JP2592571B2 - アルミニウム拡散コーティングされた耐熱ステンレス鋼およびそのコーティング方法 - Google Patents
アルミニウム拡散コーティングされた耐熱ステンレス鋼およびそのコーティング方法Info
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- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、製鉄、石油化学産業な
どで高温用素材として多用される耐熱ステンレス鋼およ
びアルミニウム拡散コーティング方法に関するもので、
さらに詳しくは、アルミナイド層の下にクロムを主成分
とする中間層は形成されるが、相互拡散層は形成されな
いアルミニウム拡散コーティングされた耐熱ステンレス
鋼およびそのコーティング方法に関するものである。
どで高温用素材として多用される耐熱ステンレス鋼およ
びアルミニウム拡散コーティング方法に関するもので、
さらに詳しくは、アルミナイド層の下にクロムを主成分
とする中間層は形成されるが、相互拡散層は形成されな
いアルミニウム拡散コーティングされた耐熱ステンレス
鋼およびそのコーティング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属の拡散被覆とは、高温酸化、硫化、
摩耗などを引き起こす外部の環境からの材料の損傷を防
いだり、その寿命を延ばすために材料の表面にクロム、
アルミニウム、Ｓｉなどの成分を単独、あるいは２種以
上を同時に拡散させてコーティング層を得る方法である
が、その中で、現在まで最も幅広く多用されているのは
アルミニウム拡散によるアルミナイドコーティング方法
である。この方法は、主に航空機のエンジン部品に適用
するために開発されてきたので、Ｎｉ基地、Ｃｏ基地の
合金に対しての研究が盛んであったが、Ｆｅ基地の合金
に関しては、今だに最適の技術が確立されていない状態
である。
摩耗などを引き起こす外部の環境からの材料の損傷を防
いだり、その寿命を延ばすために材料の表面にクロム、
アルミニウム、Ｓｉなどの成分を単独、あるいは２種以
上を同時に拡散させてコーティング層を得る方法である
が、その中で、現在まで最も幅広く多用されているのは
アルミニウム拡散によるアルミナイドコーティング方法
である。この方法は、主に航空機のエンジン部品に適用
するために開発されてきたので、Ｎｉ基地、Ｃｏ基地の
合金に対しての研究が盛んであったが、Ｆｅ基地の合金
に関しては、今だに最適の技術が確立されていない状態
である。
【０００３】アルミニウム拡散コーティングの過程につ
いて説明すると、まず、アルミニウム供給源、活性剤、
および焼結防止剤などからなるパック粉末を調製してよ
く混ぜ合わせる。アルミニウム供給源としては、アルミ
ニウム粉末、あるいはアルミニウム合金粉末が使用さ
れ、活性剤としては、アルミニウムと反応してハロゲン
ガスが形成できるハロゲン化合物を用いる。焼結防止剤
は、高温でパック粉末の焼結を防止する役割のもので、
主にアルミナが用いられる。次に、よく洗浄した被コー
ティング材料をパック粉末に埋め込み、不活性雰囲気で
加熱する。高温に達すると、アルミニウムと活性剤が反
応してアルミニウムハライドガスを形成することとな
り、このガスは被コーティング材料の表面に到達して分
解されながら被コーティング材料の表面にアルミニウム
のみを残すこととなり、アルミニウムは被コーティング
材料の内部に拡散して金属間化合物（Intermetallic Co
mpound）である（Ｆｅ，Ｎｉ）2 Ａｌ3 、あるいは（Ｎ
ｉ，Ｆｅ）Ａｌのアルミナイド層が連続的に形成され
る。それと同時にその下には相互拡散層が形成される。
いて説明すると、まず、アルミニウム供給源、活性剤、
および焼結防止剤などからなるパック粉末を調製してよ
く混ぜ合わせる。アルミニウム供給源としては、アルミ
ニウム粉末、あるいはアルミニウム合金粉末が使用さ
れ、活性剤としては、アルミニウムと反応してハロゲン
ガスが形成できるハロゲン化合物を用いる。焼結防止剤
は、高温でパック粉末の焼結を防止する役割のもので、
主にアルミナが用いられる。次に、よく洗浄した被コー
ティング材料をパック粉末に埋め込み、不活性雰囲気で
加熱する。高温に達すると、アルミニウムと活性剤が反
応してアルミニウムハライドガスを形成することとな
り、このガスは被コーティング材料の表面に到達して分
解されながら被コーティング材料の表面にアルミニウム
のみを残すこととなり、アルミニウムは被コーティング
材料の内部に拡散して金属間化合物（Intermetallic Co
mpound）である（Ｆｅ，Ｎｉ）2 Ａｌ3 、あるいは（Ｎ
ｉ，Ｆｅ）Ａｌのアルミナイド層が連続的に形成され
る。それと同時にその下には相互拡散層が形成される。
【０００４】Ｆｅを基地金属とする耐熱用ステンレス鋼
は、高温強度が高く、室温においての加工が容易であっ
て、Ｎｉ基合金に比して安価であるという長所があっ
て、石油、化学、製鉄などの、いわゆるエネルギー多消
費産業で広く使われている。最近ではかかる材料の高温
耐蝕性を向上させるための方法として、アルミニウム拡
散コーティングが注目を浴びている。
は、高温強度が高く、室温においての加工が容易であっ
て、Ｎｉ基合金に比して安価であるという長所があっ
て、石油、化学、製鉄などの、いわゆるエネルギー多消
費産業で広く使われている。最近ではかかる材料の高温
耐蝕性を向上させるための方法として、アルミニウム拡
散コーティングが注目を浴びている。
【０００５】従来のステンレス鋼に対する拡散コーティ
ング方法を使えば、図１に示したように基地金属（１）
の外層にアルミナイド層（２）［（Ｆｅ，Ｎｉ）2 Ａｌ
3 、あるいは（Ｎｉ，Ｆｅ）Ａｌ］が形成され、その下
にアルミナイド析出物とフェライト基地組織よりなる相
互拡散層（３）がつくられる。この拡散層（３）の厚み
は、パック粉末の成分と熱処理温度によってアルミナイ
ド層（２）に比して厚くしたり、薄くしたりすることが
できる。ところで、殆どのアルミナイド層は脆性が大き
くてその厚みが厚過ぎると、剥離し易い性質があり、相
互拡散層は柔らかいフェライト基地組織にアルミナイド
層が析出物として存在する形であるので延性が得られ
る。
ング方法を使えば、図１に示したように基地金属（１）
の外層にアルミナイド層（２）［（Ｆｅ，Ｎｉ）2 Ａｌ
3 、あるいは（Ｎｉ，Ｆｅ）Ａｌ］が形成され、その下
にアルミナイド析出物とフェライト基地組織よりなる相
互拡散層（３）がつくられる。この拡散層（３）の厚み
は、パック粉末の成分と熱処理温度によってアルミナイ
ド層（２）に比して厚くしたり、薄くしたりすることが
できる。ところで、殆どのアルミナイド層は脆性が大き
くてその厚みが厚過ぎると、剥離し易い性質があり、相
互拡散層は柔らかいフェライト基地組織にアルミナイド
層が析出物として存在する形であるので延性が得られ
る。
【０００６】かかる特性を利用するため、アルミニウム
と共に、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏなどのフェライト安定化元素
をコーティングさせることで相互拡散層だけを形成する
複合コーティング方法が米国特許第４，８３５，０１０
号などに示されている。
と共に、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏなどのフェライト安定化元素
をコーティングさせることで相互拡散層だけを形成する
複合コーティング方法が米国特許第４，８３５，０１０
号などに示されている。
【０００７】この方法では、主にＣｒをフェライト安定
化元素として使うが、フェライト組織ではオーステナイ
ト組織でよりアルミニウム拡散が起こり易いので、フェ
ライト安定化元素を添加することでフェライト基地組織
にアルミナイドが分散されている相互拡散層が得られ易
いし、コーティング方法はアルミナイド相が形成されな
いほどアルミニウムの活動度を低めてＣｒを共にコーテ
ィングするため、アルミニウムを１０〜２０％合金した
Ｃｒ−Ａｌ合金粉末をアルミニウム供給源として使って
いる。そして、フェライト安定化元素を添加することな
く、アルミニウムの活動度のみを低く調節しようとする
場合は、Ｎｉ−Ａｌ合金粉末を使ったりもする。
化元素として使うが、フェライト組織ではオーステナイ
ト組織でよりアルミニウム拡散が起こり易いので、フェ
ライト安定化元素を添加することでフェライト基地組織
にアルミナイドが分散されている相互拡散層が得られ易
いし、コーティング方法はアルミナイド相が形成されな
いほどアルミニウムの活動度を低めてＣｒを共にコーテ
ィングするため、アルミニウムを１０〜２０％合金した
Ｃｒ−Ａｌ合金粉末をアルミニウム供給源として使って
いる。そして、フェライト安定化元素を添加することな
く、アルミニウムの活動度のみを低く調節しようとする
場合は、Ｎｉ−Ａｌ合金粉末を使ったりもする。
【０００８】このような方法を使って、図２に示したよ
うにアルミナイド析出物とフェライト基地組織よりなる
相互拡散層（３）のみよりなるコーティングが得られ
る。しかしながら、上記の複合コーティング方法では柔
らかいコーティング組織が得られる長所もあるが、コー
ティング層のアルミニウム濃度が低いので、高温の酸化
性雰囲気に対して保護作用をするアルミナの形成に費や
すアルミニウムを長時間供給できない難点があり、また
コーティングの時のアルミニウムの活動度を低く調節す
るためにＣｒ、Ｎｉなどの高価な元素の合金粉末を使用
するため材料費が高くなる問題点がある。
うにアルミナイド析出物とフェライト基地組織よりなる
相互拡散層（３）のみよりなるコーティングが得られ
る。しかしながら、上記の複合コーティング方法では柔
らかいコーティング組織が得られる長所もあるが、コー
ティング層のアルミニウム濃度が低いので、高温の酸化
性雰囲気に対して保護作用をするアルミナの形成に費や
すアルミニウムを長時間供給できない難点があり、また
コーティングの時のアルミニウムの活動度を低く調節す
るためにＣｒ、Ｎｉなどの高価な元素の合金粉末を使用
するため材料費が高くなる問題点がある。
【０００９】また、安価なＦｅ−Ａｌ合金を使うことも
できるが、この合金系で十分低いアルミニウムの活動度
を得ようとすると、アルミニウムの量が少なすぎて、破
砕して粉末とすることが困難となり、またアルミナイド
層の形成を抑えてアルミニウムの拡散深さを深くするた
めに１１００℃以上の高温で熱処理しなければならない
ので、経費が多くなる虞れがある。
できるが、この合金系で十分低いアルミニウムの活動度
を得ようとすると、アルミニウムの量が少なすぎて、破
砕して粉末とすることが困難となり、またアルミナイド
層の形成を抑えてアルミニウムの拡散深さを深くするた
めに１１００℃以上の高温で熱処理しなければならない
ので、経費が多くなる虞れがある。
【００１０】一方、アルミナイドコーティングの寿命は
どれほどの量のアルミニウムがどのくらいの時間、残っ
ているのかによって決められるが、アルミニウムがなく
なる過程は、二種類がある。その一つは、酸化されなが
ら形成されたアルミナ保護皮膜の熱衝撃などによる表面
からの剥離であり、もう一つは高温に露出されたコーテ
ィングのアルミニウム成分が、基地金属の内部に拡散し
て入ってアルミニウムが費やされるものである。従っ
て、上記の二通りの過程が抑えられれは材料とコーティ
ングの寿命を引き延ばすことができる。
どれほどの量のアルミニウムがどのくらいの時間、残っ
ているのかによって決められるが、アルミニウムがなく
なる過程は、二種類がある。その一つは、酸化されなが
ら形成されたアルミナ保護皮膜の熱衝撃などによる表面
からの剥離であり、もう一つは高温に露出されたコーテ
ィングのアルミニウム成分が、基地金属の内部に拡散し
て入ってアルミニウムが費やされるものである。従っ
て、上記の二通りの過程が抑えられれは材料とコーティ
ングの寿命を引き延ばすことができる。
【００１１】保護皮膜の密着度を増加させるには、希土
類元素をコーティングの成分として添加する方法があ
り、アルミニウムの内部への拡散を食い止めるには拡散
を妨げることができる層をアルミナイド層の下に形成す
る方法が考えられる。フィツァー（Fitzer）とモオィレ
ル（Maurer）らは、Ｎｉ基地合金での拡散コーティング
の時アルミナイドに対して溶解度の低い合金元素を主成
分とする拡散壁（Diffusion Barrier ）を形成させてコ
ーティングの寿命を延長する技術を提案したことがある
（E. Fitzer and J. J Maurer: Materials and coating
s to Resist HighTemperature Corrosion, Applid Scie
nce, London, 1978, p253）。彼らが提案した拡散壁
は、ＣｒＮｉを主成分としているが、アルミナイドに対
して溶解度の低いＣｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの合
金元素の合計が２０重量％以上の場合にアルミニウムの
内部への拡散阻止硬化が著しいといっている。
類元素をコーティングの成分として添加する方法があ
り、アルミニウムの内部への拡散を食い止めるには拡散
を妨げることができる層をアルミナイド層の下に形成す
る方法が考えられる。フィツァー（Fitzer）とモオィレ
ル（Maurer）らは、Ｎｉ基地合金での拡散コーティング
の時アルミナイドに対して溶解度の低い合金元素を主成
分とする拡散壁（Diffusion Barrier ）を形成させてコ
ーティングの寿命を延長する技術を提案したことがある
（E. Fitzer and J. J Maurer: Materials and coating
s to Resist HighTemperature Corrosion, Applid Scie
nce, London, 1978, p253）。彼らが提案した拡散壁
は、ＣｒＮｉを主成分としているが、アルミナイドに対
して溶解度の低いＣｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの合
金元素の合計が２０重量％以上の場合にアルミニウムの
内部への拡散阻止硬化が著しいといっている。
【００１２】そしてゴッドレヴスカ（Godlewska ）ら
は、Ｎｉ基地の超合金（Super alloy）をアルミニウム
拡散コーティングした場合、コーティングの下に存在す
るＣｒ主成分の析出物（Cr-rich precipitates) がアル
ミニウムの内部拡散を妨げて長期的な観点から見れば、
酸化に対してのコーティングの抵抗性に役立つことを示
している（E. Godlewska and K. Godlewski, Oxidation
of Materials, vol. 22, Nos. 3/4, 1984, p117）。
は、Ｎｉ基地の超合金（Super alloy）をアルミニウム
拡散コーティングした場合、コーティングの下に存在す
るＣｒ主成分の析出物（Cr-rich precipitates) がアル
ミニウムの内部拡散を妨げて長期的な観点から見れば、
酸化に対してのコーティングの抵抗性に役立つことを示
している（E. Godlewska and K. Godlewski, Oxidation
of Materials, vol. 22, Nos. 3/4, 1984, p117）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決し、コーティングの耐熱耐蝕性が向上し
たアルミニウム拡散コーティングされた耐熱ステンレス
鋼およびそのコーティング方法を提供することを目的と
する。本発明者らは、上記のような問題点を解決するた
めに研究、実験を行い、その結果に基づいて本発明を提
案したもので、本発明は多量のＮｉおよびＣｒを含む耐
熱ステンレス鋼を、これに適した拡散被覆パックの粉末
に埋め込み、熱処理コーティングしてアルミナイド層の
下にＣｒを主成分とする中間層を形成させることによっ
て、コーティングの耐熱耐蝕性が向上した耐熱ステンレ
ス鋼およびそのコーティング方法を提供することさらに
目的とする。
な問題点を解決し、コーティングの耐熱耐蝕性が向上し
たアルミニウム拡散コーティングされた耐熱ステンレス
鋼およびそのコーティング方法を提供することを目的と
する。本発明者らは、上記のような問題点を解決するた
めに研究、実験を行い、その結果に基づいて本発明を提
案したもので、本発明は多量のＮｉおよびＣｒを含む耐
熱ステンレス鋼を、これに適した拡散被覆パックの粉末
に埋め込み、熱処理コーティングしてアルミナイド層の
下にＣｒを主成分とする中間層を形成させることによっ
て、コーティングの耐熱耐蝕性が向上した耐熱ステンレ
ス鋼およびそのコーティング方法を提供することさらに
目的とする。
【００１４】
【課題を解決しようとするための手段】本発明は、Ｎｉ
−Ｃｒ系耐熱ステンレス鋼のアルミニウム拡散コーティ
ング方法において、アルミニウム供給源、活性剤および
焼結防止剤よりなる拡散被覆パック粉末に、前記耐熱ス
テンレス鋼を埋め込み、拡散熱処理（コーティング処
理）してアルミナイド層の下にＣｒを主成分とする中間
層を形成させて、相互拡散層は形成されないものとする
耐熱ステンレス鋼のアルミニウム拡散コーティング方法
およびその方法によってアルミニウム拡散コーティング
された耐熱ステンレス鋼に関するものである。
−Ｃｒ系耐熱ステンレス鋼のアルミニウム拡散コーティ
ング方法において、アルミニウム供給源、活性剤および
焼結防止剤よりなる拡散被覆パック粉末に、前記耐熱ス
テンレス鋼を埋め込み、拡散熱処理（コーティング処
理）してアルミナイド層の下にＣｒを主成分とする中間
層を形成させて、相互拡散層は形成されないものとする
耐熱ステンレス鋼のアルミニウム拡散コーティング方法
およびその方法によってアルミニウム拡散コーティング
された耐熱ステンレス鋼に関するものである。
【００１５】以下、本発明を更に詳しく説明する。上記
したアルミニウム供給源としては、アルミニウム粉末、
あるいはアルミニウム合金粉末を使用することができ
る。アルミニウム合金粉末としては、Ｆｅ−Ａｌ、Ｃｒ
−Ａｌ、Ｎｉ−Ａｌなどの合金粉末が使えるが、合金粉
末中のアルミニウムの含量が少なくてアルミニウムの活
動度が余り低過ぎると、アルミナイドが形成されなくな
ったり、あるいは薄過ぎるものとなるので、各合金での
アルミニウムの量は３０重量％以上とするのが望まし
い。
したアルミニウム供給源としては、アルミニウム粉末、
あるいはアルミニウム合金粉末を使用することができ
る。アルミニウム合金粉末としては、Ｆｅ−Ａｌ、Ｃｒ
−Ａｌ、Ｎｉ−Ａｌなどの合金粉末が使えるが、合金粉
末中のアルミニウムの含量が少なくてアルミニウムの活
動度が余り低過ぎると、アルミナイドが形成されなくな
ったり、あるいは薄過ぎるものとなるので、各合金での
アルミニウムの量は３０重量％以上とするのが望まし
い。
【００１６】パック粉末におけるアルミニウム供給源の
含量は、アルミニウム粉末をアルミニウム供給源として
使う場合には、２重量％以上、アルミニウム合金粉末を
使う場合には、５重量％以上となるように調節する。ア
ルミニウム供給源の含量がこれ以上となると、コーティ
ングの過程中のアルミニウムの供給が円滑でなく、コー
ティング層厚が不均一になる。また金属粉末の焼結を考
慮すると、アルミニウム供給源の含量は５０重量％以下
とするのが望ましい。
含量は、アルミニウム粉末をアルミニウム供給源として
使う場合には、２重量％以上、アルミニウム合金粉末を
使う場合には、５重量％以上となるように調節する。ア
ルミニウム供給源の含量がこれ以上となると、コーティ
ングの過程中のアルミニウムの供給が円滑でなく、コー
ティング層厚が不均一になる。また金属粉末の焼結を考
慮すると、アルミニウム供給源の含量は５０重量％以下
とするのが望ましい。
【００１７】上記の活性剤は、アルミニウム供給源のア
ルミニウムと反応してアルミニウムハライド気体を形成
して耐熱ステンレス鋼表面に拡散するので、アルミニウ
ムを伝達する働きをする。活性剤としては各種のハロゲ
ン化合物、例えば、ＮＨ4 Ｃｌ、ＮａＦ、ＮＨ4 Ｆおよ
びＮａＣｌなどが使える。その添加量は粉末混合時の均
一性のため、１．０重量％以上に設定するのが好ましい
が、ＮＨ4 Ｃｌ、ＮａＦなどの揮発性の強い活性剤を余
り多量に添加する場合はレトート（Retort）（パック粉
末のコーティング試料を入れる容器）内部の圧力が高く
なり過ぎてレトートを変形させたり、さらにその程度が
ひどい場合には、作業中に爆発の虞れがあるので、全活
性剤の量を５重量％以下とするのが望ましい。
ルミニウムと反応してアルミニウムハライド気体を形成
して耐熱ステンレス鋼表面に拡散するので、アルミニウ
ムを伝達する働きをする。活性剤としては各種のハロゲ
ン化合物、例えば、ＮＨ4 Ｃｌ、ＮａＦ、ＮＨ4 Ｆおよ
びＮａＣｌなどが使える。その添加量は粉末混合時の均
一性のため、１．０重量％以上に設定するのが好ましい
が、ＮＨ4 Ｃｌ、ＮａＦなどの揮発性の強い活性剤を余
り多量に添加する場合はレトート（Retort）（パック粉
末のコーティング試料を入れる容器）内部の圧力が高く
なり過ぎてレトートを変形させたり、さらにその程度が
ひどい場合には、作業中に爆発の虞れがあるので、全活
性剤の量を５重量％以下とするのが望ましい。
【００１８】焼結防止剤は、コーティングの対象物を支
え、コーティングの反応に働く気体が移動することがで
きる通路を提供し、金属粉末が焼結し合うのを防ぐ働き
をする。その代表的なものとしてアルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）が挙げられ、パック粉末に含まれる水分か酸素
と反応してレトート内部が還元性雰囲気となるよう促進
する働きをするアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）を共に使
える。
え、コーティングの反応に働く気体が移動することがで
きる通路を提供し、金属粉末が焼結し合うのを防ぐ働き
をする。その代表的なものとしてアルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）が挙げられ、パック粉末に含まれる水分か酸素
と反応してレトート内部が還元性雰囲気となるよう促進
する働きをするアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）を共に使
える。
【００１９】そして、拡散熱処理温度は、８５０〜１０
２５℃に設定するのが好ましいが、その理由は熱処理温
度が８５０℃未満の場合には、温度が低過ぎて適当なコ
ーティングの厚みを得るのに長時間が必要であり、一
方、１０２５℃を越える場合には中間層を形成する層が
不安定になり、中間層を形成することなく相互拡散層が
形成されるからである。
２５℃に設定するのが好ましいが、その理由は熱処理温
度が８５０℃未満の場合には、温度が低過ぎて適当なコ
ーティングの厚みを得るのに長時間が必要であり、一
方、１０２５℃を越える場合には中間層を形成する層が
不安定になり、中間層を形成することなく相互拡散層が
形成されるからである。
【００２０】また、拡散熱処理温度はコーティング温度
によって変動するものとして、５〜２０時間に設定する
のが望ましいが、その理由は５時間未満ではコーティン
グ層が薄過ぎてコーティングの硬化を期待しにくく、一
方、２０時間を越えても、中間層がアルミニウムの拡散
を食い止めてそれ以上コーティング層が厚くならないの
で、経済的でない。
によって変動するものとして、５〜２０時間に設定する
のが望ましいが、その理由は５時間未満ではコーティン
グ層が薄過ぎてコーティングの硬化を期待しにくく、一
方、２０時間を越えても、中間層がアルミニウムの拡散
を食い止めてそれ以上コーティング層が厚くならないの
で、経済的でない。
【００２１】上記の拡散熱処理温度と時間の更に望まし
い条件は、熱処理温度が８５０〜９５０℃の場合に熱処
理時間は１０〜２０時間で、熱処理温度が９５０〜１０
２５℃の場合に熱処理時間は５〜１５時間で設定するも
のである。
い条件は、熱処理温度が８５０〜９５０℃の場合に熱処
理時間は１０〜２０時間で、熱処理温度が９５０〜１０
２５℃の場合に熱処理時間は５〜１５時間で設定するも
のである。
【００２２】本発明が望ましく適用される耐熱ステンレ
ス鋼としては、２０重量％以上のＮｉおよび２５重量％
以上のＣｒを含んで組成される耐熱ステンレス鋼が挙げ
られる。
ス鋼としては、２０重量％以上のＮｉおよび２５重量％
以上のＣｒを含んで組成される耐熱ステンレス鋼が挙げ
られる。
【００２３】上記のように組成される拡散コーティング
パック粉末が入れてある被覆箱（Pack Box）の中にコー
ティングしようとする被処理材を埋め込み、不活性、ま
たは還元性雰囲気ガスを流しながら加熱してアルミニウ
ム拡散被覆を施すが、コーティングされる過程は、高温
でアルミニウム供給源と活性剤が反応してアルミニウム
ハライド気体化合物が形成され、この気体がコーティン
グの被処理材の表面でアルミニウムとハライド気体とに
分解されながら表面のアルミニウムが被処理材内部へ拡
散してアルミナイド層を形成することになる。
パック粉末が入れてある被覆箱（Pack Box）の中にコー
ティングしようとする被処理材を埋め込み、不活性、ま
たは還元性雰囲気ガスを流しながら加熱してアルミニウ
ム拡散被覆を施すが、コーティングされる過程は、高温
でアルミニウム供給源と活性剤が反応してアルミニウム
ハライド気体化合物が形成され、この気体がコーティン
グの被処理材の表面でアルミニウムとハライド気体とに
分解されながら表面のアルミニウムが被処理材内部へ拡
散してアルミナイド層を形成することになる。
【００２４】上記したように、本発明方法に応じてコー
ティングを施せば、図３のように耐熱ステンレス鋼の基
地金属（１）の外側にアルミナイド層（２）が形成され
ながら、アルミナイド相での溶解度の低いＣｒがアルミ
ナイド層に押し流され、基地金属（１）とアルミナイド
層（２）の間に４０重量％以上のＣｒを含む中間層
（４）を形成するようになり、アルミナイド析出物を持
ちかつフェライト基地組織からなる相互拡散層（３）は
形成されないようになる。
ティングを施せば、図３のように耐熱ステンレス鋼の基
地金属（１）の外側にアルミナイド層（２）が形成され
ながら、アルミナイド相での溶解度の低いＣｒがアルミ
ナイド層に押し流され、基地金属（１）とアルミナイド
層（２）の間に４０重量％以上のＣｒを含む中間層
（４）を形成するようになり、アルミナイド析出物を持
ちかつフェライト基地組織からなる相互拡散層（３）は
形成されないようになる。
【００２５】
【実施例】以下、実施例を通じて本発明を具体的に説明
する。 実施例１ Ｃ：０．３８重量％、Ｓｉ：１．０１重量％、Ｍｎ：
１．００重量％、Ｃｒ：３０．０１重量％、Ｎｉ：３
０．０１重量％、Ｗ：１．１５重量％、残部Ｆｅ及び不
可避的に含まれる不純物よりなる１０×１０×５ｍｍの
耐熱ステンレス鋼を基地金属として使って、下記表１に
示すような拡散被覆パック粉末および熱処理条件で拡散
被覆した後、その試片に対するコーティング組織を観察
して中間層および相互拡散層の形成の有無を調査し、そ
の結果を下記表１に示した。表１のなかで本発明材
（７）で形成された中間層を電子顕微鏡で観察し、その
結果を図４に示した。
する。 実施例１ Ｃ：０．３８重量％、Ｓｉ：１．０１重量％、Ｍｎ：
１．００重量％、Ｃｒ：３０．０１重量％、Ｎｉ：３
０．０１重量％、Ｗ：１．１５重量％、残部Ｆｅ及び不
可避的に含まれる不純物よりなる１０×１０×５ｍｍの
耐熱ステンレス鋼を基地金属として使って、下記表１に
示すような拡散被覆パック粉末および熱処理条件で拡散
被覆した後、その試片に対するコーティング組織を観察
して中間層および相互拡散層の形成の有無を調査し、そ
の結果を下記表１に示した。表１のなかで本発明材
（７）で形成された中間層を電子顕微鏡で観察し、その
結果を図４に示した。
【００２６】一方、下記表１の耐酸化特性は、未コーテ
ィング試片と共に繰り返し周期腐蝕実験（Cyclic Corro
sion Test ）を行い。重さの減少が激しく起こり始める
時間が７００時間以上であると“良好”、７００時間未
満であると“不良”として示したものである。
ィング試片と共に繰り返し周期腐蝕実験（Cyclic Corro
sion Test ）を行い。重さの減少が激しく起こり始める
時間が７００時間以上であると“良好”、７００時間未
満であると“不良”として示したものである。
【００２７】上記の腐蝕実験は、Ｎ2 ：７５容量％、Ｈ
2 Ｏ：１２容量％、Ｏ2 ：３．５容量％、ＣＯ2 ：９．
５容量％、及びＳＯ2 ：２００ｐｐｍからなる混合雰囲
気ガスの中で行い、この場合、コーティング層の耐高温
酸化性を早急に評価するため、１１００℃の高温で４５
分間保持後、常温で１５分間冷却させる１時間を周期と
して繰返し、２０〜４０周期に一回ずつ重さの変化を測
定することによって行われたものであある。下記表１の
試片の中で本発明材（７）および比較材（Ａ〜Ｇ）に関
しては、時間に対する単位面積当りの重さの変化を図５
および図６に示した。
2 Ｏ：１２容量％、Ｏ2 ：３．５容量％、ＣＯ2 ：９．
５容量％、及びＳＯ2 ：２００ｐｐｍからなる混合雰囲
気ガスの中で行い、この場合、コーティング層の耐高温
酸化性を早急に評価するため、１１００℃の高温で４５
分間保持後、常温で１５分間冷却させる１時間を周期と
して繰返し、２０〜４０周期に一回ずつ重さの変化を測
定することによって行われたものであある。下記表１の
試片の中で本発明材（７）および比較材（Ａ〜Ｇ）に関
しては、時間に対する単位面積当りの重さの変化を図５
および図６に示した。
【００２８】そして、下記表１の比較材（Ａ）および
（Ｂ）は、米国特許第４，８３５，０１０号で示した条
件と類似のコーティング条件でコーティングしたもの
で、比較材（Ｃ〜Ｇ）は、図１に示したような組織をも
つ従来方法のコーティング条件でコーティングしたもの
である。
（Ｂ）は、米国特許第４，８３５，０１０号で示した条
件と類似のコーティング条件でコーティングしたもの
で、比較材（Ｃ〜Ｇ）は、図１に示したような組織をも
つ従来方法のコーティング条件でコーティングしたもの
である。
【００２９】
【表１】
【００３０】上記表１に示したように、本発明に応じて
コーティングされた本発明材（１〜１１）の場合には、
Ｃｒを主成分とする中間相は形成されるのに相互拡散層
は形成されず、本発明の範囲外の条件でコーティングさ
れた比較材（Ａ〜Ｇ）の場合には、相互拡散相は形成さ
れるのに反して中間層は形成されないことが分かる。
コーティングされた本発明材（１〜１１）の場合には、
Ｃｒを主成分とする中間相は形成されるのに相互拡散層
は形成されず、本発明の範囲外の条件でコーティングさ
れた比較材（Ａ〜Ｇ）の場合には、相互拡散相は形成さ
れるのに反して中間層は形成されないことが分かる。
【００３１】本発明材に生成された中間層を更に詳しく
観察するため、上記表１の中の本発明材（７）で形成し
た中間層を電子顕微鏡を使って観察し、その結果写真を
図４に示した。図４で（ａ）はコーティング層中の中間
層の一般の電子顕微鏡写真であり、（ｂ）、（ｃ）及び
（ｄ）は、（ａ）と同位置で各々Ｃｒ成分、Ａｌ成分及
びＮｉ成分だけを示した写真であり、図４で白い部分は
各成分を示し、白点の濃度が濃い程その成分が多く含有
されていることとなる。図４に示したように、中間層に
おいてはアルミニウムとＮｉが排除され、Ｃｒ成分が多
量に含まれていることが分り、アルミナイド層の内部で
検出されたＣｒはクロム炭化物であることが確認され
た。
観察するため、上記表１の中の本発明材（７）で形成し
た中間層を電子顕微鏡を使って観察し、その結果写真を
図４に示した。図４で（ａ）はコーティング層中の中間
層の一般の電子顕微鏡写真であり、（ｂ）、（ｃ）及び
（ｄ）は、（ａ）と同位置で各々Ｃｒ成分、Ａｌ成分及
びＮｉ成分だけを示した写真であり、図４で白い部分は
各成分を示し、白点の濃度が濃い程その成分が多く含有
されていることとなる。図４に示したように、中間層に
おいてはアルミニウムとＮｉが排除され、Ｃｒ成分が多
量に含まれていることが分り、アルミナイド層の内部で
検出されたＣｒはクロム炭化物であることが確認され
た。
【００３２】そして、中間層の正確な相（Phase ）を分
析するためにアルミナイド層を除いた後、Ｘ線回折分析
を行った結果、中間層はσＦｅＣｒ金属間化合物（Sigm
a Fe-Cr Intermetallic Compound）であることが確認さ
れた。
析するためにアルミナイド層を除いた後、Ｘ線回折分析
を行った結果、中間層はσＦｅＣｒ金属間化合物（Sigm
a Fe-Cr Intermetallic Compound）であることが確認さ
れた。
【００３３】また、本発明材（１〜１１）の場合には、
耐酸化特性が良好なのに対して、比較材（Ａ〜Ｇ）の場
合には、耐酸化特性が不良であることが分かるが、この
ことは図５及び図６からも確認できる。即ち、図５及び
図６におけるように、本発明材（７）は１０００時間以
上（良好）の優れた耐酸化性を示しているのに対して比
較材（Ａ〜Ｇ）は、４５０〜７００時間程度（不良）の
耐酸化性を示している。
耐酸化特性が良好なのに対して、比較材（Ａ〜Ｇ）の場
合には、耐酸化特性が不良であることが分かるが、この
ことは図５及び図６からも確認できる。即ち、図５及び
図６におけるように、本発明材（７）は１０００時間以
上（良好）の優れた耐酸化性を示しているのに対して比
較材（Ａ〜Ｇ）は、４５０〜７００時間程度（不良）の
耐酸化性を示している。
【００３４】勿論、図５及び図６には示してないが、本
発明材（１，２，３，４，８，９，１０，１１）の場合
にも本発明材（７）と等しいコーティング厚（１００〜
１２０μｍ）を有し、かつ１０００時間程の耐酸化特性
を有し、本発明材（５，６）の場合にはコーティング温
度が多少低くて各々５０μｍ及び６０μｍの薄い厚みし
か持たないにもかかわらず、比較材よりは優れた７５０
及び８５０時間の耐酸化特性を示していることが確認さ
れた。
発明材（１，２，３，４，８，９，１０，１１）の場合
にも本発明材（７）と等しいコーティング厚（１００〜
１２０μｍ）を有し、かつ１０００時間程の耐酸化特性
を有し、本発明材（５，６）の場合にはコーティング温
度が多少低くて各々５０μｍ及び６０μｍの薄い厚みし
か持たないにもかかわらず、比較材よりは優れた７５０
及び８５０時間の耐酸化特性を示していることが確認さ
れた。
【００３５】一方、比較材（Ｈ）の場合には、中間層が
形成されているにもかかわらず、耐酸化性が悪く示され
ているが、これはコーティングの温度が低過ぎてコーテ
ィング層厚があまりにも薄すぎるものであったためであ
る。
形成されているにもかかわらず、耐酸化性が悪く示され
ているが、これはコーティングの温度が低過ぎてコーテ
ィング層厚があまりにも薄すぎるものであったためであ
る。
【００３６】実施例２ 上記の実施例１の表１に示された試片の中で、本発明材
（５）において用いられたものと同一の組成の拡散パッ
ク粉末を使って図７に示されたコーティング時間（拡散
熱処理時間）の間、拡散被覆した後、コーティング時間
によるコーティング層の厚みを調査して、その結果を図
７に示した。図７で比較材の場合には、熱処理温度が本
発明の範囲を外れる１０５０℃であり、本発明材の場合
には本発明の範囲内の１０００℃であった。
（５）において用いられたものと同一の組成の拡散パッ
ク粉末を使って図７に示されたコーティング時間（拡散
熱処理時間）の間、拡散被覆した後、コーティング時間
によるコーティング層の厚みを調査して、その結果を図
７に示した。図７で比較材の場合には、熱処理温度が本
発明の範囲を外れる１０５０℃であり、本発明材の場合
には本発明の範囲内の１０００℃であった。
【００３７】図７に示したように、比較材の場合、コー
ティング時間が増加することによってコーティング厚が
増加し続け、本発明材の場合には、１０時間が過ぎるこ
とによって厚みの増加が殆どないことが分かり、コーテ
ィング時間が長くともコーティング層厚が余り厚くなり
過ぎてコーティング層の脆性が問題となることはなかっ
た。
ティング時間が増加することによってコーティング厚が
増加し続け、本発明材の場合には、１０時間が過ぎるこ
とによって厚みの増加が殆どないことが分かり、コーテ
ィング時間が長くともコーティング層厚が余り厚くなり
過ぎてコーティング層の脆性が問題となることはなかっ
た。
【００３８】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、アルミニウ
ムの活動度を厳しく調節したり、フェライト安定化元素
を添加するためにＣｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏのような高価
な合金元素を使用せず、また熱処理温度が従来のものよ
り低いのでコーティングの費用が節約されるだけでな
く、アルミナイド層の下にアルミナイド析出物を含む相
互拡散層の形成なしにＣｒを主成分とする中間層のみを
形成することによって、従来方法によるコーティング層
より遥かに優れた耐高温酸化性のコーティング層を有す
るアルミニウム拡散コーティングされた耐熱ステンレス
鋼およびその方法を提供する効果のある発明である。
ムの活動度を厳しく調節したり、フェライト安定化元素
を添加するためにＣｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏのような高価
な合金元素を使用せず、また熱処理温度が従来のものよ
り低いのでコーティングの費用が節約されるだけでな
く、アルミナイド層の下にアルミナイド析出物を含む相
互拡散層の形成なしにＣｒを主成分とする中間層のみを
形成することによって、従来方法によるコーティング層
より遥かに優れた耐高温酸化性のコーティング層を有す
るアルミニウム拡散コーティングされた耐熱ステンレス
鋼およびその方法を提供する効果のある発明である。
【図１】は、従来方法によって形成された耐熱ステンレ
ス鋼のアルミニウム拡散コーティング層を示した断面概
略図であり、
ス鋼のアルミニウム拡散コーティング層を示した断面概
略図であり、
【図２】は、別の従来方法によって形成された耐熱ステ
ンレス鋼のアルミニウム拡散コーティング層を示した断
面概略図であり、
ンレス鋼のアルミニウム拡散コーティング層を示した断
面概略図であり、
【図３】は、本発明によって形成された耐熱ステンレス
鋼のアルミニウム拡散コーティング層の断面組織を示し
た電子顕微鏡写真（金属組織写真）であり、
鋼のアルミニウム拡散コーティング層の断面組織を示し
た電子顕微鏡写真（金属組織写真）であり、
【図４】は、本発明によって形成された耐熱ステンレス
鋼のアルミニウム拡散コーティング層での各成分元素の
分布を示した電子顕微鏡写真（金属組織写真）であり、
鋼のアルミニウム拡散コーティング層での各成分元素の
分布を示した電子顕微鏡写真（金属組織写真）であり、
【図５】は、耐熱ステンレス鋼を拡散被覆処理した後の
コーティングの耐酸化性を評価するため酸化性繰り返し
周期の腐蝕実験を行った結果を示したグラフであり、
コーティングの耐酸化性を評価するため酸化性繰り返し
周期の腐蝕実験を行った結果を示したグラフであり、
【図６】は、図５と同じ実験における別の試片に関する
結果を示したグラフであり、
結果を示したグラフであり、
【図７】は、本発明及び従来方法によって形成された耐
熱ステンレス鋼のコーティング時間による拡散コーティ
ング層厚の変化の比較結果を示したグラフである。
熱ステンレス鋼のコーティング時間による拡散コーティ
ング層厚の変化の比較結果を示したグラフである。
１…基地金属、 ２…アルミナイド
層、３…相互拡散層、 ４…Ｃｒを主
成分とする中間層。
層、３…相互拡散層、 ４…Ｃｒを主
成分とする中間層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒョン グン サン 大韓民国 キョンサンブクード、ポハン シティ、ジコクジン インファアパート 27ドン207ホ (72)発明者 ファン、スン、ヨン 大韓民国 ソウルシティ、ガンドング、 ミョンイルドン、サンイクグリンアパー ト508ドン1606ホ (72)発明者 ジン ファ ソン 大韓民国 キョンサンブクード、ポハン シティ、サンドドン630ビョンジ、ヒョ ンリンアパート205ホ (72)発明者 キュ、ヨン、キム 大韓民国 キョンサンブクード、ポハン シティ、ジコクドンギョスアパート１ド ン303ホ (56)参考文献 特公 昭53−35774（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱ステンレス鋼のアルミ
ニウム拡散コーティング方法であって、前記耐熱ステン
レス鋼が２０重量％以上のＮｉおよび２５重量％以上の
Ｃｒを含有するものであり、２〜５０重量％のアルミニ
ウム粉末、１〜５重量％のハロゲン化合物よりなる活性
剤および残部が焼結防止剤よりなる拡散被覆パック粉末
に、前記耐熱ステンレス鋼を埋設して８５０〜１０２５
℃で５〜２０時間のコーティング処理を行ない、アルミ
ナイド層の下にアルミナイド析出物を含む相互拡散層の
形成なしに、σＦｅＣｒ金属間化合物からなる中間層を
形成することを特徴とする耐熱ステンレス鋼のアルミニ
ウム拡散コーティング方法。 - 【請求項２】 Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱ステンレス鋼のアルミ
ニウム拡散コーティング方法において、前記耐熱ステン
レス鋼が２０重量％以上のＮｉおよび２５重量％以上の
Ｃｒを含有するものであり、５〜５０重量％のアルミニ
ウム合金粉末、１〜５重量％のハロゲン化合物よりなる
活性剤および残部が焼結防止剤よりなる拡散被覆パック
粉末に、前記耐熱ステンレス鋼を埋設して８５０〜１０
２５℃で５〜２０時間のコーティング処理を行ない、ア
ルミナイド層の下にアルミナイド析出物を含む相互拡散
層の形成なしに、σＦｅＣｒ金属間化合物からなる中間
層を形成することを特徴とする耐熱ステンレス鋼のアル
ミニウム拡散コーティング方法。 - 【請求項３】 アルミニウム合金粉末がＦｅ−Ａｌ合金
粉末であることを特徴とする請求項２に記載の耐熱ステ
ンレス鋼のアルミニウム拡散コーティング方法。 - 【請求項４】 活性剤が、ＮＨ4 Ｃｌ、ＮａＦ、ＮＨ4
ＦおよびＮａＣｌよりなる群から選択された１種または
２種以上であることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれかに記載の耐熱ステンレス鋼のアルミニウム拡散コ
ーティング方法。 - 【請求項５】 焼結防止剤が、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）
またはアルミニウム窒化物であることを特徴とする請求
項１ないし４のいずれかに記載の耐熱ステンレス鋼のア
ルミニウム拡散コーティング方法。 - 【請求項６】 基地金属（１）の上に、σＦｅＣｒ金属
間化合物からなる中間層（４）が形成され、該中間層
（４）の上にアルミナイド層（２）が形成されているこ
とを特徴とするアルミニウム拡散コーティングされた耐
熱ステンレス鋼。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR91P25135 | 1991-12-30 | ||
| KR1019910025135A KR940001346B1 (ko) | 1991-12-30 | 1991-12-30 | 알루미늄 확산 코팅된 내열스테인레스강 및 그 코팅방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06116707A JPH06116707A (ja) | 1994-04-26 |
| JP2592571B2 true JP2592571B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=19326651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4359417A Expired - Fee Related JP2592571B2 (ja) | 1991-12-30 | 1992-12-25 | アルミニウム拡散コーティングされた耐熱ステンレス鋼およびそのコーティング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5334416A (ja) |
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| KR (1) | KR940001346B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2962973B2 (ja) * | 1993-08-09 | 1999-10-12 | 滲透工業株式会社 | 溶融亜鉛めっき装置材料 |
| US5976708A (en) * | 1995-11-06 | 1999-11-02 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Heat resistant stainless steel wire |
| US6503347B1 (en) | 1996-04-30 | 2003-01-07 | Surface Engineered Products Corporation | Surface alloyed high temperature alloys |
| CA2175439C (en) | 1996-04-30 | 2001-09-04 | Sabino Steven Anthony Petrone | Surface alloyed high temperature alloys |
| KR100305728B1 (ko) * | 1999-08-30 | 2001-09-24 | 이종훈 | 금속표면에 알루미늄과 크롬 동시 코팅용 분말조성 및 코팅방법 |
| DE19960353A1 (de) * | 1999-12-14 | 2001-06-21 | Dechema Deutsche Gesellschaft Fuer Chemisches Apparatewesen, Chemische Technik Und Biotechnologie Ev | Verfahren zur Herstellung einer Diffusionsbarriere zur Lebensdauererhöhung von Hochtemperatur-Schutzschichten |
| JP4598499B2 (ja) * | 2004-11-30 | 2010-12-15 | トーカロ株式会社 | 複合層被覆部材の製造方法 |
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| EP1995345A1 (de) * | 2007-05-25 | 2008-11-26 | InnCoa GmbH | Verfahren zur Herstellung eines hochtemperaturbeständigen Werkstoffs |
| RU2011123960A (ru) * | 2008-12-12 | 2013-01-20 | Везувиус Крюсебл Кампани | Жаропрочный анкер цементного завода |
| KR101651543B1 (ko) * | 2009-10-22 | 2016-08-29 | 한국과학기술연구원 | Ｆｅ-Ｓｉ 합금 분말의 제조 방법 |
| GB202112262D0 (en) * | 2021-08-27 | 2021-10-13 | Johnson Matthey Plc | Process |
| GB202206185D0 (en) * | 2022-04-28 | 2022-06-15 | Johnson Matthey Plc | Processes and apparatus for recycing battery waste materials |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US3594219A (en) * | 1969-02-24 | 1971-07-20 | United Aircraft Corp | Process of forming aluminide coatings on nickel and cobalt base superalloys |
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| BE759275A (fr) * | 1969-12-05 | 1971-04-30 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | Procede d'application de couches protectrices diffusees sur despieces en alliage a base de cobalt |
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| US4528215A (en) * | 1973-01-31 | 1985-07-09 | Alloy Surfaces Company, Inc. | Diffusion aluminizing of cobalt-base superalloys |
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| US3979273A (en) * | 1975-05-27 | 1976-09-07 | United Technologies Corporation | Method of forming aluminide coatings on nickel-, cobalt-, and iron-base alloys |
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-
1991
- 1991-12-30 KR KR1019910025135A patent/KR940001346B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1992
- 1992-12-23 US US07/996,320 patent/US5334416A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-25 JP JP4359417A patent/JP2592571B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH06116707A (ja) | 1994-04-26 |
| KR930013197A (ko) | 1993-07-21 |
| US5334416A (en) | 1994-08-02 |
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