JPH03287734A - 耐食性に優れたチタン合金 - Google Patents

耐食性に優れたチタン合金

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JPH03287734A
JPH03287734A JP8891190A JP8891190A JPH03287734A JP H03287734 A JPH03287734 A JP H03287734A JP 8891190 A JP8891190 A JP 8891190A JP 8891190 A JP8891190 A JP 8891190A JP H03287734 A JPH03287734 A JP H03287734A
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JP
Japan
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corrosion resistance
alloy
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titanium alloy
amount
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Application number
JP8891190A
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English (en)
Inventor
Natsuo Yugawa
湯川 夏夫
Masahiko Morinaga
正彦 森永
Masao Morishita
政夫 森下
Yoshio Ashida
芦田 喜郎
Masahiro Tsukuda
筑田 昌宏
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TOYOHASHI GIJUTSU KAGAKU UNIV
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
TOYOHASHI GIJUTSU KAGAKU UNIV
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐食性に優れたTi合金に関するものである
〔従来の技術〕
Tiは不働態化され易く、この不働態皮膜により高い耐
食性を示す特徴を有している。しかし上記不働態皮膜が
破壊され易い塩酸、硫酸などの還元性環境では腐食され
易い、そのため従来からT1に種々の合金用元素を添加
することにより、耐食性を改善したTi合金の開発が行
われてきた。
この従来のTi合金の開発、特性の管理においては、該
Ti合金の単数ないし複数の性質に及ぼす合金用元素の
影響を実験・測定により求め、これらのデータに基づい
て最適合金組成を決定する、いわゆる試行錯誤的な方法
が常用的に行われている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記従来の試行錯誤的手法による場合は
、多大な費用と時間を要し極めて非能率的であり、特に
多元系の合金について、このような方法を実施するのは
極めて困難である。さらにこの試行錯誤的手法による場
合は、その評価も不正確であるため材料の向上や高性能
化を図る上で大きな問題となっている。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、予め合金の電子構造を求め、これに基づいて耐
食性を予測し、限定された範囲での合金についてのみ実
験することにより、耐食性に優れたTi合金を提供する
ことを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は、耐食Ti合金を開発するにあたり、不働
態皮膜がどの程度安定的に形成されるかということが問
題となる点に着目し、不働態皮膜が安定に形成するため
の合金の電子構造を評価する技術を開発し、これに基づ
き耐食Ti合金を設計した。
ここでTi合金におけるアノード部での不働態化反応は
、次の(11式となる。
M 十Ht  O=M  −0+  2  H”+ 2
  e−(1)一方、カソード部での反応は、次の(2
)式となる。
2 H”+ 2 e−= H*           
 (2)第1図は上記(11式及び(2)式で表わされ
る反応を図示したものである。
図において、上記臼)式で示されるようにカソード部に
おいて水素イオンWに電子e−が与えられて水素分子H
8が発生するほど、(11式で示されるようにアノード
部においては111式の右辺にずれ、M・0が形成され
、不働態化反応が促進する。即ち、カソード部において
水素イオンに電子が与えられて水素が活発に発生するほ
ど不働態化反応が促進し、耐食性が向上することとなる
そして上記カソード部で水素イオンに電子を与え、水素
を発生させるためには、まずカソード部がアノード部か
ら電子を受容する必要がある0次に受容した電子をH髪
放電する必要がある。即ち、カソード部がアノード部か
ら電子を受容する能力が大きく、「セ放電し易いほど不
働態化が促進されるものと推定される。
本発明者等は、カソード部をクラスター法でシミニレ−
シランすることにより、電子状態を評価し、不働態の形
成能を評価する方法を考案した。
第1図のカソード部において、○をTi原子、・を合金
元素Mと考え、クラスターモデルによりカソード部を評
価した。用いたクラスターモデルは、第2図に示したも
のである。第2図において、格子定数から原子間距離を
設定し、クラスターの原子構造をスレータ−(Sl a
ter)の提案したXαポテンシャルを用いて、セルフ
コンシステントに解く、但し通常の方法とは異なり永年
方程式を解くとき、空間にランダムに選んだサンプル点
でハミルトニアンと重なり積分の行列要素を計算し、電
子エネルギー固有値で固有関数を求める。なおこのクラ
スター法はバンド計算法とは異なり、局所電子状態を調
べるのに適しており、合金表面の局所的なカソード部の
電子状態をシミュレーシツンするのに有効な方法である
合金元素Mを含むカソード部を計算することにより、フ
ェルミエネルギー準位付近の電子状態を評価することが
できる。アノード部からカソード部へ流れ込む電子は、
フェルミエネルギー準位を基準にして、0.01eV以
内に励起された電子空孔を伝導する。即ち、カソード部
のクラスターモデルにおいて、フェルミエネルギー準位
及びその0゜QleV以内近傍の電子空孔の量が伝導電
子の量を決定することになる。フェルミエネルギー準位
及び0.01 e V以内の電子空孔数は、本計算によ
って求めることが可能で、電子空孔数が大きいほどカソ
ード部に流入する伝導電子量は大きくなる。また、フェ
ルミエネルギー準位が大きいほどH“に放電し易く、水
素分子の発生も活発化し、耐食性良好となる。
本発明は以上の知見に基づいてなされたもので、Rh、
Ir、Ptの一種以上を0.005〜2.0重量%Ni
 を0.1〜2.0重量%、Taを0.5〜10.0重
量%含み、残部Tiからなることを特徴とする耐食性に
優れたチタン合金であり、また第2項の発明は第1項の
発明において、Taの一部又は全てをZ r + Hf
 + N bの一種以上で置換したことを特徴としてい
る。
ここで本発明における各構成要件の限定理由について説
明する。
!、Rh、Ir、Ptは、カソード部に流入する伝導電
子量が大きく、不働態化反応を促進する元素である。こ
れらの元素がo、oos重量%未満では、その効果が小
さく、一方2.0%以上添加しても上記不働態化促進効
果が飽和するとともに、これらの元素は高価であること
から経済性の点で望ましくない、従ってRh、Ir、P
tの添加量は0.005〜2.0重量%とする。
1[、Niもカソード部への伝導電子量を促進する元素
である*Rb+Ir+Ptはどの効果は有していないが
、安価であるため比較的多量に添加することより全体と
しての効果が得られる。0.5重量%未満ではその効果
は小さく、一方2.0重量%以上添加すると合金の加工
性に問題を生じる。従ってNiの添加量は0.005〜
2.0重量%とする。
m、Taを0.5〜10.0重量%添加したのは次の理
由による。即ち耐食性を向上させるには、不働態皮膜の
形成能が重要であることは上述の通りである。しかし苛
酷な条件下では不働態皮膜が破壊される場合がある。従
って苛酷な条件下では、金属素地の原子間結合力が重要
となる。Tiの原子間結合力を増加させる元素としてT
aの添加が有効である。そこで、Taを添加するのであ
るが、0.5重量%未満の添加では効果がなく、一方1
0.0重量%以上添加すると加工性に問題を生じるため
、0.5〜10.0重量%の範囲を定めた。
■、上記原子間結合力を増加させる元素としては、Zr
、Hf、  Nbも有効であることから、第2項の発明
では上記Taの一部又は全部をこれらの元素で置換する
こととした。
〔実施例〕
以下本発明の詳細な説明する。
まず表1に示す化学組成を有する従来材(隘1〜階7)
、比較材(嵐8〜1110) 、本発明材(Ilmll
 〜&16)を溶製し、10%H! So、水溶液沸騰
の条件で浸漬試験により腐食速度を測定した。
嵐1の純Tiは、耐食性が極めて悪い。
−2の合金は、Pdの単独添加合金であるが耐食性に問
題がある。特にPdは本来原子間結合力を弱める元素で
あるため、腐食環境が苛酷となって不働態皮膜が破壊さ
れる条件では、腐食量は大きくなる。
隊3は、Ru * N tを添加した合金である。Ni
だけでは不働態化するのに不充分であり、Ruを結合さ
せても耐食性に問題がある。
隘4は、Ni、MOを添加した合金であるが、耐食性は
極めて悪い。
−5は、Taを添加しているが、上述のようにPdが本
来原子間結合力を弱める元素であるため、腐食量は大き
くなる。
Ik6.m7は、Ta以外にNb、Zrを複合添加した
合金であるが、Ruは不働態化能力が小さく、Pdは磁
5と同様の理由をもっているため、耐食性に問題がある
嵐8の場合、Irの添加量が少ないため、耐食性は劣っ
ている。
磁9の場合、Rhの添加量が少ないため、耐食性は劣っ
ている。
阻10の場合、Taの添加量が少ないために、耐食性に
問題がある。
一方、磁11〜Na16に示した本発明合金は、極めて
良好な耐食性を示しており、化学プラント材料などに好
適であることが判る。
なお、本発明合金における耐食性成分の設定方法は、種
々の金属・合金、金属間化合物に適用できるものである
0例えば、Fs金合金おいて、カソードが伝導電子を受
容し易く、H+に受容した電子を放電し易くし、不働態
化を促進する元素は、Co、Ni、Cu、Reである。
N1合金において、同様の働きをする元素は、Cuであ
る。また、不働態皮膜が破壊し易い条件で、金属素地の
原子間結合力を高めるよう電子状態の計算を行う手法も
、金属・合金、金属間化合物など、種々の材料に応用で
きるものである。
〔発明の効果〕
以上のように本発明に係るTi合金によれば、カソード
部への伝導電子量の大きいRh、Ir、Ptの一種以上
をo、oos〜2.0重量%及びNiを0.1〜2.0
重量%添加するとともに、原子間結合力の大きいTaを
0.5〜10.0重量%添加するようにしたので、従来
の思考錯誤的方法に比べて掻めて容易確実に耐食性を向
上できる効果がある。
!11 幕とり)ρi9に乙イヒlb党itシ0
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の成立過程を説明するための不働態化反
応を示す図、第2図fan、 (blはクラスタモデル
を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Rh、Ir、Ptの一種以上を0.005〜2.
    0重量%、Niを0.1〜2.0重量%、Taを0.5
    〜10.0重量%含み、残部Tiからなる耐食性に優れ
    たチタン合金。
  2. (2)上記Taの一部又は全てをZr、Hf、Nbの一
    種以上で置換したことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の耐蝕性に優れたチタン合金。
JP8891190A 1990-04-02 1990-04-02 耐食性に優れたチタン合金 Pending JPH03287734A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1878808A1 (en) * 2005-04-08 2008-01-16 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Ti ALLOY, Ti ALLOY MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING SAME

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1878808A1 (en) * 2005-04-08 2008-01-16 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Ti ALLOY, Ti ALLOY MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING SAME
EP1878808A4 (en) * 2005-04-08 2010-04-14 Sumitomo Metal Ind TI ALLOY, TI ALLOY ELEMENT AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF
US9243309B2 (en) 2005-04-08 2016-01-26 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Ti alloy and Ti alloy member having Zr and Hf, or Zr and Nb, or Zr, Hf, and Nb for hydrogen embrittlement resistance

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