JP2911675B2 - High temperature corrosion resistant amorphous alloy - Google Patents

High temperature corrosion resistant amorphous alloy

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JP2911675B2 JP8553092A JP8553092A JP2911675B2 JP 2911675 B2 JP2911675 B2 JP 2911675B2 JP 8553092 A JP8553092 A JP 8553092A JP 8553092 A JP8553092 A JP 8553092A JP 2911675 B2 JP2911675 B2 JP 2911675B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高温の硫化雰囲気および
酸化雰囲気に共に耐える耐高温腐食性に優れ、化学プラ
ントをはじめ産業および民生上の種々の分野に利用可能
な新しいアモルファス合金に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a new amorphous alloy which has excellent high-temperature corrosion resistance to withstand both high-temperature sulfurizing atmosphere and oxidizing atmosphere, and can be used in various industrial and consumer fields including chemical plants. .

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明者らは、これまで高温の濃厚な酸
中など結晶質合金では耐え得ない激しい腐食性環境にお
いて、高耐食性を示す各種アモルファス合金を見出して
きた。これらのアモルファス合金は金属−半金属合金お
よび金属−金属合金に大別される。金属−半金属合金
は、Fe,Co,Niなどの鉄族元素とアモルファス化
に必要な10〜25原子%程度のP,C,B,Siなど
の半金属元素からなり、水溶液中における高耐食性はC
rを添加することによって実現されている。これに対
し、金属−金属系合金はFe,Co,Ni,Cu,Al
などの元素とTa,Nb,Zr,TiなどIVa族および
Va族のバルブメタルとからなるものである。この場
合、水溶液中における耐食性はアモルファス合金を構成
するバルブメタルによるものであって、なかでもVa族
のTaあるいはNbを含む合金の耐食性がきわめて高
い。
2. Description of the Related Art The present inventors have found various amorphous alloys exhibiting high corrosion resistance in a severely corrosive environment that cannot be tolerated by a crystalline alloy such as in a high-temperature concentrated acid. These amorphous alloys are roughly classified into metal-metalloid alloys and metal-metal alloys. A metal-metalloid alloy is composed of an iron group element such as Fe, Co, and Ni and a metalloid element such as P, C, B, and Si of about 10 to 25 atomic% necessary for amorphization, and has high corrosion resistance in an aqueous solution. Is C
This is realized by adding r. In contrast, metal-metal alloys are Fe, Co, Ni, Cu, Al
And the like, and IVa and Va group valve metals such as Ta, Nb, Zr, and Ti. In this case, the corrosion resistance in the aqueous solution is due to the valve metal constituting the amorphous alloy. Among them, the alloy containing Ta or Nb of the Va group has extremely high corrosion resistance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】高温の酸化性気体環境
において、最も安定な酸化物スケールを形成する合金元
素はアルミニウムであり、ついでクロムであるため、こ
れらを含む合金が耐高温酸化性合金として用いられてき
た。しかし、これらの元素の高温硫化に対する耐食性は
高くない。一方、高温の硫化性環境において優れた保護
性を備えた硫化物スケールを形成する合金元素は、モリ
ブデン、タングステン、ニオブ、タンタルなどである。
しかし、耐硫化性の高い元素は酸化性環境ではモリブデ
ン、タングステンのように酸化物が昇華したり、ニオ
ブ、タンタルのように金属よりはるかに大きな体積の酸
化物が生じて割れて保護能力がないため、硫化性と酸化
性が共存する高温気体の環境で用い得る金属材料は見出
されていない。
The alloy element that forms the most stable oxide scale in a high-temperature oxidizing gas environment is aluminum and then chromium. Has been used. However, the corrosion resistance of these elements to high-temperature sulfurization is not high. On the other hand, alloying elements that form sulfide scales having excellent protection in a high-temperature sulfide environment include molybdenum, tungsten, niobium, and tantalum.
However, elements with high resistance to sulfidation have no protective ability in an oxidizing environment due to the sublimation of oxides such as molybdenum and tungsten, and the formation of oxides much larger than metals such as niobium and tantalum. Therefore, a metal material that can be used in a high-temperature gas environment where sulfide and oxidity coexist has not been found.

【0004】しかし、実際の高温腐食環境では、硫黄と
酸素の分圧は大きく変動する。したがって、高温の硫化
性および酸化性環境にともに耐える金属材料の出現が切
望されている。
However, in an actual high-temperature corrosive environment, the partial pressures of sulfur and oxygen fluctuate greatly. Therefore, the emergence of a metal material that can withstand both high-temperature sulfide and oxidizing environments has been desired.

【0005】本発明は単相固溶体を形成するアモルファ
ス合金の特性とスパッター法によるアモルファス化が合
金化に溶融を必要としないことを活用して、低沸点の耐
酸化性金属と高融点の耐硫化性金属からなる耐高温腐食
性アモルファス合金を提供するものである。
The present invention utilizes the characteristics of an amorphous alloy forming a single-phase solid solution and the fact that amorphization by sputtering does not require melting for alloying, and uses a low boiling point oxidation-resistant metal and a high melting point sulfuration-resistant metal. The present invention provides a high-temperature corrosion-resistant amorphous alloy made of a conductive metal.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】通常、合金は固体状態で
は結晶化しているが合金組成を限定して溶融状態から超
急冷凝固させたり、所定のターゲットを用いてスパッタ
ーデポジットさせるなど、固体形成の過程で原子配列に
長周期的規則性を形成させない方法を適用すると、結晶
構造を持たず、液体に類似したアモルファス構造が得ら
れ、このような合金をアモルファス合金という。アモル
ファス合金は、過飽和固溶体の均一な単相合金であっ
て、従来の実用金属に比べて著しく高い強度を保有し、
かつ組成に応じて異常に高い耐食性をはじめ種々の特性
を示す。
Usually, an alloy is crystallized in a solid state. However, the alloy composition is limited so that the alloy composition is limited to be rapidly quenched and solidified from a molten state, or sputter deposited using a predetermined target. If a method that does not form long-period regularity in the atomic arrangement in the process is applied, an amorphous structure similar to a liquid without a crystal structure can be obtained. Such an alloy is called an amorphous alloy. Amorphous alloys are uniform single-phase alloys of supersaturated solid solutions, possess significantly higher strength than conventional practical metals,
And, depending on the composition, it shows various characteristics including abnormally high corrosion resistance.

【0007】本発明者らは新しいアモルファス合金を創
製し、その性質に関する研究を広く行った結果、合金生
成過程で溶融を必要としないスパッター法を用いること
によって、低融点金属と高融点金属とのアモルファス合
金を作製し得ることを見いだし、Ti,Zr,Nb,T
a,Mo,WなどのIVa族、Va族およびVI族元素とC
u,AlなどのIb族およびIIIb族元素とからなるア
モルファス合金を作製することに成功した。これらの1
部は特願昭62−103296号、特願昭63−515
67号、特願昭63−51568号および特願昭63−
260020号として出願した。これらの研究をさらに
継続し、周期率表における近接族間の元素からなる高耐
食金属−金属系アモルファス合金の作製を試みた結果、
IVa族元素のTi,ZrとVIa族元素のCrとからなる
アモルファス合金およびVa族元素のTa,NbとVIa
族元素のCrとからなるアモルファス合金の作製に成功
し、さきに特願平3−138575号および特願平3−
267542号として、それぞれ出願した。本発明者ら
は、さきにこれらの研究を継続し、合金生成条件などを
検討した結果、低融点軽元素であるAlとCrからなる
高耐食アモルファスアルミニウム合金およびこれにさら
に耐食性を向上させる種々の元素を含むアモルファスア
ルミニウム合金の作製に成功し、特願平4−29362
および特願平4−29365として出願した。
The present inventors have created a new amorphous alloy and conducted extensive research on its properties. As a result, by using a sputtering method that does not require melting during the alloy formation process, the low melting point metal and the high melting point metal can be combined. It has been found that an amorphous alloy can be produced, and Ti, Zr, Nb, T
a, Mo, W, etc., Group IVa, Va and VI elements and C
We succeeded in producing an amorphous alloy composed of elements of group Ib and group IIIb such as u and Al. These one
Department is Japanese Patent Application No. 62-103296, Japanese Patent Application No. 63-515
No. 67, Japanese Patent Application No. 63-51568 and Japanese Patent Application No.
No. 260020. These studies were further continued, and as a result of trying to produce a high corrosion resistant metal-metallic amorphous alloy composed of elements between adjacent groups in the periodic table,
Amorphous alloys composed of Ti and Zr of Group IVa element and Cr of Group VIa element and Ta, Nb and VIa of Group Va element
Succeeded in the production of an amorphous alloy composed of elemental group Cr and previously disclosed in Japanese Patent Application Nos.
267542. The present inventors have continued these studies earlier, and as a result of examining the alloy formation conditions and the like, as a result, a highly corrosion-resistant amorphous aluminum alloy composed of Al and Cr, which are low melting point light elements, and various kinds of alloys for further improving the corrosion resistance. Successful preparation of amorphous aluminum alloy containing element, Japanese Patent Application No. 4-29362
And Japanese Patent Application No. 4-29365.

【0008】本発明者らは、さらにこのようにして作製
した合金の特性を研究した結果、これまで実現しなかっ
た高温における酸化と硫化の両方に耐える耐高温腐食性
アモルファス合金を見いだし、本発明を達成した。
The present inventors have further studied the properties of the alloy thus produced, and as a result, have found a high-temperature corrosion-resistant amorphous alloy that can withstand both oxidation and sulfidation at high temperatures, which has not been realized until now. Achieved.

【0009】本発明は特許請求の範囲第1項ないし第9
項に示す9の発明からなるものであるが、次の表1に本
発明の構成元素および含有率を示す。
[0009] The present invention is defined in claims 1 to 9.
Table 9 shows the constituent elements and contents of the present invention.

【0010】[0010]

【表1】 [Table 1]

【0011】 (*1) Mo,Wの少なくとも1種 (*2) Ta,Nbの少なくとも1種 (*3) Zr,Tiの少なくとも1種 (*4) Fe,Co,Ni,Cuの少なくとも1種 (*5) 実質的残部 (*7) Ta,Nbの少なくとも1種とZr,Tiの
少なくとも1種との合計 (*8) Mo,Wの少なくとも1種とFe,Co,N
i,Cuの少なくとも1種との合計 スパッター法はアモルファス合金を作る一つの方法であ
って、作製しようとするアモルファス合金と平均組成が
等しいが単相ではない複数の結晶相からなるターゲット
を焼結や溶融によって作製して用いたり、作製しようと
するアモルファス合金の主成分からなる金属板に合金化
しようとする元素を載せたり埋め込んだりしたものを用
いたりしてアモルファス合金は作られる。
(* 1) At least one kind of Mo and W (* 2) At least one kind of Ta and Nb (* 3) At least one kind of Zr and Ti (* 4) At least one kind of Fe, Co, Ni and Cu Species (* 5) Substantial balance (* 7) Total of at least one of Ta and Nb and at least one of Zr and Ti (* 8) At least one of Mo and W and Fe, Co, N
Total sputtering with at least one of i and Cu Sputtering is one method of producing an amorphous alloy, and sintering a target composed of a plurality of crystalline phases having the same average composition as the amorphous alloy to be produced but not a single phase. Amorphous alloys are produced by using a material prepared by melting or melting, or by mounting or embedding an element to be alloyed on a metal plate composed mainly of an amorphous alloy to be produced.

【0012】本発明は、この方法を活用ならびに改良し
たものであって以下のとおりである。
The present invention utilizes and improves this method and is as follows.

【0013】Al−Mo合金ターゲットを溶融法などで
作製することはさほど容易ではないが、Al板にMo塊
を載せたり埋め込んだりしたターゲットを用いるスパッ
ター法によって、高耐高温腐食性を備えたアモルファス
Al−Mo合金を得ることができる。この場合、生成す
るアモルファス合金に場所による不均一性の発生を避け
るために、例えば図1に示すようにスパッター装置チャ
ンバー6内で複数のサブストレイト2をチャンバーの中
心軸1の回りに回転させる公転と共にサブストレイト自
体も自転させることが望ましい。更に生成するアモルフ
ァス合金の組成を広い範囲で変化させるために、例えば
図2に示すように一つのターゲット4はMo板とし、も
う一つのターゲット5はAl板として、これら2つのタ
ーゲットを互いに傾斜させて2つのターゲットの垂線の
交わる付近にサブストレイト2を置くように設置し、こ
れら2つのターゲットを2つの電源で出力を互いに抑制
しながら同時に作動させる。この方法によって生成する
アモルファス合金中の合金元素の濃度を自由に変えた
り、更にこのバリエーションとしてAl板にTa,N
b,Ti,Zr,Fe,Co,Ni,Cu,Moおよび
Wを埋め込んだターゲットを用いるなどいろいろなター
ゲットと方法を組合せることによって、種々の高耐高温
腐食アモルファス合金が得られる。2つのターゲットを
用いる方法においては、均一なアモルファス合金を作成
するために特にサブストレイトの公転と自転が必要であ
る。
Although it is not so easy to produce an Al-Mo alloy target by a melting method or the like, an amorphous material having high high-temperature corrosion resistance is formed by a sputtering method using a target in which an Mo lump is placed on or embedded in an Al plate. An Al-Mo alloy can be obtained. In this case, in order to avoid the generation of non-uniformity due to the location of the generated amorphous alloy, for example, as shown in FIG. 1, a plurality of substrates 2 are rotated around the central axis 1 of the chamber in a sputtering apparatus chamber 6. It is desirable that the substrate itself also rotates. Further, in order to change the composition of the amorphous alloy to be formed in a wide range, for example, as shown in FIG. 2, one target 4 is a Mo plate and another target 5 is an Al plate, and these two targets are inclined with respect to each other. Then, the substrate 2 is placed near the intersection of the perpendiculars of the two targets, and these two targets are simultaneously operated while their outputs are suppressed by two power sources. The concentration of alloying elements in the amorphous alloy produced by this method can be freely changed, and as a variation, Ta, N
By combining various targets and methods such as using a target in which b, Ti, Zr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo and W are embedded, various high temperature corrosion resistant amorphous alloys can be obtained. In the method using two targets, the revolution and rotation of the substrate are particularly necessary in order to produce a uniform amorphous alloy.

【0014】スパッター法で作製した本発明の組成の合
金は、前記各元素が均一に固溶した単相のアモルファス
合金である。均一固溶体である本発明のアモルファス合
金には、きわめて均一で高耐食性を保証する保護皮膜が
形成される。環境の硫化性と酸化性が変化するような環
境で金属材料を使用するためには、安定な硫化物あるい
は酸化物皮膜を形成する能力を金属材料に付与する必要
がある。これは有効元素を必要量含む合金を作ることに
よって実現される。しかし結晶質金属の場合、多種多量
の合金元素を添加すると、しばしば化学的性質の異なる
多相構造となり、高耐高温腐食性を保証する保護皮膜が
均一には生成せず、所定の耐食性が実現し得ないことが
ある。また、化学的不均一性の発生はむしろ耐食性に有
害である。
The alloy having the composition of the present invention produced by the sputtering method is a single-phase amorphous alloy in which the above-mentioned elements are uniformly dissolved. The amorphous alloy of the present invention, which is a uniform solid solution, has a very uniform protective film that guarantees high corrosion resistance. In order to use a metal material in an environment in which the sulfide and oxidizability of the environment change, it is necessary to give the metal material the ability to form a stable sulfide or oxide film. This is achieved by making an alloy containing the required amount of active elements. However, in the case of crystalline metals, the addition of a large amount of various alloying elements often results in a multiphase structure with different chemical properties, and a protective film that guarantees high-temperature corrosion resistance is not evenly formed, achieving the required corrosion resistance. May not be possible. Also, the occurrence of chemical heterogeneity is rather detrimental to corrosion resistance.

【0015】これに対し、本発明のアモルファス合金は
均一固溶体であり、安定な保護皮膜を形成させ得る所要
量の有効元素を均一に含むものであるため、このような
アモルファス合金には、均一な保護皮膜が生じ、十分に
高い耐食性を発揮する。すなわち、激しい腐食性環境に
耐える金属材料が備えるべき条件は、それぞれの腐食環
境に応じた安定な保護皮膜が材料に均一に生じる高い保
護皮膜形成能力を持つことである。これは本発明の合金
組成で実現され、また合金がアモルファス構造を有する
ことは、複雑な組成の合金を単相固溶体として作成する
ことを可能にし、均一な保護皮膜形成を保証するもので
ある。
On the other hand, since the amorphous alloy of the present invention is a uniform solid solution and uniformly contains a required amount of effective element capable of forming a stable protective film, such an amorphous alloy has a uniform protective film. And exhibit sufficiently high corrosion resistance. In other words, a condition that a metal material that withstands a severe corrosive environment should have is that a stable protective film corresponding to each corrosive environment has a high ability to form a protective film that uniformly forms on the material. This is realized by the alloy composition of the present invention, and the fact that the alloy has an amorphous structure allows an alloy having a complicated composition to be prepared as a single-phase solid solution, and ensures uniform formation of a protective film.

【0016】次に本発明における各成分組成を限定する
理由を述べる。
Next, the reasons for limiting the composition of each component in the present invention will be described.

【0017】バルブメタルと呼ばれるTa,Nb,T
i,ZrはCrと共存するとアモルファス構造を形成す
る元素である。この場合、Ta,Nb,TiおよびZr
は多すぎても少なすぎてもアモルファス構造にならな
い。Crとバルブメタル以外の元素を含む本発明の第
項においてTaおよびNbの少なくとも1種を25原
子%以上50原子%未満含む必要がある。Crとバルブ
メタル以外の元素を含む本発明の第2項および第3項
おいては、TaおよびNbの少なくとも1種とTiおよ
びZrの少なくとも1種との合計を25原子%以上50
原子%未満とする必要がある。さらにバルブメタルとし
て、TiおよびZrの少なくとも1種のみを含む本発明
の第項および第項においては、アモルファス構造を
形成するために、TiおよびZrの少なくとも1種を2
5原子%以上50%原子未満含む必要がある。
Ta, Nb, T called valve metal
i and Zr are elements that form an amorphous structure when coexisting with Cr. In this case, Ta, Nb, Ti and Zr
Does not have an amorphous structure if it is too large or too small. The first aspect of the present invention containing elements other than Cr and valve metal
In the section, it is necessary to contain at least one of Ta and Nb in an amount of 25 atomic% or more and less than 50 atomic%. In the second and third aspects of the present invention containing Cr and an element other than the valve metal, the total of at least one of Ta and Nb and at least one of Ti and Zr is 25 atomic%. More than 50
It must be less than atomic%. Further, in the fourth and fifth aspects of the present invention containing at least one of Ti and Zr as a valve metal, at least one of Ti and Zr is used to form an amorphous structure.
It must be contained at least 5 atomic% and less than 50% atomic .

【0018】Crは酸化性雰囲気において安定な保護ス
ケールを形成する元素であるため、本発明において合金
の実質的残部として、30原子%以上含まれなければな
らない。
Since Cr is an element forming a stable protective scale in an oxidizing atmosphere, it must be contained in the present invention in an amount of at least 30 atomic% as a substantial balance of the alloy.

【0019】耐硫化性は、Ta,Nb,Mo,Wとの合
金化によって保証される。したがってTaおよびNbの
少なくとも1種とTiおよびZrの少なくとも1種との
合計を25原子%以上含むことによってアモルファス合
金が形成する本発明の第2項および第項において、高
い耐硫化性を保証するために、TaおよびNbの少なく
とも1種を9原子%以上含まなければならない。
The sulfuration resistance is ensured by alloying with Ta, Nb, Mo and W. Therefore, in the second and third aspects of the present invention in which the amorphous alloy is formed by including at least 25 atom% of the total of at least one of Ta and Nb and at least one of Ti and Zr, high sulfuration resistance is guaranteed. Therefore, at least one of Ta and Nb must be contained in an amount of 9 atomic% or more.

【0020】一方、MoおよびWは耐硫化性を付与する
元素であるが、Cr−バルブメタル系アモルファス合金
においてアモルファス構造の形成を保証するためには、
MoおよびWはCrを置換することができるがバルブメ
タルを置換することはできない。したがって、Moおよ
びWの少なくとも1種を含む本発明の第項および第
項においては、アモルファス構造の形成を保証するため
には、MoおよびWの少なくとも1種と30原子%以上
のCrとの合計を75原子%以下とする必要があり、第
項においては、MoおよびWの少なくとも1種と30
原子%以上のCrとの合計を75原子%未満とする必要
がある。さらに合金がMoおよびWの少なくとも1種と
TaおよびNbの少なくとも1種とを共に含む本発明の
項および第項においては、耐硫化性を保証するた
めに、MoおよびWの少なくとも1種とTaおよびNb
の少なくとも1種とを含む必要がある。また、Tiおよ
びZrの少なくとも1種のみをバルブメタルとして含む
本発明の第項および第項においては、アモルファス
構造の形成には、TiおよびZrの少なくとも1種を2
5原子%以上含む必要があり、耐硫化性の保証は、Mo
およびWの少なくとも1種を20原子%を越えて含むこ
とによって実現させ、耐酸化性はCrを30原子%以上
含むことによって実現させる必要がある。
On the other hand, Mo and W are elements that impart sulfidation resistance, but in order to guarantee the formation of an amorphous structure in a Cr-valve metal amorphous alloy,
Mo and W can replace Cr, but not valve metal. Therefore, the first and second aspects of the present invention containing at least one of Mo and W
In the section, in order to guarantee the formation of an amorphous structure, the total of at least one of Mo and W and Cr of 30 atomic% or more needs to be 75 atomic% or less.
In item 3 , at least one of Mo and W and 30
It is necessary to make the total with Cr of at least atomic% less than 75 atomic%. Further, in the second and third aspects of the present invention, in which the alloy contains both at least one of Mo and W and at least one of Ta and Nb, at least one of Mo and W is used in order to assure sulfidation resistance. Species and Ta and Nb
At least one of the following. Further, in the fourth and fifth aspects of the present invention in which at least one of Ti and Zr is included as a valve metal, at least one of Ti and Zr is used for forming an amorphous structure.
It must contain at least 5 atomic%.
And W must be realized by containing at least one of more than 20 atomic% , and the oxidation resistance must be realized by containing 30 atomic% or more of Cr.

【0021】一方、高融点金属の一部をFe,Co,N
i,Cuで置換することもできる。しかし、これらの元
素の多量添加は、耐硫化性を低下させるので、本発明の
第3項および第5項において、Fe,Co,Ni,Cu
から選ばれる1種以上の元素は、20原子%以下としな
ければならない。
On the other hand, a part of the high melting point metal is Fe, Co, N
It can be replaced by i or Cu. However, the addition of a large amount of these elements lowers the sulfidation resistance.
In the third and fifth sections , Fe, Co, Ni, Cu
At least one element selected from the following must be 20 atomic% or less.

【0022】本発明の合金はスパッター法で作られる。
通常、スパッター法には焼結あるいは合金化した多相か
らなるターゲットが用いられる。しかし、本発明の合金
のように低沸点のAlと高融点金属の合金を溶融を含む
通常の方法で作製することはきわめて困難である。これ
に対し、本発明者らはさきに、アモルファス合金を構成
する元素の板上に、合金化用の元素の小片を載せたター
ゲットを用いることによって、アモルファス合金が得ら
れることを見出している。
The alloy of the present invention is made by a sputtering method.
Usually, a target made of a sintered or alloyed multiphase is used in the sputtering method. However, it is extremely difficult to produce an alloy of low-boiling Al and a high-melting-point metal by an ordinary method including melting, such as the alloy of the present invention. On the other hand, the present inventors have previously found that an amorphous alloy can be obtained by using a target on which a small piece of an element for alloying is mounted on a plate of an element constituting the amorphous alloy.

【0023】[0023]

【実施例】次に本発明を実施例によって説明する。Next, the present invention will be described by way of examples.

【0024】参考例1 直径100mm、厚さ6mmのCr円板上の中心から半
径29mmの円周上に、直径20mm厚さ1.5mmの
Ta円板を4個載せたものをターゲットとし、図1に示
した装置を用い、Arを5ml/minの速度で流しな
がら1×10~3Torrの真空に保ち、自転ならびに公
転しているステンレス鋼および石英板のサブストレイト
にスパッターデポジションを行った。X線回折の結果、
生じた合金はアモルファスであることが確認され、また
X線マイクロアナライザーを用いた分析によって、その
組成はCr−43原子%Ta合金であることが明らかに
なった。この合金を950℃の大気中に曝した際の重量
変化は放物線則に従い、緻密な酸化物スケールが生じて
いることを示した。酸化速度常数は、2×10~112
m~4s~1ときわめて小さく、耐酸化性が著しく高いこと
が判明した。この合金を950℃10~2気圧の硫黄蒸気
に曝した際の重量変化は放物線則に従い、緻密な硫化物
スケールが生じていることを示した。硫化速度常数は7
×10~102cm~4s~1ときわめて小さく、耐硫化性が
著しく高いことが判明した。したがって、本アモルファ
ス合金は、きわめて高い耐高温腐食性を備えていること
が判明した。
REFERENCE EXAMPLE 1 A target having four Ta disks each having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.5 mm placed on a circumference having a radius of 29 mm from the center of a Cr disk having a diameter of 100 mm and a thickness of 6 mm was used as a target. Using the apparatus shown in FIG. 1, a vacuum of 1 × 10 to 3 Torr was maintained while flowing Ar at a rate of 5 ml / min, and sputter deposition was performed on the rotating and revolving stainless steel and quartz plate substrates. . As a result of X-ray diffraction,
The resulting alloy was confirmed to be amorphous, and analysis using an X-ray microanalyzer revealed that its composition was a Cr-43 atomic% Ta alloy. The change in weight when this alloy was exposed to the air at 950 ° C. indicated that a dense oxide scale was formed according to the parabolic law. The oxidation rate constant is 2 × 10 to 11 g 2 c
m ~ 4 s ~ 1, which was extremely small, indicating that the oxidation resistance was extremely high. The change in weight when this alloy was exposed to sulfur vapor at 950 ° C. and 10 to 2 atmospheres indicated that a dense sulfide scale was formed according to the parabolic law. Sulfidation rate constant is 7
× 10 to 10 g 2 cm to 4 s to 1, which was extremely small, indicating that the sulfuration resistance was extremely high. Therefore, it was found that the present amorphous alloy has extremely high hot corrosion resistance.

【0025】参考例2 直径100mm、厚さ6mmのNb円板とCr円板をタ
ーゲットとし、図2に示す装置に取付け、Nbを5ml
/minの速度で流しながら1×10~3Torrの真空
に保ち、自転ならびに公転しているステンレス鋼および
石英板のサブストレイトにスパッターデポジションを行
った。X線回折の結果、生じた合金はアモルファスであ
ることが確認された。X線マイクロアナライザーを用い
た分析の結果、この合金はCr−35原子%Nb合金で
あることが判明した。この合金を950℃の大気中に曝
した際の重量変化は放物線則に従い、緻密な酸化物スケ
ールが生じていることを示した。酸化速度常数は1×1
0~112cm~4s~1ときわめて小さく、耐酸化性が著し
く高いことが判明した。この合金を950℃10~2気圧
の硫黄蒸気に曝した際の重量変化は放物線則に従い、緻
密な硫化物スケールが生じていることを示した。硫化速
度常数は6×10~102cm~4s~1ときわめて小さく、
耐硫化性が著しく高いことが判明した。したがって、本
アモルファス合金は、きわめて高い耐高温腐食性を備え
ていることが判明した。
Reference Example 2 An Nb disk and a Cr disk each having a diameter of 100 mm and a thickness of 6 mm were set as targets and attached to the apparatus shown in FIG.
While maintaining the vacuum at 1 × 10 -3 Torr while flowing at a speed of / min, sputter deposition was performed on the rotating and revolving stainless steel and quartz substrate. As a result of X-ray diffraction, it was confirmed that the resulting alloy was amorphous. As a result of analysis using an X-ray microanalyzer, this alloy was found to be a Cr-35 atomic% Nb alloy. The change in weight when this alloy was exposed to the air at 950 ° C. indicated that a dense oxide scale was formed according to the parabolic law. Oxidation rate constant is 1 × 1
It was found to be extremely small, that is, 0 to 11 g 2 cm to 4 s -1 and extremely high oxidation resistance. The change in weight when this alloy was exposed to sulfur vapor at 950 ° C. and 10 to 2 atmospheres indicated that a dense sulfide scale was generated according to the parabolic law. The sulfidation rate constant is extremely small, 6 × 10 to 10 g 2 cm to 4 s to 1 ,
It was found that the sulfuration resistance was remarkably high. Therefore, it was found that the present amorphous alloy has extremely high hot corrosion resistance.

【0026】実施例 参考 例1と同様に図1の装置を用い、種々の組合せのタ
ーゲットを取り付けステンレス鋼および石英板のサブス
トレイトにスパッターデポジションを行った。X線回折
の結果、生じた合金はアモルファスであることが確認さ
れ、またX線マイクロアナライザーを用いた分析によっ
て求められた組成は、表2の通りである。これらの合金
はいずれもきわめて高い耐高温腐食性を備えている。
[0026] Using the apparatus of Figure 1 in the same manner as in Example 1 Reference Example 1 was subjected to sputter deposition in the Substrate of various combinations of targeting attachment of stainless steel and the quartz plate. As a result of X-ray diffraction, it was confirmed that the resulting alloy was amorphous, and the composition determined by analysis using an X-ray microanalyzer is as shown in Table 2. All of these alloys have extremely high hot corrosion resistance.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】[0028]

【0029】[0029]

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明のアモルフ
ァス合金は、スパッター法で容易に作製されるCrおよ
び高融点金属を必須元素として含むアモルファス合金で
あって、Crは酸化性環境で保護性の優れた酸化物スケ
ールを形成し、高融点金属は硫化性環境で保護性の優れ
た硫化物スケールを形成し、耐高温腐食性がきわめて高
い合金である。
As described in detail above, the amorphous alloy of the present invention is an amorphous alloy containing Cr and a high melting point metal as essential elements easily produced by a sputtering method, and Cr has a protective property in an oxidizing environment. The high melting point metal is an alloy that forms a sulfide scale with excellent protection in a sulfide environment and has extremely high hot corrosion resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明アモルファス合金を作製するスパッター
装置の一例を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a sputtering apparatus for producing an amorphous alloy of the present invention.

【図2】本発明アモルファス合金を作製するスパッター
装置の一例を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a sputtering apparatus for producing the amorphous alloy of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サブストレイトの公転軸 2 自転するサブストレイト 3,4,5 ターゲット 6 スパッターチャンバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate's revolving axis 2 Substrate which rotates 3,4,5 Target 6 Sputter chamber

フロントページの続き (72)発明者 ダニエレフスキー マレック ポーランド クラクフ ファファリー ウーリッツァ2−6 (56)参考文献 特開 昭62−33735(JP,A) 特開 昭55−138049(JP,A) 特開 平4−337053(JP,A) 特開 平5−105996(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 45/00,45/10 Continuation of the front page (72) Inventor Danielesky Marek Poland Krakow Fafary Ulitza 2-6 (56) References JP-A-62-233735 (JP, A) JP-A-55-138049 (JP, A) JP-A-4 -337053 (JP, A) JP-A-5-105996 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C22C 45/00, 45/10

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 TaおよびNbの群から選ばれる少なく
とも1種の元素25原子%以上50原子%未満含み、M
oおよびWの群から選ばれる少なくとも1種の元素を2
0原子%を越えて含み、これと実質的残部である30原
子%以上のCrとの合計を75原子%以下とする耐高温
腐食性アモルファス合金。
1. An element containing at least one element selected from the group consisting of Ta and Nb in an amount of 25 atomic% or more and less than 50 atomic%.
at least one element selected from the group consisting of
A high-temperature corrosion-resistant amorphous alloy containing more than 0 atomic% and having a total of 75 atomic% or less of Cr and 30 atomic% or more as a substantial balance.
【請求項2】 TaおよびNbの群から選ばれる少なく
とも1種の元素9原子%以上とTiおよびZrの群から
選ばれる少なくとも1種の元素との合計で25原子%以
50原子%未満含み、さらにMoおよびWの群から選
ばれる少なくとも1種の元素を20原子%を越えて含
み、これと実質的残部である30原子%以上のCrとの
合計を75原子%以下とする耐高温腐食性アモルファス
合金。
Wherein Ta and at least one element 9, the total of at least one element selected from the group of atomic% and Ti and Zr 25 atomic% or <br/> on selected from the group consisting of Nb 50 At least one element selected from the group consisting of Mo and W in an amount exceeding 20 atomic%.
Seen, which substantially high temperature corrosion resistance amorphous alloys the sum of the remainder a is 30 atomic% or more Cr and 75 atom% or less.
【請求項3】 TaおよびNbの群から選ばれる少なく
とも1種の元素9原子%以上とTiおよびZrの群から
選ばれる少なくとも1種の元素との合計で25原子%以
50原子%未満含み、Fe,Co,NiおよびCuの
群から選ばれる少なくとも1種の元素を20原子%以下
(ただし0は含まず)含み、さらにこれらFe、Co、
NiおよびCuと、MoおよびWの群から選ばれる少な
くとも1種の元素を20原子%を越えて含み、これと実
質的残部である30原子%以上のCrとの合計を75原
子%未満とする耐高温腐食性アモルファス合金。
3. A total of 25 atomic% or more <br/> on 50 and at least one element selected from at least one element 9 group of atomic% or more and Ti and Zr selected from the group of Ta and Nb At least one element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Cu in an amount of less than 20 atomic%
(However, 0 is not included) , and these Fe, Co,
The total of Ni and Cu and at least one element selected from the group consisting of Mo and W in excess of 20 atomic% and Cr substantially in the amount of 30 atomic% or more is less than 75 atomic%. High temperature corrosion resistant amorphous alloy.
【請求項4】 TiおよびZrの群から選ばれる少なく
とも1種の元素25〜50原子%未満とMoおよびWの
群から選ばれる少なくとも1種の元素を20原子%以上
含み、残部実質的に30原子%以上のCrからなる耐高
温腐食性アモルファス合金。
4. An element containing at least one element selected from the group consisting of Ti and Zr in an amount of 25 to less than 50 atomic% and at least one element selected from the group consisting of Mo and W in an amount of not less than 20 atomic%, and the balance substantially 30% A high-temperature corrosion-resistant amorphous alloy composed of at least atomic% of Cr.
【請求項5】 TiおよびZrの群から選ばれる少なく
とも1種の元素25原子%以上50原子%未満含み、F
e,Co,NiおよびCuの群から選ばれる少なくとも
1種の元素を20原子%以下(ただし0は含まず)
み、さらにこれらFe、Co、NiおよびCuと、Mo
およびWの群から選ばれる少なくとも1種の元素を20
原子%を越えて含み、残部実質的に30原子%以上のC
rからなる耐高温腐食性アモルファス合金。
5. An alloy containing at least one element selected from the group consisting of Ti and Zr in an amount of at least 25 atomic% and less than 50 atomic%;
e, Co, Ni and Cu containing at least one element selected from the group consisting of 20 atomic% or less (but not including 0) , and further containing Fe, Co, Ni and Cu, and Mo.
At least one element selected from the group consisting of
Containing at least 30 atomic% and containing at least 30 atomic%
High temperature corrosion resistant amorphous alloy consisting of r.
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