JP5725658B2 - Method for producing wavelength selective thermal radiation or heat absorbing material - Google Patents

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Description

本発明は、太陽熱を利用して発電や給湯を行う太陽エネルギー利用産業分野および宇宙環境での熱利用機器を開発する宇宙産業分野等において用いられる波長選択性熱放射材料または熱吸収材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a wavelength-selective heat radiation material or heat absorption material used in the solar energy utilization industry field that generates power and hot water using solar heat, and in the space industry field that develops heat utilization equipment in a space environment. About.

太陽熱エネルギーの有効利用を図るために、種々の波長選択性をもつ熱放射または熱吸収材料が研究され、開発されている。   In order to effectively use solar thermal energy, thermal radiation or heat absorption materials having various wavelength selectivity have been studied and developed.

本発明者は、先に、金属アルミニウムシートを陽極酸化し、さらに所定のエッチング法を用いて前記陽極酸化シートを処理することにより規則配列された多数の孔を有するアルミナ膜からなるマスクを得、前記アルミナ膜マスクを耐熱性基板の上に載置し、所定のエッチングガスを用いるドライエッチング法を適用して、熱安定性に優れ、高温での長期間の使用に耐えることができる高効率の波長選択性の熱放射または熱吸収材料の製造方法を提案し、特許された(特許文献1)。   The present inventor first obtained a mask made of an alumina film having a large number of regularly arranged holes by anodizing a metal aluminum sheet and further treating the anodized sheet using a predetermined etching method. The alumina film mask is placed on a heat-resistant substrate, and a dry etching method using a predetermined etching gas is applied to provide excellent thermal stability and high durability that can withstand long-term use at high temperatures. A method for producing wavelength-selective thermal radiation or heat-absorbing material was proposed and patented (Patent Document 1).

この発明によれば、表面の周期的微細構造(微細凹凸構造)の大きさを変えることにより、任意の波長域で放射率を増大させることができ、熱放射または熱吸収材料として非常に有効なものを作製することができる。   According to the present invention, the emissivity can be increased in an arbitrary wavelength region by changing the size of the periodic fine structure (fine concavo-convex structure) on the surface, which is very effective as a heat radiation or heat absorption material. Things can be made.

特許第3472838号公報Japanese Patent No. 3472838 特開2005-271097号公報JP 2005-271097

しかし、一方で、ドライエッチング法は、大面積の熱放射または熱吸収材料を作製するのは非常に困難な方法であるという課題を残している。例えば、mm2レベルの材料を作製するのに6時間程度もかかる。 However, on the other hand, the dry etching method still has a problem that it is very difficult to produce a large area of heat radiation or heat absorption material. For example, it takes about 6 hours to produce a material of mm 2 level.

本発明者は、上記の課題を解決するためにスピノーダル分解させたNi基超合金をエッチング液で処理することで周期的微細構造を形成する技術に着目した(例えば、特許文献2参照)。   In order to solve the above problems, the present inventor has paid attention to a technique for forming a periodic fine structure by treating a Ni-base superalloy decomposed by spinodal with an etching solution (see, for example, Patent Document 2).

この特許文献2は、Ni基超合金をエッチング液で処理することで形成されるメゾスケールの方形の規則的な凹凸を利用して、これを電子素子用又はIC用冷却フィン等に適用することを意図したものである。ただし、このような用途では、規則的な凹凸の寸法に厳密な精度は必要としない。   This patent document 2 applies a mesoscale square regular unevenness formed by treating a Ni-base superalloy with an etching solution, and applies this to cooling fins for electronic devices or ICs. Is intended. However, in such applications, strict accuracy is not required for the regular uneven dimensions.

これに対し、波長選択性の熱放射または熱吸収材料では、規則的な凹凸の寸法に厳格な精度が要求される。すなわち、スピノーダル分解させたNi基超合金をエッチング液で処理することで得られる周期的微細構造は、そのキャビティの大きさが500nm程度であるが、本発明の用途に有効に適用するには、その10分の1程度の50nm(原子約500個分)程度の表面平滑さが必要である。しかし、このような表面平滑さは精密な研磨を行なっても実現することはできない。   In contrast, wavelength-selective thermal radiation or heat-absorbing materials require strict accuracy for regular irregular dimensions. That is, the periodic microstructure obtained by treating the spinodal-decomposed Ni-base superalloy with the etching solution has a cavity size of about 500 nm, but in order to effectively apply to the use of the present invention, A surface smoothness of about 50 nm (about 500 atoms), which is about 1/10 of that, is required. However, such surface smoothness cannot be realized even if precise polishing is performed.

そこで、本発明者は、規則的な凹凸を形成する基板の最表面の相構造(γ相+γ´相)をそのまま利用してキャビティ(凹凸)を形成するのではなく、最表面の相構造を化学的、電気化学的の溶解、及び/又は物理的に削除し、そのことにより表出した内側の相構造(γ相+γ´相)を利用してキャビティ(凹凸)を形成することにより、この問題を解決できることを見出し、本発明を完成した。   Therefore, the present inventor does not form a cavity (unevenness) by directly using the phase structure (γ phase + γ ′ phase) of the outermost surface of the substrate on which regular unevenness is formed. This can be achieved by chemically or electrochemically dissolving and / or physically deleting and forming cavities (unevenness) using the inner phase structure (γ phase + γ ′ phase) exposed thereby. The inventors have found that the problem can be solved and completed the present invention.

即ち本発明は、過飽和固溶体を二相共存領域で時効処理したときに、スピノーダル分解により二相分離可能な合金基材を準備する工程と、
この合金基材を二相共存領域で時効処理してスピノーダル分解させ、規則的に配列された第1の相と、第1の相の間に配列された第2の相とを形成する工程と、前記第2の相を所定の深さまで選択的に溶解除去して、第1の相を浮き上がらせる工程と、第2の相の溶解除去により浮き上がった第1の相を超音波により物理的に除去する工程と、第1の相を超音波により物理的に除去した後、表面にある第1の相を選択的に溶解除去する工程と、を具備することを特徴とする、波長選択性の熱放射または熱吸収材料の製造方法である。
That is, the present invention provides a process for preparing an alloy base material capable of two-phase separation by spinodal decomposition when supersaturated solid solution is aged in a two-phase coexistence region;
Aging the alloy base material in a two-phase coexistence region to cause spinodal decomposition, and forming a regularly arranged first phase and a second phase arranged between the first phases; The step of selectively dissolving and removing the second phase to a predetermined depth to lift the first phase, and the first phase that has been lifted by dissolving and removing the second phase physically And removing the first phase physically by ultrasonic waves, and then selectively dissolving and removing the first phase on the surface. A method for producing thermal radiation or heat absorbing material.

ここで、波長選択性熱放射材料と波長選択性熱吸収材料とは、材料自体は同一である。この材料は、ヒーターなどの熱源によりこの材料を加熱すると、特定の波長領域でのみ熱放射するという特性を有するが、このような特性を利用した用途(目的)で用いられる場合、波長選択性熱放射材料となる。一方、太陽など、外部からの熱放射を受けると、ある特定の波長領域のみを吸収するという特性を有するが、このような特性を利用した用途(目的)で用いられる場合、波長選択性熱吸収材料となる。   Here, the wavelength-selective heat radiation material and the wavelength-selective heat absorption material are the same. This material has the characteristic that when this material is heated by a heat source such as a heater, it emits heat only in a specific wavelength region. When used in an application (purpose) using such a characteristic, the wavelength selective heat It becomes a radiation material. On the other hand, when it receives heat radiation from the outside, such as the sun, it has the characteristic of absorbing only a specific wavelength region, but when used in applications (purposes) that use such characteristics, wavelength selective heat absorption Become a material.

本発明は、スピノーダル分解で第1の相と第2の相とが規則的に配列された合金基材の、最表面にある第1の相と第2の相とをいずれも除去してから、その内側にある第1の相と第2の相とを利用してキャビティを形成するようにしたので、合金基材の最表面にあるマクロ的な凹凸(例えば、切り出しや、機械加工によって生じる表面の残留凹凸、更には表面の「段違い」による最表面結晶相の違い、バルク材料から所定の結晶面(結晶軸)を切り出す際に発生する「ずれ」(誤差)に起因する最表面の構造の空間的不均一性)の悪影響を排除して、微視的に一様な表面構造(50nm程度の平滑さ)を得ることにより、波長選択性の熱放射または熱吸収材料として有効な精度の高い寸法精度のキャビティを形成することができる。   The present invention removes both the first phase and the second phase on the outermost surface of the alloy base material in which the first phase and the second phase are regularly arranged by spinodal decomposition. Since the cavities are formed using the first phase and the second phase on the inner side, macroscopic unevenness on the outermost surface of the alloy substrate (for example, generated by cutting or machining) Structure of the outermost surface due to residual unevenness on the surface, difference in the outermost surface crystal phase due to surface “step difference”, and “displacement” (error) that occurs when cutting a predetermined crystal plane (crystal axis) from the bulk material By eliminating the adverse effects of spatial non-uniformity) and obtaining a microscopically uniform surface structure (smoothness of about 50 nm), effective accuracy as a wavelength selective thermal radiation or heat absorption material A cavity with high dimensional accuracy can be formed.

しかも、合金基材を二相共存領域で時効処理してスピノーダル分解させた合金基板をエッチングすることにより、大面積の熱放射または熱吸収材料を短時間で容易に作製することができる。   Moreover, by etching the alloy substrate in which the alloy base material is subjected to aging treatment in the two-phase coexistence region and subjected to spinodal decomposition, a large-area heat radiation or heat absorption material can be easily produced in a short time.

又、スピノーダル分解する合金基材、例えばNi基合金は、電気伝導度が低く、したがって赤外領域の反射が低くなる。これを防ぐ為、合金基材よりも電気伝導度が高い金属又は合金をコーティングすることにより赤外領域の反射を向上することができる。また、コーティングする金属又は合金を合金基材よりも高融点とすることにより、高温でも安定して使用することができる。   Also, an alloy base material that undergoes spinodal decomposition, such as a Ni-based alloy, has low electrical conductivity, and therefore low reflection in the infrared region. In order to prevent this, reflection in the infrared region can be improved by coating a metal or alloy having a higher electrical conductivity than the alloy base material. Further, by setting the metal or alloy to be coated to a melting point higher than that of the alloy substrate, it can be used stably even at high temperatures.

(1)〜(4)は、本発明方法の概要を順に示す説明図(1)-(4) is explanatory drawing which shows the outline | summary of this invention method in order. 実施例で得られた表面微細講造を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示し、(a)は正面から見た写真、(b)は斜めから見た写真The result of having observed the surface fine structure obtained in the Example with the scanning electron microscope is shown, (a) is the photograph seen from the front, (b) is the photograph seen from the diagonal. 比較例で得られた表面微細講造を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示し、(a)は正面から見た写真、(b)は斜めから見た写真The result of having observed the surface fine structure obtained by the comparative example with the scanning electron microscope is shown, (a) is the photograph seen from the front, (b) is the photograph seen from the diagonal. 実施例と比較例との波長選択性能を比較した実験結果を、理想的構造の計算結果と共に示した図The figure which showed the experimental result which compared the wavelength selection performance of an example and a comparative example with the calculation result of an ideal structure (a)〜(c)はそれぞれ熱処理条件を変えて作成された試料の表面微細構造を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す写真(A)-(c) is a photograph showing the result of observation of the surface microstructure of a sample prepared by changing the heat treatment conditions with a scanning electron microscope.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

まず、過飽和固溶体を二相共存領域で時効処理したときに、スピノーダル分解により二相分離可能な合金基材を準備する。スピノーダル分解により二相分離可能な合金基材は、合金の自由エネルギー対濃度図における自由エネルギー曲線の変曲があるものをいう。   First, when a supersaturated solid solution is subjected to an aging treatment in a two-phase coexistence region, an alloy base material capable of two-phase separation by spinodal decomposition is prepared. An alloy base material that can be separated into two phases by spinodal decomposition refers to an alloy having a free energy curve inflection in a free energy versus concentration diagram of the alloy.

スピノーダル分解は、核生成を伴わない相分解で、スピノーダル分解によって生成した組織は周期的な変調構造を呈する。典型的な合金は、Ni基合金である(特許文献1参照)。Ni基合金以外でも、スピノーダル分解により二相分離可能な合金基材は、当業者に広く知られているところである。例えば、金属物理−材料科学の基礎一,藤田英一著,アグネ技術センター発行,p157-166参照。したがって、本発明の合金基材は、Ni基合金に限定されるものではない。   Spinodal decomposition is a phase decomposition that does not involve nucleation, and the tissue generated by spinodal decomposition exhibits a periodic modulation structure. A typical alloy is a Ni-based alloy (see Patent Document 1). Other than Ni-based alloys, alloy base materials that can be separated into two phases by spinodal decomposition are widely known to those skilled in the art. See, for example, Fundamentals of Metal Physics-Material Science, Eiichi Fujita, published by Agne Technology Center, p157-166. Therefore, the alloy base material of the present invention is not limited to the Ni-based alloy.

この合金基材は、単結晶であることが望ましいが、結晶方位が実質的に同じ方位である多結晶(例えば、結晶成長方向を揃えて鋳造された多結晶)でも、本発明に係る用途に有効に適用することができる。   The alloy base material is desirably a single crystal, but even a polycrystal having a crystal orientation that is substantially the same (for example, a polycrystal cast in the same crystal growth direction) is suitable for use according to the present invention. It can be applied effectively.

また、本発明で適用される合金基材表面の結晶方位は特に特定されるものではない。例えば、(001)面、(110)面などで適用可能である。   In addition, the crystal orientation of the alloy substrate surface applied in the present invention is not particularly specified. For example, the present invention can be applied to the (001) plane and the (110) plane.

次いで、この合金基材を二相共存領域で時効処理してスピノーダル分解させ、規則的に配列された第1の相と、第1の相の間に配列された第2の相とを形成する。   Next, the alloy base material is subjected to aging treatment in a two-phase coexistence region to cause spinodal decomposition, thereby forming a regularly arranged first phase and a second phase arranged between the first phases. .

本発明の用途に適用するためには、規則的に配列された第1の相と第2の相との寸法を精度よく設定する必要がある。そのためには、合金の組成(添加元素の種類、配合量)、時効処理条件などを適宜設定する必要がある(例えば、特許文献1参照)。所望の寸法の規則配列とするための各種手法は公知である。例えば、時効処理温度を高くするとγ´相の組織は粗大化することは当業者に広く知られている。   In order to apply to the use of the present invention, it is necessary to set the dimensions of the regularly arranged first phase and second phase with high accuracy. For this purpose, it is necessary to appropriately set the alloy composition (type of additive element, blending amount), aging treatment conditions, and the like (see, for example, Patent Document 1). Various techniques for making a regular arrangement of desired dimensions are known. For example, it is well known to those skilled in the art that when the aging temperature is increased, the structure of the γ ′ phase becomes coarse.

Ni基超合金における時効処理温度とγ´相の組織の関係については、A. M. Ges, O. Fornaro, H. A. Palacio, Coarsening behavior of a Ni-base superalloy under different heat treatment conditions, Materials Science and Engineering A, 458(2007), pp.96-100に述べられている。従って、本発明は、これらの公知の知見に基づいて、規則的に配列される第1の相と第2の相との所望する寸法を設定することができる。   For the relationship between the aging temperature and the structure of the γ 'phase in Ni-base superalloys, see AM Ges, O. Fornaro, HA Palacio, Coarsening behavior of a Ni-base superalloy under different heat treatment conditions, Materials Science and Engineering A, 458 (2007), pp.96-100. Therefore, this invention can set the desired dimension of the 1st phase and the 2nd phase which are regularly arranged based on these known knowledge.

ついで、規則的に配列された第1の相と、第1の相の間に配列された第2の相とを形成した合金基材(図1(1)参照)の、最表面にある第2の相(γ相)を所定の深さまで選択的に溶解除去して、最表面にある第1の相(γ´相)を浮き上がらせる(図1(2)参照)。これは、最表面にある第2の相(γ相)に対してのみ作用する化学的な或いは電気化学的なエッチング処理を行い、最表面にある第1の相(γ´相)を残存させる処理である。エッチング処理の制御(基材に対するエッチング深さの制御)は、処理液の組成、濃度、温度、時間などを調整することにより行なう。このような手法自体は当業者に広く知られている。   Then, the first surface on the outermost surface of the alloy base material (see FIG. 1 (1)) in which the first phase regularly arranged and the second phase arranged between the first phases are formed. The two phases (γ phase) are selectively dissolved and removed to a predetermined depth, and the first phase (γ ′ phase) on the outermost surface is lifted (see FIG. 1 (2)). This is a chemical or electrochemical etching process that acts only on the second phase (γ phase) on the outermost surface, leaving the first phase (γ ′ phase) on the outermost surface. It is processing. Control of the etching process (control of the etching depth with respect to the base material) is performed by adjusting the composition, concentration, temperature, time and the like of the processing liquid. Such techniques themselves are widely known to those skilled in the art.

例えば、γ相のエッチングには、HClO4:2−ブトキシエタノール:グリセリン=10:48:6[体積比率]のエッチング処理液を用いて電気化学的にエッチングする。エッチング処理の深さの制御は、処理液の濃度、処理液の温度、電流密度等により異なるが、一般的には1分程度の処理時間で所望の深さ(最表面の第1の相(γ´相)の一部が浮き上がる深さ)にエッチングすることができる。 For example, for etching the γ phase, etching is performed electrochemically using an etching treatment solution of HClO 4 : 2-butoxyethanol: glycerin = 10: 48: 6 [volume ratio]. The control of the depth of the etching process varies depending on the concentration of the processing liquid, the temperature of the processing liquid, the current density, etc., but generally the desired depth (the first phase on the outermost surface ( Etching can be performed to such a depth that a part of the γ ′ phase is lifted.

その後、第2の相(γ相)の溶解除去により浮き上がった最表面の第1の相(γ´相)を除去する。例えば、最表面に残存している第1の相(γ´相)を、超音波洗浄等の物理的手法により除去する。超音波洗浄は当業者に広く知られている一般的な装置を用いることができる。   Thereafter, the first phase (γ ′ phase) on the outermost surface that has been lifted by dissolving and removing the second phase (γ phase) is removed. For example, the first phase (γ ′ phase) remaining on the outermost surface is removed by a physical method such as ultrasonic cleaning. For ultrasonic cleaning, a general apparatus widely known to those skilled in the art can be used.

その結果、基材の最表面にあった、第1の相(γ´相)と第2の相(γ相)とがいずれも合金基材の表面から除去され、その内側にあった第1の相(γ´相)と第2の相(γ相)とが合金基材の表面に表出してくることになる(図1(3)参照)。   As a result, both the first phase (γ ′ phase) and the second phase (γ phase) that were on the outermost surface of the base material were removed from the surface of the alloy base material, and the first phase that was inside The phase (γ ′ phase) and the second phase (γ phase) appear on the surface of the alloy substrate (see FIG. 1 (3)).

このような状態で、表出した第1の相(γ´相)を選択的に溶解除去する(図1(4)参照)。   In such a state, the exposed first phase (γ ′ phase) is selectively dissolved and removed (see FIG. 1 (4)).

γ´相のエッチングでは、例えば、HCl(37%):HNO3(60%):純水=42:8:33[体積比率]の処理液を用いる。このエッチングでは、エッチング処理液温度が上昇すると、エッチング速度は速くなるものの、エッチング深さにバラツキがでる。また、エッチング処理液濃度が薄すぎると合金基材の微細構造の壁面が荒れてしまう傾向があり、エッチング処理液濃度が濃すぎるとエッチング速度が速すぎてエッチング深さの制御が困難となる。   In the γ ′ phase etching, for example, a treatment solution of HCl (37%): HNO 3 (60%): pure water = 42: 8: 33 [volume ratio] is used. In this etching, when the temperature of the etching processing liquid rises, the etching rate increases, but the etching depth varies. Further, if the etching solution concentration is too low, the wall surface of the microstructure of the alloy base material tends to be roughened. If the etching solution concentration is too high, the etching rate is too high and it becomes difficult to control the etching depth.

したがって、例えば、エッチング処理液温度40℃以下、エッチング処理液に含まれる水の含有量が20〜40%とする。   Therefore, for example, the etching treatment liquid temperature is 40 ° C. or less, and the content of water contained in the etching treatment liquid is 20 to 40%.

このことにより、基材表面は、最表面の凹凸の影響を受けない波長選択性の熱放射または熱吸収材料として有効な、高い寸法精度のキャビティを形成することができる。   Thus, the substrate surface can form a cavity with high dimensional accuracy that is effective as a wavelength-selective thermal radiation or heat absorption material that is not affected by the unevenness of the outermost surface.

なお、このエッチング処理では、γ相もその表面領域の一部がエッチング処理される(図1(4)参照)。   In this etching process, a part of the surface region of the γ phase is also etched (see FIG. 1 (4)).

次いで、表出した第2の相(γ相)の表面に、合金基材の第2の相(γ相)よりも高融点で、かつ、第2の相(γ相)よりも電気伝導度の高い金属又は合金、好適には、白金などの貴金属、W,Ta及びMoから選択される金属又はその合金をコーティングする。白金は、波長選択特性に優れ、好適である。   Next, the surface of the exposed second phase (γ phase) has a melting point higher than that of the second phase (γ phase) of the alloy base material and electric conductivity than that of the second phase (γ phase). High metal or alloy, preferably a precious metal such as platinum, a metal selected from W, Ta and Mo or an alloy thereof. Platinum is excellent in wavelength selection characteristics and is preferable.

コーティング厚は最低でも電磁波の侵入深さ(skin depth)分は必要である。また、高温にした際の剥離を避けるため、あまり厚くするのもよくない。したがって、コーティング金属の種類にもよるが、70nm〜150nmが好適である。   The coating thickness must be at least the skin depth of the electromagnetic wave. Also, it is not good to make it too thick in order to avoid peeling at high temperatures. Therefore, although it depends on the type of coating metal, 70 nm to 150 nm is preferable.

過飽和固溶体を二相共存領域で時効処理した時にスピノーダル分解により、γ相とγ´相とに二相分離するNi基超合金基材(単結晶)を用意した。   A Ni-based superalloy base material (single crystal) was prepared, in which a supersaturated solid solution was subjected to an aging treatment in a two-phase coexistence region and two-phase separation into a γ phase and a γ ′ phase by spinodal decomposition.

このNi基超合金基材の組成は以下のとおりである。   The composition of this Ni-base superalloy substrate is as follows.

質量%で、Cr:6.4%,Al:5.6%,Ti:1.0%,Mo:0.6%,W:6.4%,Co:9.7%,Re:3.0%,Hf:0.1%,残部Ni及び不可避的不純物
このNi基超合金基材を熱処理した。熱処理条件は以下のとおりである。
In mass%, Cr: 6.4%, Al: 5.6%, Ti: 1.0%, Mo: 0.6%, W: 6.4%, Co: 9.7%, Re: 3. 0%, Hf: 0.1%, balance Ni and inevitable impurities This Ni-base superalloy substrate was heat-treated. The heat treatment conditions are as follows.

溶体化熱処理(7ステップ)
1276℃まで3時間で昇温後1276℃/4時間保持
1286℃まで10分昇温後1286℃/2時間保持
1296℃まで10分昇温後1296℃/3時間保持
1303℃まで10分昇温後1303℃/3時間保持
1312℃まで10分昇温後1312℃/2時間保持
1315℃まで10分昇温後1315℃/2時間保持
1317℃まで5分昇温後1317℃/1時間保持後急速冷却(1300℃付近より300℃/分で冷却)
1次時効熱処理(1ステップ)
溶体化熱処理後400℃以下に冷却後1140℃/6時間保持後急速冷却
2次時効熱処理(1ステップ)
1次時効熱処理後400℃以下に冷却後870℃/20時間保持後急速冷却
得られた基材を(110)面が表面となるように、所定の大きさに切り出し、機械加工、及び研磨をした。
Solution heat treatment (7 steps)
Heated to 1276 ° C in 3 hours, held at 1276 ° C / 4 hours, held at 1286 ° C for 10 minutes, held at 1286 ° C / 2 hours, held at 1296 ° C for 10 minutes, held at 1296 ° C for 3 hours, held at 1303 ° C for 10 minutes After 1303 ° C / 3 hours hold 1312 ° C 10 minutes warm up 1312 ° C / 2 hours hold 1315 ° C 10 minutes warm up 1315 ° C / 2 hours hold 1317 ° C 5 minutes warm up 1317 ° C / 1 hour hold Rapid cooling (cooling at 300 ° C / min from around 1300 ° C)
Primary aging heat treatment (1 step)
After solution heat treatment, cooled to 400 ° C or lower, held at 1140 ° C for 6 hours, then rapidly cooled secondary aging heat treatment (1 step)
After the primary aging heat treatment, after cooling to 400 ° C. or lower, holding at 870 ° C./20 hours and then rapidly cooling, the obtained base material is cut into a predetermined size so that the (110) surface becomes the surface, and then machined and polished did.

次いで、最表面のγ相をエッチング処理した。エッチング処理条件は以下とのとおりである。   Next, the outermost γ phase was etched. Etching conditions are as follows.

・エッチング液温度25℃
・処理液濃度 HClO(60%):2−ブトキシエタノール(99%):グリセリン=10:48:6
・30V一定として定電圧電源を用い、電流値は、1−1.1A
1分程度のエッチング処理時間で所望のエッチング深さを得ることができた。
・ Etch temperature 25 ℃
Treatment solution concentration HClO 4 (60%): 2-butoxyethanol (99%): glycerin = 10: 48: 6
-A constant voltage power supply is used with a constant 30V, and the current value is 1-1.
A desired etching depth could be obtained in an etching process time of about 1 minute.

次に、超音波洗浄処理をした。処理条件は以下のとおりである。   Next, ultrasonic cleaning treatment was performed. The processing conditions are as follows.

・国際電気アルファ株式会社製UA-100
・出力100W(平均65W),周波数36kHz
次いで、γ´相のエッチング処理を行なった。エッチング処理条件は以下とのとおりである。
・ UA-100 manufactured by Kokusai Denki Alpha Co., Ltd.
・ Output 100W (average 65W), frequency 36kHz
Next, an etching process for the γ ′ phase was performed. Etching conditions are as follows.

・処理液濃度 HC1(37%):HNO3(60%):純水=42・8・33(体積比率)
・エッチング液温度は25℃一定、
・処理液濃度は42:8:33一定
13分程度のエッチングでアスペクト比が1程度の微細講造(キャビティを有する凹凸構造)が得られた。
・ Treatment solution concentration HC1 (37%): HNO 3 (60%): Pure water = 42, 8, 33 (volume ratio)
・ Etch temperature is constant at 25 ℃
・ Processing solution concentration is constant at 42: 8: 33
Etching for about 13 minutes gave a fine structure (concavo-convex structure having a cavity) with an aspect ratio of about 1.

さらに、得られた表面に凹凸構造に、めっきによりコーティングを施した。   Furthermore, the obtained surface was coated with a concavo-convex structure by plating.

・コーティング成分 白金
・コーティング厚さ 100nm
この方法により、平方メートルクラスの面積を1時間単位で製造することができた。
・ Coating component Platinum ・ Coating thickness 100nm
By this method, an area of the square meter class could be manufactured in units of 1 hour.

得られた微細構造を走査型電子顕微鏡で写した結果を図2(a)及び(b)に示す。(a)は、真上から見た写真、(b)は斜めから見た写真である。   The result of having copied the obtained fine structure with the scanning electron microscope is shown to Fig.2 (a) and (b). (A) is a photograph viewed from directly above, and (b) is a photograph viewed from an oblique direction.

比較例
実施例1と同様のNi基合金基材を用意し、このNi基合金基材を実施例1と同様の熱処理条件で熱処理した。得られた基材を実施例1と同様に、(110)面が最表面となるように、所定の大きさに切り出し、機械加工、及び研磨をした。次いで、最表面のγ´相をエッチング処理して、γ´相を除去した。γ´相のエッチング処理条件は実施例と同様である。
Comparative Example A Ni-based alloy substrate similar to that in Example 1 was prepared, and this Ni-based alloy substrate was heat-treated under the same heat treatment conditions as in Example 1. In the same manner as in Example 1, the obtained base material was cut into a predetermined size so that the (110) plane was the outermost surface, and was machined and polished. Next, the outermost γ ′ phase was etched to remove the γ ′ phase. The etching conditions for the γ ′ phase are the same as in the example.

得られた微細構造(キャビティを有する凹凸構造)に、めっきによりコーティングを施した。コーティング条件は実施例と同様である。得られた微細構造を走査型電子顕微鏡で写した結果を図3(a)、(b)に示す。(a)は、真上から見た写真、(b)は斜めから見た写真である。 The obtained fine structure (uneven structure having cavities) was coated by plating. The coating conditions are the same as in the examples. The result of having copied the obtained fine structure with the scanning electron microscope is shown to Fig.3 (a), (b). (A) is a photograph viewed from directly above, and (b) is a photograph viewed from an oblique direction.

得られた実施例及び比較例の波長選択性の熱放射または熱吸収材料の寸法精度を測定した。同じ面積内に存在する一辺が200nm〜1000nmの長方形(正方形)の個数を数えたところ、実施例の波長選択性の熱放射または熱吸収材料は、比較例のものに比べて、1.65倍あり、本発明製造方法により、凹凸構造の寸法精度が向上していることが確認された。   The dimensional accuracy of the wavelength selective thermal radiation or heat absorbing material of the obtained examples and comparative examples was measured. When counting the number of rectangles (squares) each having a side of 200 nm to 1000 nm within the same area, the wavelength selective thermal radiation or heat absorbing material of the example is 1.65 times that of the comparative example, It was confirmed that the dimensional accuracy of the concavo-convex structure was improved by the manufacturing method of the present invention.

また、実施例と比較例との波長選択性能を比較した実験結果を、理想的構造の計算結果と共に図4に示す。この図から、実施例では、比較例に比べて波長選択性が向上していることがわかる。 例えば可視光領域(0.38-0.77μm)と赤外領域(2-5μm)における平均反射率の差分を比較すると比較例では0.33となり,実施例では0.52となっている。   Moreover, the experimental result which compared the wavelength selection performance of an Example and a comparative example is shown in FIG. 4 with the calculation result of an ideal structure. From this figure, it can be seen that the wavelength selectivity is improved in the example compared to the comparative example. For example, when the difference in average reflectance between the visible light region (0.38-0.77 μm) and the infrared region (2-5 μm) is compared, it is 0.33 in the comparative example and 0.52 in the embodiment.

(実験例)
上記の実施例において、時効処理条件を以下ように変えて試料を作成した。
(Experimental example)
In the above examples, samples were prepared by changing the aging treatment conditions as follows.

(1)溶体化処理後1140℃で6時間時効処理を行なった
(2)溶体化処理後1175℃で6時間時効処理を行なった
(3)溶体化処理後1135℃で6時間時効処理を行なった
各試料の表面微細講造を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図5(a)〜(c)に示すとともに、各試料(1)〜(3)の凹部の平均寸法の測定結果を以下に示す。
(1) Aged at 1140 ° C. for 6 hours after solution treatment (2) Aged at 1175 ° C. for 6 hours after solution treatment (3) Aged at 1135 ° C. for 6 hours after solution treatment 5A to 5C show the results of observing the surface fine structure of each sample with a scanning electron microscope, and the measurement results of the average dimensions of the recesses of each sample (1) to (3) are shown below. Shown in

(1) 337nm
(2) 350nm
(3) 480nm
以上の実験結果から、時効処理条件を変えることにより、規則的に配列された第1の相と第2の相との寸法を精度よく設定できることが確認された。
(1) 337nm
(2) 350nm
(3) 480nm
From the above experimental results, it was confirmed that the dimensions of the regularly arranged first phase and second phase can be accurately set by changing the aging treatment conditions.

上述した例では、波長選択性太陽光吸収材料について主に説明したが、特定の波長で熱放射を促進し、それ以外の波長で熱放射を抑制する波長選択性エミッタなど、波長選択性が要求される任意の用途に適用することができる。   In the example described above, the wavelength-selective solar-absorbing material has been mainly described. However, wavelength selectivity such as a wavelength-selective emitter that promotes thermal radiation at a specific wavelength and suppresses thermal radiation at other wavelengths is required. It can be applied to any use.

Claims (4)

過飽和固溶体を二相共存領域で時効処理したときに、スピノーダル分解により二相分離可能な合金基材を準備する工程と、
この合金基材を二相共存領域で時効処理してスピノーダル分解させ、規則的に配列された第1の相と、第1の相の間に配列された第2の相とを形成する工程と、
前記第2の相を所定の深さまで選択的に溶解除去して、第1の相を浮き上がらせる工程と、
第2の相の溶解除去により浮き上がった第1の相を、超音波により物理的に除去する工程と、
第1の相を超音波により物理的に除去した後、表面にある第1の相を選択的に溶解除去する工程と、
を具備することを特徴とする、波長選択性の熱放射または熱吸収材料の製造方法。
A step of preparing an alloy base material capable of two-phase separation by spinodal decomposition when supersaturated solid solution is aged in a two-phase coexistence region;
Aging the alloy base material in a two-phase coexistence region to cause spinodal decomposition, and forming a regularly arranged first phase and a second phase arranged between the first phases; ,
Selectively dissolving and removing the second phase to a predetermined depth to raise the first phase;
A step of physically removing the first phase floating by dissolution and removal of the second phase with ultrasonic waves;
Removing the first phase physically by ultrasonic wave, and then selectively dissolving and removing the first phase on the surface;
A method for producing a wavelength-selective thermal radiation or heat-absorbing material, comprising:
表面にある第1の相を選択的に溶解除去した後、表層にある第2の相の表面に、合金基材の第2の相よりも高融点で、かつ、前記第2の相よりも電気伝導度の高い金属又は合金、又は貴金属をコーティングする工程を更に備えていることを特徴とする、請求項1に記載の波長選択性の熱放射または熱吸収材料の製造方法。 After selectively dissolving and removing the first phase on the surface, the surface of the second phase on the surface layer has a melting point higher than that of the second phase of the alloy base material, and is higher than that of the second phase. The method for producing a wavelength-selective thermal radiation or heat absorption material according to claim 1, further comprising a step of coating a metal or alloy having high electrical conductivity, or a noble metal. 第2の相よりも高融点で、かつ、前記第2の相よりも電気伝導度の高い前記金属又は合金は、W,Ta,及びMoから選択される金属又はその合金であることを特徴とする、請求項2に記載の波長選択性の熱放射または熱吸収材料の製造方法。 The metal or alloy having a melting point higher than that of the second phase and higher electrical conductivity than that of the second phase is a metal selected from W, Ta, and Mo or an alloy thereof. The method for producing a wavelength-selective thermal radiation or heat absorption material according to claim 2. 合金基材は、スピノーダル分解によりγ相(第1の相)とγ´相(第2の相)との二相に分離可能なニッケル基合金単結晶である、請求項1〜3のいずれかに記載の波長選択性の熱放射または熱吸収材料の製造方法。   The alloy base material is a nickel-based alloy single crystal that can be separated into two phases of a γ phase (first phase) and a γ 'phase (second phase) by spinodal decomposition. A method for producing a wavelength-selective thermal radiation or heat-absorbing material described in 1.
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