JPH08170182A - 金属の表面処理方法及びこの方法によって処理された基板 - Google Patents
金属の表面処理方法及びこの方法によって処理された基板Info
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- JPH08170182A JPH08170182A JP7196773A JP19677395A JPH08170182A JP H08170182 A JPH08170182 A JP H08170182A JP 7196773 A JP7196773 A JP 7196773A JP 19677395 A JP19677395 A JP 19677395A JP H08170182 A JPH08170182 A JP H08170182A
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
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- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属基板の腐食抵抗を増すための表面処理方
法。 【解決手段】 エロージョンタイプの共軸プラズマ加速
器によって発生した濃い高温放射ビームによるパルス処
理を基板の表面に施す。この方法は基板の表面領域の急
速加熱により、下にある基板本体を実質的に加熱するこ
となく冶金学的組織を改質し、ついで急速冷却により、
結晶核生成と成長を抑制し、相偏析と基板添加物又は成
分の分離を回避する。
法。 【解決手段】 エロージョンタイプの共軸プラズマ加速
器によって発生した濃い高温放射ビームによるパルス処
理を基板の表面に施す。この方法は基板の表面領域の急
速加熱により、下にある基板本体を実質的に加熱するこ
となく冶金学的組織を改質し、ついで急速冷却により、
結晶核生成と成長を抑制し、相偏析と基板添加物又は成
分の分離を回避する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属の表面処理、特
に種々のタイプの鋼の腐食抵抗を改良するための表面処
理方法及びこの方法によって処理された基板に関するも
のである。
に種々のタイプの鋼の腐食抵抗を改良するための表面処
理方法及びこの方法によって処理された基板に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】鋼の基板は、いわゆる”ステンレス”タ
イプの処理された基板でも、環境腐食によって傷つきや
すく、最後には全体的損壊となる程度まで基板を劣化さ
せる。この問題に対して解決策を提供しようという従来
の試みのなかには、基板に保護表面層を設けて基板の環
境との直接の接触を防止すること、直接に環境を処理し
て攻撃性を低下させること、及び鋼自体を処理して腐食
攻撃に対して固有の抵抗性を増すことなどである。
イプの処理された基板でも、環境腐食によって傷つきや
すく、最後には全体的損壊となる程度まで基板を劣化さ
せる。この問題に対して解決策を提供しようという従来
の試みのなかには、基板に保護表面層を設けて基板の環
境との直接の接触を防止すること、直接に環境を処理し
て攻撃性を低下させること、及び鋼自体を処理して腐食
攻撃に対して固有の抵抗性を増すことなどである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、保護表面層
の一例は、特に基板が塗料を塗るように企図されている
場合で、燐酸塩コーティングであって、この上に上塗り
を施す前に通常はプライマーによる塗りが施される。基
板自体の処理の一例は、腐食抵抗を増すために合金成分
と組み合わせることである。全く、ステンレス鋼はこの
ような材料の一例であるが、侵入性腐食攻撃は、特に高
温熱処理、又は溶接の後で、粒界に沿ってなお起こる可
能性がある。
の一例は、特に基板が塗料を塗るように企図されている
場合で、燐酸塩コーティングであって、この上に上塗り
を施す前に通常はプライマーによる塗りが施される。基
板自体の処理の一例は、腐食抵抗を増すために合金成分
と組み合わせることである。全く、ステンレス鋼はこの
ような材料の一例であるが、侵入性腐食攻撃は、特に高
温熱処理、又は溶接の後で、粒界に沿ってなお起こる可
能性がある。
【０００４】当該技術分野で既知のその他の保護方法と
しては、窒化、高温熱処理、及びレーザービーム処理に
よる基板材料の表面組織の改質が含まれる。しかしなが
ら、これらの方法は、費用がかかり、効率的でなく、又
は小さな局限された領域もしくは部分のみを処理すると
いうものである。その上、レーザービーム処理は、基板
上にビームの焦点を合わせる複雑なシステムを必要とす
る。その外の不利な点は、基板材料による放射の吸収の
低いことである。広ビームパルス処理も知られており、
代表的には石英ディスチャージランプ源からの紫外線放
射を用いるが、このようなランプは、代表的には104-10
5 W.cm-2の範囲という制限された出力にわずらわされ、
これは効果的な腐食抵抗に対して必要な超微細粒子組織
の形成には不十分である。高エネルギイオン衝撃も使用
することができ、パルスされたガス、代表的には水素又
はヘリウムのフィードを用いる共軸プラズマ加速器によ
って発生されるが、圧力及び電圧の面からの操作パラメ
ータの制限が、作り出される改質表面組織の深さを制約
する。
しては、窒化、高温熱処理、及びレーザービーム処理に
よる基板材料の表面組織の改質が含まれる。しかしなが
ら、これらの方法は、費用がかかり、効率的でなく、又
は小さな局限された領域もしくは部分のみを処理すると
いうものである。その上、レーザービーム処理は、基板
上にビームの焦点を合わせる複雑なシステムを必要とす
る。その外の不利な点は、基板材料による放射の吸収の
低いことである。広ビームパルス処理も知られており、
代表的には石英ディスチャージランプ源からの紫外線放
射を用いるが、このようなランプは、代表的には104-10
5 W.cm-2の範囲という制限された出力にわずらわされ、
これは効果的な腐食抵抗に対して必要な超微細粒子組織
の形成には不十分である。高エネルギイオン衝撃も使用
することができ、パルスされたガス、代表的には水素又
はヘリウムのフィードを用いる共軸プラズマ加速器によ
って発生されるが、圧力及び電圧の面からの操作パラメ
ータの制限が、作り出される改質表面組織の深さを制約
する。
【０００５】本発明の目的は、金属、特に鋼基板の腐食
抵抗をその表面組織の改質によって改良するための方法
を提供することで、既知の方法に付随する前記諸問題を
回避することである。
抵抗をその表面組織の改質によって改良するための方法
を提供することで、既知の方法に付随する前記諸問題を
回避することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、金属基
板の腐食抵抗を増すための表面処理方法は、エロージョ
ンタイプの共軸プラズマ加速器によって発生した濃い高
温放射ビームによる基板表面のパルス処理からなる。
板の腐食抵抗を増すための表面処理方法は、エロージョ
ンタイプの共軸プラズマ加速器によって発生した濃い高
温放射ビームによる基板表面のパルス処理からなる。
【０００７】本発明による前記方法において、好ましく
は、前記放射ビームが自動焦点調節されるような条件の
もとで、前記プラズマ加速器が操作される。
は、前記放射ビームが自動焦点調節されるような条件の
もとで、前記プラズマ加速器が操作される。
【０００８】”エロージョンタイプの共軸プラズマ加速
器”によって、誘電性プラグによって分離された共軸の
陽極と陰極とを含む加速器を意味し、その材料はプラズ
マを発生させるのに役たち、ディスチャージ電流はキャ
パシターパワーストレージバンク(capacitor power sto
rage bank)から引き出される。
器”によって、誘電性プラグによって分離された共軸の
陽極と陰極とを含む加速器を意味し、その材料はプラズ
マを発生させるのに役たち、ディスチャージ電流はキャ
パシターパワーストレージバンク(capacitor power sto
rage bank)から引き出される。
【０００９】このような加速器において、所要の性質を
有するプラズマが、プラズマの初期部分の電極間スペー
スへのインジェクションによって発生し、前もってチャ
ージされたキャパシターバンクの電極へのディスチャー
ジをひき起こす。これによって、誘電性プラグの小部分
が蒸発し、生じた蒸気がイオン化され、ディスチャージ
電流によって加熱される。プラズマは電極に沿って加速
され、軸方向の加速は、ディスチャージ電流の半径方向
の成分と磁界の方位角成分との相互作用によって影響さ
れる。かくして、ホール効果と、縦方向のホール効果電
流と方位角磁界との相互作用の結果として、加速プラズ
マを陰極に向けて引っ張る電磁力は、プラズマビームを
加速器軸に向けて圧縮し、プラズマフラックスの一部を
縦方向に焦点調節する半径方向の成分を含む。これによ
って、加速されたプラズマビームは加速器の外部で焦点
調節され、ショック圧縮プラズマのコンパクトな領
域（”プラズマフォーカス”）が生じる。ショックウエ
ーブ機構は、ブラズマ加熱のより慣用的な方法において
エネルギ損失を効果的に回避するし、所要のパワー特性
を有する高エネルギ放射の効率的な生産を可能にする。
有するプラズマが、プラズマの初期部分の電極間スペー
スへのインジェクションによって発生し、前もってチャ
ージされたキャパシターバンクの電極へのディスチャー
ジをひき起こす。これによって、誘電性プラグの小部分
が蒸発し、生じた蒸気がイオン化され、ディスチャージ
電流によって加熱される。プラズマは電極に沿って加速
され、軸方向の加速は、ディスチャージ電流の半径方向
の成分と磁界の方位角成分との相互作用によって影響さ
れる。かくして、ホール効果と、縦方向のホール効果電
流と方位角磁界との相互作用の結果として、加速プラズ
マを陰極に向けて引っ張る電磁力は、プラズマビームを
加速器軸に向けて圧縮し、プラズマフラックスの一部を
縦方向に焦点調節する半径方向の成分を含む。これによ
って、加速されたプラズマビームは加速器の外部で焦点
調節され、ショック圧縮プラズマのコンパクトな領
域（”プラズマフォーカス”）が生じる。ショックウエ
ーブ機構は、ブラズマ加熱のより慣用的な方法において
エネルギ損失を効果的に回避するし、所要のパワー特性
を有する高エネルギ放射の効率的な生産を可能にする。
【００１０】好ましくは、腐食抵抗を強めるのに対して
最適の表面組織を提供するために、本発明の方法は、処
理表面1cm2当たり105−107 Wのパワー電流密度の条件の
もとで、10-5−3×10-4 sの範囲の時間行われる。これ
らの条件は、超微細粒子組織を金属基板の表面に約50ミ
クロンの深さまで形成することを可能とし、これによっ
て腐食抵抗を強める。処理時間が3×10-4sより長いと、
表面処理ゾーンの厚さが増すが、粒子組織は粗くなり、
このため腐食抵抗は顕著には影響されない。さらに、高
温焼き戻しの結果、遷移ゾーンが表面組織とその下にあ
る基板本体との間に形成されるが、これは望ましくな
い。105 W/cm2以下の電流密度では、所要の超微細粒子
組織は達成されず、他方107 W/cm2以上の電流密度では
融液のかなりの過熱が起こり、動水力学的不安定の増
大、蒸発、融液スプラッシングを伴う。電流密度と処理
時間の最適の組み合わせは、基板材料の化学的性質とそ
の物理的熱特性に依存する。
最適の表面組織を提供するために、本発明の方法は、処
理表面1cm2当たり105−107 Wのパワー電流密度の条件の
もとで、10-5−3×10-4 sの範囲の時間行われる。これ
らの条件は、超微細粒子組織を金属基板の表面に約50ミ
クロンの深さまで形成することを可能とし、これによっ
て腐食抵抗を強める。処理時間が3×10-4sより長いと、
表面処理ゾーンの厚さが増すが、粒子組織は粗くなり、
このため腐食抵抗は顕著には影響されない。さらに、高
温焼き戻しの結果、遷移ゾーンが表面組織とその下にあ
る基板本体との間に形成されるが、これは望ましくな
い。105 W/cm2以下の電流密度では、所要の超微細粒子
組織は達成されず、他方107 W/cm2以上の電流密度では
融液のかなりの過熱が起こり、動水力学的不安定の増
大、蒸発、融液スプラッシングを伴う。電流密度と処理
時間の最適の組み合わせは、基板材料の化学的性質とそ
の物理的熱特性に依存する。
【００１１】ガス雰囲気の化学的性質は重要ではなく、
その圧力は好ましくは1−105 Paの範囲である。エロー
ジョンタイプの加速器に対する操作電圧は比較的低く、
代表的には800V−5kVの範囲であり、これはガスタイプ
の加速器に対する利点を示している。
その圧力は好ましくは1−105 Paの範囲である。エロー
ジョンタイプの加速器に対する操作電圧は比較的低く、
代表的には800V−5kVの範囲であり、これはガスタイプ
の加速器に対する利点を示している。
【００１２】
【発明の効果】本発明の方法は、基板の表面領域の急速
加熱をもたらし、これによって下にある基板本体を実質
的に加熱することなく冶金学的組織を改質し、ついで約
106-107 K/sの速度で急速冷却される。このような条件
のもとで、結晶核の生成と成長は抑制され、相の偏析、
基板添加物又は成分の分離は回避される。この結果、凍
結した準安定固溶体が基板表面に得られ、これは高度の
均質性を有する。
加熱をもたらし、これによって下にある基板本体を実質
的に加熱することなく冶金学的組織を改質し、ついで約
106-107 K/sの速度で急速冷却される。このような条件
のもとで、結晶核の生成と成長は抑制され、相の偏析、
基板添加物又は成分の分離は回避される。この結果、凍
結した準安定固溶体が基板表面に得られ、これは高度の
均質性を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下の実施例を参照しながら、本
発明についてさらに詳細に記載する。
発明についてさらに詳細に記載する。
【００１４】
（例１）低炭素鋼試料を、エロージョンタイプの共軸プ
ラズマ加速器のプラズマ焦点ゾーンからの放射によっ
て、1Paの圧力でプラズマ処理した。
ラズマ加速器のプラズマ焦点ゾーンからの放射によっ
て、1Paの圧力でプラズマ処理した。
【００１５】放射ビームのパラメータは次のようであっ
た。
た。
【００１６】 時間 − 2×10-4s 電流密度 − 5×105 W/cm2 得られた改質層の組織は、低炭素マルテンサイトの超微
細粒子分散組織であった。層の深さは10-20ミクロンで
あった。腐食抵抗の変化は、合成海水の標準３電極電池
中における電解質エアレーションの種々の条件のもとで
のテスト中の試料の自己溶解電流によって評価した。
細粒子分散組織であった。層の深さは10-20ミクロンで
あった。腐食抵抗の変化は、合成海水の標準３電極電池
中における電解質エアレーションの種々の条件のもとで
のテスト中の試料の自己溶解電流によって評価した。
【００１７】結果は次の表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】腐食抵抗の変化は、処理されたゾーンの粒
子サイズの変化に関係している。最も顕著な増加は、電
解液の低エアレーション条件のもとで観察された。すな
わち、溶解酸素の量の少ないときである。
子サイズの変化に関係している。最も顕著な増加は、電
解液の低エアレーション条件のもとで観察された。すな
わち、溶解酸素の量の少ないときである。
【００２０】（例２）06X13T鋼(13% Cr)試料を、エロー
ジョンタイプの共軸プラズマ加速器を用いて得られたプ
ラズマ電流によって、1Paの圧力のもとでプラズマ処理
した。熱流のパラメータ及び腐食抵抗の評価方法は例１
の場合と同様である。
ジョンタイプの共軸プラズマ加速器を用いて得られたプ
ラズマ電流によって、1Paの圧力のもとでプラズマ処理
した。熱流のパラメータ及び腐食抵抗の評価方法は例１
の場合と同様である。
【００２１】カーバイド相は得られた改質層の組織には
存在せず、結晶化は部分的であった。
存在せず、結晶化は部分的であった。
【００２２】処理した試料は、08X18T鋼(18% Cr)に対す
るのに近い溶解電流で自然に不動態となった。処理しな
い06X13T鋼に対しては、自己不動態化はなかった。
るのに近い溶解電流で自然に不動態となった。処理しな
い06X13T鋼に対しては、自己不動態化はなかった。
【００２３】不動態化の改良と自己溶解電流の低下は、
クロムのより均一な分布と、処理後の材料の組織におけ
る転位密度の増加による陰極プロセスの効率の増進を反
映している。
クロムのより均一な分布と、処理後の材料の組織におけ
る転位密度の増加による陰極プロセスの効率の増進を反
映している。
【００２４】（例３）08X25T鋼及び08X25H10T鋼試料
を、例１と同様に処理した。
を、例１と同様に処理した。
【００２５】結果としての層（いわゆる”白”層）中に
は結晶組織は見出されなかった。粒界腐食の傾向の抑制
の可能性を研究した。その他は、USSR国家規格9.914-91
によって指定された条件に従って行った。処理しない試
料は、熱処理（焼き鈍し）後に粒界腐食の傾向を示し
た。処理後はこの傾向は完全に抑制された。
は結晶組織は見出されなかった。粒界腐食の傾向の抑制
の可能性を研究した。その他は、USSR国家規格9.914-91
によって指定された条件に従って行った。処理しない試
料は、熱処理（焼き鈍し）後に粒界腐食の傾向を示し
た。処理後はこの傾向は完全に抑制された。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレクサンデル セメノビッチ カムルコ フ ロシア連邦 モスコー ウリツア ウイン ナトフ 64 コルプ．３ アパートメント 13 (72)発明者 ドミトリ ビアチェスラボビッチ チェペ ギン ロシア連邦 モスコー ペレウロック ヤ マスコゴポリア ２Ａ アパートメント 9211 (72)発明者 ビクトル アレクサンドロビッチ バンド ゥルキン ロシア連邦 モスコー ウリツア 26 バ キンスキッチ コミッサロフ 29／11 ア パートメント ２
Claims (9)
- 【請求項１】 エロージョンタイプの共軸プラズマ加速
器によって発生した濃い高温放射ビームによるパルス処
理を基板の表面に施すことからなる金属基板の腐食抵抗
を増すための表面処理方法。 - 【請求項２】 前記放射ビームが自動焦点調節されるよ
うな条件のもとで、前記プラズマ加速器が操作されるこ
とからなる請求項１に記載の表面処理方法。 - 【請求項３】 前記放射ビームのパワー電流密度が処理
表面1cm2当たり105−107Wの範囲であることからなる請
求項１又は２に記載の表面処理方法。 - 【請求項４】 パルス期間が10-5−3×10-4 sの範囲で
あることからなる請求項１ないし３のいずれかに記載の
表面処理方法。 - 【請求項５】 ガス雰囲気の圧力が1−105 Paの範囲で
あることからなる請求項１ないし４のいずれかに記載の
表面処理方法。 - 【請求項６】 前記加速器の操作電圧が800V−5kVの範
囲であることからなる請求項１ないし５のいずれかに記
載の表面処理方法。 - 【請求項７】 前記基板が鋼からなることからなる請求
項１ないし６のいずれかに記載の表面処理方法。 - 【請求項８】 前記鋼がステンレス鋼からなることから
なる請求項７に記載の表面処理方法。 - 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかの方法によ
って処理された金属基板。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494028267A RU2086698C1 (ru) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | Способ поверхностной обработки металлической подложки |
| RU94028267 | 1994-08-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08170182A true JPH08170182A (ja) | 1996-07-02 |
Family
ID=20159051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7196773A Pending JPH08170182A (ja) | 1994-08-03 | 1995-08-01 | 金属の表面処理方法及びこの方法によって処理された基板 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5750205A (ja) |
| EP (1) | EP0695806A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08170182A (ja) |
| RU (1) | RU2086698C1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1309928B1 (it) * | 1999-12-01 | 2002-02-05 | Bundy S P A | Tubo per impianti di alimentazione di fluidi a pressione, inparticolare per l'alimentazione di carburante nei motori diesel, |
| US6486593B1 (en) | 2000-09-29 | 2002-11-26 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Plasma accelerator |
| JP5230312B2 (ja) * | 2008-09-09 | 2013-07-10 | 富士重工業株式会社 | プラズマ衝撃波を用いたコーティング方法 |
| JP6088716B1 (ja) * | 2015-06-08 | 2017-03-01 | 日新製鋼株式会社 | 塗装又は印刷のための前処理方法 |
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| JPH0565530A (ja) * | 1991-09-10 | 1993-03-19 | Hitachi Ltd | 耐応力腐食割れ性オーステナイト系材料及びその製造方法 |
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-
1994
- 1994-08-03 RU RU9494028267A patent/RU2086698C1/ru active
-
1995
- 1995-07-28 EP EP95305265A patent/EP0695806A1/en not_active Withdrawn
- 1995-08-01 JP JP7196773A patent/JPH08170182A/ja active Pending
- 1995-08-01 US US08/509,866 patent/US5750205A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5750205A (en) | 1998-05-12 |
| RU94028267A (ru) | 1997-05-20 |
| RU2086698C1 (ru) | 1997-08-10 |
| EP0695806A1 (en) | 1996-02-07 |
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