JP3170678B2

JP3170678B2 - Ｎｂ合金耐熱部材及び該部材の製造方法

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Publication number: JP3170678B2
Application number: JP29600296A
Authority: JP
Inventors: 徹男藤原; 健尾花
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2001-05-28
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: JPH10140333A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超高温耐熱材料として
有望なＮｂ合金からなる基材表面に耐酸化被覆層を形成
してなるＮｂ合金耐熱部材及び該耐熱部材の製造方法に
関するもので、Ｎｂ合金耐熱部材は、発電用ガスタービ
ン及び航空機用エンジンの燃焼器、タービン、あるいは
宇宙往還機、ロケットのエンジン部材、機体部材に適用
し得るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、発電用ガスタービン及び航空機用
エンジンの性能向上、あるいは宇宙往還機の実現等を目
的とした、超高温耐熱材料の開発が強く要望されてい
る。このような背景のもとで、高温強度が高く信頼性に
優れた耐熱合金の開発が進んでいる。例えば、高融点金
属であるＮｂをベースにしたＮｂ合金あるいはＮｂ₃Ａ
ｌ金属間化合物は、現有の耐熱合金であるＮｉ基超合金
をはるかに凌ぐ高温強度を有することから有望視されて
おり、特開平６−１２２９３５号公報にはＷ、Ｔａを添
加元素とし１６００℃での圧縮強度が向上したＮｂ−Ａ
１基金属間化合物が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、無酸
化雰囲気における強度を保証するものであり、高温酸化
現象について考慮されていない。Ｎｂ₃Ａ１金属間化合
物やＮｂ合金では高温酸化が著しく、大気中において８
００℃以上での使用は不可能である。Ｎｂ₃Ａｌは大気
中で９００℃以上で激しく酸化し、１５００℃以上では
生成Ｎｂ酸化物が溶融して、元の形状すら保持すること
ができなくなる。金属間化合物相を含まないｂｃｃ単相
のＮｂ合金でも同様である。したがって、Ｎｂ₃Ａｌ金
属間化合物やＮｂ合金を実用耐熱部材として適用するた
めには、耐酸化表面処理が不可欠である。

【０００４】本発明の第１の目的は、Ｎｂを主成分とす
る合金からなる基材に耐酸化表面被覆層を形成したＮｂ
合金耐熱部材を提供することにある。本発明の第２の目
的は、このような耐酸化性に優れた耐熱部材を得るため
に耐酸化表面被覆層を形成して耐熱部材を製造する方法
を提供することにある。

【０００５】ここで、Ｎｂを主成分とする合金とは、Ｎ
ｂ中に主として高温強度向上のためＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚ
ｒ、Ｃ等の元素を添加したｂｃｃ相を主構成相とする合
金や、ＮｂにＡ１を添加しＡ１５型の金属間化合物を析
出させた、あるいはＡ１５相が主構成相となるようなＮ
ｂ−Ａ１系合金を意味する。後者のＮｂ−Ａ１系合金
は、高温強度向上を目的にＭｏ、Ｗ、Ｔａが添加されて
いる場合もある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明は、Ｎｂ ₃ Ａｌ基合金からなる基材表
面に９５重量％以上のＩｒを有する表面被覆層を形成す
ることを特徴とするものである。

【０００７】本発明の別のＮｂ合金耐熱部材は、Ｎｂ ₃
Ａｌ基合金からなる基材表面に、Ｔａ、Ｒｅ、Ｗから選
ばれた１種を重量比で９０％以上有する金属からなる第
１層と、第１層の表面に重量で９５％以上のＩｒを有す
る金属よりなる第２層を備えたものである。

【０００８】上記第２の目的を達成するために、本発明
のＮｂ合金耐熱部材の製造方法では、Ｎｂ ₃ Ａｌ基合金
からなる基材への表面被覆層を、以下のような方法で作
成する。(1)純度９５％以上のＩｒをターゲット材を用
いたスパッタ成膜法で基材に被覆する。あるいは、(2)
Ｔａ、Ｒｅ、Ｗから選ばれた１種以上を合金表面へ真空
蒸着法で被覆し、続いてＩｒをスパッタ成膜法で被覆す
る。そして、(3)Ｔａ、Ｒｅ、Ｗのうちの１種以上を蒸
着する際に、酸素またはアルゴンのイオンを加速して基
材表面に照射するとより効果的である。

【０００９】また、上記の各方法により製造されたＮｂ
合金耐熱部材を、無酸素雰囲気中で１０００〜１７００
℃に加熱するのがよく、これにより基材と表面被覆層と
の密着性が向上する。

【００１０】本発明では高温耐酸化被覆層のうち酸素を
遮断する層として、Ｉｒを用いる。このＩｒは貴金属の
一種であり、融点が２４００℃以上と高い。高温耐食性
及び高温耐酸化性が優れており、１５００℃を超える超
高温においてもほとんど酸化、腐食が進行せず安定に存
在しうることから、超高温におけるＮｂ合金の酸素遮断
層としてＩｒを用いる。

【００１１】このＩｒ被覆層は、本発明ではスパッタ法
で成膜する。スパッタ法では、緻密な皮膜が形成できる
ため、酸素を遮断する効果が高く望ましい酸素遮断層が
形成できる。高融点のＩｒを成膜する方法としては他に
電子ビーム蒸着法や、電子ビーム蒸着法とイオン照射を
組み合わせたダイナミックミキシング法（又はイオンビ
ームアシステッドデポジション法）があるが、これらの
手法では皮膜の緻密性が悪く、Ｉｒ粒間の空壁から酸素
がＮｂ合金に侵入してしまい、酸素遮断の効果はほとん
どなくなる。スパッタ法には、高周波スパッタ法、イオ
ンビームスパッタ法等があるが、特に前者の方法が、成
膜速度の点で有利である。

【００１２】Ｉｒの酸素遮断層の膜厚は５〜１００μｍ
が望ましい。膜厚が５μｍ以下ではＩｒ自身の酸化によ
る蒸発、あるいは拡散防止層との拡散等により酸素遮断
層が消失、変質してしまい十分な高温耐酸化の効果が得
られない。膜厚が１００μｍ以上の場合は、剥離、クラ
ック等の問題が生じ易くなり不適である。

【００１３】本発明による、Ｉｒ表面被覆層は、高温に
おいて熱応力によるクラックの発生や、剥離の問題がな
く、１７００℃大気中においてＮｂ合金の酸化による損
傷を完全に防止することができる。酸素遮断表面被覆層
としてＡｌ₂Ｏ₃又はＡｌ₂Ｏ₃−SｉＯ₂を使用した場合、
９００℃程度の温度に過熱した時点で、熱応力によって
皮膜にクラックが発生する。酸素がそのクラックを通っ
て基材のＮｂ合金に到達すると、Ｎｂが酸化し体積膨脹
が生じる。そのことによってＡｌ₂Ｏ₃皮膜がさらに破壊
され、酸化が加速される。本発明によるＩｒ表面被覆層
は、成膜プロセスを最適化することにより、緻密な皮膜
が得られ、Ａｌ₂Ｏ₃皮膜がもつ高温でのクラック発生、
酸素侵入という問題を全く生じない。Ｉｒは面心立方構
造をもつ金属元素であるので、Ａｌ₂Ｏ₃のような脆性弱
材料ではない。したがって、熱応力が発生してもクラッ
クは生じないので、Ｉｒ皮膜そのものの物質内を拡散し
ていく以外に酸素が基材に侵入することはない。一方、
前述したように、Ｉｒは高温においても酸素を拡散しに
くいため、良好な耐酸化性が得られるものである。

【００１４】１７００℃を越える高温域では、ＩｒとＮ
ｂは互いに拡散しやすい性質を持ち、１７００℃以上で
長時間保持するとＩｒ層はＮｂ合金の中に拡散して消失
してしまう。このようにＩｒが消失してしまえば、高温
酸化雰囲気においてＮｂ合金の耐酸化性は確保されず、
Ｎｂ合金は激しく酸化する。そこで、本発明では、Ｉｒ
がＮｂ合金中に拡散するのを防ぐために、Ｎｂ合金基材
とＩｒ層との間にＴａ、Ｒｅ、Ｗの３種類の高融点金属
のいずれかからなる拡散防止層を設ける。Ｔａ、Ｒｅ、
Ｗ自身には雰囲気中の酸素を遮断する効果がないので、
Ｉｒ層に酸素遮断効果を持たせることにより、酸化雰囲
気中でも使用可能なＮｂ合金耐熱部材が可能となる。

【００１５】拡散防止層に用いる物質に要求される特性
として、第１に融点が使用温度以上であること、第２に
使用温度でのＩｒとＮｂ合金の拡散を防止できること、
そして第３にＮｂ合金との密着性がよく、Ｉｒ層の密着
性も損なわないことが挙げられる。Ｔａ、Ｒｅ、Ｗはい
ずれも融点が３０００℃以上と高く、Ｎｂ合金耐熱部材
の使用温度の例えば１５００℃以上においても安定であ
ることから、第１の条件を満たしている。又、第２の条
件に関しても、Ｉｒがこれら高融点金属Ｔａ、Ｒｅ、Ｗ
へ拡散する速度はＩｒがＮｂ合金へ拡散する速度よりも
大幅に小さく、１５００℃以上の高温で保持した場合で
もＩｒ層が消失せず、十分な拡散防止効果を有する。拡
散防止層、Ｉｒ層という多層構造では、第３の条件であ
る基材との境界部を含めた各々の層境界での皮膜の密着
性が特に重要である。拡散防止層とＩｒ層の密着性が悪
いと、耐熱部材の使用温度に至るまでの過程でＩｒ皮膜
が一部剥離す。前述した通り、Ｔａ、Ｒｅ、Ｗ自身には
雰囲気中の酸素を遮断する効果がないので、剥離した部
分から酸素アタックを受けて、生成した酸化物の体積膨
脹によって皮膜全体が破壊する。この皮膜の破壊によっ
て耐熱部材の耐酸化性は完全に失われる。本発明にかか
る高融点金属Ｔａ、Ｒｅ、Ｗ上へのＩｒ皮膜の密着性
は、Ｉｒの成膜プロセスによらずいずれも良好であり、
成膜直後から高温酸化雰囲気に至るまでＩｒ皮膜の剥離
の問題は生じない。特にＴａがＩｒ層の密着性の観点か
ら最も有効である。

【００１６】一方、拡散防止層として高融点の酸化物
は、上記第１及び第２の条件を満たすが、Ｉｒとの密着
性が悪く第３の条件を満たさないため不適である。酸化
物層の上部のＩｒ層は成膜直後に既に一部剥離してしま
い、さらに１０００℃を越えると熱膨脹差による酸化物
層に亀裂が発生して、酸化物層とＮｂ合金との密着性も
著しく低下する。

【００１７】以上のように、本発明によるＴａ、Ｒｅ、
Ｗの高融点金属による拡散防止層とＩｒによる酸素遮断
層との組合せを採用すれば、Ｉｒが剥離したり拡散によ
り消失したりすることなく、本来の酸素遮断効果を十分
に発揮することが可能となり、１７００℃以上の酸化雰
囲気で使用できる高耐酸化性Ｎｂ合金部材が提供可能と
なる。

【００１８】高融点金属Ｔａ、Ｒｅ、Ｗからなる拡散防
止層の膜厚は０.５〜１０μｍが望ましい。膜厚が０.５
μｍ以下では拡散により変質し十分なＩｒ層の拡散防止
効果が得られず、膜厚が１０μｍ以上では表面被覆層全
体の密着性に悪影響を及ぼし不適である。

【００１９】本発明によるＮｂ ₃ Ａｌ基合金への表面被
覆層の形成方法では、拡散防止層を真空蒸着法で成膜す
る。これは電子ビームを用いた蒸着法が最適である。拡
散防止層は３０００℃以上の高融点金属Ｔａ、Ｒｅ、Ｗ
からなるため、電子ビームの真空蒸着法以外の方法では
均質な膜を得ることが困難である。また、Ｎｂ合金と拡
散防止層との密着性を向上させるために、電子ビーム蒸
着中に酸素またはアルゴンのイオンを加速電圧１０kV以
上で合金表面に照射することが有効である。蒸着と同時
に一定以上のエネルギーを持ったイオンを照射すること
により、基材であるＮｂ合金と拡散防止層との境界部に
相互の成分が混合されたミキシング層と呼ばれる領域が
形成され、皮膜の密着性を向上させる。照射するイオン
が酸素またはアルゴン以外の場合は、Ｔａ、Ｒｅ、Ｗの
拡散防止層の金属組成が変化して所定の機能を発揮でき
なくなる可能性があり、また、成膜装置自身も複雑にな
り不適である。イオンの加速電圧が１０kV以下の場合
は、エネルギー不足のためミキシング層が十分形成され
なかったり、照射したイオンが成膜中に皮膜に注入せ
ず、逆にスパッタ効果を生じ膜を消失させる可能性があ
り不適である。

【００２０】さらに強固な密着性を有する表面被覆層を
得るために、成膜後熱処理することが有効である。成膜
後の熱処理によって、Ｎｂ合金、Ｉｒ酸素遮断層あるい
はそれに拡散防止層を加えた各々が境界部で適度に拡散
し、一種の拡散接合のような形で成形可能となる。その
場合、真空やＡｒ等の不活性ガスの無酸素雰囲気中で１
０００〜１７００℃の温度で１０分以上の保持温度を熱
処理条件とする。雰囲気が酸化雰囲気であれば、基材で
あるＮｂ合金の酸化が熱処理の障害になる可能性があ
り、温度が１０００℃以下あるいは熱処理時間が１０分
以下の場合は、拡散による密着効果が十分得られない。
また、熱処理温度が、１７００℃以上であれば、拡散が
必要以上に進行して本来の機能が得られないおそれがあ
る。

【００２１】Ｉｒの酸素遮断層の成分は、Ｉｒが重量で
純度９５％以上で常時酸素遮断の効果が得られるもので
ある。一方、拡散防止層は、高融点金属であるＴａ、Ｒ
ｅ、Ｗから選ばれた１種以上の成分が重量比で９０％以
上である物質であることが有効であり、互いに合金にな
っていても同様な効果が得られる。特に純度９９.９％
以上の純Ｔａの場合、密着性の観点から最も望ましい。
高融点金属の成分比が重量で９０％以下の場合は、軽元
素の混入による融点の低下や、Ｎｂ合金、Ｉｒ層との拡
散防止効果の低減等の理由から不適である。

【００２２】本発明によるＮｂ合金耐熱部材の表面被覆
層は、耐酸化性確保を目的としている。Ｎｂを主成分と
する合金を実用化するためには、前述したような耐酸化
表面被覆が不可欠であるが、本発明による耐熱部材は、
内部冷却構造を有するような場合に遮熱コーティングを
備えることができる。その場合、ＺｒＯ₂を主成分とし
Ｙ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯから選ばれた１種以上を含むＺ
ｒＯ₂系セラミック層を２０〜６００μｍ幅でＩｒの酸
素遮断層の上部に被覆する。このセラミックス層は熱遮
蔽効果を発揮し、耐熱部材のメタル温度を低減させ、よ
り高い運転温度での使用が可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
具体的に説明する。

【００２４】〔実施の形態１〕図１は本発明によるＮｂ
合金耐熱部材１の構成を示す模式図である。この耐熱部
材１の製造方法を以下に説明する。Ｎｂを主成分とする
合金でなる基材１０１として、真空スカル溶解により鋳
造したＮｂ-２４％Ａl-４％Ｍo(原子(at.)％)組成のイ
ンゴットを放電加工により１０×１０×２(mm)の寸法に
切り出し、その表面をエミリー紙で♯１０００まで研磨
したものを用いた。この基材１０１を、有機溶剤で超音
波洗浄したのち、高周波スパッタ成膜装置に移してセッ
トした。本装置には、あらかじめ純度９９.９％以上の
Ｉｒターゲットを装着しておく。チャンバー内を１×10
~⁶Ｔorrまで真空引きしたのち、純度９９.９％以上のＡ
ｒガスをチャンバー内に導入し、圧力を１×10~³Ｔorr
に調整してプラズマを発生させ、Ｉｒのコーティングを
実施した。プラズマ出力を３００kＷとし、１５０分間
成膜処理を行って基材１０１表面に約２０μｍの表面被
覆層１０２(Ｉｒ)を形成して、Ｎｂ合金耐熱部材１を得
た。

【００２５】〔実施の形態２〕本発明による表面被覆層
の耐酸化性効果を検証するために、図２に示す試験片２
を用いて酸化試験を実施した。試験片２は、円柱状の穴
を開けたＩｒ製の基体１１０の中にＮｂ₃Ａｌ基金属間
化合物１１５であるＮｂ-２２％Ａｌ-４％Ｍｏ(原子％)
を埋め込んだもので、ＩｒとＮｂ₃Ａｌ系金属間化合物
との境界部を接着させる目的で、真空中１６００℃以上
の温度で熱処理したのち、表面をエミリー紙で♯１００
０まで研磨して作製した。試験片２の使用により、Ｎｂ
₃Ａｌ基金属間化合物が露出した面のみのコーティング
で耐酸化試験が可能となる。

【００２６】酸化試験は、大気中で所定の温度まで昇温
し、保持した時の重量変化量を測定した。図２で示すよ
うな試験材２を用いた場合は、測定結果として得られる
重量変化量はコーティングした上面以外のＩｒの面の変
化量も含むため、次式によって上面の中のＮｂ₃Ａｌの
領域のみの酸化重量量変化を見積もった。

【００２７】 △ｗ(N)＝（Ｗ−△ｗ(Ir)・Ａ(Ir））／Ａ(N) なお △ｗ(N)：Ｎｂ₃Ａ１の単位面積当りの重量変化量
（kg／ｍ²) Ｗ：測定によた得られた重量変化量（kg) △ｗ(Ir)：Ｉｒの単位面積当りの重量変化量（kg／ｍ²) Ａ(Ir)：試験片中の露出されたＩｒの表面積（ｍ²）Ａ(N)：試験片中のＮｂ₃Ａ１の表面積（ｍ²）。

【００２８】ここで、Ａ(Ir)、Ａ(N)は試験片形状から
計算でき、Ａ(Ir)は４.０×10~⁷ｍ²（ただしコーティン
グしない場合４.９×10~⁷ｍ²）、Ａ(N)は７.０７×10~⁶
ｍ²となる。また、△ｗ(Ir)は予め実験より求めること
ができ、例えば１５００℃では、１時間後で−２.２１
×１０~²kg／ｍ²であった。

【００２９】図３は、試験片２に各種材質の表面被覆層
を形成した各試料を大気中９２０℃まで毎分２０℃で昇
温して、９２０℃で１時間保持した時の重量変化をまと
めたものである。各試料は、図２に示す試験片２を基材
として、この基材に実施の形態１で示す方法でＩｒの表
面被覆層を作製した本発明試料(a)と、表面被覆層を備
えていない試料(b)、及び電子ビーム蒸着と酸素イオン
注入でＡl₂Ｏ₃を８μｍ被覆したもの(c)、電子ビーム蒸
着でＩｒを１μｍ被覆したもの(d)を比較した。Ａl₂Ｏ₃
を被覆した試料(c)でも重量変化は抑制されるが、その
効果は少ない。これは、昇温中にＡl₂Ｏ₃被覆層にクラ
ックが発生し、そこから酸素が侵入し基材(Ｎｂ₃Ａｌ基
金属間化合物)が酸化することが原因である。さらに酸
化した基材が体積膨脹して被覆層を破壊することによっ
て酸化が加速される。また、Ｉｒを電子ビーム蒸着で被
覆した試料(d)でも酸化は防止できなかった。これは、
電子ビーム蒸着で得られたＩｒ被覆層は、緻密性が悪い
ため、酸素がＩｒ粒間の微細な空壁を通って基材まで到
達し、酸化が進行することが原因である。一方、本発明
によるスパッタＩｒ被覆層を有する試料(a)では、９２
０℃で１時間保持後も重量変化はほとんどなく、酸化を
完全に防止することができた。

【００３０】図４は、図３と同様の酸化試験を１４００
℃で実施した結果をまとめたものである。ここでは、比
較のために、Ａl₂Ｏ₃の熱膨脹率を制御する目的でＳｉ
Ｏ₂を添加したＡｌ₂Ｏ₃-５mol％ＳｉＯ₂を表面被覆層と
した試料(e)の結果も示した。１４００℃でも、Ａｌ₂Ｏ
₃-５mol％ＳｉＯ₂を被覆した試料(e)の耐酸化効果は少
なく、一方、本発明によるスパッタＩｒ被覆層を有する
試料(a)で、酸化を完全に防止することができた。

【００３１】図５は、同様に図２に示す試験片２を基材
として、実施の形態１で示した方法で表面被覆層を形成
した試料(a)を、１５００℃、１６００℃、１７００℃
の温度でそれぞれ大気中３０分保持した時の重量変化曲
線である。比較のために表面被覆層をもたない試試料
(b)の１５００℃での結果も示した。本発明による表面
被覆層は、１７００℃でも酸化による重量変化がなく、
本発明によって１７００℃でのＮｂ合金の酸化をほぼ完
全に防止することができた。このように、本実施の形態
で示したような表面被覆層を備えることにより、１７０
０℃の大気中で酸化が進行しないようなＮｂ合金耐熱部
材を得ることが可能となる。

【００３２】〔実施の形態３〕図６は本発明による別の耐熱部材の表面付近の断面模式
図である。このＮｂ合金耐熱部材３の製造方法を以下に
説明する。基材１０１として、実施の形態１と同じ物を
用いた。この基材１０１を電子ビーム蒸着源とイオン源
を備えた成膜装置にセットし、５×10^-6Ｔorrまで真空
引きした。その後、基材部温度を３００℃に保持し、Ｔ
ａを電子ビームで溶解し、成膜速度２nm/sで蒸着した。
蒸着原料として、純度９９.９％以上の純Ｔａを用い
た。また、皮膜の密着性を高めるために蒸着と同時に酸
素イオンをイオン源から打ち出し基材１０１に照射し
た。酸素イオンの照射条件は、加速電圧３０kV、イオン
電流０.５μＡである。成膜中の真空度は１〜５×10^-5
Ｔorrである。このようにして１６.７分間蒸着し、Ｉｒ
の拡散防止層１０５として約２μｍのＴａ皮膜を得た。
電子ビーム蒸着とイオン照射を併用して密着性の高い皮
膜を得る成膜方法は、ダイナミックミキシングデポジシ
ョンあるいはイオンビームアシステッドポジション(Ｉ
ＢＡＤ)と呼ばれており、前述したように高密着性Ｔａ
皮膜の製造に有効な手法である。

【００３３】このＴａ皮膜を有する基材を、前記成膜装
置から取り出し、高周波スパッタ成膜装置に移してセッ
トした後、実施の形態１と同じ方法で酸素防止層１０７
としての約２０μｍのＩｒ層を成膜した。このようにＴ
ａの拡散防止層１０５とＩｒの酸素防止層１０７からな
る表面被覆層１０２を備えたＮｂ合金耐熱部材を得るこ
とができた。

【００３４】上記の表面被覆層のうち、純Ｔａの代わり
にＴａ、Ｒｅ、Ｗから選ばれた１種以上の成分が重量比
で９０％以上である物質を用いる場合も、上記と同様な
方法用いれば、Ｎｂ合金耐熱部材を得ることができる。
これら３種の金属のうちの２種以上の合金を被覆層とし
て用いる場合には、あらかじめ所定の組成を持つ合金を
作製して、電子ビーム蒸着の蒸着原料とする。

【００３５】〔実施の形態４〕本発明による別の表面被
覆方法について説明する。実施の形態１で示したよう
に、Ｉｒをスパッタ法で被覆したＮｂ合金熱部材を、超
高温真空熱処理炉に入れて５×10~⁵Ｔorrまで真空引き
した。そして、この熱処理炉の温度を毎分２０℃で１５
００℃まで上昇させ、この温度で３０分保持した後、毎
分２０℃の速度で冷却し、より密着性の高いＩｒ被覆層
を備えたＮｂ合金耐熱部材(ａｈ)を得た。実施の形態３
で示した拡散防止層とＩｒの酸素防止層からなる表面被
覆層をそなえた部材においても、本方法でより密着性の
高い被覆層を備えたＮｂ合金耐熱部材を得ることができ
る。

【００３６】〔実施の形態５〕実施の形態３及び４に示
した本発明による別の表面被覆層の耐酸化性効果を検証
するために、１８００℃の酸化試験を実施した。実施の
形態２と同様、図２に示す試験片２を基材として用い、
実施の形態３で示したＴａ拡散防止層１０５とＩｒ酸素
遮断層１０７からなる表面被覆層１０２を備えた試料
(ｆ)を作製した。比較のために、実施の形態２の方法で
得られたＩｒ表面被覆層を持つ試験片、及び表面被覆層
を持たない試験片も供試材とした。

【００３７】図７は、これら試験片を１８００℃大気中
に保持した時の重量変化である。表面被覆層のない試料
(ｂ)は、短時間に激しく酸化し、重量が急激に増加した
後、徐々に減少に転じる。これは、この温度では酸化に
より生成したＮｂ酸化物が溶融した後に蒸発するためで
ある。一方、実施の形態１の方法で作製したＩｒ被覆層
を備えた本発明による試料(ａ)では、酸化による重量変
化を３分の１に抑制することができた。さらに、実施の
形態３で示したＴａ拡散防止層とＩｒ酸素遮断層からな
る表面被覆層を備えた試料(ｆ)では、Ｉｒ被覆層のみの
場合よりも重量増加を約１５％抑制することができた。
これは、Ｔａ層がＩｒの拡散を防止することによる効果
である。また、実施の形態４記載の方法で得られた１５
００℃で３０分真空熱処理したＩｒ被覆層を備えた試料
(ａｈ)試験片では、熱処理することによって、重量増加
を約３０％減少することができた。これは、事前の適当
な熱処理によって、被覆層と基材との密着性が向上し、
皮膜のき裂、剥離等の問題が減少した結果である。

【００３８】このように、本発明によれば、Ｎｂ合金の
１８００℃での耐酸化性を向上させることができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、１７００℃以上の温度
でも優れた耐酸化性を示す被覆層を備えたＮｂ合金耐熱
部材を供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｎｂ₃Ａ１基耐熱部材の表面部の断面模式図で
ある。

【図２】耐酸化性試験に供した試験片(基材)の模式図で
ある。

【図３】大気中９２０℃における酸化試験の結果を示す
図である。

【図４】大気中１４００℃における酸化試験の結果を示
す図である。

【図５】大気中１５００℃〜１７００℃における酸化試
験の結果を示す図である。

【図６】別のＮｂ₃Ａ１基耐熱部材の表面部の断面模式
図である。

【図７】大気中１８００℃における酸化試験の結果を示
す図である。

【符号の説明】

１Ｎｂ合金耐熱部材２試験片３Ｎｂ合金耐熱部材１０１Ｎｂ₃Ａ１基・基材１０２表面被覆層１０５Ｔａ拡散防止層１０７Ｉｒ酸素遮断層１１０Ｉｒ製基体１１５Ｎb₃Ａ1基金属間化合物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 ＣＦ０２Ｋ 9/62 Ｆ０２Ｋ 9/62 (56)参考文献特開平10−54302（ＪＰ，Ａ) 特開平９−67632（ＪＰ，Ａ) 特開平８−121104（ＪＰ，Ａ) 特開平９−189261（ＪＰ，Ａ) 特開平10−140347（ＪＰ，Ａ) 特開平６−306640（ＪＰ，Ａ) 特表平11−500202（ＪＰ，Ａ) 社団法人日本機械学会、第73期通常総会講演会講演論文集（▲ＩＩ▼）、1996 （平成８年）４月１日、ｐ215−216 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C22C 27/02 102 F01D 5/28 F02C 7/00 F02K 9/62

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｂ ₃ Ａｌ基合金からなる基材表面に、
９５重量％以上のＩｒを有する表面被覆層が形成されて
いることを特徴とするＮｂ合金耐熱部材。
【請求項２】Ｎｂ ₃ Ａｌ基合金からなる基材表面にＴ
ａ、Ｒｅ、Ｗから選ばれた１種以上を重量比で９０％以
上を有する第１層と、該第１層上に形成され９５重量％
以上のＩｒを有する第２層とを備えたことを特徴とする
Ｎｂ合金耐熱部材。
【請求項３】Ｎｂ ₃ Ａｌ基合金からなる基材表面に、
９５重量％以上のＩｒを有するターゲット材を用いてス
パッタ蒸着法により、Ｉｒを有する被覆層を形成するこ
とを特徴とするＮｂ合金耐熱部材の製造方法。
【請求項４】Ｎｂ ₃ Ａｌ基合金からなる基材表面に、
Ｔａ、Ｒｅ、Ｗから選ばれた１種以上を重量比で９０％
以上有する金属を真空蒸着法で被覆し、続いて９５重量
％以上のＩｒを有する金属をスパッタ蒸着法で被覆する
ことを特徴とするＮｂ合金耐熱部材の製造方法。
【請求項５】請求項３または４に記載のＮｂ合金耐熱
部材の製造方法により製造されたＮｂ合金耐熱部材を、
無酸素雰囲気で１０００〜１７００℃に加熱するＮｂ合
金耐熱部材の製造方法。
【請求項６】前記基材表面にＴａ、Ｒｅ、Ｗをから選
ばれた１種以上の前記金属を真空蒸着法で被覆する際
に、前記基材表面に酸素またはアルゴンのイオンを照射
することを特徴とする請求項４記載のＮｂ合金耐熱部材
の製造方法。