JPH05231996A - 金属間化合物評価試片の作製方法及び試薬 - Google Patents

金属間化合物評価試片の作製方法及び試薬

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JPH05231996A
JPH05231996A JP3320092A JP3320092A JPH05231996A JP H05231996 A JPH05231996 A JP H05231996A JP 3320092 A JP3320092 A JP 3320092A JP 3320092 A JP3320092 A JP 3320092A JP H05231996 A JPH05231996 A JP H05231996A
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JP
Japan
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etching
nitric acid
intermetallic compound
reagent
test piece
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JP3320092A
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Tetsuhiro Kuroda
哲宏 黒田
Hiroyuki Anada
博之 穴田
Yasuhiro Kozuki
康裕 上月
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ジルコニウム基合金全般に共通的に適用でき、
かつ作製工数の少なくて済む試片の作製方法を提供する
こと。 【構成】以下の条件で試片を作製する。研磨条件はRa
<0.22、Rmax<1.16である。エッチング条
件は、弗酸、硝酸、グリセリンからなる、腐食用試薬で
10〜30秒間エッチングを施す。その腐食用試薬の濃
度比は、弗酸:硝酸が図1中のA〜Fに囲まれた実線内
にあり残りがグリセリンである。後処理としてエッチン
グ後に硝酸濃度が52.5vol%以上の硝酸水溶液で
3〜15秒間再エッチングを施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ジルコニウム合金の金
属間化合物の析出状態を走査型電子顕微鏡および光学顕
微鏡によって観察する際の試片(以下単に試片とする)
の作製方法およびその試片作製に使用する腐食用試薬
(以下エッチング液とする)に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にジルコニウム基合金の耐食性試験
は腐食テストに長期間(200〜400日程度)かかる
等の理由より、金属間化合物による評価の代用が求めら
れている。ジルコニウム基合金の金属間化合物の析出状
態は、ジルコニウム基合金の強度、耐食性と関係が深い
ため、ジルコニウム基合金製品から試片を作製し、この
試片の金属間化合物の析出状態を観察していた。
【0003】その試片作製方法は従来、原子力用ジルカ
ロイ−2合金用として表1における手法1が、原子力用
ジルカロイ−4合金用として手法2が主に使用されてい
た。手法3についてはJournal of Matelials 136(1985)
の16〜29頁に記載がある。
【0004】
【表1】
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術として知
られている表1における手法1〜3は、以下に示す問題
を持つものであった。まず、第1にどの手法において
も、試片の表面状態(研磨条件)を、鏡面(バフ仕上程
度)に仕上げる必要があり、非常に工数が多く不便であ
った。また、第2にエッチング条件がジルカロイ−2で
は、手法1、ジルカロイ−4では、手法2と使い分けを
要するものであり、また同一材質であっても試片の組
成、製品製造条件(熱処理温度、加工度)が変わると金
属間化合物の析出状態が変化してしまい、これらの方法
は使用不可能となることもあった。
【0006】さらに第3として、手法2では、エッチン
グ時に試片上にSn系の析出物が再付着し、その析出物
を除くため後処理として後エッチングを行うが、後処理
の条件、特にその後処理時間の管理を間違うと、目的の
金属間化合物まで溶出してしまうという欠点もあった。
【0007】第4の問題点として、手法3においては、
エッチング液の溶媒に水を使うため、グリセリンに対し
て、腐食速度が早すぎるという欠点があった。
【0008】したがって、本発明の課題は、研磨条件を
緩和して研磨工数を簡素化すること、エッチング条件や
試片の組成、製品製造条件に左右されずに同一の方法で
試片を作製し得るようにすることことができるととも
に、ジルコニウム基合金に対して共通のエッチング液を
使用できるようにすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を達成するた
め、金属間化合物評価試片の作製方法として、ジルコニ
ウム合金の析出金属間化合物を走査型電子顕微鏡および
光学顕微鏡のうち少なくとも一方で観察するための試片
を作製する際、その試片の研磨条件として、中心線平均
あらさRa<0.22、かつ最大高さRmax<1.1
6で研磨を施し、エッチング条件として、腐食用試薬
に、弗酸、硝酸、グリセリンの混合液を使用し、そのう
ち弗酸と硝酸の濃度比率が図1におけるA、B、C、
D、E、Fの6点で囲まれた実線の範囲内にあり、残り
がグリセリンからなる腐食用試薬を用いて10〜30秒
間エッチングを行い、後処理としてエッチング後に硝酸
濃度が52.5vol%以上の硝酸水溶液で3〜15秒
間再エッチングすることが提供される。
【0010】また、ジルコニウム合金の析出金属間化合
物を走査型電子顕微鏡および光学顕微鏡のうち少なくと
も一方で観察するための試片を作製する際における試片
の研磨後に用いる腐食用試薬であって、弗酸、硝酸、グ
リセリンの混合液からなり、そのうち弗酸と硝酸の濃度
比率が図1におけるA、B、C、D、E、Fの6点で囲
まれた実線の範囲内にあり、残りがグリセリンからなる
ことを特徴とする金属間化合物評価試片作製用試薬も提
供される。
【0011】
【作用】研磨条件はRa<0.22、Rmax<1.1
6の範囲内ならば、エッチング後最後まで傷痕が残るこ
とはなく、観察不能となることはないので、前記範囲に
限定した。なお、図2には、前記研磨条件外で研磨を施
し、傷痕の見られる金属間化合物観察写真を顕微鏡写真
を示した。
【0012】また、本発明におけるエッチング条件を、
エッチング液の組成を、弗酸と硝酸の濃度比率が図1に
おけるA〜Fの6点に囲まれた実線の範囲内にあり、残
りをグリセリンとし、10〜30秒間エッチングすると
限定したのは、以下の理由からである。エッチング液の
組成物のうち、弗酸濃度は試片の腐食速度と比例関係に
あり、硝酸およびグリセリンは、腐食速度を緩和する効
果があるため、エッチング液の組成が一定の範囲を外れ
ると試片上にピッティングが起こったり、金属間化合物
の周囲が溝状に侵されるという現象が起こる。そこで、
弗酸と硝酸の濃度比率を比較検討した結果、横軸を弗酸
濃度、縦軸を硝酸濃度(単位:vol%)とした図1に
おいて、各座標がA(15、9)、B(17、6)、C
(25、6)D(27、7)、E(19、12.5)、
F(16、13)である6点に囲まれた実線内がジルカ
ロイ−2、4共通のエッチング液組成の領域であること
が判った。また、この組成のエッチング液を、Nbを含
有する原子力用ジルコニウム基新合金に適用した結果、
この場合でも容易に金属間化合物が観察できたことか
ら、前記の組成の試薬は、ジルコニウム基合金全般に適
用できることがわかった。
【0013】エッチング時間については、10秒未満だ
と、ピッティングが起こり、30秒を超えると、金属間
化合物のまわりが溝状に侵されるという現象が起こるた
め、その時間を10秒から30秒の間と限定した。
【0014】後処理については、硝酸水溶液を使用する
が、この水溶液中の硝酸濃度が52.5vol%未満で
は、エッチング時に発生する再析出物の短時間除去が困
難で処理時間を長くしなければならないので、この水溶
液中の硝酸濃度を52.5vol%以上と限定した。ま
た、この硝酸水溶液による処理時間が3秒未満だとエッ
チング時に発生する再析出物が試片表面上に残り(図
3)、15秒を超えると金属間化合物の周囲が溝状に侵
され、それぞれ観察不能となってしまうので、後処理の
時間を3〜15秒間と限定した。
【0015】
【実施例】以下、本発明の効果を具体的実施例により数
例挙げて、さらに詳説する。 (実施例1)表2に示す組成(数値は重量%である)の
原子力用ジルカロイ−4管から、作製条件を種々変更し
て試片を作製し、金属間化合物の観察を行った。管の製
造方法は、素管→冷間圧延→中間熱処理と冷間圧延(3
回繰り返し)→最終熱処理(450℃)である。試片作
製条件と結果を表3に示す。なお、表3の結果欄におい
て、○は観察可能、×1は観察不能(傷痕が残るた
め)、×2は観察不能(ピッティングが発生するた
め)、×3は観察不能(金属間化合物のまわりが溝状に
侵されるため)、×4は観察不能(Sn系の再析出が残
るため)をそれぞれ示す。また、従来法のNo.19は
表1の手法1、No.20は手法2である。同表によれ
ば、本発明法で作製したNo.1〜No.7および従来
ジルカロイ−4用として使用されていたNo.20は観
察可能であるが、本発明の条件を外れるNo.8〜N
o.18および従来ジルカロイ−2用として使用されて
いたNo.19は観察不能であった。なお、No.1、
No.11、No.19の、後処理後に撮影した写真
を、順に図4(A)〜(C)として示す。(C)におけ
る黒点はピッティングであり、(B)では金属間化合物
(白く見える部分)の周囲が溝状(黒く見える部分)に
侵されているのが確認できるが、(A)ではこれらは発
生していない。
【0016】(実施例2)表4に示す組成(数値は重量
%である)原子力用ジルカロイ−2から、作製条件を種
々変更して試片を作製し、金属間化合物の観察を行っ
た。管の製造方法は素管→冷間圧延→中間熱処理と冷間
圧延(2回繰り返し)→最終熱処理(577℃)であ
る。試片作製条件と結果を表5に示す。なお、表5の結
果欄の記号は、実施例1と同じである。また、従来法の
No.19は表1の手法1、No.20は手法2であ
る。同表によれば、本発明法で作製したNo.1〜N
o.6および従来ジルカロイ−2用として使用されてい
たNo.19は観察可能であるが、本発明の条件を外れ
るNo.7〜No.17および従来ジルカロイ−4用と
して使用されていたNo.20は観察不能であった。な
お、No.1、No.13の、後処理後に撮影した写真
を、図5(A)(B)に示す。(B)においては、表面
に多数のピッテイングが発生している。
【0017】(実施例3)表6に示す組成(数値は重量
%である)のジルカロイ−4の板材から、作製条件を種
々変更して試片を作製し、金属間化合物の観察を行っ
た。板材の製造方法は、β焼入→熱間圧延→中間熱処理
→冷間圧延→最終熱処理(450℃)である。試片作製
条件と結果を表7に示す。なお、表7の結果欄におい
て、○、×1、×2、×3、および×4は実施例1と同
じであり、△は試片により○又は×3であったものを示
す。また、従来法のNo.19は表1の手法1、No.
20は手法2である。同表によれば、本発明法で作製し
たNo.1〜No.7は観察可能であるが、本発明の条
件を外れるNo.8〜No.18およべ従来ジルカロイ
−2用として使用されていたNo.19は観察不能であ
った。また、従来ジルカロイ−4用として使用されてい
たNo.20は、観察可能のものと不可能なものとがあ
った。これは、本実施例におけるジルカロイ−4の板材
は、実施例1におけるジルカロイ−4菅と組成及び製造
条件が異なるためである。なお、No.1、No.7
の、後処理後に撮影した写真を、図6(A)(B)に示
す。
【0018】(実施例4)表8に示す組成(数値は重量
%である)のNbを含有する原子力用ジルコニウム基合
金管から、作製条件を種々変更して試片を作製し、金属
管化合物の観察を行った。管の製造方法は、素管→冷間
圧延→中間熱処理と冷間圧延(3回繰り返し)→最終熱
処理(450℃)である。試片作製条件と結果を表9に
示す。なお、表9の結果欄の記号は、実施例1と同じで
ある。また、従来法No.9は表1の手法1、No.1
0は手法2である。同表によれば、本発明法で作製した
No.1〜No.4は観察可能であるが、本発明の条件
を外れるNo.5〜No.8および従来法のNo.9お
よびNo.10は観察不能であった。
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】
【表4】
【0022】
【表5】
【0023】
【表6】
【0024】
【表7】
【0025】
【表8】
【0026】
【表9】
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、ジルコニ
ウム基合金共通の試片が本発明法によって作製可能とな
り、金属間化合物が容易に観察でき、ジルコニウム基合
金の強度、耐食性評価に活用することが可能となる。し
かも、試片の作製がきわめて容易となる利点がもたらさ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ジルコニウム基合金に最適のエッチング溶液中
の硝酸と弗酸の濃度比を示す図である。
【図2】本発明の条件より粗い研磨を施した時の傷痕の
見られる金属間化合物観察顕微鏡写真である。
【図3】後エッチングの処理時間が短く、多数の再析出
物の見られる金属間化合物観察顕微鏡写真である。
【図4】原子力用ジルカロイ−4を使用して、作製条件
を種々変えて作製した試片の代表的な金属間化合物観察
顕微鏡写真であり、(A)は本発明、(B)は比較法、
(C)は従来法によったものである。
【図5】原子力用ジルカロイ−2を使用して、作製条件
を種々変えて作製した試片の代表的な金属間化合物観察
顕微鏡写真であり、(A)は本発明法、(B)は比較法
によったものである。
【図6】原子力用ジルカロイ−4の板材を使用して、本
発明法に従って作製条件を種々変えて作製した試片の金
属間化合物観察顕微鏡写真である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ジルコニウム合金の析出金属間化合物を走
    査型電子顕微鏡および光学顕微鏡のうち少なくとも一方
    で観察するための試片を作製する際、その試片の研磨条
    件として、中心線平均あらさRa<0.22、かつ最大
    高さRmax<1.16で研磨を施し、エッチング条件
    として、腐食用試薬に、弗酸、硝酸、グリセリンの混合
    液を使用し、そのうち弗酸と硝酸の濃度比率が図1にお
    けるA、B、C、D、E、Fの6点で囲まれた実線の範
    囲内にあり、残りがグリセリンからなる腐食用試薬を用
    いて10〜30秒間エッチングを行い、後処理としてエ
    ッチング後に硝酸濃度が52.5vol%以上の硝酸水
    溶液で3〜15秒間再エッチングすることを特徴とする
    金属間化合物評価試片の作製方法。
  2. 【請求項2】ジルコニウム合金の析出金属間化合物を走
    査型電子顕微鏡および光学顕微鏡のうち少なくとも一方
    で観察するための試片を作製する際における試片の研磨
    後に用いる腐食用試薬であって、 弗酸、硝酸、グリセリンの混合液からなり、そのうち弗
    酸と硝酸の濃度比率が図1におけるA、B、C、D、
    E、Fの6点で囲まれた実線の範囲内にあり、残りがグ
    リセリンからなることを特徴とする金属間化合物評価試
    片作製用試薬。
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