JP2022065441A - Heat resistant metal member and method of manufacturing the same, and high-temperature device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、耐熱金属部材およびその製造方法ならびに高温装置およびその製造方法に関し、特に、高温酸化性雰囲気または高温腐食性雰囲気において加熱・冷却が繰り返される環境下で使用される、焼却炉、排ガス系部材、ボイラー、内燃機関、ガスタービン、ジェットエンジン、等に適用して好適なものである。 The present invention relates to a heat-resistant metal member and a method for manufacturing the same, and a high-temperature device and the method for manufacturing the same. It is suitable for application to members, boilers, internal combustion engines, gas turbines, jet engines, and the like.
各種燃焼機器、内燃機関、ボイラー、焼却炉、排ガス系部材、タービン、ジェットエンジン、等に使用される耐熱合金基材には耐酸化コーティングが施工されている。代表的な耐酸化コーティングはAlおよび/またはCrを含有する合金皮膜であって、特に、高温の過酷な腐食環境ではAl含有合金が使用され、Alの拡散浸透処理、溶射、等によって基材表面に形成され、保護的アルミナ(Al2 O3 )スケールを形成して基材を高温腐食から保護する。 Oxidation-resistant coatings are applied to heat-resistant alloy substrates used in various combustion equipment, internal combustion engines, boilers, incinerators, exhaust gas system members, turbines, jet engines, and the like. A typical oxidation-resistant coating is an alloy film containing Al and / or Cr. In particular, an Al-containing alloy is used in a harsh corrosion environment at high temperature, and the surface of the substrate is subjected to Al diffusion permeation treatment, thermal spraying, etc. Formed on the protective alumina (Al 2 O 3 ) scale to protect the substrate from high temperature corrosion.
耐熱合金基材では、しかしながら、特に高温で使用中に、コーティング皮膜のAlが基材側に、基材の元素がコーティング皮膜側に、それぞれ相互拡散するため、コーティング皮膜のAl濃度は早期に低下し、非保護的酸化物が形成・成長することによって、コーティング皮膜はその耐酸化能を喪失することから、その解決が求められている。 In the heat-resistant alloy base material, however, the Al concentration of the coating film decreases early because Al of the coating film mutually diffuses to the base material side and the elements of the base material to the coating film side, especially during use at high temperature. However, since the coating film loses its oxidation resistance due to the formation and growth of non-protective oxides, a solution is required.
上述の元素の相互拡散を抑制するために、本発明者らにより、Re等、W等、Cr等を含有する拡散バリア層(DBL:Diffusion Barrier Layer)を基材上に形成した後、その表面にAl含有合金層を積層する技術が提案されている。拡散バリア層とAl含有合金層とを含めて拡散バリアコーティング(DBC:Diffusion Barrier Coating)および基材と拡散バリア層とAl含有合金層とを総称して拡散バリアコーティングシステム(DBCシステム)、とそれぞれ呼称している。拡散バリア層の詳細については特許文献1~4に記載されている。
In order to suppress the mutual diffusion of the above-mentioned elements, the present inventors have formed a diffusion barrier layer (DBL: Diffusion Barrier Layer) containing Re, W, etc., Cr, etc. on the substrate, and then the surface thereof. A technique for laminating an Al-containing alloy layer has been proposed. Diffusion Barrier Coating (DBC) including the diffusion barrier layer and the Al-containing alloy layer, and the diffusion barrier coating system (DBC system) as a general term for the base material, the diffusion barrier layer and the Al-containing alloy layer, respectively. It is called. Details of the diffusion barrier layer are described in
しかしながら、上述の拡散バリアコーティングは、使用可能な基材が特定の合金基材に限定されてしまい、例えばFe、Ni、ステンレス鋼、等からなる汎用基材を使用することができないだけでなく、拡散バリア層の形成に有効な方法はスラリー塗布およびその後の加熱処理等に限られてしまっていた。 However, in the above-mentioned diffusion barrier coating, the usable base material is limited to a specific alloy base material, and not only a general-purpose base material made of, for example, Fe, Ni, stainless steel, etc. cannot be used, and also, a general-purpose base material cannot be used. Effective methods for forming the diffusion barrier layer have been limited to slurry coating and subsequent heat treatment.
そこで、この発明が解決しようとする課題は、汎用基材を含む各種の金属基材を使用することができ、製造に必要なプロセスもめっきとその後の拡散処理という簡便なプロセスで済み、高温酸化性雰囲気あるいは高温腐食性雰囲気中において加熱・冷却サイクルが付加された環境下で使用された場合に、拡散バリア機能に加えて金属基材の機械的特性の向上を図ることができ、金属基材の有する高温特性を長期に亘って維持することができる耐熱金属部材およびその製造方法ならびにそのような耐熱金属部材を含む高温装置およびその製造方法を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that various metal substrates including general-purpose substrates can be used, and the process required for manufacturing can be a simple process of plating and subsequent diffusion treatment, and high-temperature oxidation can be performed. When used in an environment where a heating / cooling cycle is added in a sexual atmosphere or a high-temperature corrosive atmosphere, it is possible to improve the mechanical properties of the metal substrate in addition to the diffusion barrier function, and the metal substrate can be improved. It is an object of the present invention to provide a refractory metal member capable of maintaining the high temperature characteristics of the material for a long period of time and a method for manufacturing the same, and a high temperature device including such a refractory metal member and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、この発明は、
金属基材と、
上記金属基材上のW系またはRe系の多目的合金層と、
上記多目的合金層上のAlおよび/またはCr含有合金層と、
上記金属基材と上記多目的合金層との間の遷移層と、
を有する耐熱金属部材である。
In order to solve the above problems, the present invention
With a metal base material
With the W-based or Re-based multipurpose alloy layer on the metal substrate,
With the Al and / or Cr-containing alloy layer on the multipurpose alloy layer,
The transition layer between the metal substrate and the multipurpose alloy layer,
It is a refractory metal member having.
この発明において、W系またはRe系の多目的合金層(Multi-Purpose Layer;MPL)は、Alおよび/またはCr含有合金層を構成する元素が金属基材側へ、金属基材を構成する元素がAlおよび/またはCr含有合金層側にそれぞれ相互拡散するのを抑制する障壁機能、すなわち拡散バリア能に加えて、金属基材の機械的特性(引張強度、クリープ強度、等)の改善、等の多機能性を有し、多目的に使用できる合金層を意味する。W系の多目的合金層は、WおよびNiとCo、Al、Cr、Reおよび上記金属基材を構成する元素からなる群より選ばれた少なくとも一種の元素とを含有する。Re系の多目的合金層は、ReおよびNiとCo、Al、Cr、Wおよび上記金属基材を構成する元素からなる群より選ばれた少なくとも一種の元素とを含有する。多目的合金層とAlおよび/またはCr含有合金層との間にCr系の多目的合金層をさらに有することもある。多目的合金層の厚さは、必要に応じて選ばれるが、一般的には10μm以上50μm以下である。 In the present invention, in the W-based or Re-based multi-purpose alloy layer (MPL), the elements constituting the Al and / or Cr-containing alloy layer are on the metal substrate side, and the elements constituting the metal substrate are present. In addition to the barrier function of suppressing mutual diffusion to the Al and / or Cr-containing alloy layer side, that is, the diffusion barrier ability, improvement of mechanical properties (tensile strength, creep strength, etc.) of the metal substrate, etc. It means an alloy layer that has multi-functionality and can be used for multiple purposes. The W-based multipurpose alloy layer contains W and Ni, and at least one element selected from the group consisting of Co, Al, Cr, Re and the elements constituting the metal substrate. The Re-based multipurpose alloy layer contains Re and Ni, and at least one element selected from the group consisting of Co, Al, Cr, W and the elements constituting the metal substrate. A Cr-based multipurpose alloy layer may be further provided between the multipurpose alloy layer and the Al and / or Cr-containing alloy layer. The thickness of the multipurpose alloy layer is selected as needed, but is generally 10 μm or more and 50 μm or less.
Alおよび/またはCr含有合金層は、Crを含有しないAl含有合金層、Alを含有しないCr含有合金層、AlおよびCrを含有する合金層の三種類がある。Al含有合金層は、特に制限はないが、例えば、β-NiAl、γ’-Ni3 Al、CoAl、FeAl、等からなる。Al含有合金層は、金属基材および多目的合金層が含有する元素を不可避的に含有することもある。Al含有合金層はまた、Cr粒子を含有することもある。Al含有合金層は、最表面に保護的アルミナ(Al2 O3 )を形成して金属基材を含む耐熱金属部材の全体を高温酸化性雰囲気から保護する機能を有する。Cr含有合金層は、特に制限はないが、例えばNi-Cr系合金、好適にはγ-Ni(Cr)からなる。ここで、Ni(Cr)は、Crを含有するNiを意味する(一般にX(Z)はZを含有するXを意味する)。Cr含有合金層は、金属基材および多目的合金層が含有する元素を不可避的に含有することもある。Cr含有合金層は、最表面に保護的クロミア(Cr2 O3 )を形成して金属基材を含む耐熱金属部材の全体を高温腐食性雰囲気から保護する機能を有する。AlおよびCrを含有する合金層は、特に制限はないが、例えば、FeCrAl、Cr粒子を含有するAl含有合金、等からなる。AlおよびCrを含有する合金層は、金属基材および多目的合金層が含有する元素を不可避的に含有することもある。AlおよびCrを含有する合金層は、最表面に保護的アルミナ(Al2 O3 )および保護的クロミア(Cr2 O3 )を形成して金属基材を含む耐熱金属部材の全体を高温酸化性雰囲気および高温腐食性雰囲気から保護する機能を有する。Alおよび/またはCr含有合金層の厚さは、必要に応じて選ばれるが、一般的には20μm以上60μm以下である。 There are three types of Al and / or Cr-containing alloy layers: an Al-containing alloy layer that does not contain Cr, a Cr-containing alloy layer that does not contain Al, and an alloy layer that contains Al and Cr. The Al-containing alloy layer is not particularly limited, but is made of, for example, β-NiAl, γ'-Ni 3 Al, CoAl, FeAl, and the like. The Al-containing alloy layer may inevitably contain elements contained in the metal base material and the multipurpose alloy layer. The Al-containing alloy layer may also contain Cr particles. The Al-containing alloy layer has a function of forming protective alumina (Al 2 O 3 ) on the outermost surface to protect the entire refractory metal member including the metal base material from a high-temperature oxidizing atmosphere. The Cr-containing alloy layer is not particularly limited, but is made of, for example, a Ni—Cr based alloy, preferably γ—Ni (Cr). Here, Ni (Cr) means Ni containing Cr (generally, X (Z) means X containing Z). The Cr-containing alloy layer may inevitably contain elements contained in the metal base material and the multipurpose alloy layer. The Cr-containing alloy layer has a function of forming protective chromium (Cr 2 O 3 ) on the outermost surface to protect the entire refractory metal member including the metal base material from a high-temperature corrosive atmosphere. The alloy layer containing Al and Cr is not particularly limited, but is made of, for example, FeCrAl, an Al-containing alloy containing Cr particles, and the like. The alloy layer containing Al and Cr may inevitably contain the elements contained in the metal base material and the multipurpose alloy layer. The alloy layer containing Al and Cr forms protective alumina (Al 2 O 3 ) and protective chromium (Cr 2 O 3 ) on the outermost surface, and the entire refractory metal member including the metal substrate is highly oxidizable. It has the function of protecting from atmosphere and high temperature corrosive atmosphere. The thickness of the Al and / or Cr-containing alloy layer is selected as needed, but is generally 20 μm or more and 60 μm or less.
金属基材と多目的合金層との間の遷移層は、金属基材と多目的合金層との両者の密着性を確保するとともに、両者が融合(相互拡散)して形成された領域である。遷移層は、Niと金属基材を構成する元素のうちの少なくとも一種の元素と多目的合金層を構成する元素のうちの少なくとも一種の元素とを含有する。遷移層の厚さは、一般的には5μm以上100μm以下、好適には10μm以上60μm以下であるが、これに限定されるものではない。 The transition layer between the metal base material and the multipurpose alloy layer is a region formed by ensuring the adhesion between the metal base material and the multipurpose alloy layer and fusing (mutually diffusing) the two. The transition layer contains Ni and at least one element among the elements constituting the metal substrate and at least one element among the elements constituting the multipurpose alloy layer. The thickness of the transition layer is generally 5 μm or more and 100 μm or less, preferably 10 μm or more and 60 μm or less, but is not limited thereto.
金属基材は、必要に応じて選ばれ、各種のものを使用することができるが、例えば、Fe、Co、Ni、Fe基合金、Co基合金、Ni基合金等からなる。このうち、Fe基合金は、具体的には、例えば、SUS430、SUS304、SUS310、Alloy-X、FSX-414等からなる。金属基材の形状は特に限定されず、用途等に応じて選ばれるが、例えば、平板状、棒状(角棒、丸棒、等)、管状、箱状、等である。 The metal base material is selected as needed and various types can be used, and is composed of, for example, Fe, Co, Ni, Fe-based alloy, Co-based alloy, Ni-based alloy and the like. Of these, the Fe-based alloy is specifically composed of, for example, SUS430, SUS304, SUS310, Alloy-X, FSX-414 and the like. The shape of the metal base material is not particularly limited and is selected according to the intended use, and is, for example, flat plate-shaped, rod-shaped (square bar, round bar, etc.), tubular, box-shaped, or the like.
耐熱金属部材は、特に限定されないが、具体的には、例えば、焼却炉、ボイラー、ガスタービンの部材、ジェットエンジンの部材、排ガス系部材、等が挙げられる。 The heat-resistant metal member is not particularly limited, and specific examples thereof include an incinerator, a boiler, a gas turbine member, a jet engine member, an exhaust gas system member, and the like.
また、この発明は、
金属基材上に少なくともNi層およびWを含有するNi層(すなわちNi(W)層)またはReを含有するNi層(すなわちNi(Re)層)をめっきにより順次形成する工程と、
Al蒸気源としてFeAlまたはNiAlを用いたAl拡散処理またはCr拡散処理を施すことにより上記金属基材上に遷移層を介してW系またはRe系の多目的合金層およびAlおよび/またはCr含有合金層を順次形成する工程と、
を有する耐熱金属部材の製造方法である。
In addition, this invention
A step of sequentially forming a Ni layer containing at least a Ni layer and a W (that is, a Ni (W) layer) or a Ni layer containing Re (that is, a Ni (Re) layer) on a metal substrate by plating.
By performing Al diffusion treatment or Cr diffusion treatment using FeAl or NiAl as the Al vapor source, a W-based or Re-based multipurpose alloy layer and an Al and / or Cr-containing alloy layer are applied onto the metal substrate via a transition layer. And the process of sequentially forming
It is a manufacturing method of a refractory metal member having.
必要に応じて、多目的合金層を形成するに際し、Ni(W)層またはNi(Re)層上にさらにNi層、Co層またはNi(Co)層をめっきにより形成する。これらのめっき層の厚さは、特に限定されないが、例えば、最下層のNi層(内側Ni層)は10μm以上60μm以下、Ni(W)層またはNi(Re)層は20μm以上50μm以下、最上層のNi層(外側Ni層)は30μm以上60μm以下である。Al拡散処理は、典型的には、めっき層を形成した金属基材を、Al蒸気源としてのFeAlまたはNiAlと塩化アンモニウム(NH4 Cl)とアルミナ(Al2 O3 )との混合粉末に埋没させ、真空中または不活性ガス雰囲気中において950℃以上1050℃以下の温度で1時間以上10時間以下加熱することにより行う。これらの粉末の混合割合に特に制限はないが、好適には、FeAlまたはNiAlは5重量%以上30重量%以下、NH4 Clは1重量%以上5重量%以下、残Al2 O3 である。Al蒸気源としてのFeAlまたはNiAlの組成は必要に応じて選ばれるが、好適にはFe-50原子%AlまたはNi-50原子%Alである。Cr拡散処理は、典型的には、めっき層を形成した金属基材を、Cr蒸気源、例えばCrとNH4 ClとAl2 O3 との混合粉末に埋没させ、真空中または不活性ガス雰囲気中において1000℃以上1100℃以下の温度で1時間以上10時間以下加熱することにより行う。これらの粉末の混合割合に特に制限はないが、好適には、Cr蒸気源、例えばCrは5重量%以上30重量%以下、NH4 Clは1重量%以上5重量%以下、残Al2 O3 である。 If necessary, when forming the multipurpose alloy layer, a Ni layer, a Co layer or a Ni (Co) layer is further formed on the Ni (W) layer or the Ni (Re) layer by plating. The thickness of these plating layers is not particularly limited, but for example, the bottom Ni layer (inner Ni layer) is 10 μm or more and 60 μm or less, and the Ni (W) layer or Ni (Re) layer is 20 μm or more and 50 μm or less. The upper Ni layer (outer Ni layer) is 30 μm or more and 60 μm or less. In the Al diffusion treatment, the metal substrate on which the plating layer is formed is typically embedded in a mixed powder of FeAl or NiAl as an Al vapor source, ammonium chloride (NH 4 Cl) and alumina (Al 2 O 3 ). It is carried out by heating in a vacuum or in an inert gas atmosphere at a temperature of 950 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower for 1 hour or longer and 10 hours or shorter. The mixing ratio of these powders is not particularly limited, but FeAl or NiAl is preferably 5% by weight or more and 30% by weight or less, NH 4 Cl is 1% by weight or more and 5% by weight or less, and the remaining Al 2 O 3 . .. The composition of FeAl or NiAl as the Al vapor source is selected as needed, but is preferably Fe-50 atomic% Al or Ni-50 atomic% Al. The Cr diffusion treatment typically involves burying the metal substrate on which the plating layer is formed in a Cr vapor source, such as a mixed powder of Cr, NH 4 Cl and Al 2 O 3 , in a vacuum or an inert gas atmosphere. It is carried out by heating at a temperature of 1000 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower for 1 hour or more and 10 hours or less. The mixing ratio of these powders is not particularly limited, but preferably, a Cr vapor source, for example, Cr is 5% by weight or more and 30% by weight or less, NH 4 Cl is 1% by weight or more and 5% by weight or less, and the remaining Al 2 O. It is 3 .
この発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、上記の耐熱金属部材の発明に関連して説明したことが成立する。 In the present invention, the matters other than the above are described in relation to the above invention of the refractory metal member as long as they do not contradict the properties thereof.
また、この発明は、
金属基材と、
上記金属基材上のW系またはRe系の多目的合金層と、
上記多目的合金層上のAlおよび/またはCr含有合金層と、
上記金属基材と上記多目的合金層との間の遷移層と、を有する耐熱金属基材
を有する高温装置である。
In addition, this invention
With a metal base material
With the W-based or Re-based multipurpose alloy layer on the metal substrate,
With the Al and / or Cr-containing alloy layer on the multipurpose alloy layer,
A high temperature device having a refractory metal substrate having a transition layer between the metal substrate and the multipurpose alloy layer.
高温装置は、上記の耐熱金属部材を一部または全部に含む各種のものであってよいが、具体的には、例えば、ガスタービン、ジェットエンジン、排ガス装置、ボイラー、等である。 The high temperature device may be various devices including the above-mentioned heat-resistant metal member in part or all, and specifically, for example, a gas turbine, a jet engine, an exhaust gas device, a boiler, or the like.
また、この発明は、
金属基材上に少なくともNi層およびWを含有するNi層(すなわちNi(W)層)またはReを含有するNi層(すなわちNi(Re)層)をめっきにより順次形成する工程と、
Al蒸気源としてFeAlまたはNiAlを用いたAl拡散処理またはCr拡散処理を施すことにより上記金属基材上に遷移層を介してW系またはRe系の多目的合金層およびAlおよび/またはCr含有合金層を順次形成する工程と、を実行することにより耐熱金属部材を製造する工程を有する高温装置の製造方法である。
In addition, this invention
A step of sequentially forming a Ni layer containing at least a Ni layer and a W (that is, a Ni (W) layer) or a Ni layer containing Re (that is, a Ni (Re) layer) on a metal substrate by plating.
By performing Al diffusion treatment or Cr diffusion treatment using FeAl or NiAl as the Al vapor source, a W-based or Re-based multipurpose alloy layer and an Al and / or Cr-containing alloy layer are applied onto the metal substrate via a transition layer. It is a manufacturing method of a high temperature apparatus having a step of sequentially forming the above and a step of manufacturing a refractory metal member by executing.
上記の高温装置の発明および高温装置の製造方法の発明においては、上記以外のことは、特にその性質に反しない限り、上記の耐熱金属部材の発明および耐熱金属部材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 the invention of the high temperature device and the invention of the method of manufacturing the high temperature device, the matters other than the above are related to the invention of the refractory metal member and the invention of the method of manufacturing the refractory metal member, unless they are contrary to their properties. The explanation is established.
この発明によれば、W系またはRe系の多目的合金層とAlおよび/またはCr含有合金層とを有することにより、汎用基材を含む各種の金属基材を使用することができ、製造に必要なプロセスもめっきとその後の拡散処理という簡便なプロセスで済み、高温酸化性雰囲気あるいは高温腐食性雰囲気中において加熱・冷却サイクルが付加された環境下で使用された場合に、拡散バリア機能に加えて金属基材の機械的特性の向上を図ることができ、金属基材の有する高温特性を長期に亘って維持することができる。 According to the present invention, by having a W-based or Re-based multipurpose alloy layer and an Al and / or Cr-containing alloy layer, various metal substrates including a general-purpose substrate can be used, which is necessary for production. In addition to the diffusion barrier function, when used in a high-temperature oxidizing atmosphere or a high-temperature corrosive atmosphere with a heating / cooling cycle added, the simple process of plating and subsequent diffusion treatment is sufficient. The mechanical properties of the metal base material can be improved, and the high temperature characteristics of the metal base material can be maintained for a long period of time.
以下、発明を実施するための形態(以下、単に「実施の形態」という。)について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention (hereinafter, simply referred to as “embodiments”) will be described.
〈第1の実施の形態〉
[耐熱金属部材]
図1は第1の実施の形態による耐熱金属部材を示す。図1に示すように、この耐熱金属部材においては、金属基材10の表面に遷移層20、W系多目的合金層30およびAl含有合金層としてのβ-NiAl層40が順次積層されている。
<First Embodiment>
[Refractory metal members]
FIG. 1 shows a refractory metal member according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, in this refractory metal member, a
金属基材10は必要に応じて選ばれ、例えば、既に挙げたものの中から選ばれるが、具体的には、例えば、Fe、Ni、Co、Fe基合金、Ni基合金、Co基合金、等からなるものである。遷移層20は、金属基材10を構成する元素と多目的合金層30を構成する元素とを含む合金層からなる。多目的合金層30は、W、W(Cr)、等からなる。β-NiAl層40のAl濃度は特に限定されないが、典型的には、30原子%以上70原子%以下である。遷移層20の厚さは、好適には、10μm以上60μm以下である。多目的合金層30の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。β-NiAl層40の厚さは、典型的には、20μm以上60μm以下である。
The
[耐熱金属部材の製造方法]
この耐熱金属部材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of refractory metal parts]
A method for manufacturing this refractory metal member will be described.
図2に示すように、まず、金属基材10の表面に電気めっきによりNi層50およびNi(W)層60を順次形成する。Ni層50の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Ni(W)層60の厚さは例えば10μm以上40μm以下である。
As shown in FIG. 2, first, the
次に、Ni層50およびNi(W)層60が形成された金属基材10に対し、Al蒸気源としてFeAlを用いたAl拡散処理を施すことにより、図1に示すように、金属基材10の表面に遷移層20、W系多目的合金層30およびβ-NiAl層40を形成する。Al拡散処理は、Ni層50およびNi(W)層60が形成された金属基材10を、例えば(FeAl+NH4 Cl+Al2 O3 )混合粉末に埋没させ、真空中または不活性ガス雰囲気、好適にはAr+3vol%H2 雰囲気中において950~1050℃の温度で1~10時間加熱することにより行う。
Next, the
以上により、図1に示す目的とする耐熱金属部材が製造される。 As a result, the refractory metal member of interest shown in FIG. 1 is manufactured.
第1の実施の形態によれば、耐熱金属部材がW系多目的合金層30およびβ-NiAl層40を有することにより、例えばFe、Ni、ステンレス鋼、等からなる汎用基材を含む各種の金属基材10を用いた場合において、高温酸化性雰囲気において加熱・冷却サイクルが付加された環境下で使用された場合に、最表面に保護的Al2 O3 皮膜を形成することができることにより優れた耐高温酸化性を得ることができ、拡散バリア機能に加えて金属基材10の機械的特性の向上を図ることができることにより金属基材10の機械的強度の低下を抑制することができ、金属基材10の有する高温特性を長期に亘って維持することができる。
According to the first embodiment, the heat-resistant metal member has the W-based
〈第2の実施の形態〉
[耐熱金属部材]
図3は第2の実施の形態による耐熱金属部材を示す。図3に示すように、この耐熱金属部材においては、第1の実施の形態による耐熱金属部材と同様に、金属基材10の表面に遷移層20、W系多目的合金層30およびβ-NiAl層40が順次積層されているが、β-NiAl層40の厚さが第1の実施の形態による耐熱金属部材に比べてずっと大きい、具体的には例えば2~3倍大きいことが異なる。その他のことは第1の実施の形態による耐熱金属部材と同様である。
<Second embodiment>
[Refractory metal members]
FIG. 3 shows a refractory metal member according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, in this refractory metal member, the
[耐熱金属部材の製造方法]
この耐熱金属部材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of refractory metal parts]
A method for manufacturing this refractory metal member will be described.
図4に示すように、まず、金属基材10の表面に電気めっきによりNi層50、Ni(W)層60およびNi層70を順次形成する。Ni層50の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Ni(W)層60の厚さは例えば10μm以上40μm以下、Ni層70の厚さは例えば20μm以上50μm以下である。
As shown in FIG. 4, first, the
次に、Ni層50、Ni(W)層60およびNi層70が形成された金属基材10に対し、Al蒸気源としてFeAlを用いたAl拡散処理を行うことにより、図3に示すように、金属基材10の表面に遷移層20、W系多目的合金層30およびβ-NiAl層40を形成する。Al拡散処理は、第1の実施の形態と同様に行う。
Next, as shown in FIG. 3, the
以上により、図3に示す目的とする耐熱金属部材が製造される。 As a result, the refractory metal member of interest shown in FIG. 3 is manufactured.
第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点に加えて、β-NiAl層40の厚さが大きいことにより、さらに長期間に亘って最表面に保護的Al2 O3 皮膜を形成することができ、従ってさらに長期間に亘って耐高温酸化性を維持することができるという利点を得ることができる。
According to the second embodiment, in addition to the same advantages as in the first embodiment, the large thickness of the β-
〈第3の実施の形態〉
[耐熱金属部材]
図5は第3の実施の形態による耐熱金属部材を示す。図5に示すように、この耐熱金属部材においては、金属基材10の表面に遷移層20、Re系多目的合金層80およびβ-NiAl層40が順次積層されている。金属基材10、遷移層20およびβ-NiAl層40については第1の実施の形態と同様である。Re系多目的合金層80の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。
<Third embodiment>
[Refractory metal members]
FIG. 5 shows a refractory metal member according to the third embodiment. As shown in FIG. 5, in this refractory metal member, the
[耐熱金属部材の製造方法]
この耐熱金属部材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of refractory metal parts]
A method for manufacturing this refractory metal member will be described.
図6に示すように、まず、金属基材10の表面に電気めっきによりNi層50、Ni(Re)層90およびNi層70を順次形成する。Ni層50の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Ni(Re)層90の厚さは例えば10μm以上40μm以下、Ni層70の厚さは例えば20μm以上50μm以下である。
As shown in FIG. 6, first, the
次に、Ni層50、Ni(Re)層90およびNi層70が形成された金属基材10に対し、Al蒸気源としてFeAlを用いたAl拡散処理を行うことにより、図5に示すように、金属基材10の表面に遷移層20、Re系多目的合金層80およびβ-NiAl層40を形成する。Al拡散処理は、第1の実施の形態と同様に行う。
Next, as shown in FIG. 5, the
以上により、図5に示す目的とする耐熱金属部材が製造される。 As a result, the refractory metal member of interest shown in FIG. 5 is manufactured.
第3の実施の形態によれば、耐熱金属部材がRe系多目的合金層80およびβ-NiAl層40を有することにより、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
According to the third embodiment, when the refractory metal member has the Re-based
〈第4の実施の形態〉
[耐熱金属部材]
図7は第4の実施の形態による耐熱金属部材を示す。図7に示すように、この耐熱金属部材においては、金属基材10の表面に遷移層20、W(Cr)系多目的合金層100およびCr含有合金層としてのγ-Ni(Cr)層110が順次積層されている。金属基材10および遷移層20については第1の実施の形態と同様である。W(Cr)系多目的合金層100の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。γ-Ni(Cr)層110の厚さは、典型的には、5μm以上60μm以下である。
<Fourth Embodiment>
[Refractory metal members]
FIG. 7 shows a refractory metal member according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, in this refractory metal member, a
[耐熱金属部材の製造方法]
この耐熱金属部材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of refractory metal parts]
A method for manufacturing this refractory metal member will be described.
図4に示すと同様に、まず、金属基材10の表面に電気めっきによりNi層50、Ni(W)層60およびNi層70を順次形成する。Ni層50の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Ni(W)層60の厚さは例えば10μm以上40μm以下、Ni層70の厚さは例えば20μm以上50μm以下である。
As shown in FIG. 4, first, the
次に、Ni層50、Ni(W)層60およびNi層70が形成された金属基材10に対し、Cr拡散処理を行うことにより、図7に示すように、金属基材10の表面に遷移層20、W(Cr)系多目的合金層100およびγ-Ni(Cr)層110を形成する。Cr拡散処理は、Ni層50、Ni(W)層60およびNi層70が形成された金属基材10を、例えば(Cr+Ni+NH4 Cl+Al2 O3 )混合粉末に埋没させ、真空中または不活性ガス雰囲気、好適にはAr+3vol%H2 雰囲気中において1000~1100℃の温度で1~10時間加熱することにより行う。
Next, the
以上により、図7に示す目的とする耐熱金属部材が製造される。 As a result, the refractory metal member of interest shown in FIG. 7 is manufactured.
第4の実施の形態によれば、耐熱金属部材がW(Cr)系多目的合金層100およびγ-Ni(Cr)層110を有することにより、例えばFe、Ni、ステンレス鋼、等からなる汎用基材を含む各種の金属基材10を用いた場合において、高温腐食性雰囲気において加熱・冷却サイクルが付加された環境下で使用された場合に、最表面に保護的クロミア(Cr2 O3 )が形成されることにより優れた耐高温腐食性を得ることができ、拡散バリア機能に加えて金属基材10の機械的特性の向上を図ることができることにより金属基材10の機械的強度の低下を抑制することができ、金属基材10の有する高温特性を長期に亘って維持することができる。
According to the fourth embodiment, the heat-resistant metal member has the W (Cr) -based
〈第5の実施の形態〉
[耐熱金属部材]
図8は第5の実施の形態による耐熱金属部材を示す。図8に示すように、この耐熱金属部材においては、金属基材10の表面に遷移層20、Re(Cr)系多目的合金層120およびγ-Ni(Cr)層110が順次積層されている。金属基材10および遷移層20については第1の実施の形態と同様である。Re(Cr)系多目的合金層120の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。γ-Ni(Cr)層110の厚さは、典型的には、5μm以上60μm以下である。
<Fifth Embodiment>
[Refractory metal members]
FIG. 8 shows a refractory metal member according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 8, in this refractory metal member, the
[耐熱金属部材の製造方法]
この耐熱金属部材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of refractory metal parts]
A method for manufacturing this refractory metal member will be described.
図6に示すと同様に、まず、金属基材10の表面に電気めっきによりNi層50、Ni(Re)層90およびNi層70を順次形成する。Ni層50の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Ni(Re)層90の厚さは例えば10μm以上40μm以下、Ni層70の厚さは例えば20μm以上50μm以下である。
As shown in FIG. 6, first, the
次に、Ni層50、Ni(Re)層90およびNi層70が形成された金属基材10に対し、Cr拡散処理を行うことにより、図8に示すように、金属基材10の表面に遷移層20、Re(Cr)系多目的合金層120およびγ-Ni(Cr)層110を形成する。Cr拡散処理は、第4の実施の形態と同様に行う。
Next, the
以上により、図8に示す目的とする耐熱金属部材が製造される。 As a result, the refractory metal member of interest shown in FIG. 8 is manufactured.
第5の実施の形態によれば、耐熱金属部材がRe(Cr)系多目的合金層120およびγ-Ni(Cr)層110を有することにより、第4の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
According to the fifth embodiment, the refractory metal member has the Re (Cr) -based
〈第6の実施の形態〉
[耐熱金属部材]
図9は第6の実施の形態による耐熱金属部材を示す。図9に示すように、この耐熱金属部材においては、金属基材10の表面に遷移層20、W(Cr)系多目的合金層100、Cr系多目的合金層130および、AlおよびCrを含有する合金層としてのCr粒子含有β-NiAl層140が順次積層されている。金属基材10および遷移層20については第1の実施の形態と同様である。W(Cr)系多目的合金層100の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。Cr系多目的合金層130の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。Cr粒子含有β-NiAl層140の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。
<Sixth Embodiment>
[Refractory metal members]
FIG. 9 shows a refractory metal member according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 9, in this refractory metal member, an alloy containing a
[耐熱金属部材の製造方法]
この耐熱金属部材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of refractory metal parts]
A method for manufacturing this refractory metal member will be described.
図4に示すと同様に、まず、金属基材10の表面に電気めっきによりNi層50、Ni(W)層60およびNi層70を順次形成する。Ni層50の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Ni(W)層60の厚さは例えば10μm以上40μm以下、Ni層70の厚さは例えば20μm以上50μm以下である。
As shown in FIG. 4, first, the
次に、Ni層50、Ni(W)層60およびNi層70が形成された金属基材10に対し、Cr拡散処理を行うことにより、図7に示すと同様に、金属基材10の表面に遷移層20、W(Cr)系多目的合金層100およびγ-Ni(Cr)層110を形成する。Cr拡散処理は、第4の実施の形態と同様に行う。
Next, the
次に、遷移層20、W(Cr)系多目的合金層100およびγ-Ni(Cr)層110が形成された金属基材10に対し、Al蒸気源としてFeAlを用いたAl拡散処理を行うことにより、図9に示すように、金属基材10の表面に遷移層20、W(Cr)系多目的合金層100、Cr系多目的合金層130およびCr粒子含有β-NiAl層140を形成する。Al拡散処理は、第1の実施の形態と同様に行う。
Next, the
以上により、図9に示す目的とする耐熱金属部材が製造される。 As a result, the refractory metal member of interest shown in FIG. 9 is manufactured.
第6の実施の形態によれば、W(Cr)系多目的合金層100、Cr系多目的合金層130およびCr粒子含有β-NiAl層140により、第1および第4の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
According to the sixth embodiment, the W (Cr) -based
〈第7の実施の形態〉
[耐熱金属部材]
図10は第7の実施の形態による耐熱金属部材を示す。図10に示すように、この耐熱金属部材においては、金属基材10の表面に遷移層20、Re(Cr)系多目的合金層120、Cr系多目的合金層130およびCr粒子含有β-NiAl層140が順次積層されている。金属基材10および遷移層20については第1の実施の形態と同様である。Re(Cr)系多目的合金層120の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。Cr系多目的合金層130およびCr粒子含有β-NiAl層140の厚さは第6の実施の形態と同様である。
<7th embodiment>
[Refractory metal members]
FIG. 10 shows a refractory metal member according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 10, in this refractory metal member, a
[耐熱金属部材の製造方法]
この耐熱金属部材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of refractory metal parts]
A method for manufacturing this refractory metal member will be described.
図6に示すと同様に、まず、金属基材10の表面に電気めっきによりNi層50、Ni(Re)層90およびNi層70を順次形成する。
As shown in FIG. 6, first, the
次に、Ni層50、Ni(Re)層90およびNi層70が形成された金属基材10に対し、Cr拡散処理を行うことにより、図8に示すと同様に、金属基材10の表面に遷移層20、Re(Cr)系多目的合金層120およびγ-Ni(Cr)層110を形成する。Cr拡散処理は、第4の実施の形態と同様に行う。
Next, the
次に、遷移層20、Re(Cr)系多目的合金層120およびγ-Ni(Cr)層110が形成された金属基材10に対し、Al蒸気源としてFeAlを用いたAl拡散処理を行うことにより、図10に示すように、金属基材10の表面に遷移層20、Re(Cr)系多目的合金層120、Cr系多目的合金層130およびCr粒子含有β-NiAl層140を形成する。Al拡散処理は、第1の実施の形態と同様に行う。
Next, the
以上により、図10に示す目的とする耐熱金属部材が製造される。 As a result, the refractory metal member of interest shown in FIG. 10 is manufactured.
第7の実施の形態によれば、耐熱金属部材がRe(Cr)系多目的合金層120、Cr系多目的合金層100およびCr粒子含有β-NiAl層140を有することにより、第1および第4の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
According to the seventh embodiment, the refractory metal member has the Re (Cr) -based
〈第8の実施の形態〉
[耐熱金属部材]
図11は第8の実施の形態による耐熱金属部材を示す。図11に示すように、この耐熱金属部材においては、金属基材10の表面に遷移層20、Re系多目的合金層80、W系多目的合金層30、γ’-(Ni,Co)3 Al層150およびβ-CoAl層160が順次積層されている。γ’-(Ni,Co)3 Al層150およびβ-CoAl層160はAl含有合金層を構成する。金属基材10および遷移層20については第1の実施の形態と同様である。Re系多目的合金層80およびW系多目的合金層30の厚さは、第1~第3の実施の形態と同様である。γ’-(Ni,Co)3 Al層150の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。β-CoAl層160の厚さは、β-NiAl層40の厚さと同様である。
<8th embodiment>
[Refractory metal members]
FIG. 11 shows a refractory metal member according to the eighth embodiment. As shown in FIG. 11, in this refractory metal member, a
[耐熱金属部材の製造方法]
この耐熱金属部材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of refractory metal parts]
A method for manufacturing this refractory metal member will be described.
図12に示すように、まず、金属基材10の表面に電気めっきによりNi層50、Re(Ni)層170、Ni(W)層60、Ni層70およびCo層180を順次形成する。Ni層50の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Re(Ni)層170の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Ni(W)層60の厚さは例えば10μm以上40μm以下、Ni層70の厚さは例えば20μm以上50μm以下、Co層180の厚さは例えば20μm以上50μm以下である。
As shown in FIG. 12, first, the
次に、Ni層50、Re(Ni)層170、Ni(W)層60、Ni層70およびCo層180が形成された金属基材10に対し、Al蒸気源としてFeAlを用いたAl拡散処理を行った後、均質化処理を行うことにより、図11に示すように、金属基材10の表面に遷移層20、Re系多目的合金層80、W系多目的合金層30、γ’-(Ni,Co)3 Al層150およびβ-CoAl層160を形成する。Al拡散処理は、第1の実施の形態と同様に行う。均質化処理は、例えば大気中において1000~1200℃の温度で0.5~3時間加熱することにより行う。
Next, the
以上により、図11に示す目的とする耐熱金属部材が製造される。 As a result, the refractory metal member of interest shown in FIG. 11 is manufactured.
第8の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 According to the eighth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
〈第9の実施の形態〉
[耐熱金属部材]
図13は第9の実施の形態による耐熱金属部材を示す。図13に示すように、この耐熱金属部材においては、金属基材10の表面に遷移層20、Re系多目的合金層80、W系多目的合金層30、γ’-(Ni,Fe)3 Al層190およびβ-NiAl層40が順次積層されている。金属基材10および遷移層20については第1の実施の形態と同様である。Re系多目的合金層80およびW系多目的合金層30の厚さは、第1~第3の実施の形態と同様である。γ’-(Ni,Fe)3 Al層190の厚さは、典型的には、10μm以上50μm以下である。β-NiAl層40の厚さは、第1の実施の形態と同様である。
<9th embodiment>
[Refractory metal members]
FIG. 13 shows a refractory metal member according to the ninth embodiment. As shown in FIG. 13, in this refractory metal member, a
[耐熱金属部材の製造方法]
この耐熱金属部材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of refractory metal parts]
A method for manufacturing this refractory metal member will be described.
図14に示すように、まず、金属基材10の表面に電気めっきによりNi層50、Re(Ni)層170、Ni(W)層60およびNi層70を順次形成する。Ni層50の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Re(Ni)層170の厚さは例えば5μm以上20μm以下、Ni(W)層60の厚さは例えば10μm以上40μm以下、Ni層70の厚さは例えば20μm以上50μm以下である。
As shown in FIG. 14, first, the
次に、Ni層50、Re(Ni)層170、Ni(W)層60およびNi層70が形成された金属基材10に対し、Al蒸気源としてFeAlを用いたAl拡散処理を行った後、均質化処理を行うことにより、図13に示すように、金属基材10の表面に遷移層20、Re系多目的合金層80、W系多目的合金層30、γ’-(Ni,Fe)3 Al層190およびβ-NiAl層40を形成する。Al拡散処理は、第1の実施の形態と同様に行う。均質化処理は、第8の実施の形態と同様に行う。
Next, the
以上により、図13に示す目的とする耐熱金属部材が製造される。 As a result, the refractory metal member of interest shown in FIG. 13 is manufactured.
第9の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。 According to the ninth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
実施例について説明する。 Examples will be described.
金属基材10として表1に記載の(1)~(7)を用いた。
(1)Alloy-X
(2)Ni
(3)Fe
(4)SUS310
(5)SUS430
(6)SUH446
(7)FSX414
(1) to (7) shown in Table 1 were used as the
(1) Alloy-X
(2) Ni
(3) Fe
(4) SUS310
(5) SUS430
(6) SUH446
(7) FSX414
(実施例1)
実施例1は第1の実施の形態に対応するものである。
(Example 1)
The first embodiment corresponds to the first embodiment.
金属基材10として表1に記載のSUS310基材を用いた。このSUS310基材により形成した試験片の表面を平滑研磨し、脱脂を行った。次に、(Niストライクめっき 電流密度0.5A/cm2 厚さ1μm)→(Niめっき 電流密度0.06A/cm2 厚さ10μm)→(Ni(W)めっき 電流密度0.15A/cm2 厚さ30μm)を行い、Ni層およびNi(W)層が順に積層された合計の厚さ約40μmのめっき層を形成した。
The SUS310 substrate shown in Table 1 was used as the
試験片の基材/めっき層施工面の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置(走査型電子顕微鏡-エネルギー分散分光装置)で行った。図15AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図15Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図15AおよびBに示すように、試験片の表面にNi層およびNi(W)層が順次形成された。図15Bから分かるように、Ni(W)層のW濃度は約18~20原子%である。 A part of the base material / plating layer construction surface of the test piece was cut, and the cross-sectional structure was observed and the concentration distribution of each element was measured with an SEM-EDX device (scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy device). 15A and 15B show the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the analysis line LG1 of the photograph shown in FIG. 15A) measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX, respectively. As shown in FIGS. 15A and 15B, a Ni layer and a Ni (W) layer were sequentially formed on the surface of the test piece. As can be seen from FIG. 15B, the W concentration of the Ni (W) layer is about 18 to 20 atomic%.
次に、試験片の表面にAl拡散処理を施した。すなわち、めっき層を形成した試験片をFe-50原子%Al:NH4 Cl:Al2 O3 =20:3:77(重量比)の混合粉末に埋没させ、Ar+3vol%H2 雰囲気中において1000℃で4時間加熱することによりAl拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Al diffusion treatment. That is, the test piece on which the plating layer was formed was embedded in a mixed powder of Fe-50 atomic% Al: NH 4 Cl: Al 2 O 3 = 20: 3: 77 (weight ratio), and 1000 in an Ar + 3 vol% H 2 atmosphere. Al diffusion treatment was performed by heating at ° C. for 4 hours.
Al拡散処理を施した試験片の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図16AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図16Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図16AおよびBに示すように、試験片の表面に基材側から、遷移層を介してW系MPL層およびβ-NiAl層が順次形成された。図16Bから分かるように、W系MPL層は、Ni-Al合金相(γ-Ni(Al)とγ’-Ni3 Alとからなる)とW含有合金相との混合組織となっており、Al濃度は9.9~15.7原子%、Ni濃度は9.6~57.2原子%、W濃度は24.7~80.8原子%である。β-NiAl層のAl濃度は35~58原子%であり、特に、W系MPL層側の厚さ約10μmの範囲のAl濃度は50原子%以下である。 A part of the test piece subjected to the Al diffusion treatment was cut, and the cross-sectional structure thereof was observed and the concentration distribution of each element was measured by the SEM-EDX apparatus. 16A and 16B show the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the analysis line LG1 of the photograph shown in FIG. 16A) measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX, respectively. As shown in FIGS. 16A and 16B, a W-based MPL layer and a β-NiAl layer were sequentially formed on the surface of the test piece from the substrate side via a transition layer. As can be seen from FIG. 16B, the W-based MPL layer has a mixed structure of a Ni—Al alloy phase (composed of γ—Ni (Al) and γ'—Ni 3 Al) and a W-containing alloy phase. The Al concentration is 9.9 to 15.7 atomic%, the Ni concentration is 9.6 to 57.2 atomic%, and the W concentration is 24.7 to 80.8 atomic%. The Al concentration of the β-NiAl layer is 35 to 58 atomic%, and in particular, the Al concentration in the range of about 10 μm in thickness on the W-based MPL layer side is 50 atomic% or less.
(実施例2)
実施例2は第3の実施の形態に対応するものである。
(Example 2)
The second embodiment corresponds to the third embodiment.
まず、実施例1と同様にして、表1に記載のSUS310基材により形成した試験片の表面を平滑研磨し、脱脂を行った。次に、(Niストライクめっき 電流密度0.5A/cm2 厚さ1μm)→(Niめっき 電流密度0.06A/cm2 厚さ10μm)→(Ni(Re)めっき 電流密度0.15A/cm2 厚さ30μm)→(Niめっき
電流密度0.06A/cm2 厚さ30μm)を行い、Ni層、Ni(Re)層およびNi層が順に積層された合計の厚さ約70μmのめっき層を形成した。
First, in the same manner as in Example 1, the surface of the test piece formed of the SUS310 substrate shown in Table 1 was smooth-polished and degreased. Next, (Ni strike plating current density 0.5 A / cm 2 thickness 1 μm) → (Ni plating current density 0.06 A / cm 2 thickness 10 μm) → (Ni (Re) plating current density 0.15 A / cm 2 ) (
試験片の基材/めっき層施工面の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図17AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図17Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図17AおよびBに示すように、試験片の表面にNi層、Ni(Re)層およびNi層が順次形成された。図17Bから分かるように、Ni(Re)層のRe濃度は基材側から25.1~27.5原子%の範囲にある。 A part of the base material / plating layer construction surface of the test piece was cut, and the cross-sectional structure was observed and the concentration distribution of each element was measured by the SEM-EDX apparatus. 17A and 17B show the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the analysis line LG1 of the photograph shown in FIG. 17A) measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX, respectively. As shown in FIGS. 17A and 17B, a Ni layer, a Ni (Re) layer and a Ni layer were sequentially formed on the surface of the test piece. As can be seen from FIG. 17B, the Re concentration of the Ni (Re) layer is in the range of 25.1 to 27.5 atomic% from the substrate side.
次に、実施例1と同様の条件で試験片の表面にAl拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Al diffusion treatment under the same conditions as in Example 1.
Al拡散処理を施した試験片の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図18AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図18Aに示す写真の分析線に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図18AおよびBに示すように、試験片の上端面に基材側から、遷移層を介してRe系MPL層およびβ-NiAl層が形成された。図18Bから分かるように、Re系MPL層のRe濃度は5.8~26.7原子%である。β-NiAl層のAl濃度は35.9~56.6原子%である。 A part of the test piece subjected to the Al diffusion treatment was cut, and the cross-sectional structure thereof was observed and the concentration distribution of each element was measured by the SEM-EDX apparatus. 18A and 18B show the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the analysis line of the photograph shown in FIG. 18A) measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX, respectively. As shown in FIGS. 18A and 18B, a Re-based MPL layer and a β-NiAl layer were formed on the upper end surface of the test piece from the base material side via a transition layer. As can be seen from FIG. 18B, the Re concentration of the Re-based MPL layer is 5.8 to 26.7 atomic%. The Al concentration of the β-NiAl layer is 35.9 to 56.6 atomic%.
(実施例3)
実施例3は第4の実施の形態に対応するものである。
(Example 3)
The third embodiment corresponds to the fourth embodiment.
金属基材10として表1に記載のSUS310基材を用いた。このSUS310基材により形成した試験片の表面を平滑研磨し、脱脂を行った。次に、実施例2と同様にしてNi層、Ni(W)層およびNi層が順に積層された合計の厚さ約40μmのめっき層を形成した。
The SUS310 substrate shown in Table 1 was used as the
次に、試験片の表面にCr拡散処理を施した。すなわち、めっき層を形成した試験片をCr:NH4 Cl:Al2 O3 =20:3:77(重量比)の混合粉末に埋没させ、Ar+3vol%H2 雰囲気中において1100℃で4時間加熱することによりCr拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Cr diffusion treatment. That is, the test piece on which the plating layer is formed is embedded in a mixed powder of Cr: NH 4 Cl: Al 2 O 3 = 20: 3: 77 (weight ratio), and heated at 1100 ° C. for 4 hours in an Ar + 3 vol% H2 atmosphere. As a result, Cr diffusion treatment was applied.
試験片の基材10/めっき層施工面の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図19AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図19Aに示す写真の分析線LG2に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図19AおよびBに示すように、試験片の上端面に基材側から、遷移層を介してW(Cr)系MPL層、γ-Ni(Cr)層(表面に一部α-Cr(Ni)が存在する)が形成された。また、図19Bから分かるように、W(Cr)系MPL層のW濃度は2.0~19.0原子%、Cr濃度は10.1~12.4原子%、Fe濃度は6.6~22.2原子%である。γ-Ni(Cr)層のCr濃度は19.7~31.9原子%である。
A part of the
(実施例4)
実施例4は第6の実施の形態に対応するものである。
(Example 4)
The fourth embodiment corresponds to the sixth embodiment.
合金基材10として表1に記載のAlloy-X基材を用いた。このAlloy-X基材により形成した試験片の表面を平滑研磨し、脱脂を行った。次に、実施例1と同様にして合計の厚さ約40μmのめっき層を形成した。
As the
次に、実施例3と同様の条件で試験片の表面にCr拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Cr diffusion treatment under the same conditions as in Example 3.
次に、実施例1と同様の条件で試験片の表面にAl拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Al diffusion treatment under the same conditions as in Example 1.
試験片の基材/めっき層施工面の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図20AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図20Aに示す写真の分析線LG6に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図20AおよびBに示すように、試験片の上端面に基材側から、遷移層を介してW(Cr)系MPL層、Cr系MPL層およびCr粒子(白色点)が分散したβ-NiAl層が形成された。また、図20Bから分かるように、W(Cr)系MPL層のW濃度は17.0~42.1原子%、Cr濃度は5.1~18.0原子%、Al濃度は11.6~23.3原子%、Ni濃度は33.6~44.8原子%である。また、Cr系MPL層のCr濃度は52.0~73.3原子%である。β-NiAl層のAl濃度は43.7~56.7原子%、Cr濃度は1.0~11.4原子%である。 A part of the base material / plating layer construction surface of the test piece was cut, and the cross-sectional structure was observed and the concentration distribution of each element was measured by the SEM-EDX apparatus. 20A and 20B show the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the analysis line LG6 of the photograph shown in FIG. 20A) measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX, respectively. As shown in FIGS. 20A and 20B, β-NiAl in which W (Cr) -based MPL layer, Cr-based MPL layer and Cr particles (white spots) are dispersed from the base material side on the upper end surface of the test piece via a transition layer. A layer was formed. Further, as can be seen from FIG. 20B, the W concentration of the W (Cr) -based MPL layer is 17.0 to 42.1 atomic%, the Cr concentration is 5.1 to 18.0 atomic%, and the Al concentration is 11.6 to 1. It has 23.3 atomic% and a Ni concentration of 33.6 to 44.8 atomic%. The Cr concentration of the Cr-based MPL layer is 52.0 to 73.3 atomic%. The Al concentration of the β—NiAl layer is 43.7 to 56.7 atomic%, and the Cr concentration is 1.0 to 11.4 atomic%.
(実施例5)
実施例5は第7の実施の形態に対応するものである。
(Example 5)
The fifth embodiment corresponds to the seventh embodiment.
合金基材10として表1に記載のSUS310基材を用いた。このSUS310基材により形成した試験片の表面を平滑研磨し、脱脂を行った。次に、実施例2と同様にして合計の厚さ約40μmのめっき層を形成した。
The SUS310 substrate shown in Table 1 was used as the
次に、実施例3と同様の条件で試験片の表面にCr拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Cr diffusion treatment under the same conditions as in Example 3.
次に、実施例1と同様の条件で試験片の表面にAl拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Al diffusion treatment under the same conditions as in Example 1.
試験片の基材/めっき層施工面の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図21AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図21Aに示す写真の分析線に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図21AおよびBに示すように、試験片の上端面に基材側から、遷移層を介してRe(Cr)系MPL層、Cr系MPL層およびα-Cr含有β-NiAl層が形成された。また、図21Bから分かるように、Re(Cr)系MPL層のRe濃度は47.9~51.3原子%、Cr濃度は4.3~5.1原子%、Al濃度は0.0原子%、Ni濃度は36.1~36.9原子%、Cr系MPL層のCr濃度は8.5~80.3原子%、Al濃度は1.0~7.1原子%、Re濃度は0.0~0.3原子%である。β-NiAl層のAl濃度は23.0~39.7原子%、Cr濃度は4.1~61.4原子%、Re濃度は0.0原子%、Ni濃度は2.8~54.3原子%である。 A part of the base material / plating layer construction surface of the test piece was cut, and the cross-sectional structure was observed and the concentration distribution of each element was measured by the SEM-EDX apparatus. 21A and 21B show the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the analysis line of the photograph shown in FIG. 21A) measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX, respectively. As shown in FIGS. 21A and 21B, a Re (Cr) MPL layer, a Cr MPL layer, and an α-Cr-containing β-NiAl layer were formed on the upper end surface of the test piece from the substrate side via a transition layer. .. As can be seen from FIG. 21B, the Re concentration of the Re (Cr) -based MPL layer is 47.9 to 51.3 atomic%, the Cr concentration is 4.3 to 5.1 atomic%, and the Al concentration is 0.0 atom. %, Ni concentration is 36.1 to 36.9 atomic%, Cr concentration of Cr-based MPL layer is 8.5 to 80.3 atomic%, Al concentration is 1.0 to 7.1 atomic%, Re concentration is 0. It is 0.0 to 0.3 atomic%. The Al concentration of the β-NiAl layer is 23.0 to 39.7 atomic%, the Cr concentration is 4.1 to 61.4 atomic%, the Re concentration is 0.0 atomic%, and the Ni concentration is 2.8 to 54.3. Atomic%.
(実施例6)
実施例6は第8の実施の形態に対応するものである。
(Example 6)
The sixth embodiment corresponds to the eighth embodiment.
金属基材10として表1に記載のSUS310基材を用いた。このSUS310基材により形成した試験片の表面を平滑研磨し、脱脂を行った。次に、次に、(Niストライクめっき 電流密度0.5A/cm2 1分)→(Re(Ni)めっき 電流密度0.06A/cm2 20分)→(Ni(W)めっき 電流密度0.06A/cm2 20分)→(Niめっき 電流密度0.06A/cm2 10分)→(Coめっき 電流密度0.06A/cm2 10分)を行い、Ni層、Re(Ni)層、Ni(W)層、Ni層およびCo層が順に積層されためっき層を形成した。
The SUS310 substrate shown in Table 1 was used as the
次に、実施例1と同様の条件で試験片の表面にAl拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Al diffusion treatment under the same conditions as in Example 1.
この後、めっき層を形成した試験片を大気中において1100℃で1時間加熱することにより均質化処理を施した。 After that, the test piece on which the plating layer was formed was heated in the air at 1100 ° C. for 1 hour for homogenization treatment.
均質化処理を施した試験片の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図22AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図22Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図22AおよびBに示すように、試験片の上端面に基材側から、遷移層を介してRe系MPL層、W系MPL層、γ’-(Ni,Co)3 Al層およびβ-CoAl層が形成された。β-CoAl層の表面にはAl2 O3 層が形成されている。図22Bから分かるように、Re系MPL層のRe濃度は3~35原子%、W系MPL層のW濃度は1~27原子%である。β-CoAl層のAl濃度は38~42原子%である。 A part of the test piece subjected to the homogenization treatment was cut, and the cross-sectional structure thereof was observed and the concentration distribution of each element was measured by the SEM-EDX apparatus. 22A and 22B show the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the analysis line LG1 of the photograph shown in FIG. 22A) measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX, respectively. As shown in FIGS. 22A and 22B, from the base material side on the upper end surface of the test piece, the Re-based MPL layer, the W-based MPL layer, the γ'-(Ni, Co) 3 Al layer and β-CoAl via the transition layer. A layer was formed. An Al 2 O 3 layer is formed on the surface of the β-CoAl layer. As can be seen from FIG. 22B, the Re concentration of the Re-based MPL layer is 3 to 35 atomic%, and the W concentration of the W-based MPL layer is 1 to 27 atomic%. The Al concentration of the β-CoAl layer is 38 to 42 atomic%.
(実施例7)
実施例7は第9の実施の形態に対応するものである。
(Example 7)
The seventh embodiment corresponds to the ninth embodiment.
金属基材10として表1に記載のSUS310基材を用いた。このSUS310基材により形成した試験片の表面を平滑研磨し、脱脂を行った。次に、次に、(Niストライクめっき 電流密度0.5A/cm2 1分)→(Re(Ni)めっき 電流密度0.06A/cm2 20分)→(Ni(W)めっき 電流密度0.06A/cm2 20分)→(Niめっき 電流密度0.06A/cm2 20分)を行い、Ni層、Re(Ni)層、Ni(W)層およびNi層が順に積層されためっき層を形成した。
The SUS310 substrate shown in Table 1 was used as the
次に、実施例1と同様の条件で試験片の表面にAl拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Al diffusion treatment under the same conditions as in Example 1.
この後、めっき層を形成した試験片を大気中において1100℃で1時間加熱することにより均質化処理を施した。 After that, the test piece on which the plating layer was formed was heated in the air at 1100 ° C. for 1 hour for homogenization treatment.
均質化処理を施した試験片の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図23AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図23Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図23AおよびBに示すように、試験片の上端面に基材側から、遷移層を介してRe系MPL層、W系MPL層、γ’-(Ni,Fe)3 Al層およびβ-NiAl層が形成された。β-NiAl層の表面にはAl2 O3 層が形成されている。図23Bから分かるように、Re系MPL層のRe濃度は3~37原子%、W系MPL層のW濃度は2原子%である。β-NiAl層のAl濃度は40~42原子%である。 A part of the test piece subjected to the homogenization treatment was cut, and the cross-sectional structure thereof was observed and the concentration distribution of each element was measured by the SEM-EDX apparatus. FIGS. 23A and 23B show the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the analysis line LG1 of the photograph shown in FIG. 23A) measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX, respectively. As shown in FIGS. 23A and 23B, from the base material side on the upper end surface of the test piece, the Re-based MPL layer, the W-based MPL layer, the γ'-(Ni, Fe) 3 Al layer and β-NiAl via the transition layer. A layer was formed. An Al 2 O 3 layer is formed on the surface of the β-NiAl layer. As can be seen from FIG. 23B, the Re concentration of the Re-based MPL layer is 3 to 37 atomic%, and the W concentration of the W-based MPL layer is 2 atomic%. The Al concentration of the β-NiAl layer is 40 to 42 atomic%.
(比較例1)
比較例1は、実施例1ではAl拡散処理の際のAl蒸気源としてFeAlを用いたのに対し、Al拡散処理の際のAl蒸気源としてAlを用いたことが実施例1と異なる。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is different from Example 1 in that FeAl was used as the Al vapor source during the Al diffusion treatment in Example 1, whereas Al was used as the Al vapor source during the Al diffusion treatment.
すなわち、まず、実施例1と同様に、金属基材10として表1に記載のSUS310基材を用い、このSUS310基材により形成した試験片の表面にNi層およびNi(W)層が順に積層された合計の厚さ約40μmのめっき層を形成した。
That is, first, as in Example 1, the SUS310 base material shown in Table 1 was used as the
次に、試験片の表面にAl拡散処理を施した。すなわち、めっき層を形成した試験片をAl:NH4 Cl:Al2 O3 =15:2:83(重量比)の混合粉末に埋没し、Ar+3vol%H2 雰囲気中において1000℃で4時間加熱することによりAl拡散処理を施した。 Next, the surface of the test piece was subjected to Al diffusion treatment. That is, the test piece on which the plating layer was formed was embedded in a mixed powder of Al: NH 4 Cl: Al 2 O 3 = 15: 2: 83 (weight ratio) and heated at 1000 ° C. for 4 hours in an Ar + 3 vol% H 2 atmosphere. By doing so, Al diffusion treatment was performed.
試験片の基材/めっき層施工面の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図24AおよびBにそれぞれ断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図24Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図24AおよびBに示すように、実施例1と異なり、試験片の表面に基材側から、遷移層を介してW粒子が(白色点)が分散したAl含有合金層(Al濃度は56~67原子%)が形成され、図16Aに示すようなW系MPL層は形成されない。すなわち、Al粉末をAl蒸気源とした場合、50原子%以上の高Al濃度のAl含有合金層(β-NiAl相とNi2 Al3 相)が形成され、Ni-Al系において、約50原子%以上のAl濃度では、Alの固有拡散係数がNiのそれよりも大きいことから、Al含有合金層はAlの内方拡散によって成長するため、W等が内在したAl含有合金層が形成されるものと、理解される。 A part of the base material / plating layer construction surface of the test piece was cut, and the cross-sectional structure was observed and the concentration distribution of each element was measured by the SEM-EDX apparatus. FIGS. 24A and 24B show the measurement results of the concentration distribution of each element (concentration distribution along the analysis line LG1 of the photograph shown in FIG. 24A) measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX, respectively. As shown in FIGS. 24A and 24B, unlike Example 1, the Al-containing alloy layer (Al concentration is 56 to 56) in which W particles (white spots) are dispersed on the surface of the test piece from the substrate side via the transition layer. 67 atomic%) is formed, and the W-based MPL layer as shown in FIG. 16A is not formed. That is, when Al powder is used as an Al vapor source, an Al-containing alloy layer (β-NiAl phase and Ni 2Al 3 phase) having a high Al concentration of 50 atomic% or more is formed, and about 50 atoms are formed in the Ni—Al system. At an Al concentration of% or more, the intrinsic diffusion coefficient of Al is larger than that of Ni, so that the Al-containing alloy layer grows due to the inward diffusion of Al, so that an Al-containing alloy layer containing W or the like is formed. It is understood as a thing.
[高温酸化試験]
高温酸化試験は、加熱・冷却繰り返しの条件下で、大気中で行った。具体的には、水平移動式試料台(アルミナ棒) に試験片を載せ、1100℃に制御した電気炉内に挿入し、45分経過後、大気中で15分間冷却した後、再び電気炉に挿入する、いわゆるサイクル酸化試験である。
[High temperature oxidation test]
The high temperature oxidation test was carried out in the atmosphere under the conditions of repeated heating and cooling. Specifically, a test piece is placed on a horizontally movable sample table (alumina rod), inserted into an electric furnace controlled at 1100 ° C., cooled in the air for 15 minutes after 45 minutes, and then placed in the electric furnace again. It is a so-called cycle oxidation test to insert.
実施例1、3の試験片の所定のサイクル数経過後に測定した重量変化、すなわち酸化量のサイクル数依存性を図25に示す。図25には、比較のために、SUS310基材により形成した試験片(比較例2)についての同様なサイクル数依存性も示す。 FIG. 25 shows the change in weight of the test pieces of Examples 1 and 3 measured after the lapse of a predetermined number of cycles, that is, the dependence of the amount of oxidation on the number of cycles. FIG. 25 also shows a similar cycle number dependence for the test piece (Comparative Example 2) formed from the SUS310 substrate for comparison.
図25より、耐酸化性を酸化重量が減少に転じて酸化量=0の時のサイクル数で比較すると、比較例2の試験片に比較して、実施例3の試験片では約2.5倍、実施例1の試験片では約4.5倍に延長されていることが分かる。 From FIG. 25, when the oxidation resistance is compared by the number of cycles when the oxidation weight turns to decrease and the oxidation amount is 0, the test piece of Example 3 is about 2.5 as compared with the test piece of Comparative Example 2. It can be seen that the test piece of Example 1 is extended by about 4.5 times.
以上の高温酸化試験の結果から、以下のサイクル数経過後の実施例1、3の試験片の基材/めっき層施工面の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。 From the results of the above high-temperature oxidation test, a part of the base material / plating layer construction surface of the test pieces of Examples 1 and 3 after the lapse of the following cycles was cut, and the cross-sectional structure observation and the concentration distribution of each element were observed. The measurement was performed with an SEM-EDX device.
図26AおよびBはそれぞれ実施例1の試験片の1サイクル後の断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図26Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。 26A and 26B show the concentration distribution of each element measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX of the test piece of Example 1 after one cycle (concentration distribution along the analysis line LG1 in the photograph shown in FIG. 26A). The measurement result is shown.
図27AおよびBはそれぞれ実施例1の試験片の34サイクル後の断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図27Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。 27A and B show the concentration distribution of each element measured using the cross-sectional SEM photograph and EDX of the test piece of Example 1 after 34 cycles (concentration distribution along the analysis line LG1 in the photograph shown in FIG. 27A). The measurement result is shown.
図28AおよびBはそれぞれ実施例1の試験片の132サイクル後の断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図28Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図28Bに示すように、132サイクル後では、β-NiAl層のAl濃度は29.8~31.2原子%の範囲にあり、W濃度は無視できる程度である。これはβ-NiAl層にWは固溶しないためである。 28A and B show the concentration distribution of each element measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX of the test piece of Example 1 after 132 cycles (concentration distribution along the analysis line LG1 in the photograph shown in FIG. 28A). The measurement result is shown. As shown in FIG. 28B, after 132 cycles, the Al concentration of the β—NiAl layer is in the range of 29.8 to 31.2 atomic%, and the W concentration is negligible. This is because W does not dissolve in the β-NiAl layer.
図29AおよびBはそれぞれ実施例1の試験片の608サイクル後の断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図29Aに示す写真の分析線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。 FIGS. 29A and 29B show the concentration distribution of each element measured by using the cross-sectional SEM photograph and EDX of the test piece of Example 1 after 608 cycles (concentration distribution along the analysis line LG1 in the photograph shown in FIG. 29A). The measurement result is shown.
図30AおよびBはそれぞれ実施例3の試験片の608サイクル後の断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(図30Aに示す写真の分析線LG2に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。 FIGS. 30A and 30B show the concentration distribution of each element measured using the cross-sectional SEM photograph and EDX of the test piece of Example 3 after 608 cycles (concentration distribution along the analysis line LG2 in the photograph shown in FIG. 30A). The measurement result is shown.
図29Bおよび図30Bに示すように、608サイクル後では、実施例1の試験片のAl濃度は3.4~3.9原子%、実施例3の試験片のAl濃度は2.3~2.9原子%である。実施例1、3の試験片とも、AlNが形成され、W濃度は2.1~2.6原子%である。 As shown in FIGS. 29B and 30B, after 608 cycles, the Al concentration of the test piece of Example 1 was 3.4 to 3.9 atomic%, and the Al concentration of the test piece of Example 3 was 2.3 to 2. It is 9.9 atomic%. AlN is formed in each of the test pieces of Examples 1 and 3, and the W concentration is 2.1 to 2.6 atomic%.
[試験片の酸化特性の金属基材依存性]
試験片の酸化特性の金属基材依存性を調べるために、表1に記載の7種類の金属基材にそれぞれ同一のW系MPL/β-NiAlコーティングを施工した試験片を作製した。
[Dependence of test piece oxidation characteristics on metal substrate]
In order to investigate the dependence of the oxidation characteristics of the test piece on the metal substrate, a test piece was prepared by applying the same W-based MPL / β-NiAl coating to each of the seven types of metal substrates shown in Table 1.
すなわち、金属基材10としてFe基材(実施例8)、Ni基材(実施例9)、SUS430基材(実施例10)、SUH446基材(実施例11)、SUS310基材(実施例12)、Alloy-X基材(実施例13)、FSX414基材(実施例14)を用い、これらの基材により形成した試験片の表面を平滑研磨し、脱脂を行った。次に、(Niストライクめっき 電流密度0.5A/cm2 厚さ1μm)→(Niめっき 電流密度0.06A/cm2 厚さ10μm)→(Ni(W)めっき 電流密度0.15A/cm2 厚さ30μm)→(Niめっき 電流密度0.06A/cm2 厚さ20μm)を行い、Ni層、Ni(W)およびNi層が順に積層された合計の厚さ約60μmのめっき層を形成した。
That is, as the
この後、実施例1と同様の条件で試験片の表面にAl拡散処理を施した。 After that, the surface of the test piece was subjected to Al diffusion treatment under the same conditions as in Example 1.
試験片の基材/めっき層施工面の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図31AおよびB、図32AおよびB、図33AおよびB、図34AおよびB、図35AおよびB、図36AおよびB、図37AおよびBにそれぞれ実施例8~14の各試験片の断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(それぞれ図31A、図32A、図33A、図34A、図35A、図36A、図37Aに示す写真の分析線に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。図31AおよびB、図32AおよびB、図33AおよびB、図34AおよびB、図35AおよびB、図36AおよびB、図37AおよびBに示すように、各試験片の表面に基材側から、遷移層を介してW系MPL層およびβ-NiAl層が形成された。 A part of the base material / plating layer construction surface of the test piece was cut, and the cross-sectional structure was observed and the concentration distribution of each element was measured by the SEM-EDX apparatus. 31A and B, FIGS. 32A and B, 33A and B, 34A and B, 35A and B, 36A and B, 37A and B, respectively. The measurement results of the concentration distribution of each element measured using EDX (concentration distribution along the analysis lines of the photographs shown in FIGS. 31A, 32A, 33A, 34A, 35A, 36A, and 37A, respectively) are shown. show. As shown in FIGS. 31A and B, 32A and B, 33A and B, 34A and B, 35A and B, 36A and B, 37A and B, from the substrate side on the surface of each test piece. A W-based MPL layer and a β-NiAl layer were formed via the transition layer.
実施例8~14の各試験片に対して高温酸化試験を行った。高温酸化試験の方法は先に述べた通りである。酸化は63サイクル行った。 A high temperature oxidation test was performed on each of the test pieces of Examples 8 to 14. The method of the high temperature oxidation test is as described above. Oxidation was performed for 63 cycles.
63サイクル酸化後の実施例8~14の各試験片の基材10/めっき層施工面の一部を切断し、その断面組織観察と各元素の濃度分布の測定とをSEM-EDX装置で行った。図38AおよびB、図39AおよびB、図40AおよびB、図41AおよびB、図42AおよびB、図43AおよびB、図44AおよびBにそれぞれ63サイクル酸化後の実施例8~14の各試験片の断面SEM写真およびEDXを用いて測定した各元素の濃度分布(それぞれ図38A、図39A、図40A、図41A、図42A、図43A、図44Aに示す写真の分析線に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。
After 63 cycles of oxidation, a part of the
実施例8~14の各試験片の4サイクル経過後および63サイクル経過後に測定した酸化量の金属基材依存性をそれぞれ図45および図46に示す。図45および図46より、実施例8~14の各試験片の金属基材に対する酸化量は以下のようになる。 The metal substrate dependence of the amount of oxidation measured after 4 cycles and 63 cycles of each test piece of Examples 8 to 14 is shown in FIGS. 45 and 46, respectively. From FIGS. 45 and 46, the amount of oxidation of each test piece of Examples 8 to 14 with respect to the metal substrate is as follows.
酸化量(mg/cm2 )
4サイクル後 63サイクル後
実施例8 Fe基材 1.5×10-3 1.6×10-3
実施例9 Ni基材 0.13 0.09
実施例10 SUS430基材 6.0×10-2
実施例11 SUH446基材 0.3
実施例12 SUS310基材 0.8
実施例13 Alloy-X基材 0.8
実施例14 FSX414基材 0.7
Oxidation amount (mg / cm 2 )
After 4 cycles After 63 cycles Example 8 Fe base material 1.5 × 10 -3 1.6 × 10 -3
Example 9 Ni base material 0.13 0.09
Example 10 SUS430 base material 6.0 × 10 −2
Example 11 SUH446 base material 0.3
Example 12 SUS310 base material 0.8
Example 13 Alloy-X base material 0.8
Example 14 FSX414 base material 0.7
これらの結果から、W系MPL層およびβ-NiAl層からなるコーティングは、Fe基材、Ni基材およびFe含有合金基材(SUS430基材およびSUH446基材)に対して、サイクル酸化の初期から、優れた耐高温酸化性を示していることが分かる。特に、Fe基材およびNi基材では、63サイクル後においても、優れた耐高温酸化性を維持している。 From these results, the coating composed of W-based MPL layer and β-NiAl layer is applied to Fe base material, Ni base material and Fe-containing alloy base material (SUS430 base material and SUH446 base material) from the initial stage of cycle oxidation. It can be seen that it shows excellent high temperature oxidation resistance. In particular, the Fe base material and the Ni base material maintain excellent high temperature oxidation resistance even after 63 cycles.
[試験片の強度測定]
SUS310基材に遷移層を介してW系MPL層およびβ-NiAl層を形成した試験片の室温における引張強度および破断歪を測定した。ただし、W系MPL層およびβ-NiAl層の形成には、実施例1と同様にSUS310基材上にNi層およびNi(W)層を形成し(実施例15)、あるいは実施例2と同様にSUS310基材上にNi層、Ni(W)層およびNi層を形成した(実施例16)。Al拡散処理は、実施例15、16とも、めっき層を形成した試験片をFeAl:NH4 Cl:Al2 O3 =15:2:60(重量比)の混合粉末に埋没させ、Ar+3vol%H2 雰囲気中において900℃で6時間加熱することにより行った。比較のため、SUS310基材そのものを用いた試験片(比較例3)、SUS310基材に熱処理(試験片をAl2 O3 粉末に埋没させ、Ar+3vol%H2 雰囲気中において900℃で6時間加熱する)を行った試験片(比較例4)も用いた。表2に引張強度および破断歪の測定結果を示す。表2より、熱処理のみを施したSUS310基材試験片(比較例4)に比較して、W系MPL層およびβ-NiAl層を形成した試験片では、最大応力が高く、歪量が低くなっており、W系MPL層およびβ-NiAl層を形成することにより、機械的特性が高強度化されたことになる。
[Measurement of test piece strength]
The tensile strength and breaking strain of the test piece in which the W-based MPL layer and the β-NiAl layer were formed on the SUS310 substrate via the transition layer were measured at room temperature. However, for the formation of the W-based MPL layer and the β-NiAl layer, a Ni layer and a Ni (W) layer are formed on the SUS310 substrate as in Example 1 (Example 15), or the same as in Example 2. A Ni layer, a Ni (W) layer and a Ni layer were formed on the SUS310 substrate (Example 16). In the Al diffusion treatment, in both Examples 15 and 16, the test piece on which the plating layer was formed was embedded in a mixed powder of FeAl: NH 4 Cl: Al 2 O 3 = 15: 2: 60 (weight ratio), and Ar + 3 vol% H. This was done by heating at 900 ° C. for 6 hours in two atmospheres. For comparison, a test piece using the SUS310 base material itself (Comparative Example 3) and a SUS310 base material are heat-treated (the test piece is embedded in Al 2 O 3 powder and heated at 900 ° C. for 6 hours in an Ar + 3 vol% H 2 atmosphere. The test piece (Comparative Example 4) that was subjected to () was also used. Table 2 shows the measurement results of tensile strength and breaking strain. From Table 2, the maximum stress is higher and the strain amount is lower in the test piece on which the W-based MPL layer and the β-NiAl layer are formed, as compared with the SUS310 base material test piece (Comparative Example 4) which has been subjected to only heat treatment. By forming the W-based MPL layer and the β-NiAl layer, the mechanical properties are enhanced.
[試験片のクリープ強度]
実施例15、16の試験片のクリープ挙動を900℃、大気中、応力30MPaで調査した。その結果、破断時間は、比較例3、4の試験片に対しては180時間、実施例15、16のW系MPL層およびβ-NiAl層を形成した試験片では160~190時間であった。この結果から分かるように、実施例15、16の試験片の破断時間は比較例3~4とも、破断時間は金属基材10に同一のW系MPL層およびβ-NiAl層を形成した試験片の破断時間は金属基材10と同等であり、クリープ破断時間の低下は確認されなかった。
[Creep strength of test piece]
The creep behavior of the test pieces of Examples 15 and 16 was investigated at 900 ° C., in the air, and at a stress of 30 MPa. As a result, the breaking time was 180 hours for the test pieces of Comparative Examples 3 and 4, and 160 to 190 hours for the test pieces having the W-based MPL layer and β-NiAl layer of Examples 15 and 16. .. As can be seen from this result, the breaking times of the test pieces of Examples 15 and 16 are the same as that of Comparative Examples 3 and 4, and the breaking times are the same W-based MPL layer and β-NiAl layer formed on the
以上、この発明の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 the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications based on the technical idea of the present invention are used. Is possible.
10…金属基材、20…遷移層、30…W系多目的合金層、40…β-NiAl層、50、70…Ni層、60…Ni(W)層、80…Re系多目的合金層、90…Ni(Re)層、100…W(Cr)系多目的合金層、110…γ-Ni(Cr)層、120…Re(Cr)系多目的合金層、130…Cr系多目的合金層、140…Cr含有β-NiAl層、150…γ’-(Ni,Co)3 Al層、160…β-CoAl層、170…Re(Ni)層、180…Co層 10 ... Metal substrate, 20 ... Transition layer, 30 ... W-based multipurpose alloy layer, 40 ... β-NiAl layer, 50, 70 ... Ni layer, 60 ... Ni (W) layer, 80 ... Re-based multipurpose alloy layer, 90 ... Ni (Re) layer, 100 ... W (Cr) -based multipurpose alloy layer, 110 ... γ-Ni (Cr) layer, 120 ... Re (Cr) -based multipurpose alloy layer, 130 ... Cr-based multipurpose alloy layer, 140 ... Cr Containing β-NiAl layer, 150 ... γ'-(Ni, Co) 3 Al layer, 160 ... β-CoAl layer, 170 ... Re (Ni) layer, 180 ... Co layer
Claims (14)
上記金属基材上のW系またはRe系の多目的合金層と、
上記多目的合金層上のAlおよび/またはCr含有合金層と、
上記金属基材と上記多目的合金層との間の遷移層と、
を有する耐熱金属部材。 With a metal base material
With the W-based or Re-based multipurpose alloy layer on the metal substrate,
With the Al and / or Cr-containing alloy layer on the multipurpose alloy layer,
The transition layer between the metal substrate and the multipurpose alloy layer,
Refractory metal member with.
Al蒸気源としてFeAlまたはNiAlを用いたAl拡散処理またはCr拡散処理を施すことにより上記金属基材上に遷移層を介してW系またはRe系の多目的合金層およびAlおよび/またはCr含有合金層を順次形成する工程と、
を有する耐熱金属部材の製造方法。 A step of sequentially forming a Ni layer containing at least a Ni layer and a W or a Ni layer containing Re on a metal substrate by plating, and
By performing Al diffusion treatment or Cr diffusion treatment using FeAl or NiAl as the Al vapor source, a W-based or Re-based multipurpose alloy layer and an Al and / or Cr-containing alloy layer are applied onto the metal substrate via a transition layer. And the process of sequentially forming
A method for manufacturing a refractory metal member having.
上記金属基材上のW系またはRe系の多目的合金層と、
上記多目的合金層上のAlおよび/またはCr含有合金層と、
上記金属基材と上記多目的合金層との間の遷移層と、を有する耐熱金属部材
を有する高温装置。 With a metal base material
With the W-based or Re-based multipurpose alloy layer on the metal substrate,
With the Al and / or Cr-containing alloy layer on the multipurpose alloy layer,
A high temperature device having a refractory metal member having a transition layer between the metal substrate and the multipurpose alloy layer.
Al蒸気源としてFeAlまたはNiAlを用いたAl拡散処理またはCr拡散処理を施すことにより上記金属基材上に遷移層を介してW系またはRe系の多目的合金層およびAlおよび/またはCr含有合金層を順次形成する工程と、を実行することにより耐熱金属部材を製造する工程を有する高温装置の製造方法。 A step of sequentially forming a Ni layer containing at least a Ni layer and a W or a Ni layer containing Re on a metal substrate by plating, and
By performing Al diffusion treatment or Cr diffusion treatment using FeAl or NiAl as the Al vapor source, a W-based or Re-based multipurpose alloy layer and an Al and / or Cr-containing alloy layer are applied onto the metal substrate via a transition layer. A method for manufacturing a high-temperature device, which comprises a step of sequentially forming a heat-resistant metal member and a step of manufacturing a refractory metal member by executing.
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JP7417333B1 (en) | 2023-05-23 | 2024-01-18 | 株式会社ディ・ビー・シー・システム研究所 | A member for producing a lithium-containing composite oxide, a method for producing the same, and a firing furnace for producing a lithium-containing composite oxide |
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