JP3360058B2 - 耐高温酸化性に優れた皮膜を有する耐熱性金属部材およびその製造方法 - Google Patents
耐高温酸化性に優れた皮膜を有する耐熱性金属部材およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性金属部材お
よびその製造方法に係り、特に、金属基体表面に、溶融
塩電荷メッキ方法により、耐高温酸化性に優れた皮膜を
形成してなる耐熱性金属部材およびその製造方法に関す
る。
よびその製造方法に係り、特に、金属基体表面に、溶融
塩電荷メッキ方法により、耐高温酸化性に優れた皮膜を
形成してなる耐熱性金属部材およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＴｉＡｌ系合金は、一般の耐熱合金に比
べると比重が小さく、高温における比強度に優れること
から、ガスタービン、ジェットエンジン等の次世代耐熱
材料として注目されており、世界的に盛んに材料開発が
行われ、現在までに高温での機械的特性に優れた種々の
ＴｉＡｌ系合金が開発されている。
べると比重が小さく、高温における比強度に優れること
から、ガスタービン、ジェットエンジン等の次世代耐熱
材料として注目されており、世界的に盛んに材料開発が
行われ、現在までに高温での機械的特性に優れた種々の
ＴｉＡｌ系合金が開発されている。
【０００３】一方、 ＴｉＡｌ系合金は、ガスタービ
ン、ジェットエンジン等の高温酸化性雰囲気では耐酸化
性に乏しいため、そのような構造材料としての実用化の
ためには高温酸化性の向上が課題となっている。即ち、
ＴｉＡｌ系合金は、高温酸化性雰囲気では表面にＴｉ
Ｏ２層が形成され、その後ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３混合層
が形成されることが知られている。このＴｉＯ２層は、
保護皮膜としては作用しないため、高温酸化性雰囲気で
は酸化スケールが厚く成長してしまい、高温酸化性雰囲
気にさらされる部材材料としての実用化は困難である。
ン、ジェットエンジン等の高温酸化性雰囲気では耐酸化
性に乏しいため、そのような構造材料としての実用化の
ためには高温酸化性の向上が課題となっている。即ち、
ＴｉＡｌ系合金は、高温酸化性雰囲気では表面にＴｉ
Ｏ２層が形成され、その後ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３混合層
が形成されることが知られている。このＴｉＯ２層は、
保護皮膜としては作用しないため、高温酸化性雰囲気で
は酸化スケールが厚く成長してしまい、高温酸化性雰囲
気にさらされる部材材料としての実用化は困難である。
【０００４】このようなＴｉＡｌ系合金の耐酸化性の改
善のため、これまでに部材表面に耐酸化性に優れたＴｉ
Ａｌ３層を被覆する方法（特開平１−２９８５８号公
報）や硫化処理によって合金表面にＴｉＡｌ３層を形成
する方法（特開平７−１９７１５５号）のような、Ｔｉ
Ａｌ系合金表面にＡｌ濃化層を形成する方法、ＴｉＡｌ
系合金中にＳｉ、Ｙ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ等の第３の元素を
添加する方法（特開平１−２９８５８号）、低酸素分圧
処理、ハロゲン処理、イオン注入等によりＴｉＡｌ系合
金表面に緻密なＡｌ２Ｏ３層を安定して形成する方法等
が提案されている。
善のため、これまでに部材表面に耐酸化性に優れたＴｉ
Ａｌ３層を被覆する方法（特開平１−２９８５８号公
報）や硫化処理によって合金表面にＴｉＡｌ３層を形成
する方法（特開平７−１９７１５５号）のような、Ｔｉ
Ａｌ系合金表面にＡｌ濃化層を形成する方法、ＴｉＡｌ
系合金中にＳｉ、Ｙ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ等の第３の元素を
添加する方法（特開平１−２９８５８号）、低酸素分圧
処理、ハロゲン処理、イオン注入等によりＴｉＡｌ系合
金表面に緻密なＡｌ２Ｏ３層を安定して形成する方法等
が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこれら
の処理方法によると、無処理のＴｉＡｌ系合金と比較し
て、ある程度の耐酸化性の向上は得られているが、いず
れも不十分であり、また様々な問題もある。
の処理方法によると、無処理のＴｉＡｌ系合金と比較し
て、ある程度の耐酸化性の向上は得られているが、いず
れも不十分であり、また様々な問題もある。
【０００６】例えば、ＴｉＡｌ系合金表面にＡｌ濃化層
を形成する方法では、高温での酸化により濃化したＡｌ
が基体中に逆拡散し、構成した濃化層が時間の経過とと
もに消失するため、長時間の信頼性に劣るという欠点が
ある。また、ＴｉＡｌ系合金中に第３の元素を添加する
方法は、合金自体の機械的特性、鋳造性を損なうという
問題がある。更に、イオン注入等の物理的手法を用い
て、合金表面に改質層を形成し、合金表面の耐酸化性を
向上させる方法は、改質層が、上述の濃化層と同様に時
間の経過とともに消失するという問題とともに、複雑な
形状の被処理材料への適用が困難であるという欠点も併
せ有する。
を形成する方法では、高温での酸化により濃化したＡｌ
が基体中に逆拡散し、構成した濃化層が時間の経過とと
もに消失するため、長時間の信頼性に劣るという欠点が
ある。また、ＴｉＡｌ系合金中に第３の元素を添加する
方法は、合金自体の機械的特性、鋳造性を損なうという
問題がある。更に、イオン注入等の物理的手法を用い
て、合金表面に改質層を形成し、合金表面の耐酸化性を
向上させる方法は、改質層が、上述の濃化層と同様に時
間の経過とともに消失するという問題とともに、複雑な
形状の被処理材料への適用が困難であるという欠点も併
せ有する。
【０００７】以上のように、いずれの処理方法も、根本
的な解決にはなっておらず、長期間繰返し高温酸化性雰
囲気にさらされる材料の信頼性を向上させるには至って
いない。
的な解決にはなっておらず、長期間繰返し高温酸化性雰
囲気にさらされる材料の信頼性を向上させるには至って
いない。
【０００８】なお、特開昭４７−４２５３６号公報に
は、耐食性および耐熱性向上のため、基体金属表面にＡ
ｌ−Ｃｒ合金メッキを施すことが記載されているが、こ
のＡｌ−Ｃｒ合金のＣｒ量は１〜２７重量％と少ないた
め、優れた耐高温酸化性を得ることが出来ない。
は、耐食性および耐熱性向上のため、基体金属表面にＡ
ｌ−Ｃｒ合金メッキを施すことが記載されているが、こ
のＡｌ−Ｃｒ合金のＣｒ量は１〜２７重量％と少ないた
め、優れた耐高温酸化性を得ることが出来ない。
【０００９】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、耐高温酸化性に優れた高い寸法
精度の皮膜を有する耐熱性金属部材およびその製造方法
を提供することを目的とする。
になされたものであり、耐高温酸化性に優れた高い寸法
精度の皮膜を有する耐熱性金属部材およびその製造方法
を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、金属基体表面に、Ｃｒを主体とし、Ａ
ｌ、およびＡｌ以外の金属元素の少なくとも１種を含む
多元系Ｃｒ基合金からなる耐高温酸化性に優れた皮膜
を、溶融電解メッキ法により被着してなることを特徴と
する耐熱性金属部材を提供する。
め、本発明は、金属基体表面に、Ｃｒを主体とし、Ａ
ｌ、およびＡｌ以外の金属元素の少なくとも１種を含む
多元系Ｃｒ基合金からなる耐高温酸化性に優れた皮膜
を、溶融電解メッキ法により被着してなることを特徴と
する耐熱性金属部材を提供する。
【００１１】かかる耐熱性金属部材において、前記Ａｌ
以外の金属元素は、０．０１〜５０重量％のＴｉ、０．
０１〜１５重量％のＭｏ、０．０１〜１５重量％のＴ
ａ、０．０１〜１５重量％のＷ、０．０１〜１５重量％
のＺｒ、０．０１〜５重量％のＹ、および０．０１〜５
重量％のＣｅからなる群から選ばれた少なくとも１種と
することが出来る。
以外の金属元素は、０．０１〜５０重量％のＴｉ、０．
０１〜１５重量％のＭｏ、０．０１〜１５重量％のＴ
ａ、０．０１〜１５重量％のＷ、０．０１〜１５重量％
のＺｒ、０．０１〜５重量％のＹ、および０．０１〜５
重量％のＣｅからなる群から選ばれた少なくとも１種と
することが出来る。
【００１２】また、本発明は、金属基体表面に、Ａｌを
５〜７２原子％含有するＣｒ−Ａｌ二元系合金からなる
耐高温酸化性に優れた皮膜を、溶融塩電解メッキ法によ
り被着してなることを特徴とする耐熱性金属部材を提供
する。
５〜７２原子％含有するＣｒ−Ａｌ二元系合金からなる
耐高温酸化性に優れた皮膜を、溶融塩電解メッキ法によ
り被着してなることを特徴とする耐熱性金属部材を提供
する。
【００１３】かかる耐熱性金属部材において、耐高温酸
化性に優れた皮膜は、第３の元素の少なくとも１種を更
に含むことが出来る。この第３の金属元素は、０．０１
〜５０重量％のＴｉ、０．０１〜１５重量％のＭｏ、
０．０１〜１５重量％のＴａ、０．０１〜１５重量％の
Ｗ、０．０１〜１５重量％のＺｒ、０．０１〜５重量％
のＹ、および０．０１〜５重量％のＣｅからなる群から
選ばれた少なくとも１種とすることが出来る。
化性に優れた皮膜は、第３の元素の少なくとも１種を更
に含むことが出来る。この第３の金属元素は、０．０１
〜５０重量％のＴｉ、０．０１〜１５重量％のＭｏ、
０．０１〜１５重量％のＴａ、０．０１〜１５重量％の
Ｗ、０．０１〜１５重量％のＺｒ、０．０１〜５重量％
のＹ、および０．０１〜５重量％のＣｅからなる群から
選ばれた少なくとも１種とすることが出来る。
【００１４】以上の耐熱性金属部材において、金属基体
として、Ｔｉ−Ａｌ系合金を用いることが出来る。この
Ｔｉ−Ａｌ系合金は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｙ、およ
びＣｅからなる群から選択された少なくとも１種の添加
元素を含有することが望ましい。
として、Ｔｉ−Ａｌ系合金を用いることが出来る。この
Ｔｉ−Ａｌ系合金は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｙ、およ
びＣｅからなる群から選択された少なくとも１種の添加
元素を含有することが望ましい。
【００１５】耐高温酸化性に優れた皮膜に含まれるＡｌ
以外の金属元素または前記第３の金属元素は、金属基体
と耐高温酸化性に優れた皮膜との間に形成され、金属基
体を構成する金属と皮膜を構成する金属との反応を抑制
する機能を有するものであることが望ましい。
以外の金属元素または前記第３の金属元素は、金属基体
と耐高温酸化性に優れた皮膜との間に形成され、金属基
体を構成する金属と皮膜を構成する金属との反応を抑制
する機能を有するものであることが望ましい。
【００１６】また、耐高温酸化性に優れた皮膜を構成す
るＣｒ−Ａｌ二元系合金の組成を、厚さ方向で傾斜させ
ることが出来る。
るＣｒ−Ａｌ二元系合金の組成を、厚さ方向で傾斜させ
ることが出来る。
【００１７】更に、本発明は、以上の耐熱性金属部材を
製造する方法を提供する。かかる耐熱性金属部材を製造
する方法として、以下の方法がある。
製造する方法を提供する。かかる耐熱性金属部材を製造
する方法として、以下の方法がある。
【００１８】（１）５０〜６５ｍｏｌ％の塩化アルミニ
ウム、１０〜３０ｍｏｌ％の塩化ナトリウム、５〜２５
ｍｏｌ％の塩化カリウム、０．５〜２ｍｏｌ％の塩化ク
ロム、および０．０１〜１ｍｏｌ％の塩化モリブデン、
塩化タングステン、塩化タンタル、塩化ジルコニウム、
塩化セリウムおよび塩化イットリウムからなる群から選
ばれた少なくとも１種を含む電解浴を用い、１５０〜２
００℃の温度で、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｙ、およびＣ
ｅからなる群から選択された少なくとも１種の添加元素
を含有するＴｉ−Ａｌ系合金からなる金属基体表面に、
耐高温酸化性に優れた皮膜を溶融塩電解メッキ法により
被着する耐熱性金属部材の製造方法。
ウム、１０〜３０ｍｏｌ％の塩化ナトリウム、５〜２５
ｍｏｌ％の塩化カリウム、０．５〜２ｍｏｌ％の塩化ク
ロム、および０．０１〜１ｍｏｌ％の塩化モリブデン、
塩化タングステン、塩化タンタル、塩化ジルコニウム、
塩化セリウムおよび塩化イットリウムからなる群から選
ばれた少なくとも１種を含む電解浴を用い、１５０〜２
００℃の温度で、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｙ、およびＣ
ｅからなる群から選択された少なくとも１種の添加元素
を含有するＴｉ−Ａｌ系合金からなる金属基体表面に、
耐高温酸化性に優れた皮膜を溶融塩電解メッキ法により
被着する耐熱性金属部材の製造方法。
【００１９】（２）１〜２０ｍｏｌ％の塩化アルミニウ
ム、３０〜７０ｍｏｌ％の塩化リチウム、３０〜７０ｍ
ｏｌ％の塩化カリウム、および０．５〜２ｍｏｌ％の塩
化クロムを含む電解浴を用い、４００〜６００℃の温度
で、 Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｙ、およびＣｅからなる
群から選択された少なくとも１種の添加元素を含有する
Ｔｉ−Ａｌ系合金からなる金属基体表面に、耐高温酸化
性に優れた皮膜を溶融塩電解メッキ法により被着する耐
熱性金属部材の製造方法。
ム、３０〜７０ｍｏｌ％の塩化リチウム、３０〜７０ｍ
ｏｌ％の塩化カリウム、および０．５〜２ｍｏｌ％の塩
化クロムを含む電解浴を用い、４００〜６００℃の温度
で、 Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｙ、およびＣｅからなる
群から選択された少なくとも１種の添加元素を含有する
Ｔｉ−Ａｌ系合金からなる金属基体表面に、耐高温酸化
性に優れた皮膜を溶融塩電解メッキ法により被着する耐
熱性金属部材の製造方法。
【００２０】
【００２１】以上説明した本発明の耐熱性金属部材およ
びその製造方法によると、金属基体の表面にＣｒ−Ａｌ
系合金が溶融塩電解メッキされているため、部材の高温
比強度を維持しつつ、部材表面の耐酸化性を向上させる
ことが可能である。
びその製造方法によると、金属基体の表面にＣｒ−Ａｌ
系合金が溶融塩電解メッキされているため、部材の高温
比強度を維持しつつ、部材表面の耐酸化性を向上させる
ことが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００２３】第１の発明に係る耐熱性金属部材は、金属
基体表面に、Ｃｒを主体とし、Ａｌ、およびＡｌ以外の
金属元素の少なくとも１種を含む多元系Ｃｒ基合金から
なる耐高温酸化性に優れた皮膜を被着してなることを特
徴とする。
基体表面に、Ｃｒを主体とし、Ａｌ、およびＡｌ以外の
金属元素の少なくとも１種を含む多元系Ｃｒ基合金から
なる耐高温酸化性に優れた皮膜を被着してなることを特
徴とする。
【００２４】また、第２の発明に係る耐熱部材は、金属
基体表面に、Ａｌを５〜７２原子％含有するＣｒ−Ａｌ
二元系合金からなる耐高温酸化性に優れた皮膜を被着し
てなることを特徴とする。
基体表面に、Ａｌを５〜７２原子％含有するＣｒ−Ａｌ
二元系合金からなる耐高温酸化性に優れた皮膜を被着し
てなることを特徴とする。
【００２５】第１および第２の発明に係る耐熱性金属部
材において、金属基体としては、ＴｉＡｌ系合金、Ｎｉ
基合金、Ｆｅ基合金等の耐熱・耐酸化性合金合金を用い
ることが出来るが、特にＴｉＡｌ系合金が好ましい。
材において、金属基体としては、ＴｉＡｌ系合金、Ｎｉ
基合金、Ｆｅ基合金等の耐熱・耐酸化性合金合金を用い
ることが出来るが、特にＴｉＡｌ系合金が好ましい。
【００２６】例えば、金属基体としてＴｉＡｌ系合金を
用いた場合には、表面にＣｒ系合金またはＣｒ−Ａｌ系
合金が存在するため、表面にＴｉＯ２層が形成されるこ
とはない。かかる金属部材表面にはＣｒ２Ｏ３皮膜また
はＡｌ２Ｏ３皮膜が形成されるが、これらは保護膜とし
て作用し、それによって耐酸化性が向上するのである。
用いた場合には、表面にＣｒ系合金またはＣｒ−Ａｌ系
合金が存在するため、表面にＴｉＯ２層が形成されるこ
とはない。かかる金属部材表面にはＣｒ２Ｏ３皮膜また
はＡｌ２Ｏ３皮膜が形成されるが、これらは保護膜とし
て作用し、それによって耐酸化性が向上するのである。
【００２７】このようなＣｒ２Ｏ３皮膜またはＡｌ２Ｏ
３皮膜は、Ｃｒ−Ａｌ系合金の組成を変化させることに
より、選択的に形成可能であり、これらは金属部材が使
用される部位の設計温度に応じて、使い分けることがで
きる。
３皮膜は、Ｃｒ−Ａｌ系合金の組成を変化させることに
より、選択的に形成可能であり、これらは金属部材が使
用される部位の設計温度に応じて、使い分けることがで
きる。
【００２８】本発明の金属部材の表面に形成される耐高
温酸化性に優れた皮膜には、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚ
ｒ、Ｙ、およびＣｅからなる群から選ばれた少なくとも
１種の金属元素を添加することが出来る。これらの金属
元素は、金属基体とＣｒ系合金またはＣｒ−Ａｌ系合金
皮膜との間に形成することが出来る。
温酸化性に優れた皮膜には、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚ
ｒ、Ｙ、およびＣｅからなる群から選ばれた少なくとも
１種の金属元素を添加することが出来る。これらの金属
元素は、金属基体とＣｒ系合金またはＣｒ−Ａｌ系合金
皮膜との間に形成することが出来る。
【００２９】添加金属元素のうち、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ
（０．０１〜１５重量％）は、金属基体とＣｒ系合金ま
たはＣｒ−Ａｌ系合金皮膜との間に、Ｃｒ、Ａｌととも
に添加元素の濃化層を形成し、この濃化層がＣｒ、Ａｌ
の金属基体中への拡散を防止する機能を有する。
（０．０１〜１５重量％）は、金属基体とＣｒ系合金ま
たはＣｒ−Ａｌ系合金皮膜との間に、Ｃｒ、Ａｌととも
に添加元素の濃化層を形成し、この濃化層がＣｒ、Ａｌ
の金属基体中への拡散を防止する機能を有する。
【００３０】しかし、 Ｍｏ、Ｔａ、Ｗは、それら自体
の耐酸化性は乏しく、 Ｃｒ、Ａｌと合金化することで
その機能を発揮するものである。従って、これらの金属
元素の含有量が１５重量％を越えると、これら金属元素
自体が酸化されて、耐酸化性を劣化させてしまう。な
お、これら金属元素の含有量が０．０１重量％未満で
は、その機能を発揮することが出来ない。
の耐酸化性は乏しく、 Ｃｒ、Ａｌと合金化することで
その機能を発揮するものである。従って、これらの金属
元素の含有量が１５重量％を越えると、これら金属元素
自体が酸化されて、耐酸化性を劣化させてしまう。な
お、これら金属元素の含有量が０．０１重量％未満で
は、その機能を発揮することが出来ない。
【００３１】添加金属元素のうち、Ｚｒ（０．０１〜１
５重量％）、Ｙ（０．０１〜５重量％）、Ｃｅ（０．０
１〜５重量％）は、耐熱性金属部材の表面の酸化により
形成されたＣｒ２Ｏ３皮膜またはＡｌ２Ｏ３皮膜が、表
面から剥離するのを防止する機能を有する。従って、
Ｚｒ、Ｙ、Ｃｅの存在により、熱衝撃性に優れたＣｒ ２
Ｏ３皮膜またはＡｌ２Ｏ３皮膜を、部材表面に形成・保
持することが可能となる。
５重量％）、Ｙ（０．０１〜５重量％）、Ｃｅ（０．０
１〜５重量％）は、耐熱性金属部材の表面の酸化により
形成されたＣｒ２Ｏ３皮膜またはＡｌ２Ｏ３皮膜が、表
面から剥離するのを防止する機能を有する。従って、
Ｚｒ、Ｙ、Ｃｅの存在により、熱衝撃性に優れたＣｒ ２
Ｏ３皮膜またはＡｌ２Ｏ３皮膜を、部材表面に形成・保
持することが可能となる。
【００３２】一方、 Ｚｒ、Ｙ、Ｃｅは、酸素との親和
力が非常に強く、上述の含有量の上限を越えると、メッ
キ合金皮膜中の酸素の固溶量を増加させるため、メッキ
合金皮膜表面に形成されるＣｒ２Ｏ３皮膜またはＡｌ２
Ｏ３皮膜の安定性を損ない、部材の耐酸化性を劣化させ
てしまう。なお、これら金属元素の含有量が０．０１重
量％未満では、その機能を発揮することが出来ない。
力が非常に強く、上述の含有量の上限を越えると、メッ
キ合金皮膜中の酸素の固溶量を増加させるため、メッキ
合金皮膜表面に形成されるＣｒ２Ｏ３皮膜またはＡｌ２
Ｏ３皮膜の安定性を損ない、部材の耐酸化性を劣化させ
てしまう。なお、これら金属元素の含有量が０．０１重
量％未満では、その機能を発揮することが出来ない。
【００３３】以上、金属基体表面にＣｒ合金またはＣｒ
−Ａｌ合金を被着した例について説明したが、本発明は
これに限らず、金属基体表面に溶融塩電解メッキ法によ
りＡｌを析出させ、析出したＡｌと金属基体とを反応さ
せることにより、耐高温酸化性に優れた皮膜を形成する
ことも可能である。
−Ａｌ合金を被着した例について説明したが、本発明は
これに限らず、金属基体表面に溶融塩電解メッキ法によ
りＡｌを析出させ、析出したＡｌと金属基体とを反応さ
せることにより、耐高温酸化性に優れた皮膜を形成する
ことも可能である。
【００３４】
【実施例】以下、本発明の種々の実施例を示し、本発明
をより具体的に説明する。
をより具体的に説明する。
【００３５】実施例１ パイレックス製電解槽（電解槽１、電解槽２）を２組作
成し、それぞれに収容された下記の組成の電解浴中に、
９９．９％アルミニウム板からなる陽極と、被メッキ材
である陰極として、ＴｉＡｌ合金板（３０×４０×１ｍ
ｍ）を対向させて配置した。電位の基準として、純アル
ミニウム線（径：２ｍｍ）を陰極と陽極の中間に配置し
た。なお、ＴｉＡｌ合金板としては、脱脂した後、室温
で減圧乾燥したものを用い、最初に電解槽２内でメッキ
処理し、次いで電解槽１内でメッキ処理した。
成し、それぞれに収容された下記の組成の電解浴中に、
９９．９％アルミニウム板からなる陽極と、被メッキ材
である陰極として、ＴｉＡｌ合金板（３０×４０×１ｍ
ｍ）を対向させて配置した。電位の基準として、純アル
ミニウム線（径：２ｍｍ）を陰極と陽極の中間に配置し
た。なお、ＴｉＡｌ合金板としては、脱脂した後、室温
で減圧乾燥したものを用い、最初に電解槽２内でメッキ
処理し、次いで電解槽１内でメッキ処理した。
【００３６】 電解浴組成 ＡｌＣｌ３ ６３％ ＮａＣｌ ２０％ ＫＣｌ １７％ なお、電解槽１内の電解浴中には、イオン濃度５０〜４
０００ｐｐｍのＣｒＣｌ２を添加し、電解槽２内の電解
浴中には、イオン濃度５０〜４０００ｐｐｍのＷＣｌ４
を添加した。
０００ｐｐｍのＣｒＣｌ２を添加し、電解槽２内の電解
浴中には、イオン濃度５０〜４０００ｐｐｍのＷＣｌ４
を添加した。
【００３７】このような２組の電解槽１，２を用いて、
電解浴を０．３ｍ／秒の攪拌速度で攪拌しつつ、通電気
量２０００クーロン／ｃｍ２、電解浴温度１６０℃で、
種々の電解電位で電解メッキを行った。この場合、まず
電解槽２内で、 ＴｉＡｌ合金板表面にタングステンを
１〜３μｍの厚さに電析させ、次いで、ＴｉＡｌ合金板
を電解槽１に移動し、Ｃｒ−Ａｌ合金メッキを行った。
電解浴を０．３ｍ／秒の攪拌速度で攪拌しつつ、通電気
量２０００クーロン／ｃｍ２、電解浴温度１６０℃で、
種々の電解電位で電解メッキを行った。この場合、まず
電解槽２内で、 ＴｉＡｌ合金板表面にタングステンを
１〜３μｍの厚さに電析させ、次いで、ＴｉＡｌ合金板
を電解槽１に移動し、Ｃｒ−Ａｌ合金メッキを行った。
【００３８】電位の制御には市販のポテンショスタット
を用いた。得られたメッキ皮膜の組成（電析物組成）お
よびメッキ皮膜の外観について、下記表１にまとめた。
を用いた。得られたメッキ皮膜の組成（電析物組成）お
よびメッキ皮膜の外観について、下記表１にまとめた。
【００３９】
【表１】
【００４０】上記表１から明らかなように、電解電位を
種々変化させることにより、種々の組成のＣｒ−Ａｌ合
金からなるメッキ皮膜を得ることが出来た。特に、Ａｌ
の組成が３０％を越える場合には、ほぼ平滑な外観を有
する優れたＣｒ−Ａｌ合金皮膜が得られた。
種々変化させることにより、種々の組成のＣｒ−Ａｌ合
金からなるメッキ皮膜を得ることが出来た。特に、Ａｌ
の組成が３０％を越える場合には、ほぼ平滑な外観を有
する優れたＣｒ−Ａｌ合金皮膜が得られた。
【００４１】本実施例では、 Ｃｒ−Ａｌ合金をメッキ
する前に、ＴｉＡｌ合金板の表面にタングステン皮膜を
形成したが、タングステン皮膜の代わりにモリブデン、
ジルコニウム、タンタル、イットリウム、セリウムの皮
膜を同様に形成することが出来る。この場合、これら金
属の塩化物を電解浴中に添加して電解を行えばよい。
する前に、ＴｉＡｌ合金板の表面にタングステン皮膜を
形成したが、タングステン皮膜の代わりにモリブデン、
ジルコニウム、タンタル、イットリウム、セリウムの皮
膜を同様に形成することが出来る。この場合、これら金
属の塩化物を電解浴中に添加して電解を行えばよい。
【００４２】なお、本実施例では、電解浴温度１６０℃
で電解メッキを行ったが、電解浴温度が２００℃以上に
なると、電解浴中の塩化アルミニウムが激しく蒸発し、
電解浴の組成が大きく変化してしまう。電解浴中の塩化
アルミニウムの濃度が５５ｍｏｌ％以下になると、メッ
キの表面が著しく不均一となってしまう。また、電解浴
中の塩化アルミニウムの濃度が５０ｍｏｌ％以下になる
と、２００℃においても電解浴が凝固し始めるため、メ
ッキ工程の継続が困難になってしまう。
で電解メッキを行ったが、電解浴温度が２００℃以上に
なると、電解浴中の塩化アルミニウムが激しく蒸発し、
電解浴の組成が大きく変化してしまう。電解浴中の塩化
アルミニウムの濃度が５５ｍｏｌ％以下になると、メッ
キの表面が著しく不均一となってしまう。また、電解浴
中の塩化アルミニウムの濃度が５０ｍｏｌ％以下になる
と、２００℃においても電解浴が凝固し始めるため、メ
ッキ工程の継続が困難になってしまう。
【００４３】実施例２ 電解槽内にアルミナセラミックス製のるつぼを収容し、
電解浴として下記の組成のものを用いたことを除いて、
実施例１と同様にして、２組の電解槽（電解槽１、電解
槽２）を用意し、実施例１と同様にして、下記のように
してメッキ処理を行った。
電解浴として下記の組成のものを用いたことを除いて、
実施例１と同様にして、２組の電解槽（電解槽１、電解
槽２）を用意し、実施例１と同様にして、下記のように
してメッキ処理を行った。
【００４４】 ＡｌＣｌ３ ４％ ＮａＣｌ ５８％ ＫＣｌ ３８％ なお、電解槽１内の電解浴中には、イオン濃度５０〜４
０００ｐｐｍのＣｒＣｌ２を添加し、電解槽２内の電解
浴中には、イオン濃度５０〜４０００ｐｐｍのＷＣｌ４
を添加した。
０００ｐｐｍのＣｒＣｌ２を添加し、電解槽２内の電解
浴中には、イオン濃度５０〜４０００ｐｐｍのＷＣｌ４
を添加した。
【００４５】このような２組の電解槽１，２を用いて、
電解浴を０．２〜０．３ｍ／秒の攪拌速度で攪拌しつ
つ、通電気量２０００クーロン／ｃｍ２、電解浴温度４
３０℃で、種々の電解電位で電解メッキを行った。この
場合、まず電解槽２内で、 ＴｉＡｌ合金板表面にタン
グステンを０．５〜２μｍの厚さに電析させ、次いで、
ＴｉＡｌ合金板を電解槽１に移動し、Ｃｒ−Ａｌ合金メ
ッキを行った。
電解浴を０．２〜０．３ｍ／秒の攪拌速度で攪拌しつ
つ、通電気量２０００クーロン／ｃｍ２、電解浴温度４
３０℃で、種々の電解電位で電解メッキを行った。この
場合、まず電解槽２内で、 ＴｉＡｌ合金板表面にタン
グステンを０．５〜２μｍの厚さに電析させ、次いで、
ＴｉＡｌ合金板を電解槽１に移動し、Ｃｒ−Ａｌ合金メ
ッキを行った。
【００４６】電位の制御には市販のポテンショスタット
を用いた。得られたメッキ皮膜の組成（電析物組成）お
よびメッキ皮膜の外観について、下記表２にまとめた。
を用いた。得られたメッキ皮膜の組成（電析物組成）お
よびメッキ皮膜の外観について、下記表２にまとめた。
【００４７】
【表２】
【００４８】上記表２から明らかなように、電解電位を
種々変化させることにより、種々の組成のＣｒ−Ａｌ合
金からなるほぼ平滑な表面形態のメッキ皮膜を得ること
が出来た。
種々変化させることにより、種々の組成のＣｒ−Ａｌ合
金からなるほぼ平滑な表面形態のメッキ皮膜を得ること
が出来た。
【００４９】本実施例では、 Ｃｒ−Ａｌ合金をメッキ
する前に、ＴｉＡｌ合金板の表面にタングステン皮膜を
形成したが、タングステン皮膜の代わりにモリブデン、
ジルコニウム、タンタル、イットリウム、セリウムの皮
膜を同様に形成することが出来ることは、実施例１と同
様である。この場合、これら金属の塩化物を電解浴中に
添加して電解を行えばよい。
する前に、ＴｉＡｌ合金板の表面にタングステン皮膜を
形成したが、タングステン皮膜の代わりにモリブデン、
ジルコニウム、タンタル、イットリウム、セリウムの皮
膜を同様に形成することが出来ることは、実施例１と同
様である。この場合、これら金属の塩化物を電解浴中に
添加して電解を行えばよい。
【００５０】なお、本実施例では、電解浴温度４３０℃
で電解メッキを行った。これは、上記組成の電解浴の融
点が３６０℃であるため、少なくとも４００℃以上で電
解メッキを行うことが必要であるからである。ただし、
電解浴温度が６００℃を越えると、電解浴中の塩化アル
ミニウムが激しく蒸発し、電解浴の組成が大きく変化し
てしまうため、６００℃以下で行うことが望ましい。
で電解メッキを行った。これは、上記組成の電解浴の融
点が３６０℃であるため、少なくとも４００℃以上で電
解メッキを行うことが必要であるからである。ただし、
電解浴温度が６００℃を越えると、電解浴中の塩化アル
ミニウムが激しく蒸発し、電解浴の組成が大きく変化し
てしまうため、６００℃以下で行うことが望ましい。
【００５１】実施例３ グラファイト製るつぼを備えた石英製電解槽を作成し、
グラファイト製るつぼに収容された下記の組成の電解浴
中に、アルミニウムに銅合金を鋳込んだ陽極と、被メッ
キ材である陰極として、ＴｉＡｌ合金板（５０×５０×
１ｍｍ）を対向させて配置した。なお、ＴｉＡｌ合金板
は、脱脂した後、室温で減圧乾燥したものを用いた。
グラファイト製るつぼに収容された下記の組成の電解浴
中に、アルミニウムに銅合金を鋳込んだ陽極と、被メッ
キ材である陰極として、ＴｉＡｌ合金板（５０×５０×
１ｍｍ）を対向させて配置した。なお、ＴｉＡｌ合金板
は、脱脂した後、室温で減圧乾燥したものを用いた。
【００５２】電解浴組成 ＡｌＣｌ３ ２％ ＮａＣｌ ４９％ ＫＣｌ ４９％ なお、電解浴中には、イオン濃度５０〜５０００ｐｐｍ
のＣｒＣｌ２を添加した。
のＣｒＣｌ２を添加した。
【００５３】このような電解槽を用いて、電解浴を０．
１ｍ／秒の攪拌速度で攪拌しつつ、通電気量２０００ク
ーロン／ｃｍ２、電解浴温度７５０℃で、種々の電流密
度で電解メッキを行った。得られたメッキ皮膜の組成
（電析物組成）およびメッキ皮膜の外観について、下記
表３にまとめた。
１ｍ／秒の攪拌速度で攪拌しつつ、通電気量２０００ク
ーロン／ｃｍ２、電解浴温度７５０℃で、種々の電流密
度で電解メッキを行った。得られたメッキ皮膜の組成
（電析物組成）およびメッキ皮膜の外観について、下記
表３にまとめた。
【００５４】
【表３】
【００５５】上記表３から明らかなように、電流密度を
種々変化させることにより、種々の組成のＣｒ−Ａｌ合
金からなるメッキ皮膜を得ることが出来た。特に、Ａｌ
の組成が１０％を越える場合には、ほぼ平滑な外観を有
する優れたＣｒ−Ａｌ合金皮膜が得られた。
種々変化させることにより、種々の組成のＣｒ−Ａｌ合
金からなるメッキ皮膜を得ることが出来た。特に、Ａｌ
の組成が１０％を越える場合には、ほぼ平滑な外観を有
する優れたＣｒ−Ａｌ合金皮膜が得られた。
【００５６】なお、本実施例では、塩化物の溶融塩から
なる電解浴を用いたが、フッ化物と塩化物の混合溶融塩
からなる電解浴を用いても、同様に、光沢のある平滑な
メッキ皮膜を得ることが出来る。この場合、石英の電解
槽では、電解槽自身がフッ化物により侵食されるため、
石英電解槽と同サイズのグラファイト製の電解槽を用い
ることが望ましい。
なる電解浴を用いたが、フッ化物と塩化物の混合溶融塩
からなる電解浴を用いても、同様に、光沢のある平滑な
メッキ皮膜を得ることが出来る。この場合、石英の電解
槽では、電解槽自身がフッ化物により侵食されるため、
石英電解槽と同サイズのグラファイト製の電解槽を用い
ることが望ましい。
【００５７】また、本実施例では、電解浴温度７５０℃
で電解メッキを行った。これは、上記組成の電解浴の融
点が６５０℃付近であるため、少なくとも７００℃以上
で電解メッキを行うことが必要であるからである。ただ
し、電解浴温度が８００℃を越えると、電解浴中の塩化
アルミニウムが激しく蒸発し、電解浴の組成が大きく変
化してしまうため、電解メッキ処理に際しては、電解浴
の組成の変化に配慮することが必要である。
で電解メッキを行った。これは、上記組成の電解浴の融
点が６５０℃付近であるため、少なくとも７００℃以上
で電解メッキを行うことが必要であるからである。ただ
し、電解浴温度が８００℃を越えると、電解浴中の塩化
アルミニウムが激しく蒸発し、電解浴の組成が大きく変
化してしまうため、電解メッキ処理に際しては、電解浴
の組成の変化に配慮することが必要である。
【００５８】実施例４皮膜組成を変えたことを除いて実施例１と同様の方法で
得られたＣｒ−Ａｌ合金皮膜を有する金属部材（ＴｉＡ
ｌ合金）を、大気中、９００℃で１７５時間保持し、前
後の重量を測定し、酸化増量を求めた。なお、比較例と
して、無処理のＴｉＡｌ合金についても同様に酸化増量
を求めた。その結果を下記表４に示す。
得られたＣｒ−Ａｌ合金皮膜を有する金属部材（ＴｉＡ
ｌ合金）を、大気中、９００℃で１７５時間保持し、前
後の重量を測定し、酸化増量を求めた。なお、比較例と
して、無処理のＴｉＡｌ合金についても同様に酸化増量
を求めた。その結果を下記表４に示す。
【００５９】
【表４】
【００６０】上記表４から、無処理のＴｉＡｌ合金は、
酸化増量が極めて大きいが、本発明の実施例に係るメッ
キ処理したＴｉＡｌ合金は、酸化増量が著しく低下して
おり、特にＷを添加（ＴｉＡｌ合金表面にＷ皮膜を形
成）したものは、一層、酸化増量が少ないことがわか
る。
酸化増量が極めて大きいが、本発明の実施例に係るメッ
キ処理したＴｉＡｌ合金は、酸化増量が著しく低下して
おり、特にＷを添加（ＴｉＡｌ合金表面にＷ皮膜を形
成）したものは、一層、酸化増量が少ないことがわか
る。
【００６１】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よると、金属基体の表面にＣｒ−Ａｌ系合金が溶融塩電
解メッキされているため、部材の高温比強度を維持しつ
つ、部材表面の耐酸化性を向上させることが可能であ
る。
よると、金属基体の表面にＣｒ−Ａｌ系合金が溶融塩電
解メッキされているため、部材の高温比強度を維持しつ
つ、部材表面の耐酸化性を向上させることが可能であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 俊明 北海道札幌市豊平区平岸１条７丁目１− １ 東急アルス平岸404 (72)発明者 上田 幹人 北海道石狩市樽川９条１丁目52番地 (72)発明者 林 重成 北海道札幌市中央区大通西18丁目１−36 インフィニート大通801 (72)発明者 泉 岳志 北海道江別市大麻北町511−95 (72)発明者 嶋村 清隆 北海道札幌市西区発寒13条12丁目２番15 号 札幌エレクトロプレイティング工業 株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−157891（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−31465（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭53−1212（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25D 3/66 C25D 7/00 F01D 5/28 C22C 21/00
Claims (4)
- 【請求項１】金属基体表面に、Ｃｒを主体とし、Ａｌ、
およびＡｌ以外の金属元素の少なくとも１種を含む多元
系Ｃｒ基合金からなる耐高温酸化性に優れた皮膜を、溶
融電解メッキ法により被着してなることを特徴とする耐
熱性金属部材。 - 【請求項２】前記金属基体は、Ｔｉ−Ａｌ系合金であ
り、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｙ、およびＣｅからなる群
から選択された少なくとも１種の添加元素を含有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の耐熱性金属部材。 - 【請求項３】前記Ａｌ以外の金属元素は、前記金属基体
を構成する金属と前記皮膜を構成する金属との反応を抑
制する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の
耐熱性金属部材。 - 【請求項４】請求項１に記載の耐熱性金属部材を製造す
る方法であって、５０〜６５ｍｏｌ％の塩化アルミニウ
ム、１０〜３０ｍｏｌ％の塩化ナトリウム、５〜２５ｍ
ｏｌ％の塩化カリウム、０．５〜２ｍｏｌ％の塩化クロ
ム、および０．０１〜１ｍｏｌ％の塩化モリブデン、塩
化タングステン、塩化タンタル、塩化ジルコニウム、塩
化セリウムおよび塩化イットリウムからなる群から選ば
れた少なくとも１種を含む電解浴を用い、１５０〜２０
０℃の温度で、 Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｙ、およびＣ
ｅからなる群から選択された少なくとも１種の添加元素
を含有するＴｉ−Ａｌ系合金からなる金属基体表面に、
耐高温酸化性に優れた皮膜を溶融塩電解メッキ法により
被着することを特徴とする耐熱性金属部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000001703A JP3360058B2 (ja) | 2000-01-07 | 2000-01-07 | 耐高温酸化性に優れた皮膜を有する耐熱性金属部材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000001703A JP3360058B2 (ja) | 2000-01-07 | 2000-01-07 | 耐高温酸化性に優れた皮膜を有する耐熱性金属部材およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001192887A JP2001192887A (ja) | 2001-07-17 |
| JP3360058B2 true JP3360058B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=18530900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000001703A Expired - Fee Related JP3360058B2 (ja) | 2000-01-07 | 2000-01-07 | 耐高温酸化性に優れた皮膜を有する耐熱性金属部材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3360058B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6999810B2 (ja) * | 2017-11-14 | 2022-01-19 | コリア アトミック エナジー リサーチ インスティテュート | 高温耐酸化性が向上されたジルコニウム合金被覆管及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-01-07 JP JP2000001703A patent/JP3360058B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001192887A (ja) | 2001-07-17 |
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