JPH0762234B2 - Method for manufacturing high corrosion resistant composite material - Google Patents

Method for manufacturing high corrosion resistant composite material

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JPH0762234B2
JPH0762234B2 JP3078949A JP7894991A JPH0762234B2 JP H0762234 B2 JPH0762234 B2 JP H0762234B2 JP 3078949 A JP3078949 A JP 3078949A JP 7894991 A JP7894991 A JP 7894991A JP H0762234 B2 JPH0762234 B2 JP H0762234B2
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tantalum
oxygen
composite material
ion
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治彦 梶村
常昭 林
修司 飛田
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株式会社ライムズ
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性が優れた複合材
料及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite material having excellent corrosion resistance and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術および課題】結晶質の金属タンタルは、一
般的な耐食性金属材料では腐食が進行する沸騰濃塩酸又
は沸騰濃硝酸のように腐食性の激しい環境下でも比較的
良好な耐食性を有する。しかしながら、前記雰囲気に長
期間曝されると結晶質の金属タンタルと言えども腐食が
進行する。
2. Description of the Related Art Crystalline metal tantalum has a relatively good corrosion resistance even in an environment with severe corrosiveness such as boiling concentrated hydrochloric acid or boiling concentrated nitric acid, which is corroded in general corrosion resistant metallic materials. However, if it is exposed to the atmosphere for a long period of time, even if it is crystalline metal tantalum, the corrosion progresses .

【0003】このようなことから、Ni−Taをベース
としたバルブメタル−鉄族金属のアモルファス合金は結
晶質のタンタル金属に比べて優れた耐食性を有すること
が特開昭61-210143 号公報に開示されている。しかしな
がら、かかるアモルファス合金は通常、液体急冷法によ
り造られるため、その手法から薄帯、細線、粉末等の形
状に制約されるため、種々の形状での利用が考えられる
耐食材料としては必ずしも満足するものではなかった。
From the above, Japanese Patent Laid-Open No. 61-210143 discloses that a valve metal-iron group metal amorphous alloy based on Ni-Ta has superior corrosion resistance as compared with crystalline tantalum metal. It is disclosed. However, since such an amorphous alloy is usually produced by a liquid quenching method, the method is limited to a shape such as a ribbon, a thin wire, or a powder, and therefore it is not always satisfactory as a corrosion-resistant material that can be used in various shapes. It wasn't something.

【0004】そこで、最近では各種の膜形成法によりア
モルファス合金膜を金属基材表面に形成する技術が検討
されている。本出願人は、既に特願平1−183605
号に従来法では得られなかったタンタルアモルファス膜
の形成を主に不活性ガスイオン(特にArガスイオン)
によるイオンミキシング法により実現し、高耐食性の被
膜形成に成功し、出願している。しかしながら、Arイ
オンビームは通常、スパッタ率が高いため、成膜速度が
低下し、生産性等の点で問題がある。また、膜中に膜質
を悪化させるArが残留する場合があるため、その除去
を目的として成膜温度を上げる手法を採用する必要があ
る。その結果、耐熱性の低い基材に対してタンタルアモ
ルファス膜を形成することが困難となるという問題があ
る。
Therefore, recently, techniques for forming an amorphous alloy film on the surface of a metal substrate by various film forming methods have been studied. The present applicant has already filed Japanese Patent Application No. 1-183605.
The formation of tantalum amorphous film, which was not obtained by the conventional method, is mainly applied to inert gas ions (especially Ar gas ions).
We have applied for it after successfully forming a film with high corrosion resistance. However, since the Ar ion beam usually has a high sputtering rate, the film forming rate is reduced, and there is a problem in terms of productivity and the like. In addition, since Ar that deteriorates the film quality may remain in the film, it is necessary to adopt a method of increasing the film formation temperature for the purpose of removing Ar. As a result, there is a problem that it becomes difficult to form a tantalum amorphous film on a substrate having low heat resistance.

【0005】一方、膜形成に際しては基材として通常、
耐食性の優れた金属が使用されるが、膜自体に僅かなピ
ンホールが存在したり、微小なクラックが発生したりす
ると、該ピンホール等を通して腐食進行が生じ、特に基
材と膜の界面での腐食が急激に進行するアンダーマイニ
ング現象等を生じる。膜形成に一般的に採用されている
マグネトロンスパッタ法等では、耐食性を考えた場合、
その界面部の組織が不適当で、耐食性の優れた複合材料
の製造することが困難である。以上の問題点から、より
効率的な成膜、高品位の膜質の確保、耐食性の優れた基
材と膜の界面形成等が要望されている。
On the other hand, when forming a film, it is usually used as a substrate.
A metal with excellent corrosion resistance is used, but if there are slight pinholes in the film itself or if minute cracks occur, corrosion progresses through the pinholes, etc., especially at the interface between the substrate and the film. An undermining phenomenon or the like in which the corrosion of the steel rapidly progresses occurs. In the magnetron sputtering method generally adopted for film formation, considering corrosion resistance,
The structure of the interface is improper, and it is difficult to manufacture a composite material having excellent corrosion resistance. From the above problems, there is a demand for more efficient film formation, ensuring high-quality film quality, and forming an interface between a base material and a film having excellent corrosion resistance.

【0006】本出願人は、既に特願平2−58119号
に窒素含有タンタルアルモルファス膜の被覆が前記要望
を満足するものとして出願している。しかしながら、そ
の後に種々研究を重ねた結果、酸素含有タンタルアルモ
ルファス膜も窒素含有タンタルアルモルファス膜と同様
に優れた効果を示すことを究明した。また、含有酸素の
一部が窒素および/または炭素で置換された組成の膜で
も同様な高耐食性のタンタルアモルファス膜になること
を究明した。
The present applicant has already filed an application in Japanese Patent Application No. 2-58119 as a coating of a nitrogen-containing tantalum almorphus film satisfying the above-mentioned demand. However, as a result of repeated studies after that, it was clarified that the oxygen-containing tantalum almorphus film exhibits the same excellent effect as the nitrogen-containing tantalum almorphus film. Further, it has been clarified that a film having a composition in which a part of contained oxygen is replaced by nitrogen and / or carbon can be a similar tantalum amorphous film having high corrosion resistance.

【0007】本発明は、過酷な環境下で優れた耐食性を
有する酸素含有タンタルアモルファス膜が被覆された複
合材料、並びに該酸素含有タンタルアモルファス膜を効
率よく成膜し得る複合材料の製造方法を提供しようとす
るものである。
The present invention provides a composite material coated with an oxygen-containing tantalum amorphous film having excellent corrosion resistance in a harsh environment, and a method for producing a composite material capable of efficiently forming the oxygen-containing tantalum amorphous film. Is what you are trying to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる複合材料
は、金属基材の表面に酸素含有タンタルアモルファス膜
を被覆してなるものである。前記金属基材は、耐食性の
金属であればいかなるものでよく、例えばNi基合金、
Ti基合金、SUS等を用いることができる。本発明に
係わる複合材料は、以下に示す方法により製造される。 (1) 金属基材表面にタンタルを酸素雰囲気中で蒸着して
酸素含有タンタルアモルファス膜を被覆せしめ、複合材
料を製造する。
The composite material according to the present invention comprises a metal base material and a surface thereof covered with an oxygen-containing tantalum amorphous film. The metal substrate may be any corrosion-resistant metal, such as a Ni-based alloy,
A Ti-based alloy, SUS or the like can be used. The composite material according to the present invention is manufactured by the following method. (1) Tantalum is vapor-deposited in an oxygen atmosphere on the surface of a metal base material to coat an oxygen-containing tantalum amorphous film to manufacture a composite material.

【0009】(2) 金属基材表面にタンタルを蒸着せしめ
と同時に酸素イオン照射を行うイオンビームミキシング
法により酸素含有タンタルアモルファス膜を被覆せし
め、複合材料を製造する。また、本発明に係わる別の複
合材料は表層にタンタル相が形成された金属基材表面に
酸素含有タンタルアモルファス膜を被覆してなるもので
ある。本発明に係わる別の複合材料は、以下に示す方法
により製造される。
(2) A composite material is manufactured by vapor-depositing tantalum on the surface of a metal base material and at the same time coating an oxygen-containing tantalum amorphous film by an ion beam mixing method in which oxygen ion irradiation is performed. Another composite material according to the present invention is one in which the surface of a metal substrate having a tantalum phase formed on the surface thereof is coated with an oxygen-containing tantalum amorphous film. Another composite material according to the present invention is manufactured by the following method.

【0010】(3) 金属基材の表層にタンタルをイオン注
入してタンタル相を形成した後、該基材表面にタンタル
を酸素雰囲気中で蒸着して酸素含有タンタルアモルファ
ス膜を被覆せしめ、複合材料を製造する。
(3) After tantalum is ion-implanted into the surface layer of the metal base material to form a tantalum phase, tantalum is vapor-deposited on the surface of the base material in an oxygen atmosphere to coat an oxygen-containing tantalum amorphous film. To manufacture.

【0011】(4) 金属基材の表層にタンタルをイオン注
入してタンタル相を形成した後、該基材表面にタンタル
を蒸着せしめと同時に酸素イオン照射を行うイオンビー
ムミキシング法により酸素含有タンタルアモルファス膜
を被覆せしめて複合材料を製造する。
(4) Oxygen-containing tantalum amorphous by an ion beam mixing method in which tantalum is ion-implanted into the surface layer of a metal base material to form a tantalum phase, and then tantalum is vapor-deposited on the surface of the base material and at the same time oxygen ion irradiation is performed. The membrane is coated to produce a composite material.

【0012】前記(1) 〜(4) の方法においてタンタルの
蒸着手段としては、例えばエレクトロンビームによる蒸
着法、タンタルターゲットを利用したイオンビームスパ
ッタ蒸着法等を採用することができる。スパッタ蒸着法
の場合には、通常、Arイオンビームが利用される。但
し、酸素含有タンタルアモルファス膜を形成する関係か
らスパッタ率が低いが、酸素イオンビームを利用するこ
とも条件によっては得策である。
In the above methods (1) to (4), as the tantalum vapor deposition means, for example, an electron beam vapor deposition method, an ion beam sputter vapor deposition method using a tantalum target, or the like can be adopted. In the case of the sputter deposition method, an Ar ion beam is usually used. However, although the sputtering rate is low due to the formation of the oxygen-containing tantalum amorphous film, it is also a good idea to use an oxygen ion beam depending on the conditions.

【0013】[0013]

【作用】本発明によれば、金属基材の表面に酸素含有タ
ンタルアモルファス層を被覆することによって、該酸素
含有タンタルアモルファス膜の緻密性と高耐食性により
過酷な環境下で優れた耐食性を有する複合材料を得るこ
とができる。
According to the present invention, by coating the surface of a metal substrate with an oxygen-containing tantalum amorphous layer, the oxygen-containing tantalum amorphous film has a high density and a high corrosion resistance, so that a composite having excellent corrosion resistance in a harsh environment can be obtained. The material can be obtained.

【0014】また、金属基材表面にタンタルを酸素雰囲
気中で蒸着することによって、緻密性と高耐食性の優れ
た酸素含有タンタルアモルファス層を基材上に効率よく
形成でき、ひいては過酷な環境下で優れた耐食性を有す
る複合材料を製造できる。
Further, by depositing tantalum on the surface of the metal base material in an oxygen atmosphere, an oxygen-containing tantalum amorphous layer excellent in compactness and high corrosion resistance can be efficiently formed on the base material, and in a harsh environment. It is possible to manufacture a composite material having excellent corrosion resistance.

【0015】更に、金属基材表面にタンタルを蒸着せし
めと同時に酸素イオン照射を行うイオンビームミキシン
グ法で成膜する、つまりイオンビームとして酸素イオン
ビームを用いて成膜することによって、形成された膜が
イオンビームによりスパッタされる比率がArイオンビ
ームの時に比べて相当低いため、成膜された膜がイオン
スパッタにより基材表面から離脱する量を少なくでき、
その分成膜速度を速くできる。また、酸素含有によりア
モルファス化が進行するため、Arイオンビームの照射
のようにArの膜中への残留等を考慮する必要がなく、
容易に酸素含有タンタルアモルファス膜を形成できる。
更に、イオンビーム照射によるミキシング成膜法を採用
することによって、イオンビームの加速電圧、電流、照
射角度等を変えることにより形成される膜のスパッタ率
を制御することができ、ミキシングの程度もコントロー
ルし易いため、耐食性を高めるための膜の緻密化、最適
な界面組織の形成、基材に対する密着性の向上等を達成
できる。
Further, a film formed by depositing tantalum on the surface of a metal substrate and forming a film by an ion beam mixing method in which oxygen ion irradiation is performed at the same time, that is, a film is formed by using an oxygen ion beam as an ion beam. Since the ratio of is sputtered by the ion beam is considerably lower than that of the Ar ion beam, the amount of the formed film desorbed from the substrate surface by the ion sputtering can be reduced,
The film formation rate can be increased accordingly. In addition, since the amorphization progresses due to the oxygen content, it is not necessary to consider the presence of Ar in the film, unlike the irradiation of Ar ion beam,
An oxygen-containing tantalum amorphous film can be easily formed.
Furthermore, by adopting the mixing film formation method by ion beam irradiation, it is possible to control the sputter rate of the film formed by changing the acceleration voltage, current, irradiation angle, etc. of the ion beam, and control the degree of mixing as well. Since it is easy to perform, it is possible to achieve densification of the film for enhancing the corrosion resistance, formation of an optimal interfacial structure, improvement of adhesion to the substrate, and the like.

【0016】一方、複合材料の基材としては耐食性の金
属であるNi基合金、Ti基合金、SUS材等が用いら
れる。これらの材料からなる基材が組成的にタンタル成
分を含有しないか、含有量が少ない場合には該基材の表
層にタンタル相を形成することによって被覆される酸素
含有タンタルアモルファス膜との密着性を向上できると
共に、それらの界面での耐食性を向上できる。その結
果、アモルファス膜に極少量のピンホールや微小なクラ
ック等が発生し、孔食反応の進行が心配されるような条
件下でも表層に形成されたタンタル相による界面組織の
改質により、優れた耐食性を有する複合材料を得ること
ができる。
On the other hand, as the base material of the composite material, Ni-based alloy, Ti-based alloy, SUS material, etc. which are corrosion resistant metals are used. Adhesion with the oxygen-containing tantalum amorphous film coated by forming a tantalum phase in the surface layer of the base material when the base material composed of these materials does not contain a tantalum component compositionally or when the content is small. And the corrosion resistance at their interface can be improved. As a result, it is possible to improve the interfacial structure by the tantalum phase formed in the surface layer even under conditions where a very small amount of pinholes, minute cracks, etc. occur in the amorphous film and the progress of the pitting reaction is concerned. A composite material having excellent corrosion resistance can be obtained.

【0017】前記基材表層へのタンタル相の形成は、タ
ンタルのイオン注入方法で行なう。かかるイオン注入方
法は、タンタル相の濃度、分布等を任意にコントロール
することが可能で、深さ方向へのタンタル相の傾斜構造
形成も可能である。なお、基材の表層に形成されるタン
タル相は、アモルファス相であることが好ましいが、結
晶質であっても効果が大きく、また酸素が含有されてい
てもよい。従って、タンタルのイオン注入後に既述した
タンタルの酸素雰囲気中で蒸着やイオンミキシング法に
より酸素含有タンタルアモルファス膜を形成することに
よって、該アモルファス膜に極少量のピンホールや微小
なクラック等が発生し、孔食反応の進行が心配されるよ
うな条件下でも表層に形成されたタンタル相による界面
組織の改質により、優れた耐食性を有する複合材料を製
造できる。特に、タンタルのイオン注入とイオンミキシ
ング法による酸素含有タンタルアモルファス膜の形成と
の組み合わせにより密着性が優れ、より優れた耐食性を
有する複合材料を得ることができる。
The tantalum phase is formed on the surface layer of the base material by a tantalum ion implantation method. In such an ion implantation method, the concentration, distribution, etc. of the tantalum phase can be arbitrarily controlled, and a graded structure of the tantalum phase in the depth direction can be formed. The tantalum phase formed on the surface layer of the base material is preferably an amorphous phase, but the effect is great even if it is crystalline, and oxygen may be contained. Therefore, by forming an oxygen-containing tantalum amorphous film by vapor deposition or an ion mixing method in the oxygen atmosphere of tantalum described above after the ion implantation of tantalum, a very small amount of pinholes or minute cracks are generated in the amorphous film. By modifying the interfacial structure with the tantalum phase formed in the surface layer, it is possible to manufacture a composite material having excellent corrosion resistance even under conditions where the progress of the pitting corrosion reaction is a concern. In particular, the combination of the ion implantation of tantalum and the formation of the oxygen-containing tantalum amorphous film by the ion mixing method makes it possible to obtain a composite material having excellent adhesion and more excellent corrosion resistance.

【0018】なお、酸素含有タンタルアモルファス膜の
形成に際し、その形成条件によってはTEM等による電
子回折観察により成膜中に極微細な結晶質相が混在する
場合も認められる。但し、従来よりよく知られている事
実として急冷凝固された微結晶ステンレス鋼が微粒のた
めに結晶欠陥である粒界密度は高くても粒界部に偏析な
どの組成の揺らぎを生じず、アモルファス相と同等の高
耐食性を示す。本発明においても、極微細な結晶質相の
存在が膜の高耐食性を何等阻害するものではないことが
確認されている。
When forming an oxygen-containing tantalum amorphous film, depending on the forming conditions, it may be observed by electron diffraction observation with a TEM or the like that an extremely fine crystalline phase is mixed during film formation. However, it is a well-known fact that the rapidly solidified microcrystalline stainless steel does not cause compositional fluctuations such as segregation in the grain boundary portion even if the grain boundary density, which is a crystal defect due to the fine grains, is high, and is amorphous. Shows high corrosion resistance equivalent to that of phase. Also in the present invention, it has been confirmed that the presence of the extremely fine crystalline phase does not hinder the high corrosion resistance of the film.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例1EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below. Example 1

【0020】まず、基材としての22×70×2mmの
寸法の304L板を用意し、この片面を鏡面研磨し、超
音波洗浄を施した後、イオン照射と蒸着機能を備えた真
空チャンバ内のホルダに設置した。つづいて、このチャ
ンバ内を5×10-6torrに真空引きした後、イオン源か
らArイオンを加速電圧5kVの条件で前記板の鏡面に
5分間照射して表面清浄化のための前処理を施した。
First, a 304L plate having a size of 22 × 70 × 2 mm is prepared as a base material, one surface of which is mirror-polished and ultrasonically cleaned, and then, inside a vacuum chamber equipped with ion irradiation and vapor deposition functions. Installed in the holder. Then, after vacuuming the inside of the chamber to 5 × 10 −6 torr, Ar ions were irradiated from the ion source to the mirror surface of the plate for 5 minutes under the condition of an acceleration voltage of 5 kV to perform a pretreatment for surface cleaning. gave.

【0021】次いで、チャンバ内にO2 ガスを導入し、
真空チャンバ内を1×10-4torrの酸素雰囲気とし、タ
ンタル(Ta)をシングルハ―ス方式の電子ビ―ム蒸着
法で300℃に加熱された前記ホルダ上の304L板の
表面に3オングストローム/秒の蒸着速度で厚さ1μm
成膜して複合材料を製造した。複合材料表面の膜をX線
回折、EPMA、Auger等により測定したところ、
酸素を含有したアモルファスTa膜であることが確認さ
れた。 実施例2
Then, O 2 gas was introduced into the chamber,
The inside of the vacuum chamber is an oxygen atmosphere of 1 × 10 -4 torr, and tantalum (Ta) is 3 angstroms on the surface of the 304 L plate on the holder heated to 300 ° C. by the single-hase electron beam evaporation method. 1 μm thickness at vapor deposition rate of 1 / sec
A composite material was manufactured by forming a film. When the film on the surface of the composite material was measured by X-ray diffraction, EPMA, Auger, etc.,
It was confirmed that the film was an amorphous Ta film containing oxygen. Example 2

【0022】304L板を実施例1と同様に鏡面研磨、
超音波洗浄を施し、更に真空チャンバ内で前処理を施し
た後、質量分離法のイオン源よりTa+ イオンを引出
し、加速電圧180keV、ビーム電流0.2mA、ド
ーズ量1.0×1017個/cm2 の条件で前記板の表面層
にTaイオン注入相を形成した。つづいて、チャンバ内
にO2 ガスを導入し、真空チャンバ内を1×10-4torr
の酸素雰囲気とし、Taをシングルハ―ス方式の電子ビ
―ム蒸着法で300℃に加熱された前記ホルダ上の30
4L板の表面に3オングストローム/秒の蒸着速度で厚
さ1μm成膜して複合材料を製造した。複合材料表面の
膜をX線回折、EPMA、Auger等により測定した
ところ、酸素を含有したアモルファスTa膜であること
が確認された。 実施例3
The 304L plate was mirror-polished in the same manner as in Example 1,
Ultrasonic cleaning and pretreatment in the vacuum chamber
Then, Ta from the ion source of the mass separation method+ Extraction of ions
Acceleration voltage of 180 keV, beam current of 0.2 mA, and
Dose 1.0 × 1017Pieces / cm2 Surface layer of the plate under the conditions of
Then, a Ta ion implantation phase was formed. Next, inside the chamber
To O2Gas is introduced and the inside of the vacuum chamber is 1 × 10-Fourtorr
Oxygen atmosphere and Ta is a single hearth type electronic
-30 on the holder heated to 300 ° C by the vapor deposition method
The thickness of the surface of 4L plate at the deposition rate of 3 Å / sec.
A film having a thickness of 1 μm was formed to manufacture a composite material. Composite surface
The film was measured by X-ray diffraction, EPMA, Auger, etc.
However, it must be an amorphous Ta film containing oxygen.
Was confirmed. Example 3

【0023】304L板を実施例1と同様に鏡面研磨、
超音波洗浄を施し、更に真空チャンバ内での前処理及び
実施例2と同様な表面層へのTaイオン注入相の形成を
行った。つづいて、Taをシングルハース方式の電子ビ
ーム蒸着法で300℃に加熱された前記ホルダ上の30
4L板の表面に3オングストローム/秒の速度で蒸着し
ながら、イオン源から酸素イオンを引き出し、加速電圧
33kV、ビーム電流16mAの条件でイオン照射を行
うイオンミキシング法により厚さ1μm成膜して複合材
料を製造した。複合材料表面の膜をX線回折、EPM
A、Auger等により測定したところ、酸素を含有し
たアモルファスTa膜であることが確認された。 実施例4
The 304L plate was mirror-polished in the same manner as in Example 1,
After ultrasonic cleaning, pretreatment in a vacuum chamber and formation of a Ta ion-implanted phase on the surface layer as in Example 2 were performed. Subsequently, Ta is heated on the holder by a single hearth electron beam evaporation method to 300 ° C.
While depositing at a rate of 3 Å / sec on the surface of a 4 L plate, oxygen ions are extracted from the ion source, and a 1 μm thick film is formed by an ion mixing method in which ion irradiation is performed under conditions of an acceleration voltage of 33 kV and a beam current of 16 mA. The material was manufactured. X-ray diffraction, EPM of the film on the composite material surface
When measured by A, Auger, etc., it was confirmed to be an amorphous Ta film containing oxygen. Example 4

【0024】ホルダ上の304L板を300℃に加熱す
ることなく常温で実施例3と同様なイオンミキシング法
により厚さ1μm成膜して複合材料を製造した。複合材
料表面の膜を実施例3と同様な方法により測定したとこ
ろ、酸素を含有したアモルファスTa膜であることが確
認された。 実施例5
The 304 L plate on the holder was heated at 300 ° C. at room temperature to form a composite material by forming a film having a thickness of 1 μm by the same ion mixing method as in Example 3. When the film on the surface of the composite material was measured by the same method as in Example 3, it was confirmed to be an amorphous Ta film containing oxygen. Example 5

【0025】ホルダ上の304L板を300℃に加熱す
ることなく常温とし、かつイオンミキシング法において
酸素イオンの加速電圧を1kV、ビーム電流を16mA
の条件でイオン照射を行った以外、実施例3と同様に厚
さ1μm成膜して複合材料を製造した。複合材料表面の
膜を実施例3と同様な方法により測定したところ、酸素
を含有したアモルファスTa膜であることが確認され
た。 実施例6
The 304L plate on the holder is kept at room temperature without heating to 300 ° C., and the acceleration voltage of oxygen ions is 1 kV and the beam current is 16 mA in the ion mixing method.
A composite material was produced by forming a film with a thickness of 1 μm in the same manner as in Example 3 except that the ion irradiation was performed under the conditions of. When the film on the surface of the composite material was measured by the same method as in Example 3, it was confirmed to be an amorphous Ta film containing oxygen. Example 6

【0026】イオンミキシング法において酸素イオンの
加速電圧を0.1kV、ビーム電流を350mAの条件
でイオン照射を行った以外、実施例3と同様に厚さ1μ
m成膜して複合材料を製造した。複合材料表面の膜を実
施例3と同様な方法により測定したところ、酸素を含有
したアモルファスTa膜であることが確認された。 比較例1
In the ion mixing method, the ion irradiation was performed under the conditions that the acceleration voltage of oxygen ions was 0.1 kV and the beam current was 350 mA.
m to form a composite material. When the film on the surface of the composite material was measured by the same method as in Example 3, it was confirmed to be an amorphous Ta film containing oxygen. Comparative Example 1

【0027】304L板を実施例1と同様に鏡面研磨、
超音波洗浄を施し、更に真空チャンバ内での前処理及び
実施例2と同様な表面層へのTaイオン注入相の形成を
行った。つづいて、Taをシングルハース方式の電子ビ
ーム蒸着法で300℃に加熱された前記ホルダ上の30
4L板の表面に3オングストローム/秒の蒸着速度で厚
さ1μm成膜して複合材料を製造した。複合材料表面の
膜をX線回折により測定したところ、結晶質のTa膜で
あることが確認された。 比較例2
The 304L plate was mirror-polished in the same manner as in Example 1,
After ultrasonic cleaning, pretreatment in a vacuum chamber and formation of a Ta ion-implanted phase on the surface layer as in Example 2 were performed. Subsequently, Ta is heated on the holder by a single hearth electron beam evaporation method to 300 ° C.
A composite material was manufactured by forming a film having a thickness of 1 μm on the surface of a 4 L plate at a vapor deposition rate of 3 Å / sec. When the film on the surface of the composite material was measured by X-ray diffraction, it was confirmed to be a crystalline Ta film. Comparative example 2

【0028】304L板を実施例1と同様に鏡面研磨、
超音波洗浄を施し、更に真空チャンバ内で同様な前処理
を施した。つづいて、Taをシングルハース方式の電子
ビーム蒸着法で常温にて前記ホルダ上の304L板の表
面に3オングストローム/秒の蒸着速度で厚さ1μm成
膜して複合材料を製造した。複合材料表面の膜をX線回
折により測定したところ、結晶質のTa膜であることが
確認された。
The 304L plate was mirror-polished in the same manner as in Example 1,
After ultrasonic cleaning, the same pretreatment was performed in the vacuum chamber. Subsequently, a composite material was manufactured by depositing Ta in a thickness of 1 μm at a deposition rate of 3 Å / sec on the surface of the 304L plate on the holder at room temperature by an electron beam deposition method of a single hearth system. When the film on the surface of the composite material was measured by X-ray diffraction, it was confirmed to be a crystalline Ta film.

【0029】しかして、本実施例1〜6及び比較例1、
2の複合材料を100℃の8規定硝酸中で試験片の電位
を1300mV(SCE)に2時間保持して腐食速度を
測定した。腐食速度は、電流密度に依存するため、腐食
の判定は電流密度の比較によって行なった。その結果を
下記表1に示す。 前記表1から明らかなように本実施例1〜6の複合材
料は比較例1、2に比べて1/6〜1/80の高耐食性
を有することがわかる。 実施例7
Therefore, Examples 1 to 6 and Comparative Example 1,
The composite material of No. 2 was kept at 1300 mV (SCE) for 2 hours in 8 N nitric acid at 100 ° C. to measure the corrosion rate. Since the corrosion rate depends on the current density, the corrosion was judged by comparing the current densities. The results are shown in Table 1 below. As is clear from Table 1, the composite materials of Examples 1 to 6 have high corrosion resistance of 1/6 to 1/80 as compared with Comparative Examples 1 and 2. Example 7

【0030】基材として、10×30×2mmの寸法の
ハステロイB(耐食性Ni基合金)板を用意し、このハ
ステロイB板を実施例1と同様に鏡面研磨、超音波洗浄
を施し、更に真空チャンバ内で前処理を施した。つづい
て、Taをシングルハース方式の電子ビーム蒸着法で3
00℃に加熱された前記ホルダ上のハステロイB板の表
面に3オングストローム/秒の速度で蒸着しながら、非
分離型のバスケットイオン源から酸素イオンを引き出
し、加速電圧33kV、ビーム電流16mAの条件でイ
オン照射を行うイオンミキシング法により厚さ1μm成
膜して複合材料を製造した。複合材料表面の膜をX線回
折、EPMA、Auger等により測定したところ、酸
素を含有したアモルファスTa膜であることが確認され
た。 実施例8
As a base material, a Hastelloy B (corrosion-resistant Ni-based alloy) plate having a size of 10 × 30 × 2 mm was prepared, and this Hastelloy B plate was mirror-polished and ultrasonically cleaned in the same manner as in Example 1, and further vacuumed. Pretreatment was performed in the chamber. Next, Ta is 3 by the electron beam evaporation method of the single hearth method.
While depositing at a rate of 3 Å / sec on the surface of the Hastelloy B plate on the holder heated to 00 ° C., oxygen ions were extracted from a non-separable basket ion source under the conditions of an acceleration voltage of 33 kV and a beam current of 16 mA. A composite material was manufactured by forming a film with a thickness of 1 μm by an ion mixing method of irradiating with ions. When the film on the surface of the composite material was measured by X-ray diffraction, EPMA, Auger, etc., it was confirmed to be an amorphous Ta film containing oxygen. Example 8

【0031】基材として、実施例7と同様なハステロイ
B板を用意し、このハステロイB板を実施例1と同様に
鏡面研磨、超音波洗浄を施し、更に真空チャンバ内で前
処理を施した。つづいて、質量分離法のイオン源よりT
+ イオンを引出し、加速電圧180keV、ビーム電
流0.2mA、ドーズ量1.0×1017個/cm2 の条件
でハステロイB板の表面層にTaイオン注入相を形成し
た。次いで、実施例7と同様な方法によりTaの蒸着と
同時に酸素イオン照射を行うイオンミキシング法により
厚さ1μm成膜して複合材料を製造した。複合材料表面
の膜をX線回折、EPMA、Auger等により測定し
たところ、酸素を含有したアモルファスTa膜であるこ
とが確認された。 比較例3
As a base material, a Hastelloy B plate similar to that of Example 7 was prepared, and this Hastelloy B plate was subjected to mirror polishing and ultrasonic cleaning as in Example 1, and further pretreated in a vacuum chamber. . Next, from the ion source of mass separation method, T
a + Extraction of ions, acceleration voltage 180 keV, beam current 0.2 mA, dose 1.0 × 10 17 ions / cm 2 Under the above conditions, a Ta ion-implanted phase was formed on the surface layer of the Hastelloy B plate. Then, in the same manner as in Example 7, a composite material was manufactured by forming a film with a thickness of 1 μm by an ion mixing method in which Ta was vapor-deposited and oxygen ions were simultaneously irradiated. When the film on the surface of the composite material was measured by X-ray diffraction, EPMA, Auger, etc., it was confirmed to be an amorphous Ta film containing oxygen. Comparative Example 3

【0032】基材として、実施例7と同様なハステロイ
B板を用意し、このハステロイB板を実施例1と同様に
鏡面研磨、超音波洗浄を施し、更に真空チャンバ内で前
処理を施した後、質量分離法のイオン源よりTa+ イオ
ンを引出し、加速電圧180keV、ビーム電流0.2
mA、ドーズ量1.0×1017個/cm2 の条件で前記板
の表面層にTaイオン注入相を形成した。つづいて、T
aをシングルハース方式の電子ビーム蒸着法で300℃
に加熱された前記ホルダ上のハステロイB板の表面に3
オングストローム/秒の蒸着速度で厚さ1μmの結晶質
のTa膜成膜して複合材料を製造した。
As a base material, a Hastelloy B plate similar to that of Example 7 was prepared, and this Hastelloy B plate was subjected to mirror polishing and ultrasonic cleaning as in Example 1, and further pretreated in a vacuum chamber. Later, Ta + from the ion source of the mass separation method Ion extraction, acceleration voltage 180 keV, beam current 0.2
mA, dose 1.0 × 10 17 pieces / cm 2 Under the above conditions, a Ta ion-implanted phase was formed on the surface layer of the plate. Next, T
a is a single hearth electron beam evaporation method at 300 ° C.
3 on the surface of Hastelloy B plate on the holder heated to
A composite material was manufactured by depositing a crystalline Ta film having a thickness of 1 μm at a deposition rate of angstrom / sec.

【0033】しかして、本実施例7、8及び比較例3の
複合材料について、50℃の6規定塩酸に24時間浸漬
し、浸漬後の膜に直角な面で切断し、切断面をSEMで
観察した。その結果、比較例3の複合材料では基材であ
るハステロイB板とTa膜の界面での腐食が進行し、基
材表面での腐食進行がかなり認められた。これに対し、
本実施例7、8の複合材料では界面での腐食進行が全く
認められなかった。
Then, the composite materials of Examples 7 and 8 and Comparative Example 3 were immersed in 6N hydrochloric acid at 50 ° C. for 24 hours, cut at a surface perpendicular to the film after immersion, and the cut surfaces were observed by SEM. I observed. As a result, in the composite material of Comparative Example 3, the corrosion progressed at the interface between the Hastelloy B plate and the Ta film, which are the base materials, and the progress of corrosion on the base material surface was considerably observed. In contrast,
In the composite materials of Examples 7 and 8, no progress of corrosion was observed at the interface.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば緻密
な酸素含有タンタルアモルファス膜を基材に対して密着
性よく被覆され、過酷な腐食性環境下でも優れた耐食性
を有し、かつ形状的な制約を受けない汎用性の高い複合
材料、並びにかかる複合材料を簡単に製造し得る方法を
提供できる。
As described in detail above, according to the present invention, a dense oxygen-containing tantalum amorphous film is coated on a substrate with good adhesion, and has excellent corrosion resistance even in a severe corrosive environment, and It is possible to provide a highly versatile composite material that is not constrained in shape and a method for easily manufacturing such a composite material.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属基材の表層にタンタルをイオン注入
してタンタル相を形成した後、該基材表面にタンタルを
酸素雰囲気中で蒸着して酸素含有タンタルアモルファス
膜を被覆せしめることを特徴とする高耐食性複合材料の
製造方法。
1. A tantalum phase is formed by ion-implanting tantalum into a surface layer of a metal base material, and then tantalum is vapor-deposited in an oxygen atmosphere on the surface of the base material to coat an oxygen-containing tantalum amorphous film. A method for producing a high corrosion resistant composite material.
【請求項2】 金属基材の表層にタンタルをイオン注入
してタンタル相を形成した後、該基材表面にタンタルを
蒸着せしめと同時に酸素イオン照射を行うイオンビーム
ミキシング法により酸素含有タンタルアモルファス膜を
被覆せしめることを特徴とする高耐食性複合材料の製造
方法。
2. An oxygen-containing tantalum amorphous film by an ion beam mixing method in which tantalum is ion-implanted into a surface layer of a metal base material to form a tantalum phase, and then tantalum is vapor-deposited on the surface of the base material and at the same time, oxygen ion irradiation is performed. A method for producing a highly corrosion-resistant composite material, comprising coating
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