JP5074797B2 - 高温耐酸化性炭素質成形体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭素質の成形体に関し、その表面に被覆される皮膜により、高温において優れた耐酸化性を有する高温耐酸化性炭素質成形体及びその製造方法に関するものである。
一般に、炭素質の複合材料は、軽量性、耐薬品性、高い機械的特性を有するといった特徴を生かし、自動車産業をはじめ航空、船舶等さまざまな産業分野における種々の用途に適用されている。
一方、炭素質の複合材料は、高温大気雰囲気中で使用されると、表面から酸化による腐食が進行する。そこで、表面に耐酸化性の皮膜を被覆することにより、高温雰囲気で使用される炭素質成形体の寿命を延長させる検討がなされている。
一方、炭素質の複合材料は、高温大気雰囲気中で使用されると、表面から酸化による腐食が進行する。そこで、表面に耐酸化性の皮膜を被覆することにより、高温雰囲気で使用される炭素質成形体の寿命を延長させる検討がなされている。
炭素質成形体の表面に耐酸化性の皮膜を被覆する公知技術としては、化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）により、気相反応させて生成したセラミックスを、炭素質複合材料の表面に直接沈着させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
または、母材の表面の炭素をＳｉＯガスと反応させてＳｉＣに転化させ、この母材の炭素を反応源として利用する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
そして、炭素質材料の表面にクロマイジング処理を施しさらにその表面をガラス質で被覆してさらに耐酸化性能を高める技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特公平２−５４７７８号公報
特開平２−２７１９６３号公報
特開２００４−１５５５９８号公報
または、母材の表面の炭素をＳｉＯガスと反応させてＳｉＣに転化させ、この母材の炭素を反応源として利用する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
そして、炭素質材料の表面にクロマイジング処理を施しさらにその表面をガラス質で被覆してさらに耐酸化性能を高める技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。
しかし、前記した特許文献１に係る技術では、得られるセラミックスの皮膜が、炭素質の母材との界面で剥離を生じやすく充分な耐酸化性能が発揮されない。さらに製造コストが高いといった問題があった。
また前記した特許文献２に係る技術においては、平板などでは、均一な皮膜の作製が可能であるが、炭素質の成形体が三次元的に複雑な形状を有している場合や大型の形状を有している場合は、均一に皮膜を形成することが困難である問題があった。
また前記した特許文献２に係る技術においては、平板などでは、均一な皮膜の作製が可能であるが、炭素質の成形体が三次元的に複雑な形状を有している場合や大型の形状を有している場合は、均一に皮膜を形成することが困難である問題があった。
そして、前記した特許文献３に係る技術においては、高温雰囲気にさらされると、ガラス質の表面層が溶融し粘性が低下して凝集してしまう。また、ガラス質の表面層とこれに接する部材との材料間の相性の悪さから界面剥離や割れが生じる場合がある。
そうすると、表面層の膜厚が不均一となったり皮膜の密着性が低下したりして、このような皮膜の欠陥部分から母材表面の侵食が進行してしまう問題があった。
このように、従来技術においては、炭素質成形体の大きさや形状に依存せずに均一でかつ安定性に優れしかも安価に炭素質成形体の母材の表面に高温耐酸化性の皮膜を形成することが実現できなかった。
そうすると、表面層の膜厚が不均一となったり皮膜の密着性が低下したりして、このような皮膜の欠陥部分から母材表面の侵食が進行してしまう問題があった。
このように、従来技術においては、炭素質成形体の大きさや形状に依存せずに均一でかつ安定性に優れしかも安価に炭素質成形体の母材の表面に高温耐酸化性の皮膜を形成することが実現できなかった。
本発明は、以上の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、高温酸化性雰囲気において優れた耐食性を発揮する高温耐酸化性炭素質成形体及びその製造方法を提供する。
本発明は、前記した目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に記載の発明は、高温耐酸化性炭素質成形体の製造方法において、炭素を含有する母材に耐酸化性を有するベース層を被覆する工程と、前記ベース層に向けて溶融又は軟化状態の金属又はセラミックスの粒子を溶射して中間層を被覆する工程と、前記中間層に外気と接する表面層を被覆する工程と、を含み、前記ベース層を被覆する工程の後、前記中間層を被覆する工程の前に、前記ベース層の表面に凹凸面を形成する工程を含み、前記表面層は、ガラス質で構成されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、炭素を含有する母材に耐酸化性を有するベース層が被覆され、次にこのベース層の側が緻密質でその反対側が孔隙を含む多孔質に形成されている中間層が形成され、次にこの孔隙に一部が浸透しその反対面が外気に接する表面層を備える高温耐酸化性炭素質成形体を製造することができる。
なお、前記した各工程の間に他の工程を設け、前記した各層の間に他の層を設ける場合も本発明の技術的範囲を逸脱するものではない。
また、かかる構成によれば、ベース層と中間層との密着性が高まり、母材に被覆される皮膜の安定性がさらに向上する。
かかる構成によれば、炭素を含有する母材に耐酸化性を有するベース層が被覆され、次にこのベース層の側が緻密質でその反対側が孔隙を含む多孔質に形成されている中間層が形成され、次にこの孔隙に一部が浸透しその反対面が外気に接する表面層を備える高温耐酸化性炭素質成形体を製造することができる。
なお、前記した各工程の間に他の工程を設け、前記した各層の間に他の層を設ける場合も本発明の技術的範囲を逸脱するものではない。
また、かかる構成によれば、ベース層と中間層との密着性が高まり、母材に被覆される皮膜の安定性がさらに向上する。
本発明により、炭素を含有する母材の表面に安定性に優れる皮膜を形成することが可能となり、高温酸化性雰囲気において優れた耐食性を発揮する高温耐酸化性炭素質成形体及びその製造方法を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
図１（ａ）は高温耐酸化性炭素質成形体の第１実施形態を示す断面図であり、図１（ｂ）は一部を拡大して示す模式図である。
高温耐酸化性炭素質成形体１０は、炭素を含有する母材Ａの表面に皮膜１１が被覆されていることにより構成されている。
（第１実施形態）
図１（ａ）は高温耐酸化性炭素質成形体の第１実施形態を示す断面図であり、図１（ｂ）は一部を拡大して示す模式図である。
高温耐酸化性炭素質成形体１０は、炭素を含有する母材Ａの表面に皮膜１１が被覆されていることにより構成されている。
母材Ａは、炭素を単体で含有する炭素質材料からなるものであって、炭素繊維強化複合材料、カーボンブラック配合強化材料、グラファイト材料、粉末炭素の焼結材料等が挙げられる。そして、母材Ａは、任意の加工方法により所定形状の成形体に成形されており、高温耐酸化性炭素質成形体１０の母体となるものである。
皮膜１１は、数μｍから数百μｍの膜厚で母材Ａの表面を被覆するものであって、母材Ａの炭素質の表面が外気に露出しないようにしている。このため、高温酸化性雰囲気に高温耐酸化性炭素質成形体１０がおかれても、母材Ａの表面の炭素単体の酸化が防止され腐食の進行が抑制される。
そして、この皮膜１１は、ベース層Ｂと、中間層Ｃと、表面層Ｄとを少なくとも構成に含むものである。
そして、この皮膜１１は、ベース層Ｂと、中間層Ｃと、表面層Ｄとを少なくとも構成に含むものである。
ベース層Ｂは、母材Ａを直接被覆するとともに自身が耐酸化性を有するものである。このベース層Ｂは、外気が貫通しない程度に緻密質であって、さらに母材Ａとの界面において剥離が生じない程度に密着性の高い皮膜となっている。なお、本実施形態においては例示しないが、この密着性を向上させる等の他の目的で、このベース層Ｂと母材Ａとの間の他の層が介在する場合もある。
ベース層Ｂは、例えば、クロマイジングや溶射処理により形成されるものである。
クロマイジングとは、被処理物（母材Ａ）の表面にＣｒ（クロム）を拡散滲透させるもので、被処理物をＣｒ粉及びその他調合剤と共に密閉ケースに封入し、９００℃〜１１００℃で熱処理することによって被処理物の表面にクロム拡散滲透層を形成する処理方法である。
このクロム拡散滲透層（ベース層Ｂ）が被覆されることにより、被処理物（母材Ａ）には、高耐食性が付与される。
クロマイジングとは、被処理物（母材Ａ）の表面にＣｒ（クロム）を拡散滲透させるもので、被処理物をＣｒ粉及びその他調合剤と共に密閉ケースに封入し、９００℃〜１１００℃で熱処理することによって被処理物の表面にクロム拡散滲透層を形成する処理方法である。
このクロム拡散滲透層（ベース層Ｂ）が被覆されることにより、被処理物（母材Ａ）には、高耐食性が付与される。
溶射処理とは、皮膜（ベース層Ｂ）の材料を、加熱により溶融もしくは軟化させ、微粒子状にして加速し被処理物（母材Ａ）の表面に衝突させて、扁平に潰れた粒子を凝固・堆積させることにより皮膜を形成する技術である。
溶射により皮膜を形成することができる材料としては、加熱により溶融もしくは軟化するものであれば適用可能であるが、本実施形態におけるベース層Ｂには、金属、金属間化合物、セラミックス、セラミックス−金属間複合材料（サーメット）等が好適に適用される。
溶射により皮膜を形成することができる材料としては、加熱により溶融もしくは軟化するものであれば適用可能であるが、本実施形態におけるベース層Ｂには、金属、金属間化合物、セラミックス、セラミックス−金属間複合材料（サーメット）等が好適に適用される。
ここで適用可能な金属としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎｉ，これら元素を含む合金および金属間化合物，ＮｉＡｌ，ＭＣｒＡｌＹ（ＭはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏを少なくとも１種類以上含む合金），ステンレス鋼などが挙げられる。
そして適用可能なセラミックスとしては、金属の酸化物（Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｃｒ２Ｏ３)、炭化物（ＷＣ，ＣｒＣ）、およびこれらセラミックスの固溶体などが挙げられる。また、これら金属およびセラミックスのうち少なくとも１つを含む混合物（サーメット）などが挙げられる。
そして適用可能なセラミックスとしては、金属の酸化物（Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｃｒ２Ｏ３)、炭化物（ＷＣ，ＣｒＣ）、およびこれらセラミックスの固溶体などが挙げられる。また、これら金属およびセラミックスのうち少なくとも１つを含む混合物（サーメット）などが挙げられる。
本発明に適用することができる溶射処理は、特に限定されるものではなく、熱源として燃焼ガスを使用するフレーム溶射、高速フレーム溶射及び爆発溶射、熱源として電気を使用するアーク溶射、プラズマ溶射、ＲＦプラズマ溶射、電磁加速プラズマ溶射、線爆溶射及び電熱爆発粉体溶射、並びに熱源としてレーザ光を使用するレーザ溶射等が挙げられる。
これらの溶射処理によれば、ロボットやターンテーブル等の移動装置を用い、溶射ガンや被処理物（母材Ａ）を適宜動かすことにより、複雑形状や大面積の被処理物（母材Ａ）に適用することができる。
これらの溶射処理によれば、ロボットやターンテーブル等の移動装置を用い、溶射ガンや被処理物（母材Ａ）を適宜動かすことにより、複雑形状や大面積の被処理物（母材Ａ）に適用することができる。
中間層Ｃは、図１（ｂ）に示されるように、ベース層Ｂと表面層Ｄとの間に設けられ、ベース層Ｂの側が緻密質Ｃ１に形成され表面層Ｄの側が孔隙Ｃ３を含む多孔質Ｃ２に形成されている。
この孔隙Ｃ３は、表面層Ｄ側の界面に開口し、ベース層Ｂ側の界面には開口していない。また、各孔隙Ｃ３は、相互に連通しあい、中間層Ｃの内部には独立した空孔は存在していないことが望ましい。さらに孔隙Ｃ３は、中間層Ｃのベース層Ｂ側から表面層Ｄ側に向うに従い存在する比率が高くなるように構成されることが好ましい。
この孔隙Ｃ３は、表面層Ｄ側の界面に開口し、ベース層Ｂ側の界面には開口していない。また、各孔隙Ｃ３は、相互に連通しあい、中間層Ｃの内部には独立した空孔は存在していないことが望ましい。さらに孔隙Ｃ３は、中間層Ｃのベース層Ｂ側から表面層Ｄ側に向うに従い存在する比率が高くなるように構成されることが好ましい。
こうように孔隙Ｃ３が構成されることにより、表面層Ｄの一部が、多孔質Ｃ２に隙間なく充填されることになり、中間層Ｃと表面層Ｄとの密着性が向上する。また、中間層Ｃの内部は、空孔等の欠陥が発生しにくい構造となっているために、皮膜１１の機械的特性が低下することもない。
なお、図１（ｂ）に示される部分断面図は、皮膜１１の構造の理解を容易にするためにデフォルメして模式的に平面表示したものであるので、具体的な発明の断面観察像がこのような態様であると限定的に解釈してはならない。
なお、図１（ｂ）に示される部分断面図は、皮膜１１の構造の理解を容易にするためにデフォルメして模式的に平面表示したものであるので、具体的な発明の断面観察像がこのような態様であると限定的に解釈してはならない。
中間層Ｃは、図１（ｂ）に示されるように、金属又はセラミックスの粒子の表面が互いに融着し堆積して構成されている。このような構成の単位となる粒子は、ベース層Ｂとの界面に近い部分で扁平に潰れて緻密質Ｃ１を形成し、表面層Ｄとの界面に近い部分では扁平度が小さく多孔質Ｃ２を形成している。
なお、この粒子は緻密質Ｃ１から多孔質Ｃ２にわたって容積が変位するように構成されていたり、材質が変化するように構成されていたりする場合もある。
なお、この粒子は緻密質Ｃ１から多孔質Ｃ２にわたって容積が変位するように構成されていたり、材質が変化するように構成されていたりする場合もある。
このような中間層Ｃの構成は、例えば、前記した溶射処理により容易に作製することが可能である。中間層Ｃにおける緻密質Ｃ１及び多孔質Ｃ２の二層構造は、溶射ガンにおける吹き付け条件を切り替えることにより容易に成し得る。
表面層Ｄは、高温耐酸化性炭素質成形体１０の外気に接する外表面を形成し、この外表面の反対側は中間層Ｃに接するとともに一部が孔隙Ｃ３に浸透している。
この表面層Ｄはガラス質で構成されている。具体的には、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ１４０８）において規格されている珪酸ナトリウム等を好適に用いることができる。この珪酸ナトリウム等は、水とともに加熱すると水飴状の大きな粘性を有する水溶液（水ガラス）になるものである。そして、この水ガラスの水溶液を中間層Ｃの表面に塗布し乾燥させた後、所定温度で熱処理することによりガラス質の表面層Ｄが形成されることになる。
この表面層Ｄはガラス質で構成されている。具体的には、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ１４０８）において規格されている珪酸ナトリウム等を好適に用いることができる。この珪酸ナトリウム等は、水とともに加熱すると水飴状の大きな粘性を有する水溶液（水ガラス）になるものである。そして、この水ガラスの水溶液を中間層Ｃの表面に塗布し乾燥させた後、所定温度で熱処理することによりガラス質の表面層Ｄが形成されることになる。
図２は高温耐酸化性炭素質成形体の製造方法の実施形態を示すフローチャートである。
まずは、（Ｓ１１）公知の方法により母材Ａを成形体に成形する。
まずは、（Ｓ１１）公知の方法により母材Ａを成形体に成形する。
次に、（Ｓ１２）母材Ａの表面に耐酸化性を有し緻密質のベース層Ｂを被覆する。具体的には、クロマイジングや溶射処理により作製する。
クロマイジングによりベース層Ｂを被覆する場合は、母材Ａの成形体をＣｒ粉やその他調合剤に埋没させて不活性雰囲気下で所定温度で熱処理をする。
溶射処理によりベース層Ｂを被覆する場合は、吹き付ける金属またはセラミックスの粒子が緻密質に堆積するように溶射ガン及びその他の溶射条件を適切に設定する。
クロマイジングによりベース層Ｂを被覆する場合は、母材Ａの成形体をＣｒ粉やその他調合剤に埋没させて不活性雰囲気下で所定温度で熱処理をする。
溶射処理によりベース層Ｂを被覆する場合は、吹き付ける金属またはセラミックスの粒子が緻密質に堆積するように溶射ガン及びその他の溶射条件を適切に設定する。
次に、（Ｓ１３）被覆されているベース層Ｂの表面に溶融又は軟化状態の金属又はセラミックスの粒子を溶射して中間層Ｃを被覆する。
ここで、ベース層Ｂの表面に溶射を開始する初期段階においては、図１（ｂ）に示されるように、吹き付ける金属またはセラミックスの粒子が緻密質Ｃ１に堆積するように溶射ガン及びその他の溶射条件を適切に設定する。そして扁平した粒子層が数層分緻密質Ｃ１として形成された時点で、多孔質Ｃ２が堆積するように溶射ガン及びその他の溶射条件を切り替えて溶射を続ける。
ここで、ベース層Ｂの表面に溶射を開始する初期段階においては、図１（ｂ）に示されるように、吹き付ける金属またはセラミックスの粒子が緻密質Ｃ１に堆積するように溶射ガン及びその他の溶射条件を適切に設定する。そして扁平した粒子層が数層分緻密質Ｃ１として形成された時点で、多孔質Ｃ２が堆積するように溶射ガン及びその他の溶射条件を切り替えて溶射を続ける。
次に、（Ｓ１４）被覆されている中間層Ｃの表面に表面層Ｄを被覆する。
まず、予め珪酸ナトリウムが所定濃度で溶解した水ガラスの水溶液（スラリー）を作成し、この中に母材Ａをドブ漬け（ディッピング）して中間層Ｃの表面に水ガラスの水溶液を塗布する。
そして、この母材Ａを引き上げた後、乾燥して水分を飛ばし、その後、高温で熱処理して珪酸ナトリウムからなる表面層Ｄを中間層Ｃの表面に定着させる。また、一回の塗布−熱処理工程では、被覆される表面層Ｄの膜厚も限られるので、所定の膜厚となるようにこの塗布−熱処理工程を数回繰り返す場合もある。
この工程により、表面層Ｄの一部が、中間層Ｃの多孔質Ｃ２の部分に浸透することになり、表面層Ｄの定着性が向上することになる。
まず、予め珪酸ナトリウムが所定濃度で溶解した水ガラスの水溶液（スラリー）を作成し、この中に母材Ａをドブ漬け（ディッピング）して中間層Ｃの表面に水ガラスの水溶液を塗布する。
そして、この母材Ａを引き上げた後、乾燥して水分を飛ばし、その後、高温で熱処理して珪酸ナトリウムからなる表面層Ｄを中間層Ｃの表面に定着させる。また、一回の塗布−熱処理工程では、被覆される表面層Ｄの膜厚も限られるので、所定の膜厚となるようにこの塗布−熱処理工程を数回繰り返す場合もある。
この工程により、表面層Ｄの一部が、中間層Ｃの多孔質Ｃ２の部分に浸透することになり、表面層Ｄの定着性が向上することになる。
（第２実施形態）
図３は高温耐酸化性炭素質成形体の第２実施形態を示す断面図である。
第２実施形態に係る高温耐酸化性炭素質成形体１０´は、中間層Ｃに接するベース層Ｂの界面に凹凸面Ｂ１が形成されている点を除き、他は第１実施形態に係る高温耐酸化性炭素質成形体１０と同じである。
よって、高温耐酸化性炭素質成形体１０´（図３）のうち、図１と対応するものついては同一の符号を付して、すでにした説明を援用して記載を省略する。
図３は高温耐酸化性炭素質成形体の第２実施形態を示す断面図である。
第２実施形態に係る高温耐酸化性炭素質成形体１０´は、中間層Ｃに接するベース層Ｂの界面に凹凸面Ｂ１が形成されている点を除き、他は第１実施形態に係る高温耐酸化性炭素質成形体１０と同じである。
よって、高温耐酸化性炭素質成形体１０´（図３）のうち、図１と対応するものついては同一の符号を付して、すでにした説明を援用して記載を省略する。
この凹凸面Ｂ１は、ベース層Ｂを被覆する工程（図２；Ｓ１２）の後、中間層Ｃを被覆する工程（図２；Ｓ１３）の前に、ベース層Ｂの緻密質Ｂ２の表面に凹凸面Ｂ１を形成する工程を追加することにより設ける。
この凹凸面Ｂ１は、中間層Ｃに形成されている緻密質Ｂ２とは異なる成分を別個に被覆して構成する場合もあるし、溶射処理の条件を適当に変更することにより緻密質Ｂ２から連続的に形成する場合もある。
この凹凸面Ｂ１は、中間層Ｃに形成されている緻密質Ｂ２とは異なる成分を別個に被覆して構成する場合もあるし、溶射処理の条件を適当に変更することにより緻密質Ｂ２から連続的に形成する場合もある。
以上のように本実施形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、中間層Ｃは、溶射処理により緻密質Ｃ１及び多孔質Ｃ２の積層構造を構成させたが、本発明の高温耐酸化性炭素質成形体が保護される範囲は、中間層Ｃの製造方法によって制限をうけるものではない。同様に、ベース層Ｂや表面層Ｄの製造方法や材質などによっても保護範囲が制限されるものではない。
また、前記した各層の間に他の層が適宜設けられる場合も本発明の技術的範囲を逸脱するものではない。
また、前記した各層の間に他の層が適宜設けられる場合も本発明の技術的範囲を逸脱するものではない。
次に、本発明の効果を確認した実施例について図４を参照して説明する。
（試験片の作製手順）
実施例１に係る高温耐酸化性炭素質成形体の試験片を以下の手順により作製した。
まず、母材Ａとして形状が１００ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍの炭素質材料を準備した。次に、この母材Ａをクロマイジング処理（１０５０℃、１０ｈｒ）して膜厚１０〜２０μｍの金属緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。さらに、このベース層Ｂの表面にプラズマ溶射処理により膜厚６０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミックス多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。
次に、珪酸ナトリウム３号を溶解させた水溶液中に、ドブ付けし、引き上げ後１００℃前後の温度で乾燥し、その後２５０℃の温度で熱処理した。そして、このドブ付け−熱処理の工程を４回繰り返すことにより、膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
（試験片の作製手順）
実施例１に係る高温耐酸化性炭素質成形体の試験片を以下の手順により作製した。
まず、母材Ａとして形状が１００ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍの炭素質材料を準備した。次に、この母材Ａをクロマイジング処理（１０５０℃、１０ｈｒ）して膜厚１０〜２０μｍの金属緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。さらに、このベース層Ｂの表面にプラズマ溶射処理により膜厚６０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミックス多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。
次に、珪酸ナトリウム３号を溶解させた水溶液中に、ドブ付けし、引き上げ後１００℃前後の温度で乾燥し、その後２５０℃の温度で熱処理した。そして、このドブ付け−熱処理の工程を４回繰り返すことにより、膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
（試験方法）
高温大気炉（９００℃、３ｈｒ）の設定条件下、試験片を保持し、その重量変化を計測することにより、試験片の酸化減量値とした。
実施例１の試験片の酸化減量値は、１．２％の重量減少という結果であった。この結果は、次に述べる比較例の結果と対比して優れているといえる。
高温大気炉（９００℃、３ｈｒ）の設定条件下、試験片を保持し、その重量変化を計測することにより、試験片の酸化減量値とした。
実施例１の試験片の酸化減量値は、１．２％の重量減少という結果であった。この結果は、次に述べる比較例の結果と対比して優れているといえる。
（比較例の検討）
実施例１の試験片に対する酸化減量値と対比する目的で、中間層Ｃを具備しない、次の試験片（比較例１，比較例２）を作製した。
＜比較例１の試験片の作製方法＞
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａをクロマイジング処理（１０５０℃、１０ｈｒ）して膜厚１０〜２０μｍの金属緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した比較例１の試験片の酸化減量値は、６．５％の重量減少という結果であった。
＜比較例２の試験片の作製方法＞
まず、実施例１の試験片と共通の母材ＡをＣＶＤ法により膜厚２５０μｍのＳｉ３Ｎ４皮膜のセラミックス緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した比較例１の試験片の酸化減量値は、６．０％の重量減少という結果であった。
実施例１の試験片に対する酸化減量値と対比する目的で、中間層Ｃを具備しない、次の試験片（比較例１，比較例２）を作製した。
＜比較例１の試験片の作製方法＞
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａをクロマイジング処理（１０５０℃、１０ｈｒ）して膜厚１０〜２０μｍの金属緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した比較例１の試験片の酸化減量値は、６．５％の重量減少という結果であった。
＜比較例２の試験片の作製方法＞
まず、実施例１の試験片と共通の母材ＡをＣＶＤ法により膜厚２５０μｍのＳｉ３Ｎ４皮膜のセラミックス緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した比較例１の試験片の酸化減量値は、６．０％の重量減少という結果であった。
実施例２に係る高温耐酸化性炭素質成形体の試験片を以下の手順により作製した。
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａをクロマイジング処理（１０５０℃、１０ｈｒ）して膜厚１０〜２０μｍの金属緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。さらに、このベース層Ｂの表面にプラズマ溶射処理により膜厚５０μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金の金属多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した実施例１の試験片の酸化減量値は、０．７％の重量減少という結果であった。この結果は、前記した比較例の結果と対比して優れているといえる。
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａをクロマイジング処理（１０５０℃、１０ｈｒ）して膜厚１０〜２０μｍの金属緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。さらに、このベース層Ｂの表面にプラズマ溶射処理により膜厚５０μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金の金属多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した実施例１の試験片の酸化減量値は、０．７％の重量減少という結果であった。この結果は、前記した比較例の結果と対比して優れているといえる。
実施例３に係る高温耐酸化性炭素質成形体の試験片を以下の手順により作製した。
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａにプラズマ溶射を施し膜厚７５μｍのクロムの金属緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。さらに、このベース層Ｂの表面にプラズマ溶射処理により膜厚１００μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミックス多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した実施例１の試験片の酸化減量値は、１．４％の重量減少という結果であった。この結果は、前記した比較例の結果と対比して優れているといえる。
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａにプラズマ溶射を施し膜厚７５μｍのクロムの金属緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。さらに、このベース層Ｂの表面にプラズマ溶射処理により膜厚１００μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミックス多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した実施例１の試験片の酸化減量値は、１．４％の重量減少という結果であった。この結果は、前記した比較例の結果と対比して優れているといえる。
実施例４に係る高温耐酸化性炭素質成形体の試験片を以下の手順により作製した。
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａにプラズマ溶射処理により膜厚５０μｍのジルコニア（ＺｒＯ２）のセラミックス多孔質／緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。さらに、このベース層Ｂの表面に溶射処理により膜厚５０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミックス多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した実施例１の試験片の酸化減量値は、２．０％の重量減少という結果であった。この結果は、前記した比較例の結果と対比して優れているといえる。
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａにプラズマ溶射処理により膜厚５０μｍのジルコニア（ＺｒＯ２）のセラミックス多孔質／緻密質からなるベース層Ｂを被覆させた。さらに、このベース層Ｂの表面に溶射処理により膜厚５０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミックス多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した実施例１の試験片の酸化減量値は、２．０％の重量減少という結果であった。この結果は、前記した比較例の結果と対比して優れているといえる。
実施例５に係る高温耐酸化性炭素質成形体の試験片を以下の手順により作製した。
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａをクロマイジング処理（１０５０℃、１０ｈｒ）して膜厚１０〜２０μｍの金属緻密質を形成し、その上にプラズマ溶射処理により膜厚６〜７μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金の凹凸表面を形成しベース層Ｂとした。さらに、このベース層Ｂの表面にプラズマ溶射処理により膜厚６０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミックス多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した実施例１の試験片の酸化減量値は、０．３％の重量減少という結果であった。この結果は、前記した比較例の結果と対比して優れているといえる。
まず、実施例１の試験片と共通の母材Ａをクロマイジング処理（１０５０℃、１０ｈｒ）して膜厚１０〜２０μｍの金属緻密質を形成し、その上にプラズマ溶射処理により膜厚６〜７μｍのＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金の凹凸表面を形成しベース層Ｂとした。さらに、このベース層Ｂの表面にプラズマ溶射処理により膜厚６０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のセラミックス多孔質／緻密質からなる中間層Ｃを被覆させた。次に、実施例１の試験片と同じ方法で膜厚１０μｍのガラス質の表面層Ｄを被覆させた。
このようにして作成した実施例１の試験片の酸化減量値は、０．３％の重量減少という結果であった。この結果は、前記した比較例の結果と対比して優れているといえる。
１０，１０´ 高温耐酸化性炭素質成形体
１１ 皮膜
Ａ 母材
Ｂ ベース層
Ｂ１ 凹凸面
Ｂ２ 緻密質
Ｃ 中間層
Ｃ１ 緻密質
Ｃ２ 多孔質
Ｃ３ 孔隙
Ｄ 表面層
１１ 皮膜
Ａ 母材
Ｂ ベース層
Ｂ１ 凹凸面
Ｂ２ 緻密質
Ｃ 中間層
Ｃ１ 緻密質
Ｃ２ 多孔質
Ｃ３ 孔隙
Ｄ 表面層
Claims (1)
- 炭素を含有する母材に耐酸化性を有するベース層を被覆する工程と、
前記ベース層に向けて溶融又は軟化状態の金属又はセラミックスの粒子を溶射して中間層を被覆する工程と、
前記中間層に外気と接する表面層を被覆する工程と、を含み、
前記ベース層を被覆する工程の後、前記中間層を被覆する工程の前に、前記ベース層の表面に凹凸面を形成する工程を含み、
前記表面層は、ガラス質で構成されていることを特徴とする高温耐酸化性炭素質成形体の製造方法。
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