JPH0598423A - チタンの酸化防止用のクロム被膜 - Google Patents
チタンの酸化防止用のクロム被膜Info
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- JPH0598423A JPH0598423A JP3037698A JP3769891A JPH0598423A JP H0598423 A JPH0598423 A JP H0598423A JP 3037698 A JP3037698 A JP 3037698A JP 3769891 A JP3769891 A JP 3769891A JP H0598423 A JPH0598423 A JP H0598423A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 反復熱サイクルに暴露された際にも密着性を
保持しながらチタンおよびチタン合金の酸化を実質的に
防止し得るようなクロム被膜。 【構成】 高エネルギークロム原子の凝着によって形成
された厚さ１〜１０ミクロンの連続薄層から成る被膜。
保持しながらチタンおよびチタン合金の酸化を実質的に
防止し得るようなクロム被膜。 【構成】 高エネルギークロム原子の凝着によって形成
された厚さ１〜１０ミクロンの連続薄層から成る被膜。
Description
【発明の詳細な説明】本発明は、反復熱サイクルに暴露
された際にも密着性を保持しながらチタンおよびチタン
合金の酸化を実質的に防止し得るようなクロム被膜に関
するものである。
された際にも密着性を保持しながらチタンおよびチタン
合金の酸化を実質的に防止し得るようなクロム被膜に関
するものである。
【０００１】ガスタービンの部品は、タービンの運転時
には加熱され、そしてタービンの運転が停止されれば常
温にまで冷却される。このような加熱および冷却のサイ
クルが、たとえば航空機エンジン用ガスタービンの場合
には１日に数回繰返されることがあり、またたとえば発
電用ガスタービンの場合には週単位もしくは月単位で繰
返されることがある。ここで言う「反復熱サイクルに暴
露される」という表現は、正規の運転に際してガスター
ビンの部品が受けるような種類の熱サイクルに暴露され
ることを意味する。
には加熱され、そしてタービンの運転が停止されれば常
温にまで冷却される。このような加熱および冷却のサイ
クルが、たとえば航空機エンジン用ガスタービンの場合
には１日に数回繰返されることがあり、またたとえば発
電用ガスタービンの場合には週単位もしくは月単位で繰
返されることがある。ここで言う「反復熱サイクルに暴
露される」という表現は、正規の運転に際してガスター
ビンの部品が受けるような種類の熱サイクルに暴露され
ることを意味する。
【０００２】高温用途のために適した高強度かつ低密度
の材料（たとえば、チタンおよびチタン合金）は、大き
な技術的関心の対象となっている。このような低密度材
料は航空機エンジン用ガスタービンの推力／重量比およ
び効率を向上させることが知られている。約６００℃を
越える高温用途におけるチタンおよび多くのチタン合金
の使用にとって重大な制限因子となるのは、チタンが酸
素に対して親和性を有することである。酸素はチタンを
脆化させ、それによって靭性および耐クリープ性の低下
を引起こす。また、チタンは比較的低い温度において酸
化し、そのために約６００℃で剥落性の酸化物スケール
を生成する。
の材料（たとえば、チタンおよびチタン合金）は、大き
な技術的関心の対象となっている。このような低密度材
料は航空機エンジン用ガスタービンの推力／重量比およ
び効率を向上させることが知られている。約６００℃を
越える高温用途におけるチタンおよび多くのチタン合金
の使用にとって重大な制限因子となるのは、チタンが酸
素に対して親和性を有することである。酸素はチタンを
脆化させ、それによって靭性および耐クリープ性の低下
を引起こす。また、チタンは比較的低い温度において酸
化し、そのために約６００℃で剥落性の酸化物スケール
を生成する。
【０００３】剥落性の酸化物スケールを生成する金属
は、高温用途にとっては特に望ましくない。なぜなら、
金属表面が絶えず腐食を受ける結果、応力腐食割れのご
とき機序に基づいて金属の早期破壊が起こるからであ
る。それに比べ、金属表面に対する強固な密着性を保持
すると共に、酸素に対して低い拡散率を有することによ
って金属基体のそれ以上の酸化を抑制するような酸化物
スケールはより望ましいものである。チタン上に存在す
る保護的な酸化物スケールはまた、金属中への酸素の拡
散を低減させることによって靭性および耐クリープ性の
低下を防止するためにも役立つ。チタンが酸素に対して
高度の親和性を有する結果、多くのチタン合金も同様に
脆化を示し、また剥落性の酸化物スケールを生成する。
本明細書中においては、チタンまたはチタン合金から形
成された部品もしくは構造部材は「チタン基体」と呼ば
れることがある。
は、高温用途にとっては特に望ましくない。なぜなら、
金属表面が絶えず腐食を受ける結果、応力腐食割れのご
とき機序に基づいて金属の早期破壊が起こるからであ
る。それに比べ、金属表面に対する強固な密着性を保持
すると共に、酸素に対して低い拡散率を有することによ
って金属基体のそれ以上の酸化を抑制するような酸化物
スケールはより望ましいものである。チタン上に存在す
る保護的な酸化物スケールはまた、金属中への酸素の拡
散を低減させることによって靭性および耐クリープ性の
低下を防止するためにも役立つ。チタンが酸素に対して
高度の親和性を有する結果、多くのチタン合金も同様に
脆化を示し、また剥落性の酸化物スケールを生成する。
本明細書中においては、チタンまたはチタン合金から形
成された部品もしくは構造部材は「チタン基体」と呼ば
れることがある。
【０００４】従来、保護スケールを生成する合金元素の
添加によってチタン基体の耐酸化性を向上させることが
試みられてきた。しかしながら、かかる合金元素の添加
は完全に満足すべきものではなかった。その理由は、酸
化の防止が不十分であったり、あるいは機械的性質が悪
影響を受けたりすることにあった。たとえば、チタン基
体中に数％のクロムを添加すると、チタンの酸化速度が
増大することが判明している。しかるに、クロムの添加
量を少なくとも１７重量％にまで増加させると、チタン
の酸化速度が僅かに低下することが認められている。ア
ルミニウムはより効果的な合金元素であって、一般にア
ルミニウム濃度の増加に伴ってより顕著に酸化を防止す
ることが判明している。チタンとアルミニウムとの金属
間化合物（たとえば、約２５〜３５原子％のアルミニウ
ムを含有するα2相、および約５０〜６０原子％のアル
ミニウムを含有するγ相）は純粋なチタンよりも小さい
酸化速度を示すが、それの低下の程度は１桁未満であ
る。その上、チタンとアルミニウムとの金属間化合物は
脆く、従って応力を受けるガスタービン部品におけるそ
れらの使用は制限されてきた。
添加によってチタン基体の耐酸化性を向上させることが
試みられてきた。しかしながら、かかる合金元素の添加
は完全に満足すべきものではなかった。その理由は、酸
化の防止が不十分であったり、あるいは機械的性質が悪
影響を受けたりすることにあった。たとえば、チタン基
体中に数％のクロムを添加すると、チタンの酸化速度が
増大することが判明している。しかるに、クロムの添加
量を少なくとも１７重量％にまで増加させると、チタン
の酸化速度が僅かに低下することが認められている。ア
ルミニウムはより効果的な合金元素であって、一般にア
ルミニウム濃度の増加に伴ってより顕著に酸化を防止す
ることが判明している。チタンとアルミニウムとの金属
間化合物（たとえば、約２５〜３５原子％のアルミニウ
ムを含有するα2相、および約５０〜６０原子％のアル
ミニウムを含有するγ相）は純粋なチタンよりも小さい
酸化速度を示すが、それの低下の程度は１桁未満であ
る。その上、チタンとアルミニウムとの金属間化合物は
脆く、従って応力を受けるガスタービン部品におけるそ
れらの使用は制限されてきた。
【０００５】もう１つの望ましい手段は、チタン基体の
酸化を実質的に防止し得るような被膜を使用することで
ある。高温被膜技術における主要な関心事は、被膜の推
定寿命である。高温被膜の開発に当っては、被膜の組
成、構造、多孔度、密着性、使用温度や被覆温度、およ
び基体と被膜との適合性の全てが考慮される。適合性に
関する考慮事項の中には、組成の変化や脆化相の生成を
避けるため、被膜と基体との間における拡散が軽微であ
ることも含まれる。ガスタービン部品用の被膜の場合、
被膜の密着性は達成するのが特に困難な要求条件であっ
た。なぜなら、かかる部品はガスタービンの運転に際し
て反復熱サイクルに暴露されるのが普通であるため、被
膜は激しい応力を受けることがあるからである。
酸化を実質的に防止し得るような被膜を使用することで
ある。高温被膜技術における主要な関心事は、被膜の推
定寿命である。高温被膜の開発に当っては、被膜の組
成、構造、多孔度、密着性、使用温度や被覆温度、およ
び基体と被膜との適合性の全てが考慮される。適合性に
関する考慮事項の中には、組成の変化や脆化相の生成を
避けるため、被膜と基体との間における拡散が軽微であ
ることも含まれる。ガスタービン部品用の被膜の場合、
被膜の密着性は達成するのが特に困難な要求条件であっ
た。なぜなら、かかる部品はガスタービンの運転に際し
て反復熱サイクルに暴露されるのが普通であるため、被
膜は激しい応力を受けることがあるからである。
【０００６】チタン基体の耐酸化性を向上させるため、
各種の被膜が使用されてきた。たとえば、ジェイ・エフ
・ネジェドリック(J.F. Nejedlik) の論文「チタン合金
製圧縮機羽根用の保護被膜」（ＴＲＷレポートＴＭ−４
５８０、１９７０年１２月）中に記載されているごと
く、市販の純粋なチタンに対してアルミニウム、ケイ
素、ニッケル、亜鉛、クロムおよびアルミニウム化ニッ
ケルの拡散被膜が使用されてきた。アルミニウム化物お
よびケイ化物の被膜は、空気中において６５０℃で１０
００時間にわたる酸化試験を行った際の重量増加が少な
いという結果から見て、他の拡散被膜よりも大きい保護
能力を有するように思われた。
各種の被膜が使用されてきた。たとえば、ジェイ・エフ
・ネジェドリック(J.F. Nejedlik) の論文「チタン合金
製圧縮機羽根用の保護被膜」（ＴＲＷレポートＴＭ−４
５８０、１９７０年１２月）中に記載されているごと
く、市販の純粋なチタンに対してアルミニウム、ケイ
素、ニッケル、亜鉛、クロムおよびアルミニウム化ニッ
ケルの拡散被膜が使用されてきた。アルミニウム化物お
よびケイ化物の被膜は、空気中において６５０℃で１０
００時間にわたる酸化試験を行った際の重量増加が少な
いという結果から見て、他の拡散被膜よりも大きい保護
能力を有するように思われた。
【０００７】パックセメンテーション法は、アルミニウ
ム化物の拡散被膜を形成するために広く使用されている
方法である。この方法に従えば、不活性酸化物、ハロゲ
ン塩、および被覆金属（たとえば、アルミニウム）の供
給源から成る混合物が密閉レトルト内に配置される。加
熱すると、ハロゲン塩が分解して被覆金属と反応するこ
とにより、気体状の金属ハロゲン化物が生成される。気
体中における金属の活性は基体中よりも高いから、被覆
金属は基体と反応してその中に拡散する。たとえば、オ
クシデーション・オブ・メタルズ(Oxidation of Metal
s) の第２６巻第３／４号（１９８６年）の２７５〜２
８５頁に収載されたアイ・スブラマニヤムおよびジェイ
・アンナプルナ(I. Subrahmanyam & J. Annapurna)の論
文「チタン上におけるアルミニウム化物層の高温循環酸
化」中に記載されているごとく、上記のごときパックセ
メンテーション法を用いてチタン上に厚さ約４０〜５０
ミクロンのアルミニウム化物層が形成された。９５０℃
における循環酸化試験の結果、アルミニウム化物層の急
速な酸化および剥落が生じた。それよりも低い温度下で
は、アルミニウム化物層は急速な酸化の開始を遅らせ
た。すなわち、５００〜７００℃の温度下では、アルミ
ニウム化物層はチタンの寿命を顕著に延ばし得ることが
判明したのである。
ム化物の拡散被膜を形成するために広く使用されている
方法である。この方法に従えば、不活性酸化物、ハロゲ
ン塩、および被覆金属（たとえば、アルミニウム）の供
給源から成る混合物が密閉レトルト内に配置される。加
熱すると、ハロゲン塩が分解して被覆金属と反応するこ
とにより、気体状の金属ハロゲン化物が生成される。気
体中における金属の活性は基体中よりも高いから、被覆
金属は基体と反応してその中に拡散する。たとえば、オ
クシデーション・オブ・メタルズ(Oxidation of Metal
s) の第２６巻第３／４号（１９８６年）の２７５〜２
８５頁に収載されたアイ・スブラマニヤムおよびジェイ
・アンナプルナ(I. Subrahmanyam & J. Annapurna)の論
文「チタン上におけるアルミニウム化物層の高温循環酸
化」中に記載されているごとく、上記のごときパックセ
メンテーション法を用いてチタン上に厚さ約４０〜５０
ミクロンのアルミニウム化物層が形成された。９５０℃
における循環酸化試験の結果、アルミニウム化物層の急
速な酸化および剥落が生じた。それよりも低い温度下で
は、アルミニウム化物層は急速な酸化の開始を遅らせ
た。すなわち、５００〜７００℃の温度下では、アルミ
ニウム化物層はチタンの寿命を顕著に延ばし得ることが
判明したのである。
【０００８】また、オクシデーション・オブ・メタルズ
(Oxidationof Metals) の第１７巻第１号（１９８２
年）の４３〜５４頁に収載されたエイ・アバ、エイ・ギ
ャレリーおよびエム・ケイレット(A. Abba, A. Galerie
& M. Caillet)の論文「チタン上におけるケイ化チタン
被膜の高温酸化」中に記載されているごとく、シラン
（ＳｉＨ4 ）を用いた化学蒸着法により、加熱されたチ
タンリボン上に厚さ約１０ミクロンのケイ化物層が形成
された。かかるケイ化物層について急速な熱サイクルを
伴わない酸化試験を行ったところ、９００℃でスケール
中に長手方向の亀裂が生じ、そして酸化の促進が認めら
れた。
(Oxidationof Metals) の第１７巻第１号（１９８２
年）の４３〜５４頁に収載されたエイ・アバ、エイ・ギ
ャレリーおよびエム・ケイレット(A. Abba, A. Galerie
& M. Caillet)の論文「チタン上におけるケイ化チタン
被膜の高温酸化」中に記載されているごとく、シラン
（ＳｉＨ4 ）を用いた化学蒸着法により、加熱されたチ
タンリボン上に厚さ約１０ミクロンのケイ化物層が形成
された。かかるケイ化物層について急速な熱サイクルを
伴わない酸化試験を行ったところ、９００℃でスケール
中に長手方向の亀裂が生じ、そして酸化の促進が認めら
れた。
【０００９】ジャーナル・オブ・ザ・レス・コモン・メ
タルズ(Journal of the Less Common Metals) の第１０
９巻（１９８５年）の４５〜４６頁に収載されたポンス
(Pons)等の論文「７５０〜９５０℃の温度範囲内におけ
るイオン注入チタンの酸化」中においては、チタンに対
するアルミニウム、ホウ素、スズ、セシウムおよびリン
のイオン注入が研究されている。リンが最も高い活性を
有することが判明したが、酸化物生成速度は1/2 に低下
したに過ぎなかった。
タルズ(Journal of the Less Common Metals) の第１０
９巻（１９８５年）の４５〜４６頁に収載されたポンス
(Pons)等の論文「７５０〜９５０℃の温度範囲内におけ
るイオン注入チタンの酸化」中においては、チタンに対
するアルミニウム、ホウ素、スズ、セシウムおよびリン
のイオン注入が研究されている。リンが最も高い活性を
有することが判明したが、酸化物生成速度は1/2 に低下
したに過ぎなかった。
【００１０】物理蒸着法は公知であって、その中には３
種の基本的な方法（すなわち、真空蒸着、スパッタリン
グおよびイオンプレーティング）が含まれる。なお、広
範囲の材料の蒸着を可能にするため、これらの基本的方
法の各々について様々な変法が開発されている。一般的
に述べれば、被覆材料および蒸着を施すべき基体が真空
室内に配置される。そこにおいて、被覆材料が蒸発して
基体上に移動し、そして核生成および成長過程により基
体上に凝着して薄層を形成する。雰囲気、被覆材料の加
熱方法、および基体に対する電圧印加方法を変化させる
ことにより、様々な被膜構造、蒸着速度および性質を得
ることができる。なお、各々の方法において適当な条件
を使用すれば、ほぼ同様な被膜被膜を得ることができ
る。
種の基本的な方法（すなわち、真空蒸着、スパッタリン
グおよびイオンプレーティング）が含まれる。なお、広
範囲の材料の蒸着を可能にするため、これらの基本的方
法の各々について様々な変法が開発されている。一般的
に述べれば、被覆材料および蒸着を施すべき基体が真空
室内に配置される。そこにおいて、被覆材料が蒸発して
基体上に移動し、そして核生成および成長過程により基
体上に凝着して薄層を形成する。雰囲気、被覆材料の加
熱方法、および基体に対する電圧印加方法を変化させる
ことにより、様々な被膜構造、蒸着速度および性質を得
ることができる。なお、各々の方法において適当な条件
を使用すれば、ほぼ同様な被膜被膜を得ることができ
る。
【００１１】かかる物理蒸着法は２つの部類に大別する
ことができる。すなわち、蒸発した被覆材料の原子が小
さい運動エネルギーを持って基体に到達するような方
法、および蒸発した被覆材料の原子が大きい運動エネル
ギーを持って基体に到達するような方法の２つである。
加熱によって被覆材料を蒸発させる単純な蒸着法は、約
１電子ボルト未満の運動エネルギーを持った低エネルギ
ーの原子を生み出す。それに対し、運動量の移動によっ
て被覆材料を蒸発させるような方法は、約１電子ボルト
より大きい運動エネルギー（通例は約１０電子ボルトの
運動エネルギー）を持った高エネルギーの原子を生み出
す。
ことができる。すなわち、蒸発した被覆材料の原子が小
さい運動エネルギーを持って基体に到達するような方
法、および蒸発した被覆材料の原子が大きい運動エネル
ギーを持って基体に到達するような方法の２つである。
加熱によって被覆材料を蒸発させる単純な蒸着法は、約
１電子ボルト未満の運動エネルギーを持った低エネルギ
ーの原子を生み出す。それに対し、運動量の移動によっ
て被覆材料を蒸発させるような方法は、約１電子ボルト
より大きい運動エネルギー（通例は約１０電子ボルトの
運動エネルギー）を持った高エネルギーの原子を生み出
す。
【００１２】たとえば、ダイオードスパッタリングとし
て知られる１種のスパッタリング法においては、被覆材
料の供給源を成すターゲットが電源によって負に帯電さ
せられる。負に帯電したターゲット（すなわち陰極）は
電子を放出する。ターゲットの表面を離れた電子は、被
覆すべき基体を含む正に帯電した陽極に向かって進行す
る。その経路中において、電子は（通例はアルゴンのご
とき不活性ガスの）１個以上のアルゴン原子と衝突して
それらをイオン化する。かかる衝突の結果として正に帯
電したイオンが生じると、それは負に帯電したターゲッ
トに向かって加速される。ターゲットとイオンとの衝突
のエネルギーは、ターゲット材料中にフォノン励起を引
起こす。このようなフォノン励起の一部は、約１０電子
ボルトの運動エネルギーを有する中性の原子をターゲッ
ト表面から放出させる。かかる原子はランダムに進行し
て基体に到達し、そしてその上に薄層を形成する。
て知られる１種のスパッタリング法においては、被覆材
料の供給源を成すターゲットが電源によって負に帯電さ
せられる。負に帯電したターゲット（すなわち陰極）は
電子を放出する。ターゲットの表面を離れた電子は、被
覆すべき基体を含む正に帯電した陽極に向かって進行す
る。その経路中において、電子は（通例はアルゴンのご
とき不活性ガスの）１個以上のアルゴン原子と衝突して
それらをイオン化する。かかる衝突の結果として正に帯
電したイオンが生じると、それは負に帯電したターゲッ
トに向かって加速される。ターゲットとイオンとの衝突
のエネルギーは、ターゲット材料中にフォノン励起を引
起こす。このようなフォノン励起の一部は、約１０電子
ボルトの運動エネルギーを有する中性の原子をターゲッ
ト表面から放出させる。かかる原子はランダムに進行し
て基体に到達し、そしてその上に薄層を形成する。
【００１３】被覆材料の高エネルギー原子を生み出すそ
の他の被覆方法の実例としては、イオンビームスパッタ
リングおよびイオンプレーティングが挙げられる。な
お、物理蒸着法に関する一層詳しい説明は、ビー・チャ
ップマン(B. Chapman)の著書「グロー・ディスチャージ
・プロセシズ(GlowDischarge Processes)」（ジョン・
ワイリー・アンド・サンズ社、ニューヨーク、１９８０
年）並びにエム・ジー・ホッキング、ヴィー・ヴァサン
タスリーおよびピー・エス・シドキー(M.G. Hocking,
V. Vasantasree & P.S. Sidkey)の著書「メタリック・
アンド・セラミック・コーティングズ：プロダクショ
ン、ハイ・テンペラチュア・プロパティーズ・アンド・
アプリケーションズ(Metallic and Ceramic Coatings:
Production,High Temperature Properties and Applica
tions) 」（ロングマン・サイエンティフィック・アン
ド・テクニカル社、英国エセックス州、１９８９年）中
に見出される。
の他の被覆方法の実例としては、イオンビームスパッタ
リングおよびイオンプレーティングが挙げられる。な
お、物理蒸着法に関する一層詳しい説明は、ビー・チャ
ップマン(B. Chapman)の著書「グロー・ディスチャージ
・プロセシズ(GlowDischarge Processes)」（ジョン・
ワイリー・アンド・サンズ社、ニューヨーク、１９８０
年）並びにエム・ジー・ホッキング、ヴィー・ヴァサン
タスリーおよびピー・エス・シドキー(M.G. Hocking,
V. Vasantasree & P.S. Sidkey)の著書「メタリック・
アンド・セラミック・コーティングズ：プロダクショ
ン、ハイ・テンペラチュア・プロパティーズ・アンド・
アプリケーションズ(Metallic and Ceramic Coatings:
Production,High Temperature Properties and Applica
tions) 」（ロングマン・サイエンティフィック・アン
ド・テクニカル社、英国エセックス州、１９８９年）中
に見出される。
【００１４】本発明の目的の１つは、反復熱サイクルに
耐えながら約９００℃までの温度においてチタン基体の
酸化を実質的に防止し得るような密着性の連続被膜を提
供することにある。
耐えながら約９００℃までの温度においてチタン基体の
酸化を実質的に防止し得るような密着性の連続被膜を提
供することにある。
【００１５】また、反復熱サイクルに耐えながら約９０
０℃までの温度においてチタン基体の酸化を実質的に防
止し得るような密着性の連続クロム被膜を提供すること
も本発明の目的の１つである。
０℃までの温度においてチタン基体の酸化を実質的に防
止し得るような密着性の連続クロム被膜を提供すること
も本発明の目的の１つである。
【００１６】更にまた、連続した酸化クロムスケールを
生成するような密着性の連続クロム合金被膜を提供する
ことも本発明の目的の１つである。かかるクロム合金被
膜は、反復熱サイクルに耐えながら約９００℃までの温
度においてチタン基体の酸化を実質的に防止することが
できる。
生成するような密着性の連続クロム合金被膜を提供する
ことも本発明の目的の１つである。かかるクロム合金被
膜は、反復熱サイクルに耐えながら約９００℃までの温
度においてチタン基体の酸化を実質的に防止することが
できる。
【００１７】更にまた、ガスタービンの部品が暴露され
るような反復熱サイクル条件の下でも約９００℃までの
温度においてチタン基体の酸化を防止し得るような方法
を提供することも本発明の目的の１つである。
るような反復熱サイクル条件の下でも約９００℃までの
温度においてチタン基体の酸化を防止し得るような方法
を提供することも本発明の目的の１つである。
【００１８】
【発明の概要】このたび本発明者は、反復熱サイクルに
暴露された際にも密着性を保持しながら約９００℃まで
の高温においてチタン基体の酸化を実質的に防止し得る
ようなチタン基体用の被膜を発見した。かかる被膜は、
高エネルギークロム原子の凝着膜であって、約１〜１０
ミクロン（好ましくは約３〜６ミクロン）の連続膜から
成っている。あるいはまた、かかるクロム薄層の代り
に、連続した酸化クロムスケールを生成する延性クロム
合金の高エネルギー原子の凝着膜を使用することもでき
る。ここで言う「高エネルギー原子の凝着膜」という表
現は、少なくとも１電子ボルトの運動エネルギーを有す
る原子が基体上に凝着することによって形成された薄層
を意味する。実質的な酸化防止のために役立つ密着性の
連続したクロムまたはクロム合金薄層をチタン基体上に
形成するためには、大きい運動エネルギーを有する原子
を蒸着させるための物理蒸着法が使用される。
暴露された際にも密着性を保持しながら約９００℃まで
の高温においてチタン基体の酸化を実質的に防止し得る
ようなチタン基体用の被膜を発見した。かかる被膜は、
高エネルギークロム原子の凝着膜であって、約１〜１０
ミクロン（好ましくは約３〜６ミクロン）の連続膜から
成っている。あるいはまた、かかるクロム薄層の代り
に、連続した酸化クロムスケールを生成する延性クロム
合金の高エネルギー原子の凝着膜を使用することもでき
る。ここで言う「高エネルギー原子の凝着膜」という表
現は、少なくとも１電子ボルトの運動エネルギーを有す
る原子が基体上に凝着することによって形成された薄層
を意味する。実質的な酸化防止のために役立つ密着性の
連続したクロムまたはクロム合金薄層をチタン基体上に
形成するためには、大きい運動エネルギーを有する原子
を蒸着させるための物理蒸着法が使用される。
【００１９】大きい運動エネルギーを有する原子を蒸着
させるための好適な被覆方法は、高周波電流を用いたダ
イオードスパッタリングである。この方法に従えば、先
ず最初に基体が研摩され、次いで清浄処理によって汚
れ、炭素質付着物および酸化物のごとき汚染物が除去さ
れる。清浄処理済みの基体は、減圧に排気された密閉ス
パッタリング室内の陽極の中央に配置される。
させるための好適な被覆方法は、高周波電流を用いたダ
イオードスパッタリングである。この方法に従えば、先
ず最初に基体が研摩され、次いで清浄処理によって汚
れ、炭素質付着物および酸化物のごとき汚染物が除去さ
れる。清浄処理済みの基体は、減圧に排気された密閉ス
パッタリング室内の陽極の中央に配置される。
【００２０】被覆材料の供給源を成すクロムターゲット
が電源によって負に帯電させられる。負に帯電したクロ
ムターゲット（すなわち陰極）は電子を放出する。ター
ゲットの表面を離れた電子は、チタン基体を含む正に帯
電した陽極に向かってアルゴンプラズマ中を進行する。
その経路中において、電子は１個以上のアルゴン原子と
衝突してそれらをイオン化する。かかる衝突の結果とし
て正に帯電したイオンが生じると、それは負に帯電した
ターゲットに向かって加速される。アルゴンイオンとク
ロムターゲットとの衝突により、約１０電子ボルトの運
動エネルギーを有するクロム原子がターゲット表面から
放出される。かかるクロム原子はランダムに進行してチ
タン基体に到達し、そしてその上に薄層を形成する。
が電源によって負に帯電させられる。負に帯電したクロ
ムターゲット（すなわち陰極）は電子を放出する。ター
ゲットの表面を離れた電子は、チタン基体を含む正に帯
電した陽極に向かってアルゴンプラズマ中を進行する。
その経路中において、電子は１個以上のアルゴン原子と
衝突してそれらをイオン化する。かかる衝突の結果とし
て正に帯電したイオンが生じると、それは負に帯電した
ターゲットに向かって加速される。アルゴンイオンとク
ロムターゲットとの衝突により、約１０電子ボルトの運
動エネルギーを有するクロム原子がターゲット表面から
放出される。かかるクロム原子はランダムに進行してチ
タン基体に到達し、そしてその上に薄層を形成する。
【００２１】ここで言う「大きい運動エネルギーを有す
る原子」という表現は、少なくとも約１電子ボルトの運
動エネルギーを有するような原子を意味する。
る原子」という表現は、少なくとも約１電子ボルトの運
動エネルギーを有するような原子を意味する。
【００２２】
【発明の詳細】チタン基体に対しては数多くの被膜が使
用されてきたが、これまで報告された被膜は、ガスター
ビンの部品が受けるような熱サイクルに暴露された場合
における高温酸化の防止という点では不十分であること
が判明している。このたび本発明者は、大きい運動エネ
ルギーを有する原子の凝着によって形成された厚さ約１
〜１０ミクロン（好ましくは約３〜６ミクロン）の比較
的薄いクロム被膜がチタン基体の酸化を実質的に防止し
得ることを見出した。意外なことには、空気中において
室温と約９００℃までの温度との間の反復熱サイクルに
暴露されることによって誘起される応力を受けた場合で
も、かかる被膜は密着性を保持し、そしてチタン基体上
における酸化物の生成速度を実質的に直線状の形態から
実質的に放物線状の形態に低下させるのである。
用されてきたが、これまで報告された被膜は、ガスター
ビンの部品が受けるような熱サイクルに暴露された場合
における高温酸化の防止という点では不十分であること
が判明している。このたび本発明者は、大きい運動エネ
ルギーを有する原子の凝着によって形成された厚さ約１
〜１０ミクロン（好ましくは約３〜６ミクロン）の比較
的薄いクロム被膜がチタン基体の酸化を実質的に防止し
得ることを見出した。意外なことには、空気中において
室温と約９００℃までの温度との間の反復熱サイクルに
暴露されることによって誘起される応力を受けた場合で
も、かかる被膜は密着性を保持し、そしてチタン基体上
における酸化物の生成速度を実質的に直線状の形態から
実質的に放物線状の形態に低下させるのである。
【００２３】クロムの代りに、連続した酸化クロムスケ
ールを生成する延性クロム合金を被覆材料として使用す
ることもできる。かかる延性クロム合金の実例として
は、約２０〜５０重量％のクロムおよび残部のニッケル
から成る合金、約３０〜５０重量％のクロムおよび残部
のコバルトから成る合金、並びに約３０〜５０重量％の
クロムおよび残部の鉄から成る合金が挙げられる。
ールを生成する延性クロム合金を被覆材料として使用す
ることもできる。かかる延性クロム合金の実例として
は、約２０〜５０重量％のクロムおよび残部のニッケル
から成る合金、約３０〜５０重量％のクロムおよび残部
のコバルトから成る合金、並びに約３０〜５０重量％の
クロムおよび残部の鉄から成る合金が挙げられる。
【００２４】上記のごとき被膜を形成するためには、大
きい運動エネルギーを有する原子を生み出す物理蒸着法
が使用される。たとえば、高周波電流を用いたダイオー
ドスパッタリングを使用することによって厚さ約１〜１
０ミクロンのクロムまたはクロム合金被膜を形成するこ
とができる。かかるクロムまたはクロム合金被膜は連続
したものである結果、酸化攻撃に暴露される露出スポッ
トはチタン基体上に存在しない。それらはまた強い密着
性を有する結果、室温と約９００℃までの高温との間に
おける反復熱サイクルに暴露された場合でも被膜が基体
から剥落することはない。
きい運動エネルギーを有する原子を生み出す物理蒸着法
が使用される。たとえば、高周波電流を用いたダイオー
ドスパッタリングを使用することによって厚さ約１〜１
０ミクロンのクロムまたはクロム合金被膜を形成するこ
とができる。かかるクロムまたはクロム合金被膜は連続
したものである結果、酸化攻撃に暴露される露出スポッ
トはチタン基体上に存在しない。それらはまた強い密着
性を有する結果、室温と約９００℃までの高温との間に
おける反復熱サイクルに暴露された場合でも被膜が基体
から剥落することはない。
【００２５】以下の実施例は、高エネルギークロム原子
またはクロム合金成分の高エネルギー原子の凝着によっ
てチタン基体上に密着性の連続被膜を形成する方法を例
示するものである。
またはクロム合金成分の高エネルギー原子の凝着によっ
てチタン基体上に密着性の連続被膜を形成する方法を例
示するものである。
【００２６】
【実施例１】下記表１中に示された組成を有する試料か
ら約1/2 インチ×1/4 インチ×1/8インチの試験片を作
製した。
ら約1/2 インチ×1/4 インチ×1/8インチの試験片を作
製した。
【００２７】
【表１】 表 １ 試験片の表示 組成（重量パーセント） Ｔｉ Ｔｉ−０．１８Ｆｅ−０．０２Ｃ Ｔｉ６４ Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ Ｔｉ６２４２ Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ Ｔｉ−２５Ａｌ−２６Ｎｂ＊ Ｔｉ−１２．４Ａｌ−４４．４Ｎｂ （注）いずれの組成においても、チタンの含量は残部で
ある。
ある。
【００２８】＊この表示は原子パーセントに基づいてい
る。
る。
【００２９】上記のごとき試験片の全表面を６００メッ
シュまでの炭化ケイ素研摩紙で研摩し、アセトン中にお
いて超音波洗浄を施し、次いでメタノールで洗浄した。
次に、パーキン・エルマー(Perkin-Elmer)２４００スパ
ッタリング装置を用いた陽極スパッタリング法によって
試験片をクロムで被覆した。詳しく述べれば、純度約９
９．９９９％のクロムターゲットを用いて陰極アセンブ
リを形成した。他方、かかるターゲットから約１-3/4イ
ンチだけ離れた陽極の中央に試験片を配置した。これら
の陽極および陰極をスパッタリング室内に封入した。こ
のスパッタリング室を約１時間にわたって２×１０-6気
圧にまで排気することにより、水蒸気およびその他の汚
染物を室内から除去した。
シュまでの炭化ケイ素研摩紙で研摩し、アセトン中にお
いて超音波洗浄を施し、次いでメタノールで洗浄した。
次に、パーキン・エルマー(Perkin-Elmer)２４００スパ
ッタリング装置を用いた陽極スパッタリング法によって
試験片をクロムで被覆した。詳しく述べれば、純度約９
９．９９９％のクロムターゲットを用いて陰極アセンブ
リを形成した。他方、かかるターゲットから約１-3/4イ
ンチだけ離れた陽極の中央に試験片を配置した。これら
の陽極および陰極をスパッタリング室内に封入した。こ
のスパッタリング室を約１時間にわたって２×１０-6気
圧にまで排気することにより、水蒸気およびその他の汚
染物を室内から除去した。
【００３０】試験片を保持しない陽極をクロムターゲッ
トの下方において回転させながら、ターゲット（または
陰極）と陽極との間に１３．５６メガヘルツの高周波電
流を６０分間にわたって印加することにより、ターゲッ
トの清浄処理を行った。陽極と陰極との間に毎分８０ミ
リリットルの速度でアルゴンガスを導入して容器内圧力
を３．２Torrに維持することにより、電極間にはアルゴ
ンプラズマが生成された。ターゲットの清浄処理が完了
した後、試験片を保持する陽極をターゲットの下方にお
いて回転させた。次いで、上記の高周波電流を３５０ワ
ットおよび２４００ボルトの条件下で３．５時間にわた
り印加することによって試験片にスパッタリングを施し
た。
トの下方において回転させながら、ターゲット（または
陰極）と陽極との間に１３．５６メガヘルツの高周波電
流を６０分間にわたって印加することにより、ターゲッ
トの清浄処理を行った。陽極と陰極との間に毎分８０ミ
リリットルの速度でアルゴンガスを導入して容器内圧力
を３．２Torrに維持することにより、電極間にはアルゴ
ンプラズマが生成された。ターゲットの清浄処理が完了
した後、試験片を保持する陽極をターゲットの下方にお
いて回転させた。次いで、上記の高周波電流を３５０ワ
ットおよび２４００ボルトの条件下で３．５時間にわた
り印加することによって試験片にスパッタリングを施し
た。
【００３１】ターゲットに対向した試験片表面上には厚
さ約３ミクロンのクロム被膜が形成された。反対側の試
験片表面をターゲットに向けながら、上記のスパッタリ
ング操作をもう一度繰返した。このような操作により、
ターゲットに対して垂直な試験片の側面上にも厚さ約３
ミクロンのクロム被膜が形成されたことを理解すべきで
ある。以上の手順をもう一度繰返すことにより、表１中
に示されたＴｉ６４およびＴｉ６２４２組成を有する試
験片上に総合厚さ６ミクロンの被膜が形成された。
さ約３ミクロンのクロム被膜が形成された。反対側の試
験片表面をターゲットに向けながら、上記のスパッタリ
ング操作をもう一度繰返した。このような操作により、
ターゲットに対して垂直な試験片の側面上にも厚さ約３
ミクロンのクロム被膜が形成されたことを理解すべきで
ある。以上の手順をもう一度繰返すことにより、表１中
に示されたＴｉ６４およびＴｉ６２４２組成を有する試
験片上に総合厚さ６ミクロンの被膜が形成された。
【００３２】上記のごときスパッタリング操作に従い、
表１中に示されたＴｉ６４組成を有する３個の試験片を
厚さ約３ミクロンの貴金属被膜で被覆した。すなわち、
第１の試験片は白金ターゲットを用いて白金で被覆し、
第２の試験片はイリジウムターゲットを用いてイリジウ
ムで被覆し、また第３の試験片は白金と１０原子％のル
テニウムとの合金ターゲットを用いて白金−ルテニウム
合金で被覆した。
表１中に示されたＴｉ６４組成を有する３個の試験片を
厚さ約３ミクロンの貴金属被膜で被覆した。すなわち、
第１の試験片は白金ターゲットを用いて白金で被覆し、
第２の試験片はイリジウムターゲットを用いてイリジウ
ムで被覆し、また第３の試験片は白金と１０原子％のル
テニウムとの合金ターゲットを用いて白金−ルテニウム
合金で被覆した。
【００３３】更にまた、約２０重量％のクロムと残部の
ニッケルとから成るクロム合金ターゲットを使用するこ
とにより、Ｔｉ６４試験片上に厚さ６ミクロンのクロム
合金被膜を形成した。上記のスパッタリング操作をもう
一度繰返すことにより、総合厚さ６ミクロンの被膜が形
成された。
ニッケルとから成るクロム合金ターゲットを使用するこ
とにより、Ｔｉ６４試験片上に厚さ６ミクロンのクロム
合金被膜を形成した。上記のスパッタリング操作をもう
一度繰返すことにより、総合厚さ６ミクロンの被膜が形
成された。
【００３４】
【実施例２】表１中に示されたＴｉ組成を有する試験片
上に、パックセメンテーション法によってクロム被膜を
形成した。すなわち、約６５重量％のクロム粉末、約２
５重量％のアルミナ粉末および約１０重量％の塩化アン
モニウムから成る粉末パック中に試験片を挿入した。か
かるパックを水素−アルゴン雰囲気中において約１００
０℃で約１時間にわたり加熱したところ、厚さ約５０ミ
クロンの被膜が形成された。試験片上には青銅色の表面
層が認められたが、これはクロムとチタンとの金属間化
合物から成るものと考えられた。
上に、パックセメンテーション法によってクロム被膜を
形成した。すなわち、約６５重量％のクロム粉末、約２
５重量％のアルミナ粉末および約１０重量％の塩化アン
モニウムから成る粉末パック中に試験片を挿入した。か
かるパックを水素−アルゴン雰囲気中において約１００
０℃で約１時間にわたり加熱したところ、厚さ約５０ミ
クロンの被膜が形成された。試験片上には青銅色の表面
層が認められたが、これはクロムとチタンとの金属間化
合物から成るものと考えられた。
【００３５】
【実施例３】実施例１および２において形成された被膜
がもたらす酸化防止の程度を評価するため、同じ基体組
成を有する被覆済み試験片および未被覆試験片を試験し
た。すなわち、それらの試験片を空気流中において加熱
し、そして試験片上における酸化物の生成に由来する重
量増加を自記熱天秤によって測定した。こうして得られ
た重量増加の測定値は図１〜４中の曲線によって示され
ている。これらの図中では、１平方センチメートル当り
のミリグラム数で表わされた重量増加が縦軸上にプロッ
トされており、また暴露時間が横軸上にプロットされて
いる。図１、２および４中に示された試験片には４時間
毎の熱サイクルを施した。すなわち、４時間の加熱後に
試験片を室温にまで冷却し、次いで各図中に示された試
験温度にまで再加熱することを繰返した。図３の試験に
ついては、同様にして１時間毎の熱サイクルを施した。
がもたらす酸化防止の程度を評価するため、同じ基体組
成を有する被覆済み試験片および未被覆試験片を試験し
た。すなわち、それらの試験片を空気流中において加熱
し、そして試験片上における酸化物の生成に由来する重
量増加を自記熱天秤によって測定した。こうして得られ
た重量増加の測定値は図１〜４中の曲線によって示され
ている。これらの図中では、１平方センチメートル当り
のミリグラム数で表わされた重量増加が縦軸上にプロッ
トされており、また暴露時間が横軸上にプロットされて
いる。図１、２および４中に示された試験片には４時間
毎の熱サイクルを施した。すなわち、４時間の加熱後に
試験片を室温にまで冷却し、次いで各図中に示された試
験温度にまで再加熱することを繰返した。図３の試験に
ついては、同様にして１時間毎の熱サイクルを施した。
【００３６】図１は、表１中に示されたＴｉ６４組成を
有する未被覆試験片およびクロム被覆試験片を反復熱サ
イクル（４時間毎の急速熱サイクル）条件下で９００時
間以上にわたって８００℃に空気中で加熱した場合の重
量増加を示している。図２は、表１中に示されたＴｉ６
２４２組成を有する未被覆試験片およびクロム被覆試験
片を反復熱サイクル（４時間毎の急速熱サイクル）条件
下で１２００時間以上にわたって８２５℃に空気中で加
熱した場合の重量増加を示している。図３は、表１中に
示されたＴｉ−２５Ａｌ−２６Ｎｂ組成を有する未被覆
試験片およびクロム被覆試験片を反復熱サイクル（１時
間毎の熱サイクル）条件下で約８２４時間にわたって９
００℃に空気中で加熱した場合の重量増加を示してい
る。図４は、表１中に示されたＴｉ６４組成を有する未
被覆試験片およびクロム合金被覆試験片を反復熱サイク
ル（４時間毎の急速熱サイクル）条件下で９００時間以
上にわたって８２５℃に空気中で加熱した場合の重量増
加を示している。
有する未被覆試験片およびクロム被覆試験片を反復熱サ
イクル（４時間毎の急速熱サイクル）条件下で９００時
間以上にわたって８００℃に空気中で加熱した場合の重
量増加を示している。図２は、表１中に示されたＴｉ６
２４２組成を有する未被覆試験片およびクロム被覆試験
片を反復熱サイクル（４時間毎の急速熱サイクル）条件
下で１２００時間以上にわたって８２５℃に空気中で加
熱した場合の重量増加を示している。図３は、表１中に
示されたＴｉ−２５Ａｌ−２６Ｎｂ組成を有する未被覆
試験片およびクロム被覆試験片を反復熱サイクル（１時
間毎の熱サイクル）条件下で約８２４時間にわたって９
００℃に空気中で加熱した場合の重量増加を示してい
る。図４は、表１中に示されたＴｉ６４組成を有する未
被覆試験片およびクロム合金被覆試験片を反復熱サイク
ル（４時間毎の急速熱サイクル）条件下で９００時間以
上にわたって８２５℃に空気中で加熱した場合の重量増
加を示している。
【００３７】各図は、スパッタリングによって形成され
たクロムまたはクロム合金被膜が実質的な酸化防止をも
たらしたことを示している。未被覆試験片については、
急速な重量の増加、酸化物スケールの剥落、および実質
的に直線状の酸化速度が認められた。なお、図１および
２に示された未被覆試験片は約４００時間で完全に酸化
された。それに対し、被覆試験片については酸化物の重
量増加の大幅な減少が認められたのであって、反復熱サ
イクル条件下で約９００時間以上にわたって酸化雰囲気
に暴露された場合における酸化物の重量増加は約４mg／
cm2 未満に過ぎなかった。
たクロムまたはクロム合金被膜が実質的な酸化防止をも
たらしたことを示している。未被覆試験片については、
急速な重量の増加、酸化物スケールの剥落、および実質
的に直線状の酸化速度が認められた。なお、図１および
２に示された未被覆試験片は約４００時間で完全に酸化
された。それに対し、被覆試験片については酸化物の重
量増加の大幅な減少が認められたのであって、反復熱サ
イクル条件下で約９００時間以上にわたって酸化雰囲気
に暴露された場合における酸化物の重量増加は約４mg／
cm2 未満に過ぎなかった。
【００３８】被覆試験片に関する曲線の勾配を見ればわ
かる通り、それらの酸化速度は保護酸化物スケールを有
する材料に特徴的である実質的に放物線状の形態を示し
ている。いずれの被覆試験片についても、長時間の酸化
試験後に被膜の明瞭な剥落は認められなかった。図３を
図１、２および４と比較すればわかるように、Ｔｉ−２
５Ａｌ−２６Ｎｂ試験片上に形成された厚さ３ミクロン
の被膜は、Ｔｉ６４試験片およびＴｉ６２４２試験片上
に形成された厚さ６ミクロンの被膜と同等の酸化防止を
もたらした。
かる通り、それらの酸化速度は保護酸化物スケールを有
する材料に特徴的である実質的に放物線状の形態を示し
ている。いずれの被覆試験片についても、長時間の酸化
試験後に被膜の明瞭な剥落は認められなかった。図３を
図１、２および４と比較すればわかるように、Ｔｉ−２
５Ａｌ−２６Ｎｂ試験片上に形成された厚さ３ミクロン
の被膜は、Ｔｉ６４試験片およびＴｉ６２４２試験片上
に形成された厚さ６ミクロンの被膜と同等の酸化防止を
もたらした。
【００３９】それに対し、実施例１において形成された
貴金属被膜は、繰返して室温にまで冷却しながら９００
℃に加熱した場合には急速に剥落した。同様に、実施例
２においてパックセメンテーション法により形成された
クロム被膜も、空気中において８５５℃に加熱した場合
には容易に剥落した。
貴金属被膜は、繰返して室温にまで冷却しながら９００
℃に加熱した場合には急速に剥落した。同様に、実施例
２においてパックセメンテーション法により形成された
クロム被膜も、空気中において８５５℃に加熱した場合
には容易に剥落した。
【００４０】酸化試験後において走査電子顕微鏡により
クロム被覆試験片を検査したところ、基体中へのクロム
の軽微な拡散が認められたが、この拡散は試験片表面か
ら約８ミクロン以内の深さまでに制限されていた。かか
る軽微な拡散はまた、スパッタリングによって形成され
たクロムの安定性を示すと共に、該被膜が長期間にわた
って密着性および酸化防止能力を保持し得ることを示し
ている。
クロム被覆試験片を検査したところ、基体中へのクロム
の軽微な拡散が認められたが、この拡散は試験片表面か
ら約８ミクロン以内の深さまでに制限されていた。かか
る軽微な拡散はまた、スパッタリングによって形成され
たクロムの安定性を示すと共に、該被膜が長期間にわた
って密着性および酸化防止能力を保持し得ることを示し
ている。
【００４１】本明細書中に開示された被膜は、チタン基
体に対し、保護酸化物スケールに特徴的な優れた酸化防
止をもたらすものである。保護酸化物スケールは、該ス
ケールを通して基体中に拡散する酸素の量を実質的に低
減させることによって基体の酸化速度を実質的に低下さ
せる。それ故、本発明の被膜は酸化防止をもたらすばか
りでなくチタン基体中への酸素の拡散をも低減させる結
果、基体の脆化が起こらず、かつそれの延性、靭性およ
び耐クリープ性の低下も生じないことが期待されるので
ある。
体に対し、保護酸化物スケールに特徴的な優れた酸化防
止をもたらすものである。保護酸化物スケールは、該ス
ケールを通して基体中に拡散する酸素の量を実質的に低
減させることによって基体の酸化速度を実質的に低下さ
せる。それ故、本発明の被膜は酸化防止をもたらすばか
りでなくチタン基体中への酸素の拡散をも低減させる結
果、基体の脆化が起こらず、かつそれの延性、靭性およ
び耐クリープ性の低下も生じないことが期待されるので
ある。
【図１】チタン基体上における酸化物の重量増加と、密
着性のクロム被膜を有するチタン基体上における酸化物
の重量増加とを比較して示すグラフである。
着性のクロム被膜を有するチタン基体上における酸化物
の重量増加とを比較して示すグラフである。
【図２】チタン基体上における酸化物の重量増加と、密
着性のクロム被膜を有するチタン基体上における酸化物
の重量増加とを比較して示すグラフである。
着性のクロム被膜を有するチタン基体上における酸化物
の重量増加とを比較して示すグラフである。
【図３】チタン基体上における酸化物の重量増加と、密
着性のクロム被膜を有するチタン基体上における酸化物
の重量増加とを比較して示すグラフである。
着性のクロム被膜を有するチタン基体上における酸化物
の重量増加とを比較して示すグラフである。
【図４】チタン基体上における酸化物の重量増加と、密
着性のクロム合金被膜を有するチタン基体上における酸
化物の重量増加とを比較して示すグラフである。
着性のクロム合金被膜を有するチタン基体上における酸
化物の重量増加とを比較して示すグラフである。
Claims (18)
- 【請求項１】 高エネルギークロム原子の凝着膜であっ
て、約１〜１０ミクロンの連続膜から成り、反復熱サイ
クルに暴露された後にも密着性を保持し得て、約９００
℃までの温度において実質的な酸化防止をもたらすチタ
ン基体用の被膜。 - 【請求項２】 前記膜が約３〜６ミクロンのクロム膜で
ある請求項１記載の被膜。 - 【請求項３】 連続した酸化クロムスケールを生成する
延性クロム合金から成る請求項１記載の被膜。 - 【請求項４】 前記膜がスパッタリングによって放出さ
れた原子の凝着膜である請求項１記載の被膜。 - 【請求項５】 前記膜が高周波電流を用いたダイオード
スパッタリングによって放出された原子の凝着膜である
請求項１記載の被膜。 - 【請求項６】 チタン基体へのクロム原子のスパッタリ
ングによる約１〜１０ミクロンの連続膜から成り、反復
熱サイクルに暴露された後にも密着性を保持し得て、約
９００℃までの温度において実質的な酸化防止をもたら
すチタン基体用の被膜。 - 【請求項７】 前記スパッタリングが高周波電流を用い
たダイオードスパッタリングである請求項６記載の被
膜。 - 【請求項８】 (a) チタン基体に清浄処理を施して表面
汚染物を除去し、次いで(b) 大きい運動エネルギーを有
する原子を前記基体上に凝着させることによって約１〜
１０ミクロンの連続したクロム被膜を形成する両工程か
ら成ることを特徴とする、チタン基体の酸化を防止する
方法。 - 【請求項９】 前記清浄処理工程に先立ち、前記基体を
研摩する工程が追加包含される請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 前記被膜が連続した酸化クロムスケー
ルを生成するクロム合金から成る請求項８記載の方法。 - 【請求項１１】 約３〜６ミクロンの被膜を形成する請
求項８記載の方法。 - 【請求項１２】 前記被膜がスパッタリングによって形
成される請求項８記載の方法。 - 【請求項１３】 前記スパッタリングが高周波電流を用
いたダイオードスパッタリングである請求項１２記載の
方法。 - 【請求項１４】 約１〜１０ミクロンの高エネルギーク
ロム原子の凝着膜の上に連続して存在する酸化クロムス
ケールにより、反復熱サイクルに暴露された後にも密着
性を保持し得て、約９００℃までの温度において実質的
な酸化防止をもたらすチタン基体用の被膜。 - 【請求項１５】 前記膜が約３〜６ミクロンのクロム膜
である請求項１４記載の被膜。 - 【請求項１６】 連続した酸化クロムスケールを生成す
る延性クロム合金から成る請求項１４記載の被膜。 - 【請求項１７】 前記膜がスパッタリングによって放出
された原子の凝着膜である請求項１４記載の被膜。 - 【請求項１８】 前記膜が高周波電流を用いたダイオー
ドスパッタリングによって放出された原子の凝着膜であ
る請求項１４記載の被膜。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US479,009 | 1983-03-25 | ||
| US07/479,009 US5098540A (en) | 1990-02-12 | 1990-02-12 | Method for depositing chromium coatings for titanium oxidation protection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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