JP3094491B2 - Sheet-shaped or wire-shaped heater material and method for producing the same - Google Patents

Sheet-shaped or wire-shaped heater material and method for producing the same

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JP3094491B2
JP3094491B2 JP03077763A JP7776391A JP3094491B2 JP 3094491 B2 JP3094491 B2 JP 3094491B2 JP 03077763 A JP03077763 A JP 03077763A JP 7776391 A JP7776391 A JP 7776391A JP 3094491 B2 JP3094491 B2 JP 3094491B2
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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、高温において腐食性の
環境で使用するのに適した部材、代表的にはヒーター材
と、その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a member suitable for use in a corrosive environment at high temperatures, typically a heater material, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】高温で使用する各種の金属部材に関し
て、耐食性の向上に対する要求が強くなっている。 ヒ
ーター材に例をとると、鉄−クロム合金のうち20Cr
−5Al−Fe合金FCH1は比較的耐食性が高いが、
CrおよびAlの含有量の低い「FCH51」(大同特
殊鋼(株)の製品記号)すなわち15Cr−3Al−F
e合金は、高温耐食性がやや劣る反面、廉価で加工性が
すぐれているから、ヒーター材としての用途は広い。
従って、高温での耐酸化性、耐食性にすぐれ、かつ加工
性の良好なヒーター材が強く要望されていた。
2. Description of the Related Art With respect to various metal members used at high temperatures, there is a strong demand for improvement in corrosion resistance. For example, 20Cr of iron-chromium alloy
-5Al-Fe alloy FCH1 has relatively high corrosion resistance,
"FCH51" having a low Cr and Al content (product code of Daido Steel Co., Ltd.), namely, 15Cr-3Al-F
The e-alloy is somewhat inferior in high-temperature corrosion resistance, but is inexpensive and excellent in workability, so that it is widely used as a heater material.
Accordingly, there has been a strong demand for a heater material having excellent oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures and good workability.

【0003】発明者らは、この要求にこたえることを企
て、たとえばFCH51合金製のヒーターに、まずAl
23などの耐熱耐食性材料をコーティングして保護層と
することを試みたが、熱膨脹率の差のため、加熱−冷却
を繰り返すとコーティングが剥離してしまい、実用的な
対策とはいえないことがわかった。
[0003] The present inventors have attempted to respond to this demand by, for example, first providing a heater made of FCH51 alloy with Al.
An attempt was made to coat a heat-resistant and corrosion-resistant material such as 2 O 3 to form a protective layer. However, due to the difference in the coefficient of thermal expansion, the coating peeled off after repeated heating and cooling, which was not a practical measure. I understand.

【0004】次に、Al23を蒸着させて保護層を形成
したところ、耐久性においては改善をみたが、蒸着は能
率が低くてコストが高いから、普及困難との結論に至っ
た。
[0004] Next, when a protective layer was formed by vapor deposition of Al 2 O 3 , the durability was improved. However, it was concluded that vapor deposition was inefficient and costly, so that it was difficult to spread.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的
は、Feを主成分とする合金を基材とし、高温で使用す
るヒーター材であって、表面に強固に接合したAl23
保護層を有し、耐食性とくに耐高温酸化性が高められた
シート状またはワイヤ状のヒーター材を提供すること、
およびそのようなヒーター材を低いコストで製造する方
法を提供することにある。
The first object of the present invention is to solve the above is an alloy mainly composed of Fe as a base material, a heater material used at high temperatures, Al 2 O 3 were firmly bonded to the surface
To provide a sheet-like or wire-like heater material having a protective layer and having enhanced corrosion resistance, especially high-temperature oxidation resistance,
And a method for producing such a heater material at low cost.

【0006】本発明の第二の目的は、Feを主成分とす
る合金を基材とし、高温で使用するヒーター材であっ
て、表面に強固に接合したAl23保護層を有し、耐食
性とくに耐高温酸化性と並んで耐薬品性が高められたシ
ート状またはワイヤ状のヒーター材を提供すること、お
よびそのようなヒーター材を低いコストで製造する方法
を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a heater material which is made of an alloy containing Fe as a main component and which is used at a high temperature and which has an Al 2 O 3 protective layer firmly bonded to the surface thereof. It is an object of the present invention to provide a sheet-like or wire-like heater material having enhanced chemical resistance as well as corrosion resistance, especially high-temperature oxidation resistance, and to provide a method for producing such a heater material at low cost.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記した第一の目的を達
成する本発明のシート状またはワイヤ状のヒーター材
は、図2および図4に示すように、Feを主成分とする
合金(ただし、Niを含有する場合、その含有量は20
重量%以下)の基材(1)の表面に、内側から外側に向
って、金属間化合物Fe3AlおよびFeAlの混在し
た層(3)、およびAl23の被覆層(4)を形成して
なる。
As shown in FIGS. 2 and 4, a sheet-like or wire-like heater material of the present invention which achieves the first object is an alloy containing Fe as a main component. , Ni, the content is 20
(% By weight or less), a layer (3) in which intermetallic compounds Fe 3 Al and FeAl are mixed, and a coating layer (4) of Al 2 O 3 are formed from the inside to the outside from the surface. Do it.

【0008】上記した第二の目的を達成する本発明のシ
ート状またはワイヤ状のヒーター材は、図6に示すよう
に、Feを主成分とする合金(ただし、Niを含有する
場合、その含有量は20重量%以下)の基材(1)の表
面に、AuもしくはAgまたはこれらの合金を蒸着また
はメッキした層(5)を介して、Al23の被覆層
(4)を形成してなる。
As shown in FIG. 6, the sheet-shaped or wire-shaped heater material of the present invention which achieves the second object is an alloy containing Fe as a main component (however, when Ni is contained, the alloy is not contained). A coating layer (4) of Al 2 O 3 is formed on the surface of a base material (1) having an amount of 20% by weight or less via a layer (5) on which Au or Ag or an alloy thereof is deposited or plated. It becomes.

【0009】本発明のヒーター材の基材には、たとえば
FCH51合金すなわち、Cr:14.0〜15.0%
およびAl:2.80〜3.30%を含有し、C:0.
07%以下、Si:0.10%以下、Mn:0.60%
以下であって、残部が実質上FeからなるFCH系の鉄
−クロム系合金が最も適切である。
The base material of the heater material of the present invention is, for example, an FCH51 alloy, that is, Cr: 14.0 to 15.0%.
And Al: 2.80 to 3.30%, and C: 0.
07% or less, Si: 0.10% or less, Mn: 0.60%
In the following, an FCH-based iron-chromium-based alloy consisting essentially of Fe is most suitable.

【0010】そのほかヒーター材の用途に応じて、各種
のFe基合金が基材として使用できる。具体的には、各
種の構造用鋼、フェライト系、オーステナイト系または
マルテンサイト系のステンレス鋼など、Ni含有量が2
0重量%以下の各種Fe基合金である。
[0010] In addition, various Fe-based alloys can be used as the base material depending on the use of the heater material. Specifically, the Ni content is 2%, such as various structural steels, ferritic, austenitic, or martensitic stainless steels.
Various Fe-based alloys of 0% by weight or less.

【0011】基材とするFe合金には、さらにB,S
i,Mg,Cu,Ca,Mn,Y,Ti,Co,W,
V,ZrおよびREMからえらんだ1種または2種以上
の成分を添加して、合金の特性の改善を行なったり、A
lとその成分の金属間化合物の生成をはかることができ
る。
[0011] The Fe alloy used as the base material further includes B, S
i, Mg, Cu, Ca, Mn, Y, Ti, Co, W,
One or more components selected from V, Zr and REM are added to improve the properties of the alloy,
1 and the intermetallic compound of the component can be formed.

【0012】前記したシート状またはワイヤ状のヒータ
ー材を製造する本発明の方法は、基本的には、図1およ
び図2、ならびに図3および図4に示すように、Feを
主成分とする合金(ただし、Niを含有する場合、その
含有量は20重量%以下)の基材(1)の表面をAlま
たはAl合金(2)で被覆し、得られた被覆材に対し
て、真空または不活性ガス中の焼鈍および酸化性雰囲気
中での加熱を行なって、基材の上にFe3AlおよびF
eAlの混在する層を形成するとともに、表面にAl2
3を生成させて被覆層を形成することからなる。
The method of the present invention for producing a sheet-like or wire-like heater material is basically composed mainly of Fe, as shown in FIGS. 1 and 2, and FIGS. 3 and 4. The surface of a substrate (1) of an alloy (however, when Ni is contained, the content is 20% by weight or less) is coated with Al or an Al alloy (2), and the obtained coating material is vacuum- By performing annealing in an inert gas and heating in an oxidizing atmosphere, Fe 3 Al and F
While forming a layer in which eAl is mixed, Al 2
Generating O 3 to form a coating layer.

【0013】とくに耐薬品のすぐれたシート状またはワ
イヤ状のヒーター材を製造する本発明の方法は、Feを
主成分とする合金(ただし、Niを含有する場合、その
含有量は20重量%以下)の基材の表面にAuもしくは
Agまたはこれらの合金を蒸着またはメッキし、その上
にAlを被覆して、得られた被覆材に対して真空または
不活性ガス中の焼鈍および酸化性雰囲気中での加熱を行
なって、表面にAl23を生成させて被覆層を形成する
ことからなる。
[0013] The method of the present invention for producing a sheet-like or wire-like heater material having particularly excellent chemical resistance is based on an alloy containing Fe as a main component (however, when Ni is contained, the content is 20% by weight or less). B) Au or Ag or an alloy thereof is deposited or plated on the surface of the base material, and Al is coated thereon, and the obtained coating material is annealed in a vacuum or an inert gas and in an oxidizing atmosphere. To form Al 2 O 3 on the surface to form a coating layer.

【0014】いずれの製造方法を実施するにしても、使
用するFe合金の基材がシート状体である場合は、Al
またはAl合金の被覆をクラッド圧延により行なうとよ
い。クラッド圧延するAlまたはAl合金の箔の厚さは
0.005〜0.5mm、圧延後の厚さは0.001〜
0.2mmが適当である。
In any of the manufacturing methods, when the base material of the Fe alloy to be used is a sheet-like material, Al
Alternatively, the coating of the Al alloy may be performed by clad rolling. The thickness of the Al or Al alloy foil to be clad rolled is 0.005 to 0.5 mm, and the thickness after rolling is 0.001 to
0.2 mm is appropriate.

【0015】一方、Fe合金の基材がワイヤ状体である
場合は、AlまたはAl合金の被覆を、基材のワイヤを
被覆材のチューブ内に挿入して伸線加工または押出加工
することによって行なうことができる。 代表的な例で
は、基材のワイヤ径が10mm内外で、これを被覆するA
lまたはAl合金のチューブの厚さは、シート状体をつ
くる場合と同様に0.1〜1.0mmでよく、これらに対
し減面率30〜50%の引抜きを数パス行なう伸線加工
により、径0.5〜3mmのクラッド材を得る。
On the other hand, when the base material of the Fe alloy is a wire, the coating of Al or the Al alloy is formed by inserting a wire of the base material into a tube of the coating material and performing wire drawing or extrusion. Can do it. In a typical example, the wire diameter of the substrate is about 10 mm,
The thickness of the l or Al alloy tube may be 0.1 to 1.0 mm, as in the case of forming a sheet-like body. To obtain a clad material having a diameter of 0.5 to 3 mm.

【0016】そのほかに可能なAlまたはAl合金の被
覆手段は、基材を溶融したAlまたはAl合金中へ浸漬
すること、基材表面へAlまたはAl合金を溶射するこ
と、プラズマパウダーウエルディング、化学メッキある
いは蒸着である。
Other possible coating methods of Al or Al alloy include immersing the substrate in molten Al or Al alloy, spraying Al or Al alloy on the surface of the substrate, plasma powder welding, chemical Plating or vapor deposition.

【0017】被覆をAl合金を用いて行なう場合は、A
lにB,Si,Mg,Cu,Ca,Mn,Y,Ti,C
o,W,V,ZrおよびREMからえらんだ1種または
2種以上の成分を添加してなる合金を使用し、それによ
って添加金属の作用に応じた特性の改善の利益を得るこ
とができる。
When coating is performed using an Al alloy, A
l is B, Si, Mg, Cu, Ca, Mn, Y, Ti, C
An alloy comprising one or more of the components selected from o, W, V, Zr and REM can be used, thereby obtaining the benefit of improved properties depending on the action of the added metal.

【0018】Fe基合金の基材へのAuもしくはAgま
たはこれらの合金の蒸着およびメッキは、既知の技術に
従って実施できる。 Auに例をとれば、層の厚さは、
蒸着の場合は数十〜数百オングストロームに止まるが、
メッキであれば1〜数十μmにすることは容易である。
The deposition and plating of Au or Ag or an alloy thereof on the base material of the Fe-based alloy can be performed according to known techniques. Taking Au as an example, the layer thickness is:
In the case of vapor deposition, it stops at tens to hundreds of angstroms,
In the case of plating, it is easy to make the thickness 1 to several tens μm.

【0019】真空または不活性ガス中の焼鈍は、400
〜900℃望ましくは400〜600℃の温度に1〜1
0時間加熱することにより行なえる。 次の酸化性雰囲
気中の加熱は、たとえば大気中で400〜1000℃の
温度に1〜20時間加熱することによって実施すればよ
い。
Annealing in a vacuum or inert gas is 400
To 900 ° C, preferably from 400 to 600 ° C.
This can be done by heating for 0 hours. The next heating in the oxidizing atmosphere may be performed, for example, by heating to a temperature of 400 to 1000 ° C. in the air for 1 to 20 hours.

【0020】なお、ワイヤ状体としては図4のような円
形断面のものに限らず、正方形や長方形そのほかの断面
形状のものも製造可能である。 たとえば図5に示すよ
うな断面形状のクラッド材を孔型ロールを用いた圧延に
よって得、さらにロール圧延してシート状体に近い形状
の成品とすることもできる。 この種のワイヤ状製品は
基材の両側縁も被覆されているから、耐食性がいっそう
高い。
It should be noted that the wire-shaped body is not limited to the one having a circular cross section as shown in FIG. For example, a clad material having a cross-sectional shape as shown in FIG. 5 can be obtained by rolling using a grooved roll, and further roll-rolled into a product having a shape close to a sheet-like body. This type of wire-like product is more resistant to corrosion since both side edges of the substrate are also covered.

【0021】[0021]

【作用】基材(1)であるFe基合金のシートまたはワ
イヤと、その上にクラッドなどの手段で被覆されたAl
またはAl合金の層(2)との間は、真空焼鈍の過程で
相互の拡散により密着し、続く酸化性雰囲気中での加熱
により拡散がさらに進行する。 その結果、深さ方向の
それぞれの位置においてFeおよびAl成分の多少に応
じ、Fe3AlまたはFeAlが生成する。 被覆され
たAl層が厚い場合にはそれら生成物の濃度に勾配が生
じるが、層が薄く、かつ熱処理が十分に行なわれた場合
には、クラッド層内の濃度勾配はほとんど消滅し、ほぼ
一様にFe3AlとFeAlとが混在した層が形成され
る。
A sheet or wire of an Fe-based alloy as a substrate (1) and Al coated thereon by means such as cladding.
Alternatively, between the Al alloy layer (2) and the Al alloy layer (2), they adhere to each other by diffusion in the process of vacuum annealing, and the diffusion further proceeds by subsequent heating in an oxidizing atmosphere. As a result, Fe 3 Al or FeAl is generated at each position in the depth direction depending on the amount of Fe and Al components. When the thickness of the coated Al layer is thick, a gradient occurs in the concentration of these products. However, when the layer is thin and the heat treatment is sufficiently performed, the concentration gradient in the clad layer almost disappears, and the concentration is almost one. Thus, a layer in which Fe 3 Al and FeAl are mixed is formed.

【0022】Fe基合金中にAlと金属間化合物を生成
する性質をもった前記の合金成分、すなわちB,Si,
Mg,Cu,Ca,Mn,Y,Ti,Co,W,V,Z
r,REMの1種または2種以上が存在する場合、およ
びクラッドされたAl合金中にこれらの成分が存在する
場合には、Fe−Al系金属間化合物に加えて、これら
とAlとの間の金属間化合物も生成する。
The above alloy component having the property of forming an intermetallic compound with Al in the Fe-based alloy, ie, B, Si,
Mg, Cu, Ca, Mn, Y, Ti, Co, W, V, Z
When one or more of r and REM are present, and when these components are present in the clad Al alloy, in addition to the Fe-Al intermetallic compound, Is also formed.

【0023】一方、Fe基合金の基材の表面にAuもし
くはAgまたはこれらの合金の層(以下、「Au層」で
代表させる)を設けた場合には、真空または不活性ガス
中の焼鈍の過程で、基材金属とAu層の間、およびAu
層とAlまたはAl合金の層との間で拡散が起る。 A
uもしくはAgまたはこれらの合金と金属間化合物を生
成する成分が存在すれば、その組み合わせの金属間化合
物が界面付近で生成するが、Fe−Al金属間化合物は
生成しない。 ただし、Au層が薄く、かつ熱処理が高
温度で長時間行なわれれば、Au層を透過した金属成分
間の反応も起り得る。
On the other hand, when Au or Ag or a layer of these alloys (hereinafter, referred to as “Au layer”) is provided on the surface of the base material of the Fe-based alloy, annealing in vacuum or inert gas is performed. In the process, between the base metal and the Au layer, and Au
Diffusion occurs between the layer and the Al or Al alloy layer. A
If there is a component that forms an intermetallic compound with u or Ag or an alloy thereof, an intermetallic compound of the combination is generated near the interface, but no Fe-Al intermetallic compound is generated. However, if the Au layer is thin and the heat treatment is performed at a high temperature for a long time, a reaction between the metal components that have passed through the Au layer may occur.

【0024】上記いずれの場合も、表面に存在するAl
は酸化性雰囲気中での加熱により酸化されて緻密なAl
23となる。 また、Al23のウイスカーの形で成長
して被覆層を形成することもある。 Al23が生成す
る一方で、拡散により基材のFe基合金中にもAlが拡
散して接合部分においてよく融合し、さらに一部は酸化
を受けてAl23に変化する。 その結果、Al23
被覆層は、その基部を基材金属中にアンカーリングした
状態で存在し、基材を強固に被覆して保護する。
In any of the above cases, Al present on the surface
Is oxidized by heating in an oxidizing atmosphere and
It becomes 2 O 3 . In addition, the coating layer may be formed by growing in the form of Al 2 O 3 whiskers. While Al 2 O 3 is generated, Al also diffuses into the Fe-based alloy of the base material by diffusion and is well fused at the joint portion, and further undergoes oxidation to change to Al 2 O 3 . As a result, the coating layer of Al 2 O 3 exists with its base anchored in the base metal, and firmly covers and protects the base.

【0025】このようにしてAl23は基材金属の表面
でからみ合うように成長し、これを密に被覆する。 こ
れは緻密なAl23酸化層ではあるが、部分によっては
ミクロな孔が存在することは避け難い。 塩水など腐食
性の薬液は、こうした小孔から侵入して基材金属をアタ
ックすることもあるが、本発明ではFe−Al系の金属
酸化物により耐食性は大幅に改善される。 Auもしく
はAgまたはこれらの合金の蒸着またはメッキにより基
材に薄い層を設けても、それら自体が高い耐食性を有す
ることから、腐食性の薬液の侵入を防止できる。
In this way, Al 2 O 3 grows entangled on the surface of the base metal and covers it densely. Although this is a dense Al 2 O 3 oxide layer, it is unavoidable that micropores exist in some parts. Corrosive chemicals such as salt water may enter through such small holes and attack the base metal, but in the present invention, the corrosion resistance is greatly improved by the Fe-Al-based metal oxide. Even if a thin layer is provided on the base material by vapor deposition or plating of Au or Ag or an alloy thereof, penetration of a corrosive chemical solution can be prevented since they themselves have high corrosion resistance.

【0026】[0026]

【実施例】[実施例1]厚さ0.2mmのFCH51合金
の薄板の両面に、厚さ0.1mmのアルミ箔を圧延により
クラッドした。 さらに圧延を行なって、全体の厚さが
0.1mmで両面のAl層の厚さがそれぞれ0.04mmで
あるクラッド材を用意した。
[Example 1] An aluminum foil having a thickness of 0.1 mm was clad on both sides of a thin plate of an FCH51 alloy having a thickness of 0.2 mm by rolling. Rolling was further performed to prepare a clad material having an overall thickness of 0.1 mm and Al layers on both surfaces having a thickness of 0.04 mm.

【0027】これを幅30mmのリボンにスリットし、大
気中、600℃に1時間加熱することによりAl→Al
23の変化を起させ、Al23の酸化層を成長させた。
This was slit into a ribbon having a width of 30 mm, and heated to 600 ° C. for 1 hour in the atmosphere, whereby Al → Al
The change of 2 O 3 was caused to grow an oxide layer of Al 2 O 3 .

【0028】このAl23被覆層を有するFCH51合
金のリボンを、大気中1100℃に加熱して酸化増量を
測定することにより、耐高温酸化性をしらべた。 比較
のため、FCH51合金だけのリボン、およびFCH5
1合金のリボンにAl蒸着を行なって酸化処理を施しA
23被覆層を形成したリボンについても、同じ条件で
酸化増量をしらべた。 それらの結果を、図7に示す。
図7のグラフから、Al23被覆層がFCH51ヒー
ター材の耐高温酸化性を効果的に向上させたことがわか
る。
The FCH51 alloy ribbon having the Al 2 O 3 coating layer was heated to 1100 ° C. in the atmosphere to measure the amount of increase in oxidation. For comparison, a ribbon of FCH51 alloy only and FCH5
1 alloy ribbon is oxidized by Al deposition and A
With respect to the ribbon having the l 2 O 3 coating layer formed thereon, the amount of oxidation was measured under the same conditions. The results are shown in FIG.
It can be seen from the graph of FIG. 7 that the Al 2 O 3 coating layer effectively improved the high-temperature oxidation resistance of the FCH51 heater material.

【0029】次に、塩水噴霧に対する耐食性を、つぎの
サイクルの繰り返しによってしらべた。
Next, the corrosion resistance against salt spray was examined by repeating the following cycle.

【0030】5%NaCl水溶液噴霧(40℃,4時
間)→湿潤(50℃,RH100%,2時間)→乾燥
(60℃,2時間)この場合も、比較のためAl23
覆層をもたないFCH51合金のリボンとともに試験
し、表面の腐食状態に応じて評価した。 結果を図8の
グラフに示す。 このグラフも、Al3被覆層によ
る耐食性向上を示している。
5% NaCl aqueous solution spraying (40 ° C., 4 hours) → wetting (50 ° C., RH 100%, 2 hours) → drying (60 ° C., 2 hours) Also in this case, the Al 2 O 3 coating layer was formed for comparison. The test was performed with a non-having FCH51 alloy ribbon and evaluated according to the corrosion state of the surface. The results are shown in the graph of FIG. This graph also shows the improvement in corrosion resistance by the Al 2 O 3 coating layer.

【0031】[実施例2]厚さ0.2mmのFCH51合
金の薄板の両面にAuを蒸着して厚さが各100オング
ストローム程度のAu層を形成し、その上に厚さ0.0
15mmのアルミ箔を圧延によりクラッドした。 さらに
圧延を行なって、全体の厚さが0.05mmで両面のAu
層が30オングストローム、Al層が0.002mmであ
るクラッド材を用意した。
Example 2 Au was deposited on both sides of a thin plate of FCH51 alloy having a thickness of 0.2 mm to form an Au layer having a thickness of about 100 angstroms, and an Au layer having a thickness of about 100 Å was formed thereon.
A 15 mm aluminum foil was clad by rolling. Further rolling, the total thickness is 0.05 mm and Au on both sides
A cladding material having a thickness of 30 Å and an Al layer of 0.002 mm was prepared.

【0032】これを幅30mmのリボンにスリットし、6
00℃で1時間、真空焼鈍した後、大気中で600℃に
1時間加熱してAl→Al23の変化を起させ、Al2
3酸化層を成長させた。
This was slit into a ribbon having a width of 30 mm,
1 hour at 00 ° C., then vacuum annealed, to cause a change in the Al → Al 2 O 3 by heating 1 hour 600 ° C. in air, Al 2
The O 3 oxide layer was grown.

【0033】このAl23被覆層を有するFCH51合
金のリボンを、大気中1100℃に加熱して酸化増量を
測定することにより、耐高温酸化性をしらべた。 比較
のため、FCH51合金だけのリボン(比較例)、およ
びFCH51合金のリボンに直接Alクラッドを行なっ
て酸化処理を施しAl23被覆層を形成したリボン(参
照例)についても、同じ条件で酸化増量をしらべた。
それらの結果を、図9に示す。 図9のグラフから、A
23被覆層がFCH51ヒーター材の耐高温酸化性を
効果的に向上させたことがわかる。
The FCH51 alloy ribbon having the Al 2 O 3 coating layer was heated to 1100 ° C. in the atmosphere to measure the amount of increase in oxidation, thereby examining high-temperature oxidation resistance. For comparison, a ribbon of only the FCH51 alloy (Comparative Example) and a ribbon of the FCH51 alloy ribbon directly subjected to Al cladding and subjected to oxidation treatment to form an Al 2 O 3 coating layer (Reference Example) were also obtained under the same conditions. The oxidation weight gain was examined.
The results are shown in FIG. From the graph of FIG.
It can be seen that the l 2 O 3 coating layer effectively improved the high temperature oxidation resistance of the FCH51 heater material.

【0034】次に、塩水噴霧に対する耐食性を、実施例
1と同じ条件でしらべた。 この場合も、比較例および
参照例のリボンとともに試験し、表面の腐食状態に応じ
て評価した。 結果を図10のグラフに示す。 このグ
ラフは、Al23被覆層による耐食性が、Au層の存在
によりさらに高められることを示している。
Next, the corrosion resistance to salt spray was examined under the same conditions as in Example 1. Also in this case, the ribbons of the comparative example and the reference example were tested and evaluated according to the corrosion state of the surface. The results are shown in the graph of FIG. This graph shows that the corrosion resistance of the Al 2 O 3 coating layer is further enhanced by the presence of the Au layer.

【0035】[実施例3]下記の合金組成をもったFe
基合金を基材として使用し、その厚さ0.2mmのシート
の両面に、実施例1と同様にして厚さ0.015mmのア
ルミ箔をクラッド圧延を行なって、全体の厚さが0.0
5mmで両面のAl層の厚さがそれぞれ0.002mmであ
るシート上の被覆材を用意した。
Example 3 Fe having the following alloy composition
A base alloy was used as a base material, and an aluminum foil having a thickness of 0.015 mm was subjected to clad rolling on both sides of a sheet having a thickness of 0.2 mm in the same manner as in Example 1 so that the overall thickness became 0. 0
A coating material on a sheet having a thickness of 5 mm and a thickness of each Al layer on both sides of 0.002 mm was prepared.

【0036】 Si Mn Cr Ni Mo Ti Al その他 A 0.05 0.3 2.03 14.20 − − 0.53 − 3.05 B:0.1 B 0.06 1.23 0.86 18.60 − − − − 3.62 Mg:0.03 C 0.05 0.85 1.58 19.00 9.06 − − 0.5 − REM(La):200ppm D 0.08 0.63 0.88 17.59 − 0.48 − − − Ca:200
ppm 上記の被覆材について、600℃×1時間の真空焼鈍の
のち、800℃×68分間の大気中の加熱を行なって、
Al23を生成させた。
C Si Mn Cr Ni Mo Ti V Al Other A 0.05 0.3 2.03 14.20 − − 0.53 − 3.05 B: 0.1 B 0.06 1.23 0.86 18.60 − − − − 3.62 Mg: 0.03 C 0.05 0.85 1.58 19.00 9.06 − − 0.5 − REM (La): 200 ppm D 0.08 0.63 0.88 17.59 − 0.48 − − − Ca: 200
ppm The above coating material was subjected to vacuum annealing at 600 ° C. × 1 hour, and then heated in air at 800 ° C. × 68 minutes.
Al 2 O 3 was produced.

【0037】Aの基材を用いた製品について、曲げ試験
および引張試験を行なった。 曲げ試験は90℃に曲げ
たのち元に戻し、再び曲げるというサイクルを繰り返す
もので、破断に至るまでの曲げ回数は5回に達した。
伸びは3%であった。
A bending test and a tensile test were performed on the product using the base material of A. In the bending test, a cycle of bending at 90 ° C., returning to the original state, and bending again is repeated, and the number of times of bending until breaking was reached five times.
The elongation was 3%.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明のシート状またはワイヤ状のヒー
ター材は、Feを主成分とする合金の基材の表面にAl
23の強固な被覆層を設けてこれを保護することによっ
て、耐高温酸化性および耐塩水性で代表される耐食性を
向上させたものである。鉄−クロム系合金の中では廉価
で加工性のすぐれたFCH51合金を基材として、その
弱点であった高温耐食性を改善することにより、工業装
置だけでなく、種々の家庭用電器製品にも広い用途が期
待できる。
According to the present invention, the sheet-shaped or wire-shaped heater material has a structure in which the surface of the base material of the alloy containing Fe as a main component is coated with Al.
By providing and protecting a strong coating layer of 2 O 3 , corrosion resistance represented by high-temperature oxidation resistance and salt water resistance is improved. Among the iron-chromium alloys, FCH51 alloy, which is inexpensive and excellent in workability, is used as a base material. By improving its high-temperature corrosion resistance, which is its weak point, it can be used not only in industrial equipment but also in various household appliances. Applications can be expected.

【0039】本発明の製造方法は、このようなヒーター
材を、クラッドをはじめとする実施容易な方法によりA
l層を設けてAl23に変化させるという手法で製造す
ることを可能にした。これによって、広い範囲から任意
にえらべる厚さのAl23被覆層、しかもヒーター材中
に基部をアンカーリングした形で有し、強固に接合して
いる被覆層で保護された、耐食性の高いヒーター材が得
られる。
According to the production method of the present invention, such a heater material is formed by an easy-to-implement method such as cladding.
It has been made possible to manufacture by a method of providing an 1 layer and changing to Al 2 O 3 . As a result, the Al 2 O 3 coating layer having a thickness that can be arbitrarily selected from a wide range, and further having a base layer anchored in the heater material and protected by the coating layer that is firmly bonded, and having high corrosion resistance A heater material is obtained.

【0040】基材にAu層を設けた態様においては、A
uおよびAl23の二重の被覆を有することにより、耐
高温酸化性を高めるとともに、耐薬品性をいっそう高め
ることに成功した。
In the embodiment in which the Au layer is provided on the substrate,
By having a double coating of u and Al 2 O 3 , high temperature oxidation resistance and chemical resistance were further improved.

【0041】さらに、基材金属中またはAl合金層中に
Alと金属間化合物を生成する合金成分を添加した態様
においては、それら合金成分のもつ作用に応じた製品特
性の改善、たとえば基材と金属間化合物および金属間化
合物とAl23被覆層との密着性向上や、B,Mnによ
る金属間化合物の延性向上による加工容易化などの利益
を得ることができる。
Further, in the embodiment in which alloy components for forming an intermetallic compound with Al are added to the base metal or the Al alloy layer, the product characteristics are improved according to the action of the alloy components, for example, the base material and Benefits such as improved intermetallic compounds, improved adhesion between the intermetallic compounds and the Al 2 O 3 coating layer, and improved workability due to improved ductility of the intermetallic compounds by B and Mn can be obtained.

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

【図1】 本発明のヒーター材がシート状体である場合
の製造工程を説明するための、材料の断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a material for explaining a manufacturing process when a heater material of the present invention is a sheet.

【図2】 本発明のヒーター材がシート状体である場合
の、その構造を示す概念的な断面図。
FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view showing a structure of a heater material according to the present invention when the heater material is a sheet.

【図3】 本発明のヒーター材がワイヤ状体である場合
の製造工程を説明するための、図1に対応する材料の断
面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a material corresponding to FIG. 1 for explaining a manufacturing process when the heater material of the present invention is a wire-like body.

【図4】 本発明のヒーター材がワイヤ状体である場合
の、その構造を示す図2に対応する概念的な断面図。
FIG. 4 is a conceptual cross-sectional view corresponding to FIG. 2 and showing a structure of the heater material of the present invention when the heater material is a wire.

【図5】 図4とは異なる態様のワイヤ状体の構造を示
す、図4と同様な概念的な断面図。
FIG. 5 is a conceptual cross-sectional view similar to FIG. 4, showing a structure of a wire-like body in a mode different from that of FIG. 4;

【図6】 本発明のヒーター材がシート状体である場合
の、図2とは異なる態様について、その構造を示す図2
と同様な断面図。
FIG. 6 is a diagram showing the structure of the heater member of the present invention in a sheet-like body in a mode different from that of FIG. 2;
Sectional drawing similar to.

【図7】 本発明の一実施例のデータであって、大気中
1100℃における酸化増量を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing data of one example of the present invention, showing an increase in oxidation at 1100 ° C. in the atmosphere.

【図8】 本発明の一実施例のデータであって、塩水噴
霧試験の結果を示すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing data of a salt spray test, which is data of one example of the present invention.

【図9】 本発明の別な実施例のデータであって、大気
中1100℃における酸化増量を示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing the increase in oxidation at 1100 ° C. in the air, which is data of another example of the present invention.

【図10】 本発明の別な実施例のデータであって、塩
水噴霧試験の結果を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing data of a salt spray test, which is data of another example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基材 2 AlまたはAl合金 3 Fe3AlとFeAlとの混在層 4 Al23被覆層 5 Au層Mixed layer 4 Al 2 O 3 coating layer 5 Au layer between the first substrate 2 Al or Al alloy 3 Fe 3 Al and FeAl

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H05B 3/12 H05B 3/12 B (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 28/00 C23C 8/16 H05B 3/12 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H05B 3/12 H05B 3/12 B (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 28/00 C23C 8/16 H05B 3 / 12

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Feを主成分とする合金(ただし、Ni
を含有する場合、その含有量は20重量%以下)の基材
の表面に、内側から外側に向かって、金属間化合物Fe
3AlおよびFeAlの混在した層、およびAl23
被覆層を形成してなるシート状またはワイヤ状のヒータ
ー材。
An alloy containing Fe as a main component (however, Ni
Is contained on the surface of the base material of which the content is 20% by weight or less, from the inside to the outside, the intermetallic compound Fe
A sheet-like or wire-like heater material formed by forming a layer in which 3 Al and FeAl are mixed and a coating layer of Al 2 O 3 .
【請求項2】 Feを主成分とする合金(ただし、Ni
を含有する場合、その含有量は20重量%以下)の基材
の表面に、AuもしくはAgまたはこれらの合金を蒸着
またはメッキした層を介して、Al23の被覆層を形成
してなるシート状またはワイヤ状のヒーター材。
2. An alloy containing Fe as a main component (however, Ni
Is contained, the content of which is 20% by weight or less) on the surface of a substrate, a coating layer of Al 2 O 3 is formed via a layer on which Au or Ag or an alloy thereof is deposited or plated. Sheet or wire heater material.
【請求項3】 基材とするFe合金が、各種の構造用
鋼、FCH系の鉄−クロム系合金、フェライト系、オー
ステナイト系またはマルテンサイト系のステンレス鋼な
どの、Ni含有量が20重量%以下の各種Fe基合金で
ある請求項1または2のヒーター材。
3. A Ni alloy having a Ni content of 20% by weight, such as various structural steels, FCH-based iron-chromium-based alloys, ferrite-based, austenitic-based, or martensitic-based stainless steels. The heater material according to claim 1 or 2, which is any of the following Fe-based alloys.
【請求項4】 基材とするFe合金が、上記組成に加え
て、B,Si,Mg,Cu,Ca,Mn,Y,Ti,C
o,W,V,ZrおよびREMからえらんだ1種または
2種以上の成分をさらに含有するFe基合金である請求
項3のヒーター材。
4. An Fe alloy as a base material, in addition to the above composition, comprises B, Si, Mg, Cu, Ca, Mn, Y, Ti, C
The heater material according to claim 3, which is an Fe-based alloy further containing one or more components selected from o, W, V, Zr, and REM.
【請求項5】 Feを主成分とする合金(ただし、Ni
を含有する場合、その含有量は20重量%以下)の基材
の表面をAlまたはAl合金で被覆し、得られた被覆材
に対して真空または不活性ガス中の焼鈍および酸化性雰
囲気中での加熱を行なって、基材の上にFe3Alおよ
びFeAlの混在する層を形成するとともに、表面にA
23を生成させて被覆層を形成することからなるヒー
ター材の製造方法。
5. An alloy containing Fe as a main component (however, Ni
Is contained, the content of which is 20% by weight or less), the surface of the substrate is coated with Al or an Al alloy, and the obtained coating material is annealed in a vacuum or an inert gas and in an oxidizing atmosphere. To form a layer in which Fe 3 Al and FeAl are mixed on the base material,
method of manufacturing a heater material comprises forming a coating layer to produce a l 2 O 3.
【請求項6】 Feを主成分とする合金(ただし、Ni
を含有する場合、その含有量は20重量%以下)の基材
の表面に、AuもしくはAgまたはこれらの合金を蒸着
またはメッキしてその上にAlを被覆し、得られた被覆
材に対して真空中または不活性ガス中の焼鈍および酸化
性雰囲気中での加熱を行なって、表面にAl23を生成
させて被覆層を形成することからなるヒーター材の製造
方法。
6. An alloy containing Fe as a main component (however, Ni
Is contained, the content of which is 20% by weight or less) on the surface of a substrate, Au or Ag or an alloy thereof is vapor-deposited or plated, and Al is coated thereon. A method for producing a heater material, comprising annealing in a vacuum or an inert gas and heating in an oxidizing atmosphere to form Al 2 O 3 on the surface to form a coating layer.
【請求項7】 Fe合金の基材がシート状体であって、
AlまたはAl合金の被覆を、クラッド圧延により行な
う請求項5または6の製造方法。
7. The base material of the Fe alloy is a sheet-like body,
7. The method according to claim 5, wherein the coating of Al or an Al alloy is performed by clad rolling.
【請求項8】 Fe合金の基材がワイヤ状体であって、
AlまたはAl合金の被覆を、基材のワイヤを被覆材の
チューブ内に挿入して伸線加工または押出加工すること
によって行なう請求項5または6のヒーター材の製造方
法。
8. The base material of the Fe alloy is a wire-like body,
7. The method for producing a heater material according to claim 5, wherein the coating of Al or Al alloy is performed by inserting a base wire into a tube of the coating material and drawing or extruding the wire.
【請求項9】 AlまたはAl合金の被覆を、基材の溶
融AlまたはAl合金中への浸漬、基材表面へのAlま
たはAl合金の溶射、プラズマパウダーウエルディン
グ、化学メッキ、スパッタリングまたは蒸着によって行
なう請求項5または6のヒーター材の製造方法。
9. The coating of Al or Al alloy is performed by immersing the substrate in molten Al or Al alloy, spraying Al or Al alloy on the surface of the substrate, plasma powder welding, chemical plating, sputtering or vapor deposition. The method for producing a heater material according to claim 5 or 6, which is performed.
【請求項10】 Fe合金の基材が塊状体であって、A
lまたはAl合金の被覆を、基材の溶融AlまたはAl
合金中への浸漬、基材表面へのAlまたはAl合金の溶
射、プラズマパウダーウエルディング、化学メッキ、ス
パッタリングまたは蒸着によって行なう請求項5または
6のヒーター材の製造方法。
10. The method according to claim 1, wherein the base material of the Fe alloy is a lump.
l or Al alloy coating, the molten Al or Al
7. The method for producing a heater material according to claim 5, wherein the method is carried out by immersion in an alloy, thermal spraying of Al or an Al alloy on a substrate surface, plasma powder welding, chemical plating, sputtering or vapor deposition.
【請求項11】 Al合金として、Alに、B,Si,
Mg,Cu,Ca,Mn,Y,Ti,Co,W,V,Z
rおよびREMからえらんだ1種または2種以上の成分
を添加してなる合金を使用して実施する請求5または6
のヒーター材の製造方法。
11. An Al alloy containing B, Si,
Mg, Cu, Ca, Mn, Y, Ti, Co, W, V, Z
7. An alloy prepared by adding one or more components selected from r and REM.
Method of manufacturing heater material.
【請求項12】 真空または不活性ガス中の焼鈍を、4
00〜900℃×1〜200分間の加熱条件で、また酸
化性雰囲気中の加熱を、大気中400〜1000℃の温
度に1〜20時間加熱することによって実施する請求項
5または6のヒーター材の製造方法。
12. The annealing in a vacuum or an inert gas is performed by
7. The heater material according to claim 5, wherein the heating is performed under a heating condition of 100 to 900 [deg.] C. for 1 to 200 minutes, and heating in an oxidizing atmosphere is performed by heating to a temperature of 400 to 1000 [deg.] C. in the atmosphere for 1 to 20 hours. Manufacturing method.
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