JP2822834B2 - Al−Cr合金蒸着めっき鋼板 - Google Patents
Al−Cr合金蒸着めっき鋼板Info
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- JP2822834B2 JP2822834B2 JP3694093A JP3694093A JP2822834B2 JP 2822834 B2 JP2822834 B2 JP 2822834B2 JP 3694093 A JP3694093 A JP 3694093A JP 3694093 A JP3694093 A JP 3694093A JP 2822834 B2 JP2822834 B2 JP 2822834B2
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- Japan
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- steel sheet
- plating
- phase
- alloy
- plating layer
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐食性、耐熱性、加工
性に優れたAl−Cr合金蒸着めっき鋼板に関するもの
である。
性に優れたAl−Cr合金蒸着めっき鋼板に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】Alめっき鋼板は、耐熱性、熱反射性、
審美性等の優れた特性を有する表面処理鋼板であるが、
ハロゲンイオンにより腐食しやすいという問題があっ
た。この問題を解決するものの一つとしてAl−Cr合
金蒸着めっき鋼板が検討されており、例えば特開昭64
−21060号や特開平1−127665号にはAlと
Crを個別に真空蒸発させてAl−Cr合金蒸着めっき
鋼板を得る技術が開発されている。
審美性等の優れた特性を有する表面処理鋼板であるが、
ハロゲンイオンにより腐食しやすいという問題があっ
た。この問題を解決するものの一つとしてAl−Cr合
金蒸着めっき鋼板が検討されており、例えば特開昭64
−21060号や特開平1−127665号にはAlと
Crを個別に真空蒸発させてAl−Cr合金蒸着めっき
鋼板を得る技術が開発されている。
【0003】また特開平1−188666号には、最下
層にCrめっき層、中間層にAl−Cr合金めっき層、
最上層にAlめっき層を施した積層型の蒸着めっき鋼板
が耐食性、成形加工性に優れることが開示されている。
層にCrめっき層、中間層にAl−Cr合金めっき層、
最上層にAlめっき層を施した積層型の蒸着めっき鋼板
が耐食性、成形加工性に優れることが開示されている。
【0004】しかしこれらの従来のAl−Cr蒸着めっ
き法は、単一蒸発槽に両原料の混合物を入れただけでは
AlとCrの蒸気圧に差があってAlのみが優先的に蒸
発してしまうため、個別の蒸発槽を設けて個々に熱量を
コントロールしなければならなかった。特開平1−18
8666号の積層型めっきの場合は、2つの蒸発槽の上
を鋼板が移動することが必須要件として加わり、製造の
制御が難しいものであった。
き法は、単一蒸発槽に両原料の混合物を入れただけでは
AlとCrの蒸気圧に差があってAlのみが優先的に蒸
発してしまうため、個別の蒸発槽を設けて個々に熱量を
コントロールしなければならなかった。特開平1−18
8666号の積層型めっきの場合は、2つの蒸発槽の上
を鋼板が移動することが必須要件として加わり、製造の
制御が難しいものであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、単一の蒸
発槽のみを用いて、耐食性に優れたAl−Cr合金蒸着
めっき鋼板を得ることを目的とする。
発槽のみを用いて、耐食性に優れたAl−Cr合金蒸着
めっき鋼板を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、Al−Cr合
金蒸着めっき鋼板が、鋼板上に、Cr含有率が1〜10
重量%で、かつα相単一構造を有するAl−Cr合金め
っき層が施されたものであるところに要旨を有する。
金蒸着めっき鋼板が、鋼板上に、Cr含有率が1〜10
重量%で、かつα相単一構造を有するAl−Cr合金め
っき層が施されたものであるところに要旨を有する。
【0007】
【作用】本発明者らは、Al−Cr2元合金を単一蒸発
槽に入れた後同時に蒸発させて得られるめっき層の組成
を種々検討した結果、生成するAl−Cr合金めっき層
がAl−Cr2元合金の熱平衡状態図とは一致しないこ
とを見出した。例えばHansenの2元状態図(CONSTITUTI
ON OF BINARY ALLOYS, McGROW-HILL,1958)によれば、A
l中へのCrの固溶限は300℃で0.015%とされ
ている。室温での固溶限は明記されていないが0.01
5%以下であるので、Crが1%から22%の範囲のA
l−Cr合金は熱平衡の状態ではα相(Crを固溶した
Al相)とθ相(Al13Cr2 の組成の金属間化合物)
の混合相が形成されるはずである。しかし、本発明者ら
が均一組成のAl−Cr合金蒸着めっきについて得た結
果では、Cr含有率が1〜10%の場合には必ずしもθ
相が生成するとは限らず、Alの結晶格子中にCrが過
飽和に固溶したα相単相構造となることがあること、ま
たα相単相構造めっきの耐食性がかなり優れていること
を見出し、本発明に至ったのである。
槽に入れた後同時に蒸発させて得られるめっき層の組成
を種々検討した結果、生成するAl−Cr合金めっき層
がAl−Cr2元合金の熱平衡状態図とは一致しないこ
とを見出した。例えばHansenの2元状態図(CONSTITUTI
ON OF BINARY ALLOYS, McGROW-HILL,1958)によれば、A
l中へのCrの固溶限は300℃で0.015%とされ
ている。室温での固溶限は明記されていないが0.01
5%以下であるので、Crが1%から22%の範囲のA
l−Cr合金は熱平衡の状態ではα相(Crを固溶した
Al相)とθ相(Al13Cr2 の組成の金属間化合物)
の混合相が形成されるはずである。しかし、本発明者ら
が均一組成のAl−Cr合金蒸着めっきについて得た結
果では、Cr含有率が1〜10%の場合には必ずしもθ
相が生成するとは限らず、Alの結晶格子中にCrが過
飽和に固溶したα相単相構造となることがあること、ま
たα相単相構造めっきの耐食性がかなり優れていること
を見出し、本発明に至ったのである。
【0008】本発明では、上記α相単一構造を有するA
l−Cr合金めっき層を形成させる必要がある。このα
相単相の場合、めっき層を構成する結晶同士には、他相
との混合状態の場合にありがちな結晶構造に由来する腐
食電位の不均一が発生しないと考えられる。このためθ
相との混合相に比べ、めっき層内にアノード−カソード
対のミクロセルが生じにくく、腐食速度が減少し、白錆
や赤錆の発生までの時間が長くなるのである。
l−Cr合金めっき層を形成させる必要がある。このα
相単相の場合、めっき層を構成する結晶同士には、他相
との混合状態の場合にありがちな結晶構造に由来する腐
食電位の不均一が発生しないと考えられる。このためθ
相との混合相に比べ、めっき層内にアノード−カソード
対のミクロセルが生じにくく、腐食速度が減少し、白錆
や赤錆の発生までの時間が長くなるのである。
【0009】この様なα相単相のAl−Cr合金めっき
層を形成させるには、後述のようにCrを1〜10重量
%含有させることの他に、蒸発時の被めっき材である鋼
板の温度を350℃以下とすることと、蒸着後の鋼板の
冷却速度を速くすることが好ましい条件である。Alと
Crの混合蒸気が鋼板上に付着した後に相互拡散して凝
固する時間が付着後のAlとCrの合金が熱平衡に達す
る時間に比べて速い時、すなわち鋼板温度が350℃以
下の時は、Alの結晶格子中にCrが過飽和した形で急
速凝固して、α相となるのである。蒸着時の鋼板温度が
350℃より高いと鋼板に付着したAl原子とCr原子
の相互拡散速度が速くなって熱平衡に近づく時間が短く
なるので、θ相が生成するCr含有率が低くなり、α相
の生成確率が下がってしまうため好ましくない。蒸着後
の鋼板を速く冷却することもα相単相を生成させるため
に好ましい。
層を形成させるには、後述のようにCrを1〜10重量
%含有させることの他に、蒸発時の被めっき材である鋼
板の温度を350℃以下とすることと、蒸着後の鋼板の
冷却速度を速くすることが好ましい条件である。Alと
Crの混合蒸気が鋼板上に付着した後に相互拡散して凝
固する時間が付着後のAlとCrの合金が熱平衡に達す
る時間に比べて速い時、すなわち鋼板温度が350℃以
下の時は、Alの結晶格子中にCrが過飽和した形で急
速凝固して、α相となるのである。蒸着時の鋼板温度が
350℃より高いと鋼板に付着したAl原子とCr原子
の相互拡散速度が速くなって熱平衡に近づく時間が短く
なるので、θ相が生成するCr含有率が低くなり、α相
の生成確率が下がってしまうため好ましくない。蒸着後
の鋼板を速く冷却することもα相単相を生成させるため
に好ましい。
【0010】Al中にCrが過飽和に固溶したα相単一
構造のめっき層が生成したかどうかは、X線回折により
確認することができる。蒸着により生成したAl−Cr
めっき層はAlの(111)面が鋼板表面に平行な方位
に優先配向している。Cu−Kα線回折を行なうと、
(111)面は面間隔2.34Å付近にピークを持つ。
Al中にCrが過飽和に固溶するとこの面間隔はCr含
有率に比例的に低下する。同様に、一部検出される(2
00)、(220)、(311)等のAl相の各ピーク
も純Alに比べ面間隔が低下する。従って、面間隔が低
下したAl相の諸ピークのみが検出されたときがα相単
一構造となっていると見ることができる。なお素地鋼板
に由来するピークを除外することは言うまでもない。
構造のめっき層が生成したかどうかは、X線回折により
確認することができる。蒸着により生成したAl−Cr
めっき層はAlの(111)面が鋼板表面に平行な方位
に優先配向している。Cu−Kα線回折を行なうと、
(111)面は面間隔2.34Å付近にピークを持つ。
Al中にCrが過飽和に固溶するとこの面間隔はCr含
有率に比例的に低下する。同様に、一部検出される(2
00)、(220)、(311)等のAl相の各ピーク
も純Alに比べ面間隔が低下する。従って、面間隔が低
下したAl相の諸ピークのみが検出されたときがα相単
一構造となっていると見ることができる。なお素地鋼板
に由来するピークを除外することは言うまでもない。
【0011】本発明ではめっき層のCr含有率は1〜1
0%とすることが必要である。Cr含有率が1%未満で
は、結晶構造がα相単相であっても耐食性に劣ったもの
となる。Al−Cr合金めっきの耐食性が純Alめっき
に比べ優れているのは、めっき表面に生成する水酸化ア
ルミニウムを主成分とする腐食生成物中にCrが含まれ
ることにより腐食生成物が強固になるためである。Cr
が1%未満ではこの作用が発現しない。一方、Cr含有
率が10%を超えると、蒸発時の鋼板温度や蒸着後の鋼
板温度および鋼板冷却速度等の相構造に影響を及ぼす因
子を変化させてもα相単相構造のめっきを得ることがで
きない。このため、めっき結晶中にはθ相等のAl−C
r金属間化合物やCr相も晶出してしまい、やはり耐食
性に劣ったものとなり好ましくない。
0%とすることが必要である。Cr含有率が1%未満で
は、結晶構造がα相単相であっても耐食性に劣ったもの
となる。Al−Cr合金めっきの耐食性が純Alめっき
に比べ優れているのは、めっき表面に生成する水酸化ア
ルミニウムを主成分とする腐食生成物中にCrが含まれ
ることにより腐食生成物が強固になるためである。Cr
が1%未満ではこの作用が発現しない。一方、Cr含有
率が10%を超えると、蒸発時の鋼板温度や蒸着後の鋼
板温度および鋼板冷却速度等の相構造に影響を及ぼす因
子を変化させてもα相単相構造のめっきを得ることがで
きない。このため、めっき結晶中にはθ相等のAl−C
r金属間化合物やCr相も晶出してしまい、やはり耐食
性に劣ったものとなり好ましくない。
【0012】本発明におけるAl−Cr合金めっき用蒸
発槽は、前述の従来例の様に別々にする必要はない。例
えばアルミナ製等の単一蒸発槽にAl−Cr合金を入れ
て電子線加熱等の方法で蒸着めっきを行なうだけで、均
一組成のAl−Cr蒸着めっき層を鋼板上に形成させる
ことができる。この均一組成とは、Cr含有率がめっき
層の深さ方向にマクロな変化を示していないことを意味
し、結晶毎のCr含有率の微小変化や結晶粒内と粒界と
のCr含有率の差といったミクロな変化はもちろん許容
範囲である。また、鋼板の板幅方向や長手方向でめっき
層内のCr含有率が変化していても、得られるめっき層
がCr含有率1〜10%でα相単一構造であれば耐食性
に優れためっき鋼板となるので特に影響は受けない。
発槽は、前述の従来例の様に別々にする必要はない。例
えばアルミナ製等の単一蒸発槽にAl−Cr合金を入れ
て電子線加熱等の方法で蒸着めっきを行なうだけで、均
一組成のAl−Cr蒸着めっき層を鋼板上に形成させる
ことができる。この均一組成とは、Cr含有率がめっき
層の深さ方向にマクロな変化を示していないことを意味
し、結晶毎のCr含有率の微小変化や結晶粒内と粒界と
のCr含有率の差といったミクロな変化はもちろん許容
範囲である。また、鋼板の板幅方向や長手方向でめっき
層内のCr含有率が変化していても、得られるめっき層
がCr含有率1〜10%でα相単一構造であれば耐食性
に優れためっき鋼板となるので特に影響は受けない。
【0013】ここで蒸着めっきとは、AlとCrの混合
蒸気が蒸発槽から蒸発し、被めっき物である鋼板に付
着、凝固してAl−Cr合金めっき層を形成するという
過程であるので、発生したAlおよびCrの一部または
大部分の蒸気をアーク放電等の手段を用いてイオン化し
た後に被めっき物に加速・衝突させてめっき皮膜の密着
性、均一性等の向上を図るものであるイオンプレーティ
ング等の技術も本発明の「蒸着めっき」に含まれる。
蒸気が蒸発槽から蒸発し、被めっき物である鋼板に付
着、凝固してAl−Cr合金めっき層を形成するという
過程であるので、発生したAlおよびCrの一部または
大部分の蒸気をアーク放電等の手段を用いてイオン化し
た後に被めっき物に加速・衝突させてめっき皮膜の密着
性、均一性等の向上を図るものであるイオンプレーティ
ング等の技術も本発明の「蒸着めっき」に含まれる。
【0014】本発明ではめっき付着量は特に限定される
ものではないが、めっき皮膜のピンホールを無くし耐食
性を確保するためには0.1g/m2 以上、好ましくは
1g/m2 以上とするのがよい。まためっき付着量を余
り多くすることは、めっき蒸着が長時間に及ぶことにな
るので、蒸発潜熱によって鋼板の温度が上昇し、Al−
Cr合金めっき層と素地鋼が反応して脆いAl−Fe合
金層が形成され、めっき密着性が劣る原因となる。さら
に温度上昇によってめっき時やめっき後にめっき層表面
が酸化されて変色することもあるため好ましくない。こ
れらの問題が起こらない最大めっき付着量は板厚に比例
し、例えば0.8mmの鋼板に両面めっきを行なう場合
では片面当たり約30g/m2 となる。もちろん蒸着室
間で鋼板を冷却する、もしくは複数回めっきすることに
より、これ以上のめっき付着量をめっきすることも可能
であるが実用的とは言い難い。
ものではないが、めっき皮膜のピンホールを無くし耐食
性を確保するためには0.1g/m2 以上、好ましくは
1g/m2 以上とするのがよい。まためっき付着量を余
り多くすることは、めっき蒸着が長時間に及ぶことにな
るので、蒸発潜熱によって鋼板の温度が上昇し、Al−
Cr合金めっき層と素地鋼が反応して脆いAl−Fe合
金層が形成され、めっき密着性が劣る原因となる。さら
に温度上昇によってめっき時やめっき後にめっき層表面
が酸化されて変色することもあるため好ましくない。こ
れらの問題が起こらない最大めっき付着量は板厚に比例
し、例えば0.8mmの鋼板に両面めっきを行なう場合
では片面当たり約30g/m2 となる。もちろん蒸着室
間で鋼板を冷却する、もしくは複数回めっきすることに
より、これ以上のめっき付着量をめっきすることも可能
であるが実用的とは言い難い。
【0015】めっき層中にSi,Mn,Mg,Cu,N
i,Fe等の第3元素が不可避的に混入すること、もし
くは耐食性、加工性、耐熱性をさらに向上させるため添
加することは、これら第3元素の混入あるいは添加によ
り結晶構造がα相単相から変化しない限り、本発明に含
まれる。
i,Fe等の第3元素が不可避的に混入すること、もし
くは耐食性、加工性、耐熱性をさらに向上させるため添
加することは、これら第3元素の混入あるいは添加によ
り結晶構造がα相単相から変化しない限り、本発明に含
まれる。
【0016】素地鋼板としては、例えばAlキルド、S
iキルド等の低炭素鋼;Ti、Nb添加IF鋼;各種高
張力鋼;SUS304、SUS430等のステンレス鋼
等が適用可能であり、特に鋼種は制限されない。また、
本めっき鋼板の表面さらにクロメート処理等の化成処
理、塗装を施すこともできる。
iキルド等の低炭素鋼;Ti、Nb添加IF鋼;各種高
張力鋼;SUS304、SUS430等のステンレス鋼
等が適用可能であり、特に鋼種は制限されない。また、
本めっき鋼板の表面さらにクロメート処理等の化成処
理、塗装を施すこともできる。
【0017】
【実施例】厚さ0.8mmのTiキルド鋼板、Alキル
ド鋼板、ステンレス鋼板を素地鋼板として、バッチ方式
蒸着装置、板幅150mmの連続蒸着めっき装置、およ
び板幅780mmの連続蒸着めっき装置を使用して種々
のAl−Cr蒸着合金めっき鋼板を作製した。蒸発槽は
アルミナ製のものを単独で使用し、蒸発槽中のAl−C
r合金の組成、電子銃の出力、鋼板予熱温度、ライン速
度(連続めっき装置の場合のみ)をコントロールするこ
とによって、表1に示す付着量、組成および結晶構造を
有するめっき鋼板を得た。
ド鋼板、ステンレス鋼板を素地鋼板として、バッチ方式
蒸着装置、板幅150mmの連続蒸着めっき装置、およ
び板幅780mmの連続蒸着めっき装置を使用して種々
のAl−Cr蒸着合金めっき鋼板を作製した。蒸発槽は
アルミナ製のものを単独で使用し、蒸発槽中のAl−C
r合金の組成、電子銃の出力、鋼板予熱温度、ライン速
度(連続めっき装置の場合のみ)をコントロールするこ
とによって、表1に示す付着量、組成および結晶構造を
有するめっき鋼板を得た。
【0018】なお、めっき付着量と組成の分析は、めっ
き層を塩酸溶液で溶解した後、原子吸光法により決定し
た。また、結晶構造の分析は、X線回折法を用い、Cu
ターゲット、Niフィルター、加速電圧40kV、電流
20mAで実施した。
き層を塩酸溶液で溶解した後、原子吸光法により決定し
た。また、結晶構造の分析は、X線回折法を用い、Cu
ターゲット、Niフィルター、加速電圧40kV、電流
20mAで実施した。
【0019】得られためっき鋼板について、耐食性の評
価を行ない表1にその結果を併記した。耐食性の評価
は、これらのめっき鋼板にカッターナイフで素地鋼に達
するクロスカットを入れた後、塩水噴霧試験(JIS
Z 2371)を実施して、白錆(または変色)の発生
した時間、および赤錆の発生した時間にて評価した。
価を行ない表1にその結果を併記した。耐食性の評価
は、これらのめっき鋼板にカッターナイフで素地鋼に達
するクロスカットを入れた後、塩水噴霧試験(JIS
Z 2371)を実施して、白錆(または変色)の発生
した時間、および赤錆の発生した時間にて評価した。
【0020】
【表1】
【0021】表1から明らかな様に、Cr含有率が1〜
10%でかつα相単相である実施例1〜10は、白錆発
生時間、赤錆発生時間とも長く、良好な耐食性を示し
た。比較例1ではCrが1%未満のため、比較例2では
Crが10%を超えてα+θ相となったため、また比較
例3,4では蒸着時の鋼板板温がそれぞれ370℃,4
05℃と好ましい板温範囲の350℃以下より高かった
のでθ相が生成してα+θ相となったため、いずれも耐
食性が実施例に比べ劣ったものとなった。また、これら
本発明の鋼板は従来の溶融Alめっき鋼板(比較例5、
Al−8%Si合金めっき)に比べはるかに優れた耐食
性を有することが分かった。
10%でかつα相単相である実施例1〜10は、白錆発
生時間、赤錆発生時間とも長く、良好な耐食性を示し
た。比較例1ではCrが1%未満のため、比較例2では
Crが10%を超えてα+θ相となったため、また比較
例3,4では蒸着時の鋼板板温がそれぞれ370℃,4
05℃と好ましい板温範囲の350℃以下より高かった
のでθ相が生成してα+θ相となったため、いずれも耐
食性が実施例に比べ劣ったものとなった。また、これら
本発明の鋼板は従来の溶融Alめっき鋼板(比較例5、
Al−8%Si合金めっき)に比べはるかに優れた耐食
性を有することが分かった。
【0022】
【発明の効果】本発明のAl−Cr合金蒸着めっき鋼板
は、従来のAl−Cr蒸着めっきに比べ製造が容易であ
るのみならず、現在実用化されている溶融Alめっき鋼
板に比べはるかに優れた耐食性を有しているので、自動
車のマフラー・排気管、ストーブ・トースター等の反射
板等に広く適用が可能である。
は、従来のAl−Cr蒸着めっきに比べ製造が容易であ
るのみならず、現在実用化されている溶融Alめっき鋼
板に比べはるかに優れた耐食性を有しているので、自動
車のマフラー・排気管、ストーブ・トースター等の反射
板等に広く適用が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入江 広司 兵庫県加古川市金沢町1番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (72)発明者 綾部 東太 兵庫県加古川市金沢町1番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (72)発明者 加藤 淳 兵庫県加古川市尾上町池田字池田開拓 2222番地1株式会社神戸製鋼所 加古川 研究地区内 (72)発明者 荒賀 邦康 兵庫県加古川市尾上町池田字池田開拓 2222番地1株式会社神戸製鋼所 加古川 研究地区内 (56)参考文献 特開 平1−127665(JP,A) 特開 昭64−21062(JP,A) 特開 平3−274260(JP,A) H.Yoshida et a l.,”The Pitting Co rrosion Behavior o f Rapidly Solidifi ed Aluminum Alloy s”,Corrosion Scien ce,Great Britain,P ergamon Journals L td.,1986,Vol.26,No.10, p.795−812 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C22C 21/00 JICSTファイル(JOIS)
Claims (1)
- 【請求項1】 鋼板上に、Cr含有率が1〜10重量%
で、かつα相単一構造を有するめっき層が施されたもの
であることを特徴とするAl−Cr合金蒸着めっき鋼
板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3694093A JP2822834B2 (ja) | 1993-02-25 | 1993-02-25 | Al−Cr合金蒸着めっき鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3694093A JP2822834B2 (ja) | 1993-02-25 | 1993-02-25 | Al−Cr合金蒸着めっき鋼板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06248430A JPH06248430A (ja) | 1994-09-06 |
JP2822834B2 true JP2822834B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=12483755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3694093A Expired - Lifetime JP2822834B2 (ja) | 1993-02-25 | 1993-02-25 | Al−Cr合金蒸着めっき鋼板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2822834B2 (ja) |
-
1993
- 1993-02-25 JP JP3694093A patent/JP2822834B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
H.Yoshida et al.,"The Pitting Corrosion Behavior of Rapidly Solidified Aluminum Alloys",Corrosion Science,Great Britain,Pergamon Journals Ltd.,1986,Vol.26,No.10,p.795−812 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06248430A (ja) | 1994-09-06 |
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