JP5737682B1 - 耐熱性金属部材、耐熱性金属部材の製造方法、合金皮膜、合金皮膜の製造方法、ロケットエンジン、人工衛星および発電用ガスタービン - Google Patents
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Abstract
Description
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層および結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む耐熱性金属部材である。
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材上にReを含む層を形成する工程と、
上記Reを含む層を形成した上記金属基材に、Nb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末を蒸気源として1600℃以上1650℃以下の温度で第一Si拡散浸透処理を行う工程と、
上記第一Si拡散浸透処理を行った後、Si粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度で第二Si拡散浸透処理を10分以上行う工程とを有する耐熱性金属部材の製造方法である。
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材の表面に形成され、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む合金皮膜である。
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材上にReを含む層を形成する工程と、
上記Reを含む層を形成した上記金属基材に、Nb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末を蒸気源として1600℃以上1650℃以下の温度で第一Si拡散浸透処理を行う工程と、
上記第一Si拡散浸透処理を行った後、Si粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度で第二Si拡散浸透処理を10分以上行う工程とを有する合金皮膜の製造方法である。
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含むロケットエンジンである。
少なくとも一つのロケットエンジンを有し、
上記ロケットエンジンは、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む人工衛星である。
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む動翼を有する発電用ガスタービンである。
上記の合金皮膜、合金皮膜の製造方法、ロケットエンジン、人口衛星および発電用ガスタービンの各発明においては、その性質に反しない限り、上記の耐熱性金属部材およびその製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。
図2はこの発明の一実施の形態による耐熱性金属部材を示す。図2に示すように、この耐熱性金属部材は、Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材100と、この金属基材100の表面に形成された合金皮膜500とを有する。合金皮膜500は、金属基材100側から順に、遷移領域110、内層200、中間層300および外層400を含む。
この耐熱性金属部材の製造方法について説明する。
まず、金属基材100を用意し、その上にReを含む層を形成する。Reを含む層は、ReまたはRe含有合金を電気めっきしたり、少なくともReを含む微粉末を有機バインダに混合したスラリを塗布したり、これらを併用したり、これらを複数回繰り返し行ったりすることにより形成する。
この耐熱性金属部材を高温の燃焼ガス雰囲気中で使用したときには、燃焼ガス雰囲気に晒された合金皮膜500の外層400にReSi1.8 相が含まれる場合には保護的SiO2 皮膜が表面に形成され、外層400にRe(Al,Si)1.8 相が含まれる場合には保護的Al2 O3 皮膜が形成され、この保護的SiO2 皮膜あるいは保護的Al2 O3 皮膜により合金皮膜500、ひいては金属基材100が燃焼ガス雰囲気から保護される。
工程(1)Reめっき:Reめっきは特許文献3〜6に記載の方法に準拠し、Re層の厚さは2〜10μm、望ましくは2〜5μmである。
純度99原子%以上のNb金属板からなる金属基材100の表面に、Reめっき(工程(1))を行い、続いて1500℃、真空中で1時間の加熱処理を行う。この工程を二回繰り返して行った。この加熱処理は、Nb金属板とReめっき層との密着性を確保するためである。続いて、低Si活量拡散処理(工程(3))を1600℃、4時間、Arガス雰囲気で行った。
実施例1において最後に行った高Si活量拡散処理に続いて、高Al活量拡散処理(工程(5))を1350℃、1時間、Arガス雰囲気で行った。図9に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図10に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図9に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表7は図10に示した各元素の濃度、表8は表7に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
実施例1において最後に行った高Si活量拡散処理に続いて、高Al活量拡散処理(工程(5))を真空中において900℃、1時間行い、続いて1300℃、1時間行った。図11に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図12に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図11に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表9は図12に示した各元素の濃度、表10は表9に示した各層の濃度の最小値と最大値とをまとめたものである。
金属基材100の材料としてNb−Hf基合金(C−103)を用いた。この金属基材100を用い、工程(1)、工程(2)、工程(1)、工程(3)に続き、工程(4)の高Si活量拡散処理を1350℃、真空、1時間の条件下で行った。図13に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図14に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図13に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表11は図14に示した各元素の濃度、表12は表11に示した各層の濃度の最小値と最大値とをまとめたものである。
実施例4において最後に行った高Si活量拡散処理に続いて、高Al活量拡散処理(工程(5))を1350℃、4時間、真空の条件で行った。図15に試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図16に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図15に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表13は図16に示した各元素の濃度、表14は表13に示した各層の濃度の最小値と最大値とをまとめたものである。
金属基材100としてNb−17at%Si合金(公称組成)からなる板を用いた。Nb−17at%Si合金を構成する相は、Nb(Si)固溶体、Nb3 Si相およびNb5 Si3 相である。金属基材100の表面に、Reめっき(工程(1))を行い、続いて1500℃、真空中で2時間の加熱処理を行う。この加熱処理は、Nb−17at%Si合金板とReめっき層との密着性を確保するためである。続いて、Reめっき層の表面に、WとMoとの微粉末を含むスラリの塗布(工程(2))を行い、続いて1500℃、真空中で2時間の加熱処理を行う。続いて、こうして形成されるWとMoとを含む層の表面に、Reの微粉末を含むスラリの塗布(工程(2))を行い、続いて1500℃、真空中で2時間の加熱処理を行う。続いて、低Si活量拡散処理(工程(3))を1650℃、9時間、Arガス雰囲気で行った。続いて、高Si活量拡散処理(工程(4))を1350℃、13時間、真空中で行った。最後に、高Al活量拡散処理(工程(5))を1300℃、6時間、真空中で行った。
〈高温酸化実験1〉
金属基材100としてNb金属板を用い、工程(1)、工程(2)、工程(1)、工程(3)に続いて、工程(4)の高Si活量拡散処理を行うことによりこのNb金属板上に合金皮膜500を形成した。続いて、1400℃に大気中、1時間保持した後、室温に急冷するサイクル酸化を四回実施した。図23に酸化後の試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図24に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図23に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表18は図24に示した各元素の濃度、表19は表18に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
金属基材100としてNb金属板を用い、工程(1)、工程(3)、工程(4)に続いて、工程(5)の高Al活量拡散処理を行うことによりこのNb金属板上に合金皮膜500を形成した。続いて、1300℃に大気中、1時間保持した後、室温に急冷するサイクル酸化を四回実施した。図25に酸化後の試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図26に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図25に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表20は図26に示した各元素の濃度、表21は表20に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
金属基材100としてNb金属板を用い、工程(1)、工程(3)、工程(4)に続いて、工程(5)の高Al活量拡散処理を行うことによりこのNb金属板上に合金皮膜500を形成した。続いて、1400℃に大気中、1時間保持した後、室温に急冷するサイクル酸化を一回実施した。図27に酸化後の試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図28に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図27に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表22は図28に示した各元素の濃度、表23は表22に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
金属基材100としてNb−Hf基合金(C−130)を用い、工程(1)、工程(2)、工程(1)、工程(3)、工程(4)に続いて、工程(5)の高Al活量拡散処理を行うことによりこのNb−Hf基合金(C−130)上に合金皮膜500を形成し、続いて、1200℃、大気中、4サイクル酸化を実施した。図29に酸化後の試験片の断面組織の光学顕微鏡写真を示す。図30に、EPMAを用いて測定した各元素の濃度分布(図29に示す写真の線LG1に沿っての濃度分布)の測定結果を示す。表24は図30に示した各元素の濃度、表25は表24に示した各層の濃度の最小値と最大値をまとめたものである。
Claims (18)
- Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む耐熱性金属部材。 - 上記内層は、Siを46.3原子%以上67.5原子%未満、Nbを26.2原子%以上35.2原子%以下、Re、Al、Mo、W、Ti、Cr、Hf、O、CおよびNからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を10.8原子%以下含み、これらの元素の総量が100原子%以下である請求項1記載の耐熱性金属部材。
- 上記外層は、Siを33.1原子%以上68.1原子%未満、Alを37.0原子%以下、Reを6.7原子%以上41.1原子%以下、Nb、Mo、W、Ti、Cr、Hf、O、CおよびNからなる群から選択される少なくとも一種以上の元素を16.3原子%以下含み、これらの元素の総量が100原子%以下である請求項1または2記載の耐熱性金属部材。
- 上記外層はNbを16.3原子%以下含む請求項1〜3のいずれか一項記載の耐熱性金属部材。
- 上記中間層は結晶相としてMSi2 相(MはFe、Cr、Al、Mo、W、ReおよびHfからなる群から選択される少なくとも二種以上の元素)を含む請求項1〜4のいずれか一項記載の耐熱性金属部材。
- 上記遷移領域と上記内層との間、上記内層と上記中間層との間および上記中間層と上記外層との間の少なくとも一つに境界領域を有する請求項1〜5のいずれか一項記載の耐熱性金属部材。
- 上記内層は連続層または不連続層からなる請求項1〜6のいずれか一項記載の耐熱性金属部材。
- Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材上にReを含む層を形成する工程と、
上記Reを含む層を形成した上記金属基材に、Nb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末を蒸気源として1600℃以上1650℃以下の温度で第一Si拡散浸透処理を行う工程と、
上記第一Si拡散浸透処理を行った後、Si粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度で第二Si拡散浸透処理を10分以上行う工程とを有する耐熱性金属部材の製造方法。 - 上記Reを含む層を電気めっき、および/または、少なくともReを含む粉末を有機バインダに混合したスラリの塗布により形成する請求項8記載の耐熱性金属部材の製造方法。
- 上記第一Si拡散浸透処理および上記第二Si拡散浸透処理を10分以上13時間以下行う請求項8または9記載の耐熱性金属部材の製造方法。
- 上記第二Si拡散浸透処理を行った後、Al粉末とSi粉末と焼結防止剤としてのSiC粉末との混合粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度でAl拡散浸透処理を行う工程をさらに有する請求項8〜10のいずれか一項記載の耐熱性金属部材の製造方法。
- 上記Al拡散浸透処理を10分以上6時間以下行う請求項11記載の耐熱性金属部材の製造方法。
- Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材の表面に形成され、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む合金皮膜。
- Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材上にReを含む層を形成する工程と、
上記Reを含む層を形成した上記金属基材に、Nb5 Si3 相の粉末とNbSi2 相の粉末との混合粉末を蒸気源として1600℃以上1650℃以下の温度で第一Si拡散浸透処理を行う工程と、
上記第一Si拡散浸透処理を行った後、Si粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度で第二Si拡散浸透処理を10分以上行う工程とを有する合金皮膜の製造方法。 - 上記第二Si拡散浸透処理を行った後、Al粉末とSi粉末と焼結防止剤としてのSiC粉末との混合粉末を蒸気源として1300℃以上1350℃以下の温度でAl拡散浸透処理を行う工程をさらに有する請求項14記載の合金皮膜の製造方法。
- Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含むロケットエンジン。 - 少なくとも一つのロケットエンジンを有し、
上記ロケットエンジンは、
Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む人工衛星。 - Nb、Nb−Hf基合金またはNb−Si基合金からなる金属基材と、
上記金属基材の表面に形成された合金皮膜とを有し、
上記合金皮膜は、上記金属基材側から順に、結晶相としてNb5 Si3 相を含む遷移領域、結晶相としてNbSi2 相を含む内層、中間層ならびに結晶相としてReSi1.8 相およびRe(Al,Si)1.8 相のうちの少なくとも一種を含む外層を含む動翼を有する発電用ガスタービン。
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Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
CN106735249B (zh) * | 2016-12-07 | 2019-01-18 | 中南大学 | 一种铌基复合材料及制备方法 |
CN109457278B (zh) * | 2018-11-20 | 2020-03-31 | 四川理工学院 | 一种分步制备钛合金表面TiSi2+(Ni,Ti)Si复合涂层的方法 |
CN115679263B (zh) * | 2022-10-11 | 2023-12-01 | 中国核动力研究设计院 | 一种核反应堆用耐蚀涂层、包壳材料及其制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5932033A (en) * | 1998-08-12 | 1999-08-03 | General Electric Company | Silicide composite with niobium-based metallic phase and silicon-modified laves-type phase |
JP2002327284A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-11-15 | General Electric Co <Ge> | ニオブ基ケイ化物複合材料用耐酸化性皮膜 |
WO2003038150A1 (fr) * | 2001-10-31 | 2003-05-08 | Japan Science And Technology Agency | Revetement d'alliage recr pour barriere de diffusion |
JP2004039315A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Japan Science & Technology Corp | 金属系抵抗発熱体とその製造方法 |
JP2006241484A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-14 | Hokkaido Univ | 新規ニオブ基複合体及びその利用 |
JP2008001962A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Shimane Univ | 耐酸化材料及び耐酸化材料の製造方法 |
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5932033A (en) * | 1998-08-12 | 1999-08-03 | General Electric Company | Silicide composite with niobium-based metallic phase and silicon-modified laves-type phase |
JP2002327284A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-11-15 | General Electric Co <Ge> | ニオブ基ケイ化物複合材料用耐酸化性皮膜 |
WO2003038150A1 (fr) * | 2001-10-31 | 2003-05-08 | Japan Science And Technology Agency | Revetement d'alliage recr pour barriere de diffusion |
JP2004039315A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Japan Science & Technology Corp | 金属系抵抗発熱体とその製造方法 |
JP2006241484A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-14 | Hokkaido Univ | 新規ニオブ基複合体及びその利用 |
JP2008001962A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Shimane Univ | 耐酸化材料及び耐酸化材料の製造方法 |
JP2013028834A (ja) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Hokkaido Univ | Nb−Si系耐熱合金 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2612334C2 (ru) * | 2015-08-05 | 2017-03-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ нанесения покрытия для защиты деталей из сплавов на основе ниобия от высоких температур |
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