 wt% or more and less than 3 wt%.

また、以下において説明する高温酸化試験においては、1200℃〜1400℃に保持された電気炉中に、合金皮膜500を形成したNbまたはNb−Hf基合金からなる金属基材100を挿入し、1時間保持した後、電気炉から大気中に取り出して急冷し、この操作を繰り返す、いわゆる加熱・冷却サイクル酸化を実施した。エネルギー分散型分析器が付属した走査型電子顕微鏡を用いて、試料の断面の組織観察および各元素の濃度の測定を行った。   In the high-temperature oxidation test described below, a metal substrate 100 made of Nb or Nb—Hf-based alloy on which an alloy film 500 is formed is inserted into an electric furnace maintained at 1200 ° C. to 1400 ° C. After holding for a period of time, it was taken out from the electric furnace into the atmosphere, rapidly cooled, and this operation was repeated, so-called heating / cooling cycle oxidation was performed. Using a scanning electron microscope equipped with an energy dispersive analyzer, the cross-sectional structure of the sample was observed and the concentration of each element was measured.

〈実施例1〉
純度99原子%以上のNb金属板からなる金属基材100の表面に、Reめっき(工程(1))を行い、続いて1500℃、真空中で1時間の加熱処理を行う。この工程を二回繰り返して行った。この加熱処理は、Nb金属板とReめっき層との密着性を確保するためである。続いて、低Si活量拡散処理(工程(3))を1600℃、4時間、Arガス雰囲気で行った。
<Example 1>
Re plating (step (1)) is performed on the surface of the metal substrate 100 made of an Nb metal plate having a purity of 99 atomic% or more, followed by heat treatment at 1500 ° C. in a vacuum for 1 hour. This process was repeated twice. This heat treatment is for ensuring the adhesion between the Nb metal plate and the Re plating layer. Subsequently, a low Si activity diffusion treatment (step (3)) was performed at 1600 ° C. for 4 hours in an Ar gas atmosphere.

こうして作製された試験片を切断、研磨し、断面組織を観察するとともに、EPMAを用いて試験片に含まれる各元素の厚さ方向の濃度分布を測定した。図3に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図4に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図3に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表1は図4に示した各元素の濃度、表2は表1に示した各層の濃度の最小値および最大値をまとめたものである。
The test piece thus prepared was cut and polished, the cross-sectional structure was observed, and the concentration distribution in the thickness direction of each element contained in the test piece was measured using EPMA. FIG. 3 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 4 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 in the photograph shown in FIG. 3) measured using EPMA. Table 1 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 4, and Table 2 summarizes the minimum and maximum concentrations of each layer shown in Table 1.

これらの結果から、合金皮膜500は、Nb金属板からなる金属基材100側から、Nb5 Si3 相を含む遷移領域110、Q相を含む中間層300、ReSi1.8 相を含む外層400の層構造を有し、遷移領域110と中間層300との間に境界領域299が、中間層300と外層400との間に境界領域399が形成されていることがわかる。しかしながら、低Si活量拡散処理を行ったこの試験片では、NbSi2 相を含む内層200は形成されていない。 From these results, the alloy film 500 is formed of the transition region 110 including the Nb 5 Si 3 phase, the intermediate layer 300 including the Q phase, and the outer layer 400 including the ReSi 1.8 phase from the side of the metal substrate 100 made of the Nb metal plate. It can be seen that a boundary region 299 is formed between the transition region 110 and the intermediate layer 300, and a boundary region 399 is formed between the intermediate layer 300 and the outer layer 400. However, in this test piece subjected to the low Si activity diffusion treatment, the inner layer 200 including the NbSi 2 phase is not formed.

この事実により、図1に示したように、低Si活量拡散処理では、ReはReSi1.8 を形成するのに対してNbSi2 は形成せず、Nb5 Si3 相とQ相とを形成すること、さらに、外層400のReSi1.8 相中にNb5 Si3 相410が存在することも同様に理解される。このQ相の組成は、表2に示すように、(29.8〜40.3)原子%Si、(38.2〜54.5)原子%Nb、(15.4〜21.6)原子%Reである。 Due to this fact, as shown in FIG. 1, in the low Si activity diffusion treatment, Re forms ReSi 1.8 whereas NbSi 2 does not, but forms Nb 5 Si 3 phase and Q phase. In addition, it is similarly understood that the Nb 5 Si 3 phase 410 exists in the ReSi 1.8 phase of the outer layer 400. As shown in Table 2, the composition of this Q phase is (29.8-40.3) atomic% Si, (38.2-54.5) atomic% Nb, (15.4-21.6) atoms. % Re.

低Si活量拡散処理に続いて、高Si活量拡散処理(工程(4))を1350℃、1分、Arガス雰囲気で行った。図5に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図6に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図5に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表3は図6に示した各元素の濃度、表4は表3に示した各層の濃度の最小値と最大値とをまとめたものである。
この結果から、高Si活量拡散処理の時間が短時間の場合(ここでは1分) 、内層200は形成されないことがわかる。
Following the low Si activity diffusion treatment, a high Si activity diffusion treatment (step (4)) was performed at 1350 ° C. for 1 minute in an Ar gas atmosphere. FIG. 5 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 6 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 of the photograph shown in FIG. 5) measured using EPMA. Table 3 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 6, and Table 4 summarizes the minimum value and maximum value of the concentration of each layer shown in Table 3.
From this result, it is understood that the inner layer 200 is not formed when the high Si activity diffusion treatment time is short (in this case, 1 minute).

1分の高Si活量拡散処理に続いて、高Si活量拡散処理(工程(4))を1350℃、1時間、Arガス雰囲気で行った。図7に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図8に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図7に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表5は図8に示した各元素の濃度、表6は表5に示した各層の濃度の最小値と最大値とをまとめたものである。
これらの結果から、合金皮膜500は、金属基材100側から順に、Nb5 Si3 相を含む遷移領域110、NbSi2 相を含む内層200、NbSi2 相とReSi1.8 相との混合相を含む中間層300、ReSi1.8 相を含む外層400の層構造を有し、遷移領域110と内層200との間の境界領域199はNb5 Si3 相とNbSi2 相との混合相である。なお、外層400にはNbSi2 相410が混在している。
Following the high Si activity diffusion treatment for 1 minute, the high Si activity diffusion treatment (step (4)) was performed at 1350 ° C. for 1 hour in an Ar gas atmosphere. FIG. 7 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 8 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 of the photograph shown in FIG. 7) measured using EPMA. Table 5 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 8, and Table 6 summarizes the minimum value and maximum value of the concentration of each layer shown in Table 5.
These results, the alloy film 500, in order from the metal substrate 100 side, comprising a mixed phase of the inner layer 200, NbSi 2 phase and Resi 1.8 phase comprising a transition region 110, NbSi 2 phase containing Nb 5 Si 3 phase a layer structure of the intermediate layer 300, Resi outer layer 400 containing 1.8 phase, the boundary region 199 between the transition region 110 and the inner layer 200 is a mixed phase of Nb 5 Si 3 phase and NbSi 2 phases. Note that the NbSi 2 phase 410 is mixed in the outer layer 400.

〈実施例2〉
実施例1において最後に行った高Si活量拡散処理に続いて、高Al活量拡散処理(工程(5))を1350℃、1時間、Arガス雰囲気で行った。図9に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図10に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図9に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表7は図10に示した各元素の濃度、表8は表7に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
これらの結果から、合金皮膜500は、金属基材100側から順に、Nb5 Si3 相を含む遷移領域110、NbSi2 相を含む内層200、NbSi2 相とRe(Al,Si)1.8 相との混合相を含む中間層300、Re(Al,Si)1.8 相を含む外層400の層構造を有し、遷移領域110と内層200との間の境界領域199はNb5 Si3 相とNbSi2 相との混合相である。さらに、Alの濃度分布はReのそれと類似しており、AlがReSi1.8 相のSiの一部を置換して、Re(Al,Si)1.8 相を形成していることが特徴的である。
<Example 2>
Following the last high Si activity diffusion treatment in Example 1, a high Al activity diffusion treatment (step (5)) was performed in an Ar gas atmosphere at 1350 ° C. for 1 hour. FIG. 9 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 10 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 of the photograph shown in FIG. 9) measured using EPMA. Table 7 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 10, and Table 8 summarizes the minimum and maximum values of the concentration of each layer shown in Table 7.
These results, the alloy film 500, in order from the metal substrate 100 side, the inner layer 200 comprising a transition region 110, NbSi 2 phase containing Nb 5 Si 3 phase, NbSi 2 phase and Re (Al, Si) 1.8 phase and The intermediate layer 300 including the mixed phase of the outer layer 400 and the outer layer 400 including the Re (Al, Si) 1.8 phase have a layer structure of the boundary region 199 between the transition region 110 and the inner layer 200, and the Nb 5 Si 3 phase and the NbSi 2 phase. It is a mixed phase with the phase. Further, the concentration distribution of Al is similar to that of Re, and it is characteristic that Al replaces part of Si in the ReSi 1.8 phase to form a Re (Al, Si) 1.8 phase.

〈実施例3〉
実施例1において最後に行った高Si活量拡散処理に続いて、高Al活量拡散処理(工程(5))を真空中において900℃、1時間行い、続いて1300℃、1時間行った。図11に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図12に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図11に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表9は図12に示した各元素の濃度、表10は表9に示した各層の濃度の最小値と最大値とをまとめたものである。
これらの結果は、前述の図9、図10、表7および表8の結果と類似しているが、特に、中間層300はNbSi2 相とRe(Al,Si)1.8 相との混合相であることが明瞭に認められる。
<Example 3>
Following the last high Si activity diffusion treatment in Example 1, high Al activity diffusion treatment (step (5)) was performed in vacuum at 900 ° C. for 1 hour, followed by 1300 ° C. for 1 hour. . FIG. 11 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 12 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 in the photograph shown in FIG. 11) measured using EPMA. Table 9 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 12, and Table 10 summarizes the minimum value and the maximum value of the concentration of each layer shown in Table 9.
These results are similar to the results of FIG. 9, FIG. 10, Table 7 and Table 8 described above. In particular, the intermediate layer 300 is a mixed phase of NbSi 2 phase and Re (Al, Si) 1.8 phase. It is clearly recognized that there is.

〈実施例4〉
金属基材100の材料としてNb−Hf基合金(C−103)を用いた。この金属基材100を用い、工程(1)、工程(2)、工程(1)、工程(3)に続き、工程(4)の高Si活量拡散処理を1350℃、真空、1時間の条件下で行った。図13に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図14に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図13に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表11は図14に示した各元素の濃度、表12は表11に示した各層の濃度の最小値と最大値とをまとめたものである。
これらの結果から、合金皮膜500は、金属基材100側から順に、遷移領域110はHfを含有するNb5 Si3 相、中間層300はWとMoとを含有するNbSi2 相とReSi1.8 相との混合相であり、組織の違いから層320と層340とに分けられ、外層400はWとMoとを含有するReSi1.8 相である。遷移領域110と中間層300との間には境界領域299が存在する。境界領域299は内層200のNbSi2 相を含み、Nb5 Si3 相が混在する組織となっている。言い換えると、内層200は単一の連続層としては観察されず、境界領域299と混ざって入り組んだ不連続構造となっている。
<Example 4>
An Nb—Hf-based alloy (C-103) was used as the material for the metal substrate 100. Using this metal substrate 100, following the step (1), step (2), step (1), step (3), the high Si activity diffusion treatment of step (4) is performed at 1350 ° C., vacuum, 1 hour. Performed under conditions. FIG. 13 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 14 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 of the photograph shown in FIG. 13) measured using EPMA. Table 11 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 14, and Table 12 summarizes the minimum and maximum concentrations of each layer shown in Table 11.
From these results, the alloy film 500 has an Nb 5 Si 3 phase containing Hf and an intermediate layer 300 containing an NbSi 2 phase and a ReSi 1.8 phase containing W and Mo in order from the metal substrate 100 side. The outer layer 400 is a ReSi 1.8 phase containing W and Mo, and is divided into a layer 320 and a layer 340 due to the difference in structure. A boundary region 299 exists between the transition region 110 and the intermediate layer 300. The boundary region 299 has a structure in which the NbSi 2 phase of the inner layer 200 is included and the Nb 5 Si 3 phase is mixed. In other words, the inner layer 200 is not observed as a single continuous layer, but has a discontinuous structure mixed with the boundary region 299.

〈実施例5〉
実施例4において最後に行った高Si活量拡散処理に続いて、高Al活量拡散処理(工程(5))を1350℃、4時間、真空の条件で行った。図15に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図16に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図15に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表13は図16に示した各元素の濃度、表14は表13に示した各層の濃度の最小値と最大値とをまとめたものである。
これらの結果から、金属基材100側から順に、遷移領域110はHfを含有するNb5 Si3 相、内層200はReを含有するNbSi2 相、中間層300はWとMoとを含有するNbSi2 相とRe(Al,Si)1.8 相との混合相、外層400はWとMoとを含有するRe(Al,Si)1.8 相となっていることがわかる。これより、Reの濃度分布はAlのそれと一致し、AlはRe(Al,Si)1.8 相に固溶していることがわかる。また、遷移領域110と内層200との間に境界領域199が、中間層300と外層400との間に境界領域399が存在している。
<Example 5>
Following the last high Si activity diffusion treatment in Example 4, a high Al activity diffusion treatment (step (5)) was performed at 1350 ° C. for 4 hours under vacuum conditions. FIG. 15 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 16 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 of the photograph shown in FIG. 15) measured using EPMA. Table 13 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 16, and Table 14 summarizes the minimum value and the maximum value of the concentration of each layer shown in Table 13.
From these results, in order from the metal substrate 100 side, the transition region 110 is an Nb 5 Si 3 phase containing Hf, the inner layer 200 is an NbSi 2 phase containing Re, and the intermediate layer 300 is NbSi containing W and Mo. It can be seen that the mixed phase of the two phases and the Re (Al, Si) 1.8 phase, and the outer layer 400 is the Re (Al, Si) 1.8 phase containing W and Mo. From this, it can be seen that the concentration distribution of Re coincides with that of Al, and Al is dissolved in the Re (Al, Si) 1.8 phase. A boundary region 199 exists between the transition region 110 and the inner layer 200, and a boundary region 399 exists between the intermediate layer 300 and the outer layer 400.

〈実施例6〉
金属基材100としてNb−17at%Si合金(公称組成)からなる板を用いた。Nb−17at%Si合金を構成する相は、Nb(Si)固溶体、Nb3 Si相およびNb5 Si3 相である。金属基材100の表面に、Reめっき(工程(1))を行い、続いて1500℃、真空中で2時間の加熱処理を行う。この加熱処理は、Nb−17at%Si合金板とReめっき層との密着性を確保するためである。続いて、Reめっき層の表面に、WとMoとの微粉末を含むスラリの塗布(工程(2))を行い、続いて1500℃、真空中で2時間の加熱処理を行う。続いて、こうして形成されるWとMoとを含む層の表面に、Reの微粉末を含むスラリの塗布(工程(2))を行い、続いて1500℃、真空中で2時間の加熱処理を行う。続いて、低Si活量拡散処理(工程(3))を1650℃、9時間、Arガス雰囲気で行った。続いて、高Si活量拡散処理(工程(4))を1350℃、13時間、真空中で行った。最後に、高Al活量拡散処理(工程(5))を1300℃、6時間、真空中で行った。
<Example 6>
A plate made of an Nb-17 at% Si alloy (nominal composition) was used as the metal substrate 100. The phases constituting the Nb-17 at% Si alloy are an Nb (Si) solid solution, an Nb 3 Si phase, and an Nb 5 Si 3 phase. Re plating (step (1)) is performed on the surface of the metal substrate 100, followed by heat treatment at 1500 ° C. in vacuum for 2 hours. This heat treatment is to ensure adhesion between the Nb-17 at% Si alloy plate and the Re plating layer. Subsequently, a slurry containing fine powders of W and Mo is applied to the surface of the Re plating layer (step (2)), followed by heat treatment at 1500 ° C. in vacuum for 2 hours. Subsequently, a slurry containing fine powder of Re is applied to the surface of the layer containing W and Mo thus formed (step (2)), followed by heat treatment at 1500 ° C. in vacuum for 2 hours. Do. Subsequently, a low Si activity diffusion treatment (step (3)) was performed at 1650 ° C. for 9 hours in an Ar gas atmosphere. Subsequently, a high Si activity diffusion treatment (step (4)) was performed in vacuum at 1350 ° C. for 13 hours. Finally, high Al activity diffusion treatment (step (5)) was performed in vacuum at 1300 ° C. for 6 hours.

上述のReめっきとその後の加熱処理、WとMoとの微粉末を含むスラリの塗布とその後の加熱処理およびReの微粉末を含むスラリの塗布とその後の加熱処理まで行った試験片を切断、研磨し、断面組織を観察するとともに、EPMAを用いて試験片に含まれる各元素の厚さ方向の濃度分布を測定した。図17に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図18に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図17に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表15は図18に示した各元素の濃度をまとめたものである。
Cutting the test piece that was subjected to the above-described Re plating and subsequent heat treatment, application of slurry containing fine powders of W and Mo, and subsequent heat treatment, and application of slurry containing fine powder of Re and subsequent heat treatment, Polishing and observing the cross-sectional structure, and using EPMA, the concentration distribution in the thickness direction of each element contained in the test piece was measured. FIG. 17 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 18 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 in the photograph shown in FIG. 17) measured using EPMA. Table 15 summarizes the concentration of each element shown in FIG.

これらの結果から、Nb−17at%Si合金板からなる金属基材100側から、Nb(Si)相の富化層、Reを主成分とするめっき層、WとMoとを主成分とする層およびReを主成分とする層が形成されていることがわかる。 From these results, from the metal substrate 100 side made of an Nb-17 at% Si alloy plate, an Nb (Si) phase enriched layer, a plating layer mainly containing Re, and a layer mainly containing W and Mo. It can be seen that a layer mainly composed of Re and Re is formed.

次に、上述の低Si活量拡散処理まで行った試験片を切断、研磨し、断面組織を観察するとともに、EPMAを用いて試験片に含まれる各元素の厚さ方向の濃度分布を測定した。図19に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図20に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図19に示す写真の線LG2に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表16は図20に示した各元素の濃度をまとめたものである。
Next, the test piece that had been processed up to the low Si activity diffusion treatment was cut and polished, the cross-sectional structure was observed, and the concentration distribution in the thickness direction of each element contained in the test piece was measured using EPMA. . FIG. 19 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 20 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG2 in the photograph shown in FIG. 19) measured using EPMA. Table 16 summarizes the concentration of each element shown in FIG.

これらの結果から、合金皮膜500は、Nb−17at%Si合金板からなる金属基材100側から、Nb5 Si3 相を含む遷移領域110、Q相を含む中間層300、ReSi1.8 相を含む外層400の層構造を有することがわかる。しかしながら、低Si活量拡散処理を行ったこの試験片では、NbSi2 相を含む内層200は形成されていない。 From these results, the alloy film 500 includes the transition region 110 including the Nb 5 Si 3 phase, the intermediate layer 300 including the Q phase, and the ReSi 1.8 phase from the metal substrate 100 side made of the Nb-17 at% Si alloy plate. It can be seen that the outer layer 400 has a layer structure. However, in this test piece subjected to the low Si activity diffusion treatment, the inner layer 200 including the NbSi 2 phase is not formed.

次に、上述の高Al活量拡散処理まで行った試験片を切断、研磨し、断面組織を観察するとともに、EPMAを用いて試験片に含まれる各元素の厚さ方向の濃度分布を測定した。図21に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図22に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図21に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表17は図22に示した各元素の濃度をまとめたものである。
Next, the test piece that had been subjected to the high Al activity diffusion treatment was cut and polished, the cross-sectional structure was observed, and the concentration distribution in the thickness direction of each element contained in the test piece was measured using EPMA. . FIG. 21 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece. FIG. 22 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 of the photograph shown in FIG. 21) measured using EPMA. Table 17 summarizes the concentration of each element shown in FIG.

これらの結果から、合金皮膜500は、金属基材100側から順に、Nb5 Si3 相を含む遷移領域110、NbSi2 相を含む内層200、NbSi2 相とRe(Al,Si)1.8 相との混合相を含む中間層300、Re(Al,Si)1.8 相を含む外層400の層構造を有し、内層200と中間層300との間の境界領域299はNbSi2 相とRe(Al,Si)1.8 相との混合相、中間層300と外層400との間の境界領域399はNbSi2 相とRe(Al,Si)1.8 相との混合相である。さらに、Alの濃度分布はReのそれと類似しており、AlがReSi1.8 相のSiの一部を置換して、Re(Al,Si)1.8 相を形成していることが特徴的である。 These results, the alloy film 500, in order from the metal substrate 100 side, the inner layer 200 comprising a transition region 110, NbSi 2 phase containing Nb 5 Si 3 phase, NbSi 2 phase and Re (Al, Si) 1.8 phase and intermediate layer 300 including the mixed phase, Re (Al, Si) having a layer structure of outer layer 400 containing 1.8 phase, the boundary region 299 between the inner layer 200 and the intermediate layer 300 is NbSi 2 phase and Re (Al, Si) A mixed phase of 1.8 phase, and a boundary region 399 between the intermediate layer 300 and the outer layer 400 is a mixed phase of NbSi 2 phase and Re (Al, Si) 1.8 phase. Further, the concentration distribution of Al is similar to that of Re, and it is characteristic that Al replaces part of Si in the ReSi 1.8 phase to form a Re (Al, Si) 1.8 phase.

次に、耐熱性金属部材の試験片の高温酸化実験を行った結果について説明する。
〈高温酸化実験1〉
金属基材100としてNb金属板を用い、工程(1)、工程(2)、工程(1)、工程(3)に続いて、工程(4)の高Si活量拡散処理を行うことによりこのNb金属板上に合金皮膜500を形成した。続いて、1400℃に大気中、1時間保持した後、室温に急冷するサイクル酸化を四回実施した。図23に酸化後の試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図24に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図23に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表18は図24に示した各元素の濃度、表19は表18に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
これらの結果から、金属基材100側から、遷移領域110はNb5 Si3 相、境界領域199は多孔質なNb5 Si3 相とReSi1.8 相との混合相、境界領域299はReSi1.8 相とQ相との混合相、中間層300はReとMoとを含有するWSi2 相とReSi1.8 相との混合相、外層400はWとMoとを含有するReSi1.8 相となっていることがわかる。酸化物600はSiO2 である。これより、外層400のReSi1.8 相中のSi濃度はSiO2 を形成することによって低下するが、内層200のNbSi2 相からSiが外層400に供給されてReSi1.8 相が維持されている。その結果、内層200は消失し、境界領域199、299を形成している。特に、境界領域199は多孔質なNb5 Si3 相になることがわかる。
Next, the results of a high-temperature oxidation experiment on a heat-resistant metal member test piece will be described.
<High-temperature oxidation experiment 1>
By using a Nb metal plate as the metal substrate 100, following the step (1), the step (2), the step (1), and the step (3), the high Si activity diffusion treatment in the step (4) is performed. An alloy film 500 was formed on the Nb metal plate. Then, after hold | maintaining at 1400 degreeC in air | atmosphere for 1 hour, the cyclic oxidation which quenches rapidly to room temperature was implemented 4 times. FIG. 23 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece after oxidation. FIG. 24 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 in the photograph shown in FIG. 23) measured using EPMA. Table 18 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 24, and Table 19 summarizes the minimum and maximum values of the concentration of each layer shown in Table 18.
From these results, from the metal substrate 100 side, the transition region 110 is the Nb 5 Si 3 phase, the boundary region 199 is the mixed phase of the porous Nb 5 Si 3 phase and the ReSi 1.8 phase, and the boundary region 299 is the ReSi 1.8 phase. The intermediate layer 300 is a mixed phase of WSi 2 phase containing Re and Mo and a ReSi 1.8 phase, and the outer layer 400 is a ReSi 1.8 phase containing W and Mo. Recognize. The oxide 600 is SiO 2 . Accordingly, the Si concentration in the ReSi 1.8 phase of the outer layer 400 is reduced by forming SiO 2 , but Si is supplied from the NbSi 2 phase of the inner layer 200 to the outer layer 400 to maintain the ReSi 1.8 phase. As a result, the inner layer 200 disappears and forms boundary regions 199 and 299. In particular, it can be seen that the boundary region 199 becomes a porous Nb 5 Si 3 phase.

〈高温酸化実験2〉
金属基材100としてNb金属板を用い、工程(1)、工程(3)、工程(4)に続いて、工程(5)の高Al活量拡散処理を行うことによりこのNb金属板上に合金皮膜500を形成した。続いて、1300℃に大気中、1時間保持した後、室温に急冷するサイクル酸化を四回実施した。図25に酸化後の試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図26に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図25に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表20は図26に示した各元素の濃度、表21は表20に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
これらの結果から、金属基材100側から、遷移領域110はNb5 Si3 相、内層200はReとAlとを含有するNbSi2 相、境界領域199はNb5 Si3 相とNbSi2 相との混合相、中間層300はNbSi2 相とAlを含有するRe(Al,Si)1.8 相との混合相、外層400はAlを含有するRe(Al,Si)1.8 相となっていることがわかる。境界領域399は中間層300と同じ結晶相を含むが、異なる組織を有している。酸化物600はAl2 3 である。高Al活量拡散処理では、実施例2に一例を示したように、外層はRe(Al,Si)1.8 相であり、高温酸化によってAl濃度は低下・消失して、ReSi1.8 相に変化していることがわかる。
<High-temperature oxidation experiment 2>
An Nb metal plate is used as the metal substrate 100, and the high Al activity diffusion process of the step (5) is performed on the Nb metal plate following the steps (1), (3), and (4). An alloy film 500 was formed. Then, after hold | maintaining at 1300 degreeC in air | atmosphere for 1 hour, the cyclic oxidation which cools rapidly to room temperature was implemented 4 times. FIG. 25 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece after oxidation. FIG. 26 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 of the photograph shown in FIG. 25) measured using EPMA. Table 20 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 26, and Table 21 summarizes the minimum and maximum concentrations of each layer shown in Table 20.
From these results, from the metal substrate 100 side, the transition region 110 is an Nb 5 Si 3 phase, the inner layer 200 is an NbSi 2 phase containing Re and Al, and the boundary region 199 is an Nb 5 Si 3 phase and an NbSi 2 phase. The intermediate layer 300 is a mixed phase of NbSi 2 phase and a Re (Al, Si) 1.8 phase containing Al, and the outer layer 400 is a Re (Al, Si) 1.8 phase containing Al. Recognize. The boundary region 399 includes the same crystal phase as the intermediate layer 300 but has a different structure. The oxide 600 is Al 2 O 3 . In the high Al activity diffusion treatment, as shown in an example in Example 2, the outer layer is a Re (Al, Si) 1.8 phase, and the Al concentration is lowered / disappeared by high-temperature oxidation, and changed to a ReSi 1.8 phase. You can see that

〈高温酸化実験3〉
金属基材100としてNb金属板を用い、工程(1)、工程(3)、工程(4)に続いて、工程(5)の高Al活量拡散処理を行うことによりこのNb金属板上に合金皮膜500を形成した。続いて、1400℃に大気中、1時間保持した後、室温に急冷するサイクル酸化を一回実施した。図27に酸化後の試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図28に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図27に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表22は図28に示した各元素の濃度、表23は表22に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
これらの結果から、金属基材100側から、遷移領域110はNb5 Si3 相、内層200はReとAlとを含有するNbSi2 相、境界領域199はNb5 Si3 相とNbSi2 相との混合相、中間層300はNbSi2 相とAlを含有するRe(Al,Si)1.8 相との混合相であり、多孔質になっていることがわかる。外層400はAlを含有するRe(Al,Si)1.8 相である。外層400にはNbSi2 相が含まれている。酸化物600はAl2 3 である。高Al活量拡散処理では、実施例2に一例を示したように、外層はRe(Al,Si)1.8 相であり、高温酸化によってAl濃度は低下・消失して、ReSi1.8 相に変化していることがわかる。
<High-temperature oxidation experiment 3>
An Nb metal plate is used as the metal substrate 100, and the high Al activity diffusion process of the step (5) is performed on the Nb metal plate following the steps (1), (3), and (4). An alloy film 500 was formed. Then, after hold | maintaining at 1400 degreeC in air | atmosphere for 1 hour, the cyclic oxidation which cools rapidly to room temperature was implemented once. FIG. 27 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece after oxidation. FIG. 28 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 in the photograph shown in FIG. 27) measured using EPMA. Table 22 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 28, and Table 23 summarizes the minimum and maximum concentrations of each layer shown in Table 22.
From these results, from the metal substrate 100 side, the transition region 110 is an Nb 5 Si 3 phase, the inner layer 200 is an NbSi 2 phase containing Re and Al, and the boundary region 199 is an Nb 5 Si 3 phase and an NbSi 2 phase. It can be seen that the intermediate layer 300 is a mixed phase of an NbSi 2 phase and a Re (Al, Si) 1.8 phase containing Al, and is porous. The outer layer 400 is a Re (Al, Si) 1.8 phase containing Al. The outer layer 400 includes an NbSi 2 phase. The oxide 600 is Al 2 O 3 . In the high Al activity diffusion treatment, as shown in an example in Example 2, the outer layer is a Re (Al, Si) 1.8 phase, and the Al concentration is lowered / disappeared by high-temperature oxidation, and changed to a ReSi 1.8 phase. You can see that

〈高温酸化実験4〉
金属基材100としてNb−Hf基合金(C−130)を用い、工程(1)、工程(2)、工程(1)、工程(3)、工程(4)に続いて、工程(5)の高Al活量拡散処理を行うことによりこのNb−Hf基合金(C−130)上に合金皮膜500を形成し、続いて、1200℃、大気中、4サイクル酸化を実施した。図29に酸化後の試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図30に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図29に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表24は図30に示した各元素の濃度、表25は表24に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
これらの結果から、金属基材100側から、遷移領域110はHfを含有するNb5 Si3 相、内層200はReを含有するNbSi2 相、境界領域199はNb5 Si3 相とNbSi2 相との混合相、中間層300はWとMoとを含有するNbSi2 相とRe(Al,Si)1.8 相との混合相、外層400はWとMoとを含有するRe(Al,Si)1.8 相となっていることがわかる。酸化物600はAl2 3 である。1200℃、4サイクルの酸化条件では、合金皮膜500にはAlが残存しており、AlとSiとの総和はRe(Al,Si)1.8 相に対応する。これより、Reの濃度分布はAlのそれと一致し、AlはRe(Al,Si)1.8 相に固溶していることがわかる。
<High-temperature oxidation experiment 4>
Using the Nb—Hf-based alloy (C-130) as the metal substrate 100, following the step (1), step (2), step (1), step (3), step (4), step (5) An alloy film 500 was formed on the Nb—Hf-based alloy (C-130) by performing a high Al activity diffusion treatment, followed by four-cycle oxidation at 1200 ° C. in the atmosphere. FIG. 29 shows an optical micrograph of the cross-sectional structure of the test piece after oxidation. FIG. 30 shows the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the line LG1 of the photograph shown in FIG. 29) measured using EPMA. Table 24 summarizes the concentration of each element shown in FIG. 30, and Table 25 summarizes the minimum and maximum values of the concentration of each layer shown in Table 24.
From these results, from the metal substrate 100 side, the transition region 110 is an Nb 5 Si 3 phase containing Hf, the inner layer 200 is an NbSi 2 phase containing Re, and the boundary region 199 is an Nb 5 Si 3 phase and an NbSi 2 phase. The intermediate layer 300 is a mixed phase of an NbSi 2 phase containing W and Mo and a Re (Al, Si) 1.8 phase, and the outer layer 400 is Re (Al, Si) 1.8 containing W and Mo. It turns out that it is a phase. The oxide 600 is Al 2 O 3 . Under the oxidation conditions of 1200 ° C. and 4 cycles, Al remains in the alloy film 500, and the sum of Al and Si corresponds to the Re (Al, Si) 1.8 phase. From this, it can be seen that the concentration distribution of Re coincides with that of Al, and Al is dissolved in the Re (Al, Si) 1.8 phase.

以上の高温酸化実験1〜4から、少なくとも遷移領域110、内層200、中間層300および外層400を有する合金皮膜500を金属基材100上に形成することによって、合金皮膜500の表面に保護的SiO2 皮膜を形成し、あるいは、特に、内層200をNbSi2 相、外層400をRe(Al,Si)1.8 相とすることによって合金皮膜500の表面に保護的Al2 3 皮膜を形成することができ、さらに、内層200のNbSi2 相がNb5 Si3 相に変化することによってSiがRe(Al,Si)1.8 相に供給され、Re(Al,Si)1.8 相、さらにはReSi1.8 相を維持することができることが実証された。 From the above high-temperature oxidation experiments 1 to 4, by forming the alloy film 500 having at least the transition region 110, the inner layer 200, the intermediate layer 300, and the outer layer 400 on the metal substrate 100, protective SiO is formed on the surface of the alloy film 500. forming a second coating, or in particular, the inner layer 200 NbSi 2 phases, to form a protective Al 2 O 3 film on the surface of the alloy coating 500 by an outer layer 400 and Re (Al, Si) 1.8 phase can further, Si by NbSi 2 phase of the inner layer 200 is changed to Nb 5 Si 3 phase is supplied to the Re (Al, Si) 1.8 phase, Re (Al, Si) 1.8 phase, the more Resi 1.8 phase It was demonstrated that it can be maintained.

以上のように、この一実施の形態による耐熱性金属部材によれば、Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材100の表面に形成された合金皮膜500は、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域110、結晶相としてNbSi2 相を含む内層200、中間層300および結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層400を含むことにより、高温の燃焼ガスの腐食性雰囲気に晒されても、優れた耐高温酸化性を発揮することができ、優れた耐熱性および耐久性を得ることもでき、長寿命の耐熱性金属部材を実現することができる。この耐熱性金属部材は、例えば、ロケットエンジンの燃焼室は勿論、ガスタービン用部材、例えば発電用ガスタービンの動翼などに用いても好適なものである。図31にこの耐熱性金属部材を2液式ロケットエンジンの燃焼器に適用した一例を示す。図31に示すように、金属基材100の表面に合金皮膜500が形成されたものにより筒状の燃焼器が構成されている。この燃焼器の一端にはフランジ700が取り付けられている。このフランジ700には、その中心に酸化剤導入用の導入孔701が設けられ、この導入孔701の周りに燃料導入用の導入孔702、703が設けられている。そして、この燃焼器では、導入孔701から導入された液体の酸化剤704と、導入孔702、703から導入された液体の燃料705とが燃焼室内に噴霧されて燃焼が起き、その燃焼ガスのガス流がスロートを通ってノズルから外部に噴射されることで推力が得られる。導入孔702、703からは燃焼室の内周面にも液体の燃料705が噴射されて液膜800が形成され、この液膜800により金属基材100が冷却されるようになっている。燃料としては例えばヒドラジン(N2 4 )、酸化剤としては例えば四酸化二窒素(N2 4 )が用いられる。燃焼器の内部は高温酸化性雰囲気に晒されるが、既に述べたように、表面に合金皮膜500が形成された金属基材100は耐熱性および耐久性に優れているため、燃焼器の長寿命化を図ることができる。 As described above, according to the heat-resistant metal member according to this embodiment, the alloy film 500 formed on the surface of the metal substrate 100 made of Nb, Nb—Hf base alloy or Nb—Si base alloy is crystalline. Transition region 110 including Nb 5 Si 3 phase as a phase, inner layer 200 including NbSi 2 phase as a crystal phase, intermediate layer 300, and at least one of ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) 1.8 phase as a crystal phase By including the outer layer 400, even when exposed to a corrosive atmosphere of high-temperature combustion gas, it can exhibit excellent high-temperature oxidation resistance, can also have excellent heat resistance and durability, and has a long life A heat-resistant metal member can be realized. This heat-resistant metal member is suitable for use not only in a combustion chamber of a rocket engine but also in a gas turbine member, for example, a moving blade of a power generation gas turbine. FIG. 31 shows an example in which this heat-resistant metal member is applied to a combustor of a two-liquid rocket engine. As shown in FIG. 31, a cylindrical combustor is constituted by an alloy film 500 formed on the surface of a metal substrate 100. A flange 700 is attached to one end of the combustor. The flange 700 is provided with an introduction hole 701 for introducing an oxidant at the center thereof, and introduction holes 702 and 703 for introducing fuel are provided around the introduction hole 701. In this combustor, the liquid oxidant 704 introduced from the introduction hole 701 and the liquid fuel 705 introduced from the introduction holes 702 and 703 are sprayed into the combustion chamber to cause combustion, and the combustion gas Thrust is obtained by the gas stream being jetted from the nozzle through the throat. Liquid fuel 705 is also injected from the introduction holes 702 and 703 to the inner peripheral surface of the combustion chamber to form a liquid film 800, and the metal substrate 100 is cooled by the liquid film 800. For example, hydrazine (N 2 H 4 ) is used as the fuel, and dinitrogen tetroxide (N 2 O 4 ) is used as the oxidant. Although the inside of the combustor is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere, as described above, the metal base material 100 having the alloy film 500 formed on the surface is excellent in heat resistance and durability, so that the combustor has a long life. Can be achieved.

以上、この発明の一実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。   Although one embodiment and example of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and example, and various types based on the technical idea of the present invention. Deformation is possible.

また、Nb−Re−Si三元系合金相である上述のQ相(組成は(29.8〜40.3)原子%Si、(38.2〜54.5)原子%Nb、(15.4〜21.6)原子%Re)は、機械的強度が高いため、金属基材の表面にこのQ相からなる合金皮膜を形成することにより、機械的強度の向上を図ることができる。Q相の形成方法としては、例えば、Nb板のような金属基材の表面に既に述べたようにReをめっきしたり、Reの微粉末を含むスラリを塗布したりした後、低Si活量拡散処理を行う方法、あるいは、Nb板のような金属基材に、Nb粉末とRe粉末との混合粉末を蒸気源として低Si活量拡散処理を行う方法を用いることができる。   Further, the above-described Q phase which is an Nb—Re—Si ternary alloy phase (composition is (29.8 to 40.3) atomic% Si, (38.2 to 54.5) atomic% Nb, (15. Since 4 to 21.6) atomic% Re) has high mechanical strength, it is possible to improve the mechanical strength by forming an alloy film comprising this Q phase on the surface of the metal substrate. As a method for forming the Q phase, for example, a surface of a metal substrate such as an Nb plate is plated with Re as described above, or a slurry containing fine powder of Re is applied, and then a low Si activity is achieved. A method of performing a diffusion treatment or a method of performing a low Si activity diffusion treatment using a mixed powder of Nb powder and Re powder as a vapor source on a metal substrate such as an Nb plate can be used.

100…金属基材、110…遷移領域、199…境界領域、200…内層、299…境界領域、300…中間層、399…境界領域、400…外層、500…合金皮膜   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Metal substrate, 110 ... Transition region, 199 ... Boundary region, 200 ... Inner layer, 299 ... Boundary region, 300 ... Middle layer, 399 ... Boundary region, 400 ... Outer layer, 500 ... Alloy film

Claims (18)

Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む耐熱性金属部材。
A metal substrate made of Nb, Nb-Hf-based alloy or Nb-Si-based alloy;
Having an alloy film formed on the surface of the metal substrate,
The alloy film includes, in order from the metal substrate side, a transition region including an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, an inner layer including an NbSi 2 phase as a crystal phase, an intermediate layer, and a ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) A refractory metal member including an outer layer containing at least one of 1.8 phases.
上記内層は、Siを46.3原子%以上67.5原子%未満、Nbを26.2原子%以上35.2原子%以下、Re、Al、Mo、W、Ti、Cr、Hf、O、CおよびNからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を10.8原子%以下含み、これらの元素の総量が100原子%以下である請求項1記載の耐熱性金属部材。   The inner layer has Si of 46.3 atomic% or more and less than 67.5 atomic%, Nb of 26.2 atomic% or more and 35.2 atomic% or less, Re, Al, Mo, W, Ti, Cr, Hf, O, 2. The refractory metal member according to claim 1, comprising at least one element selected from the group consisting of C and N at 10.8 atomic% or less, and the total amount of these elements is 100 atomic% or less. 上記外層は、Siを33.1原子%以上68.1原子%未満、Alを37.0原子%以下、Reを6.7原子%以上41.1原子%以下、Nb、Mo、W、Ti、Cr、Hf、O、CおよびNからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を16.3原子%以下含み、これらの元素の総量が100原子%以下である請求項1または2記載の耐熱性金属部材。   The outer layer has Si of 33.1 atomic% or more and less than 68.1 atomic%, Al of 37.0 atomic% or less, Re of 6.7 atomic% or more and 41.1 atomic% or less, Nb, Mo, W, Ti 3. The composition according to claim 1, wherein the element contains at least one element selected from the group consisting of Cr, Hf, O, C, and N at 16.3 atomic% or less, and the total amount of these elements is 100 atomic% or less. Heat-resistant metal member. 上記外層はNbを16.3原子%以下含む請求項1〜3のいずれか一項記載の耐熱性金属部材。   The heat-resistant metal member according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer layer contains 16.3 atomic% or less of Nb. 上記中間層は結晶相としてMSi2 相(MはFe、Cr、Al、Mo、W、ReおよびHfからなる群から選択される少なくとも二種以上の元素)を含む請求項1〜4のいずれか一項記載の耐熱性金属部材。 5. The intermediate layer according to claim 1, wherein the intermediate layer includes an MSi 2 phase (M is at least two elements selected from the group consisting of Fe, Cr, Al, Mo, W, Re, and Hf) as a crystal phase. The heat-resistant metal member according to one item. 上記遷移領域と上記内層との間、上記内層と上記中間層との間および上記中間層と上記外層との間の少なくとも一つに境界領域を有する請求項1〜5のいずれか一項記載の耐熱性金属部材。   The boundary region according to any one of claims 1 to 5, further comprising a boundary region in at least one of the transition region and the inner layer, between the inner layer and the intermediate layer, and between the intermediate layer and the outer layer. Heat-resistant metal member. 上記内層は連続層または不連続層からなる請求項1〜6のいずれか一項記載の耐熱性金属部材。   The heat resistant metal member according to any one of claims 1 to 6, wherein the inner layer comprises a continuous layer or a discontinuous layer. Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材上にReを含む層を形成する工程と、
上記Reを含む層を形成した上記金属基材に、Nb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末を蒸気源として1600℃以上1650℃以下の温度で第一Si拡散浸透処理を行う工程と、
上記第一Si拡散浸透処理を行った後、Si粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度で第二Si拡散浸透処理を10分以上行う工程とを有する耐熱性金属部材の製造方法。
Forming a layer containing Re on a metal substrate made of Nb, Nb—Hf-based alloy or Nb—Si-based alloy;
First Si diffusion penetration treatment at a temperature of 1600 ° C. or higher and 1650 ° C. or lower using a mixed powder of Nb 5 Si 3 phase powder and NbSi 2 phase powder as a vapor source on the metal substrate on which the layer containing Re is formed A process of performing
A method for producing a heat-resistant metal member, comprising: performing the second Si diffusion permeation treatment for 10 minutes or more at a temperature of 1300 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower after performing the first Si diffusion permeation treatment.
上記Reを含む層を電気めっき、および/または、少なくともReを含む微粉末を有機バインダに混合したスラリの塗布により形成する請求項8記載の耐熱性金属部材の製造方法。   The method for producing a refractory metal member according to claim 8, wherein the layer containing Re is formed by electroplating and / or by applying a slurry in which a fine powder containing at least Re is mixed with an organic binder. 上記第一Si拡散浸透処理および上記第二Si拡散浸透処理を10分以上13時間以下行う請求項8または9記載の耐熱性金属部材の製造方法。   The method for producing a heat-resistant metal member according to claim 8 or 9, wherein the first Si diffusion penetration treatment and the second Si diffusion penetration treatment are performed for 10 minutes to 13 hours. 上記第二Si拡散浸透処理を行った後、Al粉末とSi粉末と焼結防止剤としてのSiC粉末との混合粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度でAl拡散浸透処理を行う工程をさらに有する請求項8〜10のいずれか一項記載の耐熱性金属部材の製造方法。   Step of performing Al diffusion penetration treatment at a temperature of 1300 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower using a mixed powder of Al powder, Si powder, and SiC powder as a sintering inhibitor after performing the second Si diffusion penetration treatment. The method for producing a heat-resistant metal member according to any one of claims 8 to 10, further comprising: 上記Al拡散浸透処理を10分以上6時間以下行う請求項11記載の耐熱性金属部材の製造方法。   The method for producing a refractory metal member according to claim 11, wherein the Al diffusion permeation treatment is performed for 10 minutes to 6 hours. Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材の表面に形成され、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む合金皮膜。 A transition region including a Nb 5 Si 3 phase as a crystalline phase and a NbSi 2 as a crystalline phase, which are formed on the surface of a metal substrate made of Nb, Nb—Hf-based alloy or Nb—Si-based alloy, in that order from the metal substrate side. An alloy film including an inner layer including a phase, an intermediate layer, and an outer layer including at least one of a ReSi 1.8 phase and a Re (Al, Si) 1.8 phase as a crystal phase. Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材上にReを含む層を形成する工程と、
上記Reを含む層を形成した上記金属基材に、Nb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末を蒸気源として1600℃以上1650℃以下の温度で第一Si拡散浸透処理を行う工程と、
上記第一Si拡散浸透処理を行った後、Si粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度で第二Si拡散浸透処理を10分以上行う工程とを有する合金皮膜の製造方法。
Forming a layer containing Re on a metal substrate made of Nb, Nb—Hf-based alloy or Nb—Si-based alloy;
First Si diffusion penetration treatment at a temperature of 1600 ° C. or higher and 1650 ° C. or lower using a mixed powder of Nb 5 Si 3 phase powder and NbSi 2 phase powder as a vapor source on the metal substrate on which the layer containing Re is formed A process of performing
A method for producing an alloy film, comprising: performing the second Si diffusion penetration treatment for 10 minutes or more at a temperature of 1300 ° C. or more and 1350 ° C. or less using the Si powder as a vapor source after the first Si diffusion penetration treatment.
上記第二Si拡散浸透処理を行った後、Al粉末とSi粉末と焼結防止剤としてのSiC粉末との混合粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度でAl拡散浸透処理を行う工程をさらに有する請求項14記載の合金皮膜の製造方法。   Step of performing Al diffusion penetration treatment at a temperature of 1300 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower using a mixed powder of Al powder, Si powder, and SiC powder as a sintering inhibitor after performing the second Si diffusion penetration treatment. The method for producing an alloy film according to claim 14, further comprising: Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含むロケットエンジン。
A metal substrate made of Nb, Nb-Hf-based alloy or Nb-Si-based alloy;
Having an alloy film formed on the surface of the metal substrate,
The alloy film includes, in order from the metal substrate side, a transition region including an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, an inner layer including an NbSi 2 phase as a crystal phase, an intermediate layer, and a ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) A rocket engine including an outer layer including at least one of 1.8 phases.
少なくとも一つのロケットエンジンを有し、
上記ロケットエンジンは、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む人工衛星。
Have at least one rocket engine,
The above rocket engine
A metal substrate made of Nb, Nb-Hf-based alloy or Nb-Si-based alloy;
Having an alloy film formed on the surface of the metal substrate,
The alloy film includes, in order from the metal substrate side, a transition region including an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, an inner layer including an NbSi 2 phase as a crystal phase, an intermediate layer, and a ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) An artificial satellite including an outer layer including at least one of 1.8 phases.
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む動翼を有する発電用ガスタービン。
A metal substrate made of Nb, Nb-Hf-based alloy or Nb-Si-based alloy;
Having an alloy film formed on the surface of the metal substrate,
The alloy film includes, in order from the metal substrate side, a transition region including an Nb 5 Si 3 phase as a crystal phase, an inner layer including an NbSi 2 phase as a crystal phase, an intermediate layer, and a ReSi 1.8 phase and Re (Al, Si) A power generation gas turbine having a moving blade including an outer layer including at least one of 1.8 phases.
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