JP6026208B2 - 硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる装置構成部材 - Google Patents
硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金およびそのＣｏ基合金からなる装置構成部材 Download PDFInfo
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Description
この発明は、硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金およびこのＣｏ基合金からなる装置構成部材、例えば、化合物半導体太陽光電池製造における硫化およびセレン化工程に用いられる反応容器、配管等の装置構成部材、に関するものである。
従来、化合物半導体太陽光電池を製造する工程では、５００℃以上の高温で硫化処理やセレン化処理が施されている。こうした処理は、外界と遮断する必要があるため、密閉容器中で実施される。
ところで、セレン化水素ガスは１００℃以上の高温に加熱されると、水素とセレンに分解し、分解したセレンは、化合物半導体太陽光電池薄膜のみならず、密閉容器や密閉容器内の部材に付着する。そして、付着したセレンに、硫化水素ガスに起因した硫黄が加わることにより、厳しい高温腐食環境が形成される。
このような厳しい高温腐食環境下で、高温のプロセスガスに直接曝される耐侵食性にすぐれた装置構成部材としては、従来、主として石英が用いられていた。
ところで、セレン化水素ガスは１００℃以上の高温に加熱されると、水素とセレンに分解し、分解したセレンは、化合物半導体太陽光電池薄膜のみならず、密閉容器や密閉容器内の部材に付着する。そして、付着したセレンに、硫化水素ガスに起因した硫黄が加わることにより、厳しい高温腐食環境が形成される。
このような厳しい高温腐食環境下で、高温のプロセスガスに直接曝される耐侵食性にすぐれた装置構成部材としては、従来、主として石英が用いられていた。
例えば、特許文献１に示すように、セレン化工程、硫化工程を有し、装置内に雰囲気均一化手段を設けたＣＩＳ系薄膜太陽電池の製膜装置において、石英からなる円筒型のチャンバー内で、雰囲気ガスを強制的に対流させるようにしたＣＩＳ系薄膜太陽電池の製膜技術が知られている。
また、例えば、特許文献２には、カルコパイライト型太陽電池の光吸収層を形成する際に行うセレン化処理または硫化処理のための熱処理装置において、石英チューブの内部に、複数の太陽電池基板を板厚方向に並列に配置し、石英チューブの外側部に雰囲気ガスを加熱する手段を設け、石英チューブの内側面に沿って加熱された雰囲気ガスを循環させるようにした熱処理装置が知られている。
近年、ＣＩＳ系薄膜太陽電池の需要が増し、一層の生産効率の向上が求められるようになってきている。
それに伴って、硫化処理やセレン化処理を行うための密閉容器の大型化や複雑形状に対応することが求められてきているが、その装置構成材料として石英を用いた場合には、このような要請に応えることが困難となってきた。また、安全面に置いても、“割れ”の危険がある石英を使い続けることは懸念事項ともなっている。
したがって、こうした環境で、硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れた材料が求められてきている。
それに伴って、硫化処理やセレン化処理を行うための密閉容器の大型化や複雑形状に対応することが求められてきているが、その装置構成材料として石英を用いた場合には、このような要請に応えることが困難となってきた。また、安全面に置いても、“割れ”の危険がある石英を使い続けることは懸念事項ともなっている。
したがって、こうした環境で、硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れた材料が求められてきている。
本発明者は、上記の課題を解決すべく、硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れ、かつ、加工性にも優れた材料を求め、鋭意研究を行ったところ、Ｃｏ基合金中に、その合金成分として所定量のＶ、Ｂ、Ｍｇを共存含有させた場合には、このＣｏ基合金は、硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れると同時に、すぐれた加工性を備えることを見出したのである。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
「（１）質量％で、
Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物からなる硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
（２）質量％で、
Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
さらに、Ｎｉ：８〜２４％を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物からなる硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
（３）質量％で、
Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
さらに、Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物から成る硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
（４）質量％で、
Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
さらに、Ｎｉ：８〜２４％を含有し、
さらに、Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物から成る硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
（５）前記（１）乃至（４）に記載のＣｏ基合金からなる硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れた装置構成部材。」
を特徴とするものである。
「（１）質量％で、
Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物からなる硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
（２）質量％で、
Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
さらに、Ｎｉ：８〜２４％を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物からなる硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
（３）質量％で、
Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
さらに、Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物から成る硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
（４）質量％で、
Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
さらに、Ｎｉ：８〜２４％を含有し、
さらに、Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物から成る硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。
（５）前記（１）乃至（４）に記載のＣｏ基合金からなる硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れた装置構成部材。」
を特徴とするものである。
以下に、この発明のＣｏ基合金について、各合金成分の組成範囲の数値限定理由を詳述する。
Ｃｒ：
Ｃｒは、Ｃｏ基合金の表面に濃縮してＣｒ２Ｏ３を主体とする不働態皮膜を形成することにより、デポジットしたＳｅやＳが直接金属と接し反応してしまうことを抑制する。そのためには、１８質量％（以下、「質量％」を、単に「％」で示す。）以上のＣｒを含有することが必要であるが、３２％を超えて含有すると加工が困難となる。そのため、Ｃｒの含有量を１８〜３２％とした。好ましくは、Ｃｒ：１９〜２３％である。
Ｃｒは、Ｃｏ基合金の表面に濃縮してＣｒ２Ｏ３を主体とする不働態皮膜を形成することにより、デポジットしたＳｅやＳが直接金属と接し反応してしまうことを抑制する。そのためには、１８質量％（以下、「質量％」を、単に「％」で示す。）以上のＣｒを含有することが必要であるが、３２％を超えて含有すると加工が困難となる。そのため、Ｃｒの含有量を１８〜３２％とした。好ましくは、Ｃｒ：１９〜２３％である。
Ｗ：
Ｗは、Ｈ２ＳｅやＨ２Ｓガスが高温下で熱分解することにより発生する水素に起因した還元性雰囲気における耐侵食性を向上させることにより、デポジットしたＳｅやＳによる侵食を抑制する効果があるが、そのためには、３％以上のＷを含有することが必要である。しかし、１６％を越えて含有すると、Ｃｒの前記効果を著しく損ない、結果的にデポジットしたＳｅやＳに対する耐侵食性が劣化する。そのため、Ｗの含有量を３〜１６％とした。好ましくは、Ｗ：１３〜１５％である。
Ｗは、Ｈ２ＳｅやＨ２Ｓガスが高温下で熱分解することにより発生する水素に起因した還元性雰囲気における耐侵食性を向上させることにより、デポジットしたＳｅやＳによる侵食を抑制する効果があるが、そのためには、３％以上のＷを含有することが必要である。しかし、１６％を越えて含有すると、Ｃｒの前記効果を著しく損ない、結果的にデポジットしたＳｅやＳに対する耐侵食性が劣化する。そのため、Ｗの含有量を３〜１６％とした。好ましくは、Ｗ：１３〜１５％である。
Ｆｅ：
Ｆｅは、熱間加工性を向上させる効果がある。そのためには、０．１％以上のＦｅを含有することが必要であるが、５％を越えて含有すると、ＳｅやＳによる侵食を抑制する効果が劣化する。そこで、Ｆｅの含有量を０．１〜５％とした。好ましくは、Ｆｅ：０．１〜３％である。
Ｆｅは、熱間加工性を向上させる効果がある。そのためには、０．１％以上のＦｅを含有することが必要であるが、５％を越えて含有すると、ＳｅやＳによる侵食を抑制する効果が劣化する。そこで、Ｆｅの含有量を０．１〜５％とした。好ましくは、Ｆｅ：０．１〜３％である。
Ｃ：
Ｃは、同時に含有するＣｒ，Ｗと共に強化相である炭化物を形成し、微細に分散させることで、高温での強度を向上させる効果がある。そのためには、０．０１％以上のＣを含有することが必要であるが、０．２％を越えて含有すると、合金が脆化し、加工性が低下するため、板等への形状付与が困難となる。そのため、Ｃの含有量を０．０１〜０．２％とした。好ましくは、Ｃ：０．０５〜０．１％である。
Ｃは、同時に含有するＣｒ，Ｗと共に強化相である炭化物を形成し、微細に分散させることで、高温での強度を向上させる効果がある。そのためには、０．０１％以上のＣを含有することが必要であるが、０．２％を越えて含有すると、合金が脆化し、加工性が低下するため、板等への形状付与が困難となる。そのため、Ｃの含有量を０．０１〜０．２％とした。好ましくは、Ｃ：０．０５〜０．１％である。
Ｍｎ：
Ｍｎは、母相の結晶構造であるオーステナイト構造を安定化させることにより、脆化を抑制し、その結果、形状付与などを容易にするという効果がある。そのためには、Ｍｎを０．５％以上含有することが必要であるが、２％を超えて含有すると、ＳｅやＳによる侵食を促進し、損傷を加速することとなる。そのため、Ｍｎの含有量を０．５〜２％とした。好ましくは、Ｍｎ：０．５〜１．５％である。
Ｍｎは、母相の結晶構造であるオーステナイト構造を安定化させることにより、脆化を抑制し、その結果、形状付与などを容易にするという効果がある。そのためには、Ｍｎを０．５％以上含有することが必要であるが、２％を超えて含有すると、ＳｅやＳによる侵食を促進し、損傷を加速することとなる。そのため、Ｍｎの含有量を０．５〜２％とした。好ましくは、Ｍｎ：０．５〜１．５％である。
Ｓｉ：
Ｓｉは、酸素との親和性が高いため、還元性環境下でもＣｏ基合金の表面にＳｉＯ２皮膜を形成することにより、Ｃｒ２Ｏ３と共に溶融するＳｅやＳによるが、直接金属と接し反応してしまうことを抑制する効果がある。そのためには、Ｓｉを０．１％以上含有することで、その効果を示すが、１％を超えて含有すると、合金の脆化が顕在化し加工性が低下するため、板等への形状付与が困難となる。そのため、Ｓｉの含有量を０．１〜１％とした。好ましくは、Ｓｉ：０．２〜０．８％である。
Ｓｉは、酸素との親和性が高いため、還元性環境下でもＣｏ基合金の表面にＳｉＯ２皮膜を形成することにより、Ｃｒ２Ｏ３と共に溶融するＳｅやＳによるが、直接金属と接し反応してしまうことを抑制する効果がある。そのためには、Ｓｉを０．１％以上含有することで、その効果を示すが、１％を超えて含有すると、合金の脆化が顕在化し加工性が低下するため、板等への形状付与が困難となる。そのため、Ｓｉの含有量を０．１〜１％とした。好ましくは、Ｓｉ：０．２〜０．８％である。
Ａｌ：
Ａｌは、脱酸剤として添加することにより、合金内の清浄度を高め、結果的に高温加工性を向上させる効果がある。そのためには、Ａｌを０．００５％以上含有することで、その効果を示すが、０．３％を超えて含有すると、合金の脆化が顕在化し加工性が低下するため、板等への形状付与が困難となる。そのため、Ａｌの含有量を０．００５〜０．３％とした。好ましくは、Ａｌ：０．０１〜０．２％である。
Ａｌは、脱酸剤として添加することにより、合金内の清浄度を高め、結果的に高温加工性を向上させる効果がある。そのためには、Ａｌを０．００５％以上含有することで、その効果を示すが、０．３％を超えて含有すると、合金の脆化が顕在化し加工性が低下するため、板等への形状付与が困難となる。そのため、Ａｌの含有量を０．００５〜０．３％とした。好ましくは、Ａｌ：０．０１〜０．２％である。
Ｖ：
Ｖは、高温での結晶粒粗大化を抑制する効果がある。熱間加工割れの原因となる結晶粒粗大化を抑制することにより高温での変形能が向上し、その結果、割れが抑制されるようになることからＶが添加されるが、Ｖを０．００１％以上含有することで、その効果を示すが、０．０８％を超えて含有すると、ＳｅやＳによる侵食に対する耐侵食性の劣化の傾向が見られるため好ましくない。そのため、Ｖの含有量を０．００１〜０．０８％とした。好ましくは、Ｖ：０．００５〜０．０６％である。
Ｖは、高温での結晶粒粗大化を抑制する効果がある。熱間加工割れの原因となる結晶粒粗大化を抑制することにより高温での変形能が向上し、その結果、割れが抑制されるようになることからＶが添加されるが、Ｖを０．００１％以上含有することで、その効果を示すが、０．０８％を超えて含有すると、ＳｅやＳによる侵食に対する耐侵食性の劣化の傾向が見られるため好ましくない。そのため、Ｖの含有量を０．００１〜０．０８％とした。好ましくは、Ｖ：０．００５〜０．０６％である。
Ｂ：
Ｂは、熱間における変形能を向上させる効果がある。Ｂを０．０００１％以上含有することで、効果を示すが、０．００８％を超えて含有すると逆に熱間における変形能を低下させる傾向にあるため、Ｂの含有量を０．０００１〜０．００８％とした。好ましくは、Ｂ：０．０００５〜０．００２％である。
Ｂは、熱間における変形能を向上させる効果がある。Ｂを０．０００１％以上含有することで、効果を示すが、０．００８％を超えて含有すると逆に熱間における変形能を低下させる傾向にあるため、Ｂの含有量を０．０００１〜０．００８％とした。好ましくは、Ｂ：０．０００５〜０．００２％である。
Ｍｇ：
Ｍｇは、熱間における変形抵抗を低減させることにより熱間加工性を向上させる効果がある。しかし、Ｍｇの含有量が０．００１％未満では、その効果が発揮されず、また０．０２％以上含有させた場合には、相安定性を劣化させ脆化相を生成することにより加工を困難にさせてしまう。そのため、Ｍｇの含有量を０．００１〜０．０２％とした。好ましくは、Ｍｇ：０．００５〜０．０１％である。
なお、Ｖ、Ｂ、Ｍｇは総じて高温での加工性を向上させる効果を有することが共通している。しかし、それぞれ異なるメカニズムによる効果である。高温での加工性を向上させる効果を最大限に得るには、単独の添加ではその効果が小さく、これら３元素が共存しなければならない。すなわち、Ｖにより結晶粒の粗大化を防止しつつ、Ｂにより変形能を高め、Ｍｇにより変形抵抗を低減することで、難加工材であるＣｏ合金の熱間加工性を向上させることができる。
Ｍｇは、熱間における変形抵抗を低減させることにより熱間加工性を向上させる効果がある。しかし、Ｍｇの含有量が０．００１％未満では、その効果が発揮されず、また０．０２％以上含有させた場合には、相安定性を劣化させ脆化相を生成することにより加工を困難にさせてしまう。そのため、Ｍｇの含有量を０．００１〜０．０２％とした。好ましくは、Ｍｇ：０．００５〜０．０１％である。
なお、Ｖ、Ｂ、Ｍｇは総じて高温での加工性を向上させる効果を有することが共通している。しかし、それぞれ異なるメカニズムによる効果である。高温での加工性を向上させる効果を最大限に得るには、単独の添加ではその効果が小さく、これら３元素が共存しなければならない。すなわち、Ｖにより結晶粒の粗大化を防止しつつ、Ｂにより変形能を高め、Ｍｇにより変形抵抗を低減することで、難加工材であるＣｏ合金の熱間加工性を向上させることができる。
Ｎｉ：
Ｎｉは、Ｃｏの一部をＮｉに置き換えることにより加工硬化を低減する効果があるため、曲げ加工などの冷間加工性を向上させる場合には必要に応じて添加される。そのためには、Ｎｉを８．０％以上含有することで、その効果を示すが、２４．０％を超えて含有すると、ＳｅやＳに対する耐侵食性を低下させることとなる。そのため、Ｎｉの含有量を８．０〜２４．０％とした。好ましくは、Ｎｉ：９．０〜１１．０％である。
Ｎｉは、Ｃｏの一部をＮｉに置き換えることにより加工硬化を低減する効果があるため、曲げ加工などの冷間加工性を向上させる場合には必要に応じて添加される。そのためには、Ｎｉを８．０％以上含有することで、その効果を示すが、２４．０％を超えて含有すると、ＳｅやＳに対する耐侵食性を低下させることとなる。そのため、Ｎｉの含有量を８．０〜２４．０％とした。好ましくは、Ｎｉ：９．０〜１１．０％である。
Ｌａ、Ｃｅ：
ＬａとＣｅは、微量に添加することにより、高温のＨ２ＳｅやＨ２Ｓガス雰囲気で保護皮膜として形成される表面皮膜の密着性を向上させることにより、ＳｅやＳに対する耐性を向上させる効果があるため、必要に応じて、Ｌａ、Ｃｅの１種又は２種が添加される。
しかし、Ｌａの含有量が０．０１％未満では、その効果は無く、０．１５％を超えて含有すると、逆に表面皮膜が剥離しやすくなり有害となるので、その含有量を０．０１〜０．１５％とした。好ましくは、Ｌａ：０．０５〜０．１２％である。
Ｌａの場合と同様に、Ｃｅの含有量が０．０１％未満では、表面皮膜の密着性を向上させる効果は無く、０．１５％を超えて含有すると、逆に表面皮膜が剥離しやすくなり有害となるので、その含有量を０．０１〜０．１５％とした。好ましくは、Ｃｅ：０．０５〜０．１２％である。
ＬａとＣｅは、微量に添加することにより、高温のＨ２ＳｅやＨ２Ｓガス雰囲気で保護皮膜として形成される表面皮膜の密着性を向上させることにより、ＳｅやＳに対する耐性を向上させる効果があるため、必要に応じて、Ｌａ、Ｃｅの１種又は２種が添加される。
しかし、Ｌａの含有量が０．０１％未満では、その効果は無く、０．１５％を超えて含有すると、逆に表面皮膜が剥離しやすくなり有害となるので、その含有量を０．０１〜０．１５％とした。好ましくは、Ｌａ：０．０５〜０．１２％である。
Ｌａの場合と同様に、Ｃｅの含有量が０．０１％未満では、表面皮膜の密着性を向上させる効果は無く、０．１５％を超えて含有すると、逆に表面皮膜が剥離しやすくなり有害となるので、その含有量を０．０１〜０．１５％とした。好ましくは、Ｃｅ：０．０５〜０．１２％である。
不可避不純物：
本発明のＣｏ基合金中に含有される不可避不純物としては、ＰやＳなどが挙げられるが、こうした不純物は、しばしば高温加工などの合金製造時における割れの原因や溶接部における高温割れの原因となるので、できるだけ低減する（例えば、不可避不純物を、合計量で０．０４％以下とする）ことが望ましい。
本発明のＣｏ基合金中に含有される不可避不純物としては、ＰやＳなどが挙げられるが、こうした不純物は、しばしば高温加工などの合金製造時における割れの原因や溶接部における高温割れの原因となるので、できるだけ低減する（例えば、不可避不純物を、合計量で０．０４％以下とする）ことが望ましい。
前記した合金成分組成からなる本発明のＣｏ基合金は、硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れ、しかも、加工性にも優れるため、例えば、化合物半導体太陽光電池製造における硫化およびセレン化工程に用いられる反応容器、配管等の装置構成部材として好適である。
上述のように、本発明Ｃｏ基合金は、硫化水素およびセレン化水素を含む環境で、耐侵食性が極めて優れ、しかも、加工性にも優れるため、硫化水素およびセレン化水素を含む環境下で使用される各種装置構成部材の大型化や複雑形状が可能となり、産業上優れた効果をもたらすものである。
以下に、本発明の実施例について説明する。
通常の高周波溶解炉を用いて溶解し、表１〜表３に示される成分組成を有し、厚さ：４０ｍｍで約５ｋｇのインゴットを作製し、このインゴットを１２３０℃で１０時間均質化熱処理を施し、１０００〜１２３０℃の範囲内に保持しながら、１回の熱間圧延で１ｍｍの厚さを減少させつつ、最終的に３ｍｍ厚とし１２００℃で３０分間保持し水焼き入れにより固溶化処理を施し、表面をバフ研磨することにより、本発明Ｃｏ基合金板１〜３０、比較Ｃｏ基合金板１〜３、５〜２０を作製した。
これら試験片の表面を研磨し最終的に耐水エメリー紙＃４００仕上げとした。研磨後の試料をアセトン中超音波振動状態に５分間保持し脱脂した。
これら試験片の表面を研磨し最終的に耐水エメリー紙＃４００仕上げとした。研磨後の試料をアセトン中超音波振動状態に５分間保持し脱脂した。
次に、石英製のチャンバーを用意し、チャンバー内に本発明Ｃｏ基合金板１〜３０、比較Ｃｏ基合金板１〜２０を配置した。
チャンバー内にＡｒを通気させながら外側からヒーターで加熱し ６５０℃に保持した。
その後、ＡｒガスからＡｒ−１０％Ｈ２Ｓｅガスを通気させながら２時間保持した。
次に、Ａｒガスを３０分間通気し、Ａｒ−１０％Ｈ２Ｓガスを２時間通気した。
Ａｒ：０．５ｈ→Ａｒ−１０％Ｈ２Ｓｅガス：２ｈ→Ａｒ：０．５ｈ→Ａｒ−１０％Ｈ２Ｓガス：２ｈを１サイクルとして、２０サイクル繰り返し試験片を取り出した。
表面に付着した堆積層をステンレス製のワイヤーブラシにて除去し、試験前後の重量減少量を測定した。
その値を表１〜表３に示した。
チャンバー内にＡｒを通気させながら外側からヒーターで加熱し ６５０℃に保持した。
その後、ＡｒガスからＡｒ−１０％Ｈ２Ｓｅガスを通気させながら２時間保持した。
次に、Ａｒガスを３０分間通気し、Ａｒ−１０％Ｈ２Ｓガスを２時間通気した。
Ａｒ：０．５ｈ→Ａｒ−１０％Ｈ２Ｓｅガス：２ｈ→Ａｒ：０．５ｈ→Ａｒ−１０％Ｈ２Ｓガス：２ｈを１サイクルとして、２０サイクル繰り返し試験片を取り出した。
表面に付着した堆積層をステンレス製のワイヤーブラシにて除去し、試験前後の重量減少量を測定した。
その値を表１〜表３に示した。
さらに重量測定後の断面のミクロ観察を行い、粒界侵食の程度を光学顕微鏡観察にて測定した。
重量測定を実施した試験片は、切断面への熱影響を最小限にするため湿式の切断砥石を用いて、任意の箇所を切断した。
切断面を観察面とするように、熱可塑性樹脂に埋め込み、エメリー紙およびダイヤモンド砥粒を用いて、観察用試料を作成した。
観察面を光学顕微鏡を用いて、１００倍に拡大し界面部を中心に写真撮影を行った。
視野中に観察される局部侵食の最大侵食深さを測定し記録した。
その値を表１〜表３に示した。
重量測定を実施した試験片は、切断面への熱影響を最小限にするため湿式の切断砥石を用いて、任意の箇所を切断した。
切断面を観察面とするように、熱可塑性樹脂に埋め込み、エメリー紙およびダイヤモンド砥粒を用いて、観察用試料を作成した。
観察面を光学顕微鏡を用いて、１００倍に拡大し界面部を中心に写真撮影を行った。
視野中に観察される局部侵食の最大侵食深さを測定し記録した。
その値を表１〜表３に示した。
表１〜表３に示された結果から、本発明Ｃｏ基合金は、腐食速度が小さく、また、粒界侵食深さも浅く、硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性が優れることが実証された。
一方、この発明から外れた比較Ｃｏ基合金１〜３、５〜２０は、本発明Ｃｏ基合金に比べ耐侵食性が劣っていることがわかる。
なお、この発明から外れた比較Ｃｏ基合金１〜３、５〜２０では、板に加工する工程中で割れたものもあったが、本発明Ｃｏ基合金は、加工時の割れ発生もなく、加工性に優れたものであることが分かる。
一方、この発明から外れた比較Ｃｏ基合金１〜３、５〜２０は、本発明Ｃｏ基合金に比べ耐侵食性が劣っていることがわかる。
なお、この発明から外れた比較Ｃｏ基合金１〜３、５〜２０では、板に加工する工程中で割れたものもあったが、本発明Ｃｏ基合金は、加工時の割れ発生もなく、加工性に優れたものであることが分かる。
本発明Ｃｏ基合金は、硫化水素およびセレン化水素を含む環境で、耐侵食性が極めて優れ、しかも、加工性にも優れるため、例えば、大型化や複雑形状が望まれる化合物半導体太陽光電池製造において用いられる反応容器、配管等の装置構成部材として好適である。
しかし、これに限られるものではなく、硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性が必要とされるあらゆる分野の装置構成部材として使用可能である。
しかし、これに限られるものではなく、硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性が必要とされるあらゆる分野の装置構成部材として使用可能である。
Claims (5)
- 質量％で、
Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物からなる硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。 - 質量％で、Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
さらに、Ｎｉ：８〜２４％を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物からなる硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。 - 質量％で、Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
さらに、Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物から成る硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。 - 質量％で、Ｃｒ：１８〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｆｅ：０．１〜５％、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．００１〜０．０８％、Ｂ：０．０００１〜０．００８％、Ｍｇ：０．００１〜０．０２％を含有し、
さらに、Ｎｉ：８〜２４％を含有し、
さらに、Ｌａ：０．０１〜０．１５％およびＣｅ：０．０１〜０．１５％の内の１種または２種を含有し、
残りがＣｏおよび不可避不純物から成る硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れたＣｏ基合金。 - 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＣｏ基合金からなる硫化水素およびセレン化水素に対する耐侵食性に優れた装置構成部材。
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