JPH08260147A - 耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びその形成方法 - Google Patents
耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びその形成方法Info
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- JPH08260147A JPH08260147A JP8453395A JP8453395A JPH08260147A JP H08260147 A JPH08260147 A JP H08260147A JP 8453395 A JP8453395 A JP 8453395A JP 8453395 A JP8453395 A JP 8453395A JP H08260147 A JPH08260147 A JP H08260147A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、耐食耐酸化性とじん性を両
立させた耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びその
形成方法を得ることである。 【構成】 本発明の化学蒸着アルミナイド部材は、Ｎｉ
又はＣｏをベースとした被処理品の耐熱合金内側は、Ａ
ｌ組成比率の小さなアルミナイド皮膜とし、耐熱合金外
側は、Ａｌ組成比率の大きなアルミナイド皮膜としてい
る。この場合、必要に応じて耐熱合金外側に向かって徐
々にＡｌ組成比率を傾斜させる。そして、本発明の化学
蒸着アルミナイド部材の形成方法は、Ｎｉ又はＣｏをベ
ースとした被処理品の耐熱合金とＡｌ溶湯とを高温に加
熱される反応容器に収納し、Ａｌ原料器から溶湯にＡｌ
Ｃｌ3 を供給し、Ａｌ溶湯からＡｌＣｌとＨ2 との混合
ガスを耐熱合金に供給し、耐熱合金の表面に化学蒸着ア
ルミナイド皮膜を生成させるようにしている。
立させた耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びその
形成方法を得ることである。 【構成】 本発明の化学蒸着アルミナイド部材は、Ｎｉ
又はＣｏをベースとした被処理品の耐熱合金内側は、Ａ
ｌ組成比率の小さなアルミナイド皮膜とし、耐熱合金外
側は、Ａｌ組成比率の大きなアルミナイド皮膜としてい
る。この場合、必要に応じて耐熱合金外側に向かって徐
々にＡｌ組成比率を傾斜させる。そして、本発明の化学
蒸着アルミナイド部材の形成方法は、Ｎｉ又はＣｏをベ
ースとした被処理品の耐熱合金とＡｌ溶湯とを高温に加
熱される反応容器に収納し、Ａｌ原料器から溶湯にＡｌ
Ｃｌ3 を供給し、Ａｌ溶湯からＡｌＣｌとＨ2 との混合
ガスを耐熱合金に供給し、耐熱合金の表面に化学蒸着ア
ルミナイド皮膜を生成させるようにしている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ニッケルＮｉ又はコバ
ルトＣｏをベースとした耐熱合金の耐食耐酸化性向上の
ための耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びその形
成方法に関する。
ルトＣｏをベースとした耐熱合金の耐食耐酸化性向上の
ための耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びその形
成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ニッケルＮｉ又はコバルトＣｏをベース
とした耐熱合金は、高温強度や耐食耐酸化性に優れるた
め、航空、宇宙、自動車、化学、エネルギー等の幅広い
分野で利用されている。特に発電用のガスタービンで
は、高温で腐食酸化雰囲気などの厳しい環境で使用さ
れ、運転温度の高温化が発電効率の向上に直接結び付く
ため、高温強度や耐食耐酸化性の向上のための多くの検
討が試みられている。
とした耐熱合金は、高温強度や耐食耐酸化性に優れるた
め、航空、宇宙、自動車、化学、エネルギー等の幅広い
分野で利用されている。特に発電用のガスタービンで
は、高温で腐食酸化雰囲気などの厳しい環境で使用さ
れ、運転温度の高温化が発電効率の向上に直接結び付く
ため、高温強度や耐食耐酸化性の向上のための多くの検
討が試みられている。
【０００３】ところで、アルミニウムＡｌやクロムＣｒ
等の耐食耐酸化性元素の添加による耐食耐酸化性の向上
対策では、耐熱部材の高温強度の低下を招くことが多
い。そこで、セラミックや金属間化合物による析出強化
に見られる合金化や一方向凝固や単結晶に代表される結
晶制御などの方法により、高温強度を向上させた耐熱合
金を基材とし、その表面に耐食耐酸化材料をコーティン
グすることにより高温強度と耐食耐酸化性の両立が図ら
れる方法が良く用いられている。
等の耐食耐酸化性元素の添加による耐食耐酸化性の向上
対策では、耐熱部材の高温強度の低下を招くことが多
い。そこで、セラミックや金属間化合物による析出強化
に見られる合金化や一方向凝固や単結晶に代表される結
晶制御などの方法により、高温強度を向上させた耐熱合
金を基材とし、その表面に耐食耐酸化材料をコーティン
グすることにより高温強度と耐食耐酸化性の両立が図ら
れる方法が良く用いられている。
【０００４】例えば、ガスタービンの代表的な高温部材
である動翼や静翼では、ＭＣｒＡｌＹ合金とよばれる耐
食耐酸化性合金が、溶射法により耐熱合金である動翼や
静翼の基材表面にコーティングされる場合が多い。ＭＣ
ｒＡｌＹ合金は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ又はそれらの合金を
ベースとし、耐食耐酸化性のＣｒ、Ａｌ、Ｙなどを多く
含んだものである。これは、表面のＭＣｒＡｌＹ合金
が、高温耐食酸化雰囲気に晒された際、Ａｌ2 Ｏ3 やＣ
ｒ2 Ｏ3 を主体とした非常に緻密な保護皮膜を形成する
ためである。すなわち、この保護皮膜により酸素の拡散
や透過速度が抑制されるので、強度メンバーである翼基
材の腐食や酸化損傷を防止できる。
である動翼や静翼では、ＭＣｒＡｌＹ合金とよばれる耐
食耐酸化性合金が、溶射法により耐熱合金である動翼や
静翼の基材表面にコーティングされる場合が多い。ＭＣ
ｒＡｌＹ合金は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ又はそれらの合金を
ベースとし、耐食耐酸化性のＣｒ、Ａｌ、Ｙなどを多く
含んだものである。これは、表面のＭＣｒＡｌＹ合金
が、高温耐食酸化雰囲気に晒された際、Ａｌ2 Ｏ3 やＣ
ｒ2 Ｏ3 を主体とした非常に緻密な保護皮膜を形成する
ためである。すなわち、この保護皮膜により酸素の拡散
や透過速度が抑制されるので、強度メンバーである翼基
材の腐食や酸化損傷を防止できる。
【０００５】ここで、ＭＣｒＡｌＹ合金のコーティング
層は、酸素の透過が小さいように緻密で、かつ、コーテ
ィング中におけるＡｌやＣｒの消耗がないことが必須で
ある。このことを考慮して、溶射法としてはＡｒなど減
圧雰囲気でのプラズマ溶射法や高速の燃焼ガスによる溶
射法の高速ガス流を発生できる溶射法が用いられる。
層は、酸素の透過が小さいように緻密で、かつ、コーテ
ィング中におけるＡｌやＣｒの消耗がないことが必須で
ある。このことを考慮して、溶射法としてはＡｒなど減
圧雰囲気でのプラズマ溶射法や高速の燃焼ガスによる溶
射法の高速ガス流を発生できる溶射法が用いられる。
【０００６】さらに、高温耐食酸化性を向上させるため
の方法として、上記のＭＣｒＡｌＹ合金皮膜表面にＡｌ
の組成比率が高い層を設ける試みがある。その方法の一
つは、Ａｌパック法とよばれているものである。そのＡ
ｌパック法では、翼材料等の耐熱合金の被処理品を、被
覆材料（Ａｌ又はＡｌ合金）、活性剤（ハロゲン化アン
モニウム、又はハロゲン化アルカリ金属）とＡｌ2 Ｏ3
等の不活性充填材を含有するＡｌパック粉末中に埋設
し、Ａｒ等の非酸化性雰囲気で７５０〜１２５０℃に加
熱保持することにより、Ａｌが被処理品中に浸透し、表
面にＭＣｒＡｌＹ合金のマトリクスとＡｌを含むＮｉＡ
ｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物とが形成される。この
ＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物層の厚さは、処
理温度や処理時間などにより制御できる。また、Ａｌ源
から被処理品へのＡｌの移行を容易にする働きをする。
の方法として、上記のＭＣｒＡｌＹ合金皮膜表面にＡｌ
の組成比率が高い層を設ける試みがある。その方法の一
つは、Ａｌパック法とよばれているものである。そのＡ
ｌパック法では、翼材料等の耐熱合金の被処理品を、被
覆材料（Ａｌ又はＡｌ合金）、活性剤（ハロゲン化アン
モニウム、又はハロゲン化アルカリ金属）とＡｌ2 Ｏ3
等の不活性充填材を含有するＡｌパック粉末中に埋設
し、Ａｒ等の非酸化性雰囲気で７５０〜１２５０℃に加
熱保持することにより、Ａｌが被処理品中に浸透し、表
面にＭＣｒＡｌＹ合金のマトリクスとＡｌを含むＮｉＡ
ｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物とが形成される。この
ＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物層の厚さは、処
理温度や処理時間などにより制御できる。また、Ａｌ源
から被処理品へのＡｌの移行を容易にする働きをする。
【０００７】もう一つの方法として、Ａｌハロゲン化ガ
スの熱分解や酸素還元を利用した化学蒸着法（ＣＶＤ
法）が用いられている。このＣＶＤ法はガス反応を利用
した方法であるために、ガスが入り込む細い部分にコー
ティングできるという特徴を持つ。例えば、ガスタービ
ンの翼内部へ冷却ガスを送る冷却流路の内面への耐食コ
ーティングの応用がある。これは、近年のガスタービン
運転温度の高温化に伴い、翼自体の温度が上がり耐食耐
酸化性を付加する必要があるためであるにもかかわら
ず、前述の溶射法やＡｌパック法では、形状的にコーテ
ィングが不可能であるためである。
スの熱分解や酸素還元を利用した化学蒸着法（ＣＶＤ
法）が用いられている。このＣＶＤ法はガス反応を利用
した方法であるために、ガスが入り込む細い部分にコー
ティングできるという特徴を持つ。例えば、ガスタービ
ンの翼内部へ冷却ガスを送る冷却流路の内面への耐食コ
ーティングの応用がある。これは、近年のガスタービン
運転温度の高温化に伴い、翼自体の温度が上がり耐食耐
酸化性を付加する必要があるためであるにもかかわら
ず、前述の溶射法やＡｌパック法では、形状的にコーテ
ィングが不可能であるためである。
【０００８】ＣＶＤ法による一つの方法として、耐熱合
金の被処理品を高温に加熱した反応容器内に配置して一
度真空引きし、ＡｌＣｌ3 とＨ2 との混合ガスを供給し
て、ＡｌＣｌ3 を水素還元して生成されたＡｌを被処理
品中に浸透させる方法がある。この方法によると、熱力
学的に低温でのＡｌＣｌ3 の水素還元反応は生じにくい
ので、耐酸化性を向上させるために必要な数〜数十μｍ
のＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物に被処理品表
面に形成させようとすれば、１０００℃以上の高温中
に、数十時間もの長時間保持する必要がある。そのため
に、このＣＶＤ処理中に耐熱合金の被処理品が熱的ダメ
ージを受け、被処理品の材料強度が低下するという問題
点がある。
金の被処理品を高温に加熱した反応容器内に配置して一
度真空引きし、ＡｌＣｌ3 とＨ2 との混合ガスを供給し
て、ＡｌＣｌ3 を水素還元して生成されたＡｌを被処理
品中に浸透させる方法がある。この方法によると、熱力
学的に低温でのＡｌＣｌ3 の水素還元反応は生じにくい
ので、耐酸化性を向上させるために必要な数〜数十μｍ
のＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物に被処理品表
面に形成させようとすれば、１０００℃以上の高温中
に、数十時間もの長時間保持する必要がある。そのため
に、このＣＶＤ処理中に耐熱合金の被処理品が熱的ダメ
ージを受け、被処理品の材料強度が低下するという問題
点がある。
【０００９】さらに、もう一つの方法として、上記Ａｌ
Ｃｌ3 ガスを一度Ａｌ溶湯中に溶融Ａｌと接触させ、Ａ
ｌ低次化物のＡｌＣｌガスを反応ガスとして用いる方法
が提案されている。この方法によると、ＡｌＣｌの熱分
解によりＡｌが生成し、そのＡｌを被処理品中に浸透さ
せることができる。ＡｌＣｌの熱分解が低温で生じやす
いので、被処理品を高温に晒すことなく、表面にＮｉＡ
ｌ系矢ＣｏＡｌ系の金属間化合物を形成できる。
Ｃｌ3 ガスを一度Ａｌ溶湯中に溶融Ａｌと接触させ、Ａ
ｌ低次化物のＡｌＣｌガスを反応ガスとして用いる方法
が提案されている。この方法によると、ＡｌＣｌの熱分
解によりＡｌが生成し、そのＡｌを被処理品中に浸透さ
せることができる。ＡｌＣｌの熱分解が低温で生じやす
いので、被処理品を高温に晒すことなく、表面にＮｉＡ
ｌ系矢ＣｏＡｌ系の金属間化合物を形成できる。
【００１０】以上のように、高温の腐食酸化雰囲気で使
用する耐熱合金の高温強度と耐食耐酸化性を両立させる
ために、耐熱合金表面に耐食耐酸化コーティングを施す
試みはある。ＣＶＤ法について見れば、耐熱合金上にＮ
ｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物を効率良く形成す
る方法や装置に関する検討はなされている。
用する耐熱合金の高温強度と耐食耐酸化性を両立させる
ために、耐熱合金表面に耐食耐酸化コーティングを施す
試みはある。ＣＶＤ法について見れば、耐熱合金上にＮ
ｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物を効率良く形成す
る方法や装置に関する検討はなされている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところが、耐熱合金上
に形成するＮｉＡｌ系ＣｏＡｌ系の金属間化合物は非常
に脆いにもかかわらず、コーティングした被覆の強度的
な検討はほとんどなされてはいない。ＮｉＡｌ系やＣｏ
Ａｌ系の金属間化合物は、定性的にはＡｌの組成比率が
大きいほど、耐食耐酸化は優れているが、じん性に劣る
という特性を有する。すなわち、耐熱合金上に形成する
コーティングした皮膜が単層だけでは、耐食耐酸化性と
じん性を両立させることができない。
に形成するＮｉＡｌ系ＣｏＡｌ系の金属間化合物は非常
に脆いにもかかわらず、コーティングした被覆の強度的
な検討はほとんどなされてはいない。ＮｉＡｌ系やＣｏ
Ａｌ系の金属間化合物は、定性的にはＡｌの組成比率が
大きいほど、耐食耐酸化は優れているが、じん性に劣る
という特性を有する。すなわち、耐熱合金上に形成する
コーティングした皮膜が単層だけでは、耐食耐酸化性と
じん性を両立させることができない。
【００１２】本発明の目的は、耐食耐酸化性とじん性を
両立させた耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びそ
の形成方法を得ることである。
両立させた耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びそ
の形成方法を得ることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の化学蒸着アルミ
ナイド部材は、Ｎｉ又はＣｏをベースとした被処理品の
耐熱合金の内側は、Ａｌ組成比率の小さなアルミナイド
皮膜とし、耐熱合金の外側は、Ａｌ組成比率の大きなア
ルミナイド皮膜としている。この場合、必要に応じて耐
熱合金の外側に向かって徐々にＡｌ組成比率を傾斜させ
る。
ナイド部材は、Ｎｉ又はＣｏをベースとした被処理品の
耐熱合金の内側は、Ａｌ組成比率の小さなアルミナイド
皮膜とし、耐熱合金の外側は、Ａｌ組成比率の大きなア
ルミナイド皮膜としている。この場合、必要に応じて耐
熱合金の外側に向かって徐々にＡｌ組成比率を傾斜させ
る。
【００１４】そして、本発明の化学蒸着アルミナイド部
材の形成方法は、Ｎｉ又はＣｏをベースとした被処理品
の耐熱合金とＡｌ溶湯とを高温に加熱される反応容器に
収納し、Ａｌ原料器から溶湯にＡｌＣｌ3 を供給し、Ａ
ｌ溶湯からＡｌＣｌとＨ2 との混合ガスを耐熱合金に供
給し、耐熱合金の表面に化学蒸着アルミナイド皮膜を生
成させるようにしている。
材の形成方法は、Ｎｉ又はＣｏをベースとした被処理品
の耐熱合金とＡｌ溶湯とを高温に加熱される反応容器に
収納し、Ａｌ原料器から溶湯にＡｌＣｌ3 を供給し、Ａ
ｌ溶湯からＡｌＣｌとＨ2 との混合ガスを耐熱合金に供
給し、耐熱合金の表面に化学蒸着アルミナイド皮膜を生
成させるようにしている。
【００１５】この場合、Ａｌ溶湯からのＡｌＣｌは、最
初はその量を低くし、徐々にその量を高くし、又は、Ａ
ｌ溶湯の温度は、最初はその温度を低くし、徐々にその
温度を高くして、耐熱合金内側から外側へ向かってのＡ
ｌ組成比率を傾斜させたアルミナイド皮膜を生成させ
る。
初はその量を低くし、徐々にその量を高くし、又は、Ａ
ｌ溶湯の温度は、最初はその温度を低くし、徐々にその
温度を高くして、耐熱合金内側から外側へ向かってのＡ
ｌ組成比率を傾斜させたアルミナイド皮膜を生成させ
る。
【００１６】また、耐熱合金内側から外側へ向かっての
Ａｌ組成比率を傾斜させたアルミナイド皮膜を生成させ
る別の方法として、最初はＡｌ溶湯でのＡｌＣｌ3 ガス
と溶融Ａｌとの接触面積を小さくし、徐々にＡｌ溶湯で
のＡｌＣｌ3 ガスと溶融Ａｌとの接触面積を大きくす
る。この場合、ＡｌＣｌ3 ガスをＡｌ溶湯での溶融Ａｌ
中にバブリングするか、又は、Ａｌ溶湯中の溶融Ａｌに
振動を加えることにより、Ａｌ溶湯でのＡｌＣｌ3 ガス
と溶融Ａｌの接触面積を増大させる。
Ａｌ組成比率を傾斜させたアルミナイド皮膜を生成させ
る別の方法として、最初はＡｌ溶湯でのＡｌＣｌ3 ガス
と溶融Ａｌとの接触面積を小さくし、徐々にＡｌ溶湯で
のＡｌＣｌ3 ガスと溶融Ａｌとの接触面積を大きくす
る。この場合、ＡｌＣｌ3 ガスをＡｌ溶湯での溶融Ａｌ
中にバブリングするか、又は、Ａｌ溶湯中の溶融Ａｌに
振動を加えることにより、Ａｌ溶湯でのＡｌＣｌ3 ガス
と溶融Ａｌの接触面積を増大させる。
【００１７】さらに、また、耐熱合金内側から外側へ向
かってのＡｌ組成比率を傾斜させたアルミナイド皮膜を
生成させる別の方法として、最初は被処理品の温度を低
くし、徐々に被処理品の温度を高くして、耐熱合金内側
から外側へ向かってのＡｌ組成比率を傾斜させたアルミ
ナイド皮膜を生成させる。
かってのＡｌ組成比率を傾斜させたアルミナイド皮膜を
生成させる別の方法として、最初は被処理品の温度を低
くし、徐々に被処理品の温度を高くして、耐熱合金内側
から外側へ向かってのＡｌ組成比率を傾斜させたアルミ
ナイド皮膜を生成させる。
【００１８】
【作用】本発明の化学蒸着アルミナイド部材は、Ａｌ組
成比率の小さなアルミナイド皮膜としている耐熱合金内
側でじん性を保持し、Ａｌ組成比率の大きなアルミナイ
ド皮膜としている耐熱合金外側で耐食耐酸化性を保持し
ている。従って、耐食耐酸化性とじん性を両立させるこ
とができる。耐熱合金外側に向かって徐々にＡｌ組成比
率を傾斜させるた場合はその特性がより良好になる。
成比率の小さなアルミナイド皮膜としている耐熱合金内
側でじん性を保持し、Ａｌ組成比率の大きなアルミナイ
ド皮膜としている耐熱合金外側で耐食耐酸化性を保持し
ている。従って、耐食耐酸化性とじん性を両立させるこ
とができる。耐熱合金外側に向かって徐々にＡｌ組成比
率を傾斜させるた場合はその特性がより良好になる。
【００１９】本発明の化学蒸着アルミナイド部材の形成
方法は、Ｎｉ又はＣｏをベースとした被処理品の耐熱合
金とＡｌ溶湯とを反応容器内で高温に加熱し、Ａｌ原料
器からＡｌ溶湯に供給されるＡｌＣｌ3 を、Ａｌ溶湯中
のＡｌと接触させて生成したＡｌＣｌとＨ2 との混合ガ
スを耐熱合金に供給し、ＡｌＣｌから熱分解したＡｌが
被処理品に浸透し、その表面にＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系
の金属間化合物を生成して耐熱合金の表面に化学蒸着ア
ルミナイド皮膜を生成する。
方法は、Ｎｉ又はＣｏをベースとした被処理品の耐熱合
金とＡｌ溶湯とを反応容器内で高温に加熱し、Ａｌ原料
器からＡｌ溶湯に供給されるＡｌＣｌ3 を、Ａｌ溶湯中
のＡｌと接触させて生成したＡｌＣｌとＨ2 との混合ガ
スを耐熱合金に供給し、ＡｌＣｌから熱分解したＡｌが
被処理品に浸透し、その表面にＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系
の金属間化合物を生成して耐熱合金の表面に化学蒸着ア
ルミナイド皮膜を生成する。
【００２０】この場合、Ａｌ溶湯からのＡｌＣｌ量を変
化させることにより、熱分解して生じるＡｌ量が制御で
きるので、被処理品の表面に形成するＮｉＡｌ系やＣｏ
Ａｌ系の金属間化合物の組成比率を制御できる。また、
Ａｌ溶湯温度や、Ａｌ溶湯でのＡｌＣｌ3 ガスと溶融Ａ
ｌとの接触面積を変えることにより、被処理品に供給す
るＡｌＣｌガス濃度が制御できるので、被処理品の表面
に形成するＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物の組
成比率を制御できる。
化させることにより、熱分解して生じるＡｌ量が制御で
きるので、被処理品の表面に形成するＮｉＡｌ系やＣｏ
Ａｌ系の金属間化合物の組成比率を制御できる。また、
Ａｌ溶湯温度や、Ａｌ溶湯でのＡｌＣｌ3 ガスと溶融Ａ
ｌとの接触面積を変えることにより、被処理品に供給す
るＡｌＣｌガス濃度が制御できるので、被処理品の表面
に形成するＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金属間化合物の組
成比率を制御できる。
【００２１】また、Ａｌ溶湯の溶融ＡｌＣｌ3 ガスをパ
ブリングすることや、Ａｌ溶湯を振動させることによ
り、ＡｌＣｌへの反応が制御でき、一方、被処理品の温
度を変化させることにより、ＡｌＣｌガスからＡｌの熱
分解反応とＡｌの被処理品中の拡散を制御できるので、
被処理品の表面に形成するＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金
属間化合物の組成比率を制御できる。これによって、耐
熱合金内側から外側へ向かってのＡｌ組成比率を傾斜さ
せたコーティングが可能となる。
ブリングすることや、Ａｌ溶湯を振動させることによ
り、ＡｌＣｌへの反応が制御でき、一方、被処理品の温
度を変化させることにより、ＡｌＣｌガスからＡｌの熱
分解反応とＡｌの被処理品中の拡散を制御できるので、
被処理品の表面に形成するＮｉＡｌ系やＣｏＡｌ系の金
属間化合物の組成比率を制御できる。これによって、耐
熱合金内側から外側へ向かってのＡｌ組成比率を傾斜さ
せたコーティングが可能となる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は本発明の耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材（以
下化学蒸着アルミナイド皮膜という）の説明図である。
まず、被処理品の耐熱合金１は、Ｎｉ又はＣｏをベース
として高温強度に優れた超合金である。コーティング層
２は耐熱合金よりもＡｌの組成比率を大きくしたもので
あり、耐熱合金の耐食耐酸化性を向上させるものであ
る。具体的には、このコーティング層２は耐熱合金１側
ではＡｌの組成比率は耐熱合金と同様であるが、表面に
向かって徐々にＡｌの組成比率が増大している。また、
腐食性のガスの透過のない非常に緻密な層である。
１は本発明の耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材（以
下化学蒸着アルミナイド皮膜という）の説明図である。
まず、被処理品の耐熱合金１は、Ｎｉ又はＣｏをベース
として高温強度に優れた超合金である。コーティング層
２は耐熱合金よりもＡｌの組成比率を大きくしたもので
あり、耐熱合金の耐食耐酸化性を向上させるものであ
る。具体的には、このコーティング層２は耐熱合金１側
ではＡｌの組成比率は耐熱合金と同様であるが、表面に
向かって徐々にＡｌの組成比率が増大している。また、
腐食性のガスの透過のない非常に緻密な層である。
【００２３】次に、図２に耐熱合金のマトリクス成分で
あるＮｉとＡｌとの状態を、図３に耐熱合金のマトリク
ス成分であるＣｏとＡｌとの状態をそれぞれ示す。図２
及び図３から分かるように、Ｎｉ、Ｃｏともに、Ｎｉと
Ａｌ又はＣｏとＡｌの組成比率が異なる数多くの金属間
化合物が存在するのが明らかである。上記の耐熱合金か
ら表面に向かって徐々にＡｌの組成比率が増大したコー
ティング層２は、ＮｉＡｌ系では、Ｎｉ3 Ａｌ、ＮｉＡ
ｌ、Ｎｉ2 Ａｌ3 、ＮｉＡｌ3 の順、ＣｏＡｌ系では、
ＣｏＡｌ、Ｃｏ2 Ａｌ5 、Ｃｏ4 Ａｌ13、Ｃｏ2 Ａｌ9
の順のように、耐熱合金から表面に向かってＡｌの組成
比率が増加したＮｉＡｌ系又はＣｏＡｌ系金属間化合物
の多層体や単層であっても、層中でそれらの金属間化合
物の析出割合が表面でＡｌの組成比率が多くなるように
変化しているものなどが含まれる。
あるＮｉとＡｌとの状態を、図３に耐熱合金のマトリク
ス成分であるＣｏとＡｌとの状態をそれぞれ示す。図２
及び図３から分かるように、Ｎｉ、Ｃｏともに、Ｎｉと
Ａｌ又はＣｏとＡｌの組成比率が異なる数多くの金属間
化合物が存在するのが明らかである。上記の耐熱合金か
ら表面に向かって徐々にＡｌの組成比率が増大したコー
ティング層２は、ＮｉＡｌ系では、Ｎｉ3 Ａｌ、ＮｉＡ
ｌ、Ｎｉ2 Ａｌ3 、ＮｉＡｌ3 の順、ＣｏＡｌ系では、
ＣｏＡｌ、Ｃｏ2 Ａｌ5 、Ｃｏ4 Ａｌ13、Ｃｏ2 Ａｌ9
の順のように、耐熱合金から表面に向かってＡｌの組成
比率が増加したＮｉＡｌ系又はＣｏＡｌ系金属間化合物
の多層体や単層であっても、層中でそれらの金属間化合
物の析出割合が表面でＡｌの組成比率が多くなるように
変化しているものなどが含まれる。
【００２４】図４は、本発明の耐熱合金への化学蒸着ア
ルミナイド皮膜を生成するための装置を示す。耐熱合金
への化学蒸着アルミナイド皮膜を形成するための装置
は、ガス供給系３、Ａｌ原料器４、Ａｌ溶湯５、反応容
器６、排気スクラバ系７とから構成される。これを用い
て、耐熱合金への化学蒸着アルミナイド皮膜の形成方法
を説明する。
ルミナイド皮膜を生成するための装置を示す。耐熱合金
への化学蒸着アルミナイド皮膜を形成するための装置
は、ガス供給系３、Ａｌ原料器４、Ａｌ溶湯５、反応容
器６、排気スクラバ系７とから構成される。これを用い
て、耐熱合金への化学蒸着アルミナイド皮膜の形成方法
を説明する。
【００２５】まず、反応容器６内に被処理品８である耐
熱合金をセットした後、配管や反応容器６内を真空引き
し、Ｈ2 ガス等の不活性ガスに置換する。次に、このＨ
2 ガス雰囲気中でＡｌ原料器４、Ａｌ溶湯５及び反応容
器６の温度を、それぞれ所定の温度まで上げる。Ａｌ原
料器４は、３価のＡｌハロゲン化ガスを生成するための
ものであり（３ＨＣｌ＋Ａｌ→ＡｌＣｌ3 ＋３／２
Ｈ2 ）、その温度Ｔ1 はＡｌＣｌ3 の反応気化温度であ
る３５０℃以上とする。同時に反応容器６までの配管も
生成したＡｌＣｌが固化しないように、リボンヒータな
どで３５０℃以上に保持する。
熱合金をセットした後、配管や反応容器６内を真空引き
し、Ｈ2 ガス等の不活性ガスに置換する。次に、このＨ
2 ガス雰囲気中でＡｌ原料器４、Ａｌ溶湯５及び反応容
器６の温度を、それぞれ所定の温度まで上げる。Ａｌ原
料器４は、３価のＡｌハロゲン化ガスを生成するための
ものであり（３ＨＣｌ＋Ａｌ→ＡｌＣｌ3 ＋３／２
Ｈ2 ）、その温度Ｔ1 はＡｌＣｌ3 の反応気化温度であ
る３５０℃以上とする。同時に反応容器６までの配管も
生成したＡｌＣｌが固化しないように、リボンヒータな
どで３５０℃以上に保持する。
【００２６】Ａｌ溶湯５は、３価のＡｌハロゲン化ガス
をＡｌ溶湯５内の溶融したＡｌに接触させ、１価のＡｌ
ハロゲン化ガスへ変換するためのものである（ＡｌＣｌ
3 ＋Ｈ2 →ＡｌＣｌ＋２ＨＣｌ）。この反応は高温であ
るほど進みやすいため、通常、ＡＬ溶湯温度Ｔ2 は、９
００℃以上とする。反応容器６では被処理品８の耐熱合
金表面にアルミナイド皮膜を形成する。Ａｌハロゲン化
ガスからアルミナイド皮膜を形成する反応は、図５に示
すように、（ａ）ＡｌＣｌ3 を水素還元する方法、
（ｂ）ＡｌＣｌを水素還元する方法、（ｃ）ＡｌＣｌを
熱分解する方法の３種類がある。ここでは強度低下など
耐熱合金の熱的ダメージが少ないように、Ａｌの融点
（６６８℃）から１０００℃程度の低温で標準生成自由
エネルギーが最も小さいＡｌＣｌを熱分解する方法を主
体的に利用する。前述のように、Ａｌ溶湯５でＡｌＣｌ
3 をＡｌＣｌに変換したのは、このためである。
をＡｌ溶湯５内の溶融したＡｌに接触させ、１価のＡｌ
ハロゲン化ガスへ変換するためのものである（ＡｌＣｌ
3 ＋Ｈ2 →ＡｌＣｌ＋２ＨＣｌ）。この反応は高温であ
るほど進みやすいため、通常、ＡＬ溶湯温度Ｔ2 は、９
００℃以上とする。反応容器６では被処理品８の耐熱合
金表面にアルミナイド皮膜を形成する。Ａｌハロゲン化
ガスからアルミナイド皮膜を形成する反応は、図５に示
すように、（ａ）ＡｌＣｌ3 を水素還元する方法、
（ｂ）ＡｌＣｌを水素還元する方法、（ｃ）ＡｌＣｌを
熱分解する方法の３種類がある。ここでは強度低下など
耐熱合金の熱的ダメージが少ないように、Ａｌの融点
（６６８℃）から１０００℃程度の低温で標準生成自由
エネルギーが最も小さいＡｌＣｌを熱分解する方法を主
体的に利用する。前述のように、Ａｌ溶湯５でＡｌＣｌ
3 をＡｌＣｌに変換したのは、このためである。
【００２７】反応容器６の温度Ｔ3 は、Ａｌの融点以上
で、かつＡｌ溶融温度Ｔ2 以下とする。このように、各
部の温度を上げた後、ガス供給系３からＡｌハロゲン化
ガスを生成するためのＨＣｌガス、ＡｌＣｌ3 をＡｌＣ
ｌに変化するためのＨ2 ガス、それらのキャリアのＡｒ
ガスをそれぞれ所定の流量だけ供給する。同時に、排気
スクラバ系７では、反応容器６内の圧力を一定に保つた
めにポンプ９を作動し、また、有毒なＨＣｌが直接大気
放出されないように、スクラバ１０で中和処理される。
この状態で保持することにより、被処理品８の耐熱合金
表面にアルミナイド皮膜が形成される。
で、かつＡｌ溶融温度Ｔ2 以下とする。このように、各
部の温度を上げた後、ガス供給系３からＡｌハロゲン化
ガスを生成するためのＨＣｌガス、ＡｌＣｌ3 をＡｌＣ
ｌに変化するためのＨ2 ガス、それらのキャリアのＡｒ
ガスをそれぞれ所定の流量だけ供給する。同時に、排気
スクラバ系７では、反応容器６内の圧力を一定に保つた
めにポンプ９を作動し、また、有毒なＨＣｌが直接大気
放出されないように、スクラバ１０で中和処理される。
この状態で保持することにより、被処理品８の耐熱合金
表面にアルミナイド皮膜が形成される。
【００２８】所定のアルミナイド皮膜が形成された後
は、Ａｌ溶湯５及び反応容器６の加熱用のヒータ１１を
停止する。同時にガス供給系３からの各ガスの供給を停
止した後、反応容器６内をＡｒガスに置換しポンプも停
止する。反応容器６内の温度が２００℃以下に低下すれ
ば、反応容器６内を大気解放しアルミナイド皮膜が形成
された被処理品８である耐熱合金を取り出す。
は、Ａｌ溶湯５及び反応容器６の加熱用のヒータ１１を
停止する。同時にガス供給系３からの各ガスの供給を停
止した後、反応容器６内をＡｒガスに置換しポンプも停
止する。反応容器６内の温度が２００℃以下に低下すれ
ば、反応容器６内を大気解放しアルミナイド皮膜が形成
された被処理品８である耐熱合金を取り出す。
【００２９】次に、以上のような耐熱合金への化学蒸着
アルミナイド皮膜の形成方法を用い、図１に示した耐熱
合金側の表面に向かって徐々にＡｌの組成比率が増大し
たコーティング層の形成方法の一実施例を説明する。
アルミナイド皮膜の形成方法を用い、図１に示した耐熱
合金側の表面に向かって徐々にＡｌの組成比率が増大し
たコーティング層の形成方法の一実施例を説明する。
【００３０】アルミナイド皮膜の形成は、耐熱合金表面
でのＡｌＣｌガスの熱分解と耐熱合金中のＡｌの拡散反
応によって決まる。従って、耐熱合金表面に形成される
アルミナイド皮膜の形態は、処理温度（反応容器温度）
によって決まる。実際、形成するＮｉＡＬ系金属間化合
物の処理温度依存性を見ると、図６に示すように処理温
度が低いほど高Ａｌの化合物（ＮｉＡｌ3 ）となり、処
理温度が高いほど低Ａｌの化合物（Ｎｉ3 Ａｌ）となる
のが分かる。このことを利用すれば処理温度を変化させ
ることにより、耐熱合金から表面に向かって徐々にＡｌ
の組成比率が増大したコーティング層の形成が可能であ
る。
でのＡｌＣｌガスの熱分解と耐熱合金中のＡｌの拡散反
応によって決まる。従って、耐熱合金表面に形成される
アルミナイド皮膜の形態は、処理温度（反応容器温度）
によって決まる。実際、形成するＮｉＡＬ系金属間化合
物の処理温度依存性を見ると、図６に示すように処理温
度が低いほど高Ａｌの化合物（ＮｉＡｌ3 ）となり、処
理温度が高いほど低Ａｌの化合物（Ｎｉ3 Ａｌ）となる
のが分かる。このことを利用すれば処理温度を変化させ
ることにより、耐熱合金から表面に向かって徐々にＡｌ
の組成比率が増大したコーティング層の形成が可能であ
る。
【００３１】すなわち、最初は１２００℃に加熱して耐
熱合金中に析出した金属間化合物と同様の低ＡｌのＮｉ
Ａｌ系金属間化合物Ｎｉ3 Ａｌをコーティングし、徐々
に温度を下げることで、ＮｉＡｌ3 までＡｌの組成比率
が大きい金属間化合物が形成できる。また、各層の厚さ
は処理時間を変えることにより所望の厚さを得ることが
可能であり、処理温度とその処理時間とを変えることに
より、任意のＡｌの組成比率の変化を持たせた耐熱合金
への化学蒸着アルミナイド皮膜の形成が可能である。
熱合金中に析出した金属間化合物と同様の低ＡｌのＮｉ
Ａｌ系金属間化合物Ｎｉ3 Ａｌをコーティングし、徐々
に温度を下げることで、ＮｉＡｌ3 までＡｌの組成比率
が大きい金属間化合物が形成できる。また、各層の厚さ
は処理時間を変えることにより所望の厚さを得ることが
可能であり、処理温度とその処理時間とを変えることに
より、任意のＡｌの組成比率の変化を持たせた耐熱合金
への化学蒸着アルミナイド皮膜の形成が可能である。
【００３２】耐熱合金側の表面に向かって、徐々にＡｌ
の組成比率が増大したコーティング層のもう一つの形成
方法がある。耐熱合金表面で熱分解反応してＡｌを生成
するＡｌＣｌガスの絶対量は濃度を制御する方法であ
る。処理温度が一定で耐熱合金へのＡｌの拡散条件が一
定の場合には、ＡｌＣｌガスの絶対量や濃度により耐熱
合金表面で熱分解反応を生成するＡｌの量を制御するこ
とができので、形成されるＮｉＡｌ系金属間化合物の形
態を変えることができる。すなわち、ＡｌＣｌガスの絶
対量や濃度が小さい場合には、低ＡｌのＮｉＡｌ系金属
間化合物、ガスの絶対量や濃度が大きい場合には、高Ａ
ｌのＮｉＡｌ系金属間化合物となる。これを応用すれ
ば、前述の処理温度を変える方法と同様に、耐熱合金か
ら表面に向かって徐々にＡｌの組成比率が増大したコー
ティング層の形成が可能である。
の組成比率が増大したコーティング層のもう一つの形成
方法がある。耐熱合金表面で熱分解反応してＡｌを生成
するＡｌＣｌガスの絶対量は濃度を制御する方法であ
る。処理温度が一定で耐熱合金へのＡｌの拡散条件が一
定の場合には、ＡｌＣｌガスの絶対量や濃度により耐熱
合金表面で熱分解反応を生成するＡｌの量を制御するこ
とができので、形成されるＮｉＡｌ系金属間化合物の形
態を変えることができる。すなわち、ＡｌＣｌガスの絶
対量や濃度が小さい場合には、低ＡｌのＮｉＡｌ系金属
間化合物、ガスの絶対量や濃度が大きい場合には、高Ａ
ｌのＮｉＡｌ系金属間化合物となる。これを応用すれ
ば、前述の処理温度を変える方法と同様に、耐熱合金か
ら表面に向かって徐々にＡｌの組成比率が増大したコー
ティング層の形成が可能である。
【００３３】以上の説明はＮｉについて説明したが、Ａ
ｌの組成比率が異なる多数の金属間化合物を持つＣｏに
ついても同様である。
ｌの組成比率が異なる多数の金属間化合物を持つＣｏに
ついても同様である。
【００３４】次に、ＡｌＣｌガスの熱分解反応や耐熱合
金中のＡｌの拡散反応ともに、温度に大きな影響を受け
る。ＡｌＣｌガスの熱分解反応について見れば、図５か
らも明らかなように、温度が低いほど標準生成自由エネ
ルギーが小さいので反応が進みやすく、多量のＡｌが生
成される。一方、耐熱合金中のＡｌの拡散反応である
が、実際には耐熱合金がＮＩ、Ｃｏをベースとした多元
系合金で、多くの金属間化合物が存在するために反応が
複雑ではあるが、Ａｌがベース材のＮｉやＣｏと反応す
ると、定性的には拡散反応Ｄは下記の一般式に従うと言
える。
金中のＡｌの拡散反応ともに、温度に大きな影響を受け
る。ＡｌＣｌガスの熱分解反応について見れば、図５か
らも明らかなように、温度が低いほど標準生成自由エネ
ルギーが小さいので反応が進みやすく、多量のＡｌが生
成される。一方、耐熱合金中のＡｌの拡散反応である
が、実際には耐熱合金がＮＩ、Ｃｏをベースとした多元
系合金で、多くの金属間化合物が存在するために反応が
複雑ではあるが、Ａｌがベース材のＮｉやＣｏと反応す
ると、定性的には拡散反応Ｄは下記の一般式に従うと言
える。
【００３５】Ｄ＝Ｄ0 ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ） ただし、Ｄ0 ；拡散定数 Ｑ；活性化エネルギー Ｒ；ボルツマン定数 Ｔ；温度
【００３６】このことから、耐熱合金中のＡｌの拡散反
応、温度上昇により急激に進むのは明らかである。
応、温度上昇により急激に進むのは明らかである。
【００３７】以上のように、低温では多量のＡｌが生成
するにもかかわらず、耐熱合金中にＡｌが拡散していき
にくい。逆に、高温ではＡｌが生成しにくいが、耐熱合
金中をＡｌが拡散しやすい。すなわち、定性的には、低
温では耐熱合金表面で高Ａｌとなり、高温では耐熱合金
表面で低Ａｌとなる傾向にあることが分かる。実際、形
成されるＮｉＡｌ系金属間化合物の処理温度依存性を見
ると、図６にも示すように処理温度が低いほど高Ａｌの
化合物となる。また、処理時間が一定の場合、形成され
るアルミナイド皮膜の厚さは耐熱合金中のＡｌの拡散で
決まるので、処理時間が長いほど厚くなる。従って、処
理温度や処理時間を制御することにより、ＮｉＡｌ系金
属間化合物の形態や厚さを変えることが可能である。
するにもかかわらず、耐熱合金中にＡｌが拡散していき
にくい。逆に、高温ではＡｌが生成しにくいが、耐熱合
金中をＡｌが拡散しやすい。すなわち、定性的には、低
温では耐熱合金表面で高Ａｌとなり、高温では耐熱合金
表面で低Ａｌとなる傾向にあることが分かる。実際、形
成されるＮｉＡｌ系金属間化合物の処理温度依存性を見
ると、図６にも示すように処理温度が低いほど高Ａｌの
化合物となる。また、処理時間が一定の場合、形成され
るアルミナイド皮膜の厚さは耐熱合金中のＡｌの拡散で
決まるので、処理時間が長いほど厚くなる。従って、処
理温度や処理時間を制御することにより、ＮｉＡｌ系金
属間化合物の形態や厚さを変えることが可能である。
【００３８】ＡｌＣｌガスの絶対量を制御する方法とし
ては、ガス供給系で供給するＨＣｌガスを変える方法が
ある。Ａｌ原料器で、３ＨＣｌ＋Ａｌ→ＡｌＣｌ3 ＋３
／２Ｈ2 の十分な反応を起こさせると、ＨＣｌを増加さ
せることで、ＡＬＣｌ3 の生成量も増加させることがで
きる。また、Ａｌ溶湯でＡｌＣｌ3 ＋Ｈ2 →ＡｌＣｌ＋
２ＨＣｌの十分な反応を起こさせれば、ＨＣｌを変える
ことで、ＡｌＣｌガスの絶対量を制御できる。
ては、ガス供給系で供給するＨＣｌガスを変える方法が
ある。Ａｌ原料器で、３ＨＣｌ＋Ａｌ→ＡｌＣｌ3 ＋３
／２Ｈ2 の十分な反応を起こさせると、ＨＣｌを増加さ
せることで、ＡＬＣｌ3 の生成量も増加させることがで
きる。また、Ａｌ溶湯でＡｌＣｌ3 ＋Ｈ2 →ＡｌＣｌ＋
２ＨＣｌの十分な反応を起こさせれば、ＨＣｌを変える
ことで、ＡｌＣｌガスの絶対量を制御できる。
【００３９】もう一つのＡｌＣｌガスの絶対量を制御す
る方法としては、ポンプの能力を変える方法がある。当
然のことであるが、供給するガス量が一定の場合、ポン
プの能力を変えることにより、処理雰囲気圧力が変化
し、ＡｌＣｌガスの絶対量を変えることができる。
る方法としては、ポンプの能力を変える方法がある。当
然のことであるが、供給するガス量が一定の場合、ポン
プの能力を変えることにより、処理雰囲気圧力が変化
し、ＡｌＣｌガスの絶対量を変えることができる。
【００４０】一方、濃度を制御する方法としては、反応
に寄与しない供給するガスのＡｒやＨ2 の量を変える方
法がある。ガス供給系から供給するＡｒやＨ2 のガス量
を変えることにより、被処理品の耐熱合金表面でのＡｌ
ＣｌとＡｒ、Ｈ2 、ＡｌＣＬ3 などのガス濃度を制御す
ることができる。
に寄与しない供給するガスのＡｒやＨ2 の量を変える方
法がある。ガス供給系から供給するＡｒやＨ2 のガス量
を変えることにより、被処理品の耐熱合金表面でのＡｌ
ＣｌとＡｒ、Ｈ2 、ＡｌＣＬ3 などのガス濃度を制御す
ることができる。
【００４１】もう一つのＡｌＣｌガスの濃度を制御する
方法としては、Ａｌ溶湯での溶融Ａｌ温度やＡｌＣｌ3
と溶融Ａｌとの接触面積を変える方法などがある。Ａｌ
溶湯での溶融Ａｌ温度を下げれば、ＡｌＣｌ3 ＋Ｈ2 →
ＡｌＣｌ＋２ＨＣｌの反応が進みにくくなるために、Ａ
ｌＣｌを低下させることができる。また、ＡｌＣｌ3と
溶融Ａｌとの接触面積を小さくすれば、ＡｌＣｌを低下
させることができる。
方法としては、Ａｌ溶湯での溶融Ａｌ温度やＡｌＣｌ3
と溶融Ａｌとの接触面積を変える方法などがある。Ａｌ
溶湯での溶融Ａｌ温度を下げれば、ＡｌＣｌ3 ＋Ｈ2 →
ＡｌＣｌ＋２ＨＣｌの反応が進みにくくなるために、Ａ
ｌＣｌを低下させることができる。また、ＡｌＣｌ3と
溶融Ａｌとの接触面積を小さくすれば、ＡｌＣｌを低下
させることができる。
【００４２】また、上記のように、耐熱合金表面にアル
ミナイド皮膜を化学蒸着法により形成することにより、
Ａｌ元素がＮｉやＣｏの結晶中に侵入型で入り込むこと
や耐熱合金基材よりもアルミナイド皮膜の方が線膨張係
数が小さいことにより、高温でのアルミナイド処理後の
室温において、アルミナイド皮膜に圧縮の残留応力を印
加させることができる。
ミナイド皮膜を化学蒸着法により形成することにより、
Ａｌ元素がＮｉやＣｏの結晶中に侵入型で入り込むこと
や耐熱合金基材よりもアルミナイド皮膜の方が線膨張係
数が小さいことにより、高温でのアルミナイド処理後の
室温において、アルミナイド皮膜に圧縮の残留応力を印
加させることができる。
【００４３】次に、本発明による耐熱合金への化学蒸着
アルミナイド皮膜及びその形成方法の効果について、図
７乃至図９を用いて説明する。
アルミナイド皮膜及びその形成方法の効果について、図
７乃至図９を用いて説明する。
【００４４】まず、Ｎｉ又はＣｏをベースとした耐熱合
金表面に、その耐熱合金よりもＡｌの組成比率が大きい
アルミナイド皮膜を形成させることにより、耐食耐酸化
性が向上できる。その耐食耐酸化性は、図７に示すよう
にＡｌの組成比率が大きいものほど優れている。また、
Ｎｉ又はＣｏをベースとした耐熱合金表面に、アルミナ
イド皮膜を形成させることにより、疲労強度を向上でき
る。その疲労強度は図７に示すように、Ａｌの組成比率
が大きいものほど優れている。
金表面に、その耐熱合金よりもＡｌの組成比率が大きい
アルミナイド皮膜を形成させることにより、耐食耐酸化
性が向上できる。その耐食耐酸化性は、図７に示すよう
にＡｌの組成比率が大きいものほど優れている。また、
Ｎｉ又はＣｏをベースとした耐熱合金表面に、アルミナ
イド皮膜を形成させることにより、疲労強度を向上でき
る。その疲労強度は図７に示すように、Ａｌの組成比率
が大きいものほど優れている。
【００４５】また、Ｎｉ又はＣｏをベースとした耐熱合
金表面に、アルミナイド皮膜をＣＶＤ法により形成する
ことにより、アルミナイド皮膜に圧縮の残留応力が印加
される。したがって、疲労強度を向上することができ、
かつクラック等の進展を抑制することができる。
金表面に、アルミナイド皮膜をＣＶＤ法により形成する
ことにより、アルミナイド皮膜に圧縮の残留応力が印加
される。したがって、疲労強度を向上することができ、
かつクラック等の進展を抑制することができる。
【００４６】本発明では、耐熱合金表面でのＡｌの組成
比率が大きく（ＮｉＡｌ3 ）、内部に向かってＡｌの組
成比率が小さくなるようにＡｌ量が傾斜したＡｌコーテ
ィング材としている。従って、耐食耐酸化性は、主とし
て表面材料によるので、図８に示すように高ＡｌのＮｉ
Ａｌ系金属間化合物のＮｉＡｌ3 コーティング材と同等
の耐食耐酸化性や疲労強度を有する。一方、じん性につ
いては図９に示すようにＮｉＡｌ3 が非常に脆いために
熱衝撃寿命は短いが、本発明のＡｌコーティング材で
は、Ａｌの傾斜組成でのじん性に優れるために、耐熱衝
撃性が向上する。すなわち、本発明のＡｌの組成比率が
傾斜したＡｌコーティング材では、耐食耐酸化性、疲労
強度、また耐熱衝撃性の全てが優れたものにできる。
比率が大きく（ＮｉＡｌ3 ）、内部に向かってＡｌの組
成比率が小さくなるようにＡｌ量が傾斜したＡｌコーテ
ィング材としている。従って、耐食耐酸化性は、主とし
て表面材料によるので、図８に示すように高ＡｌのＮｉ
Ａｌ系金属間化合物のＮｉＡｌ3 コーティング材と同等
の耐食耐酸化性や疲労強度を有する。一方、じん性につ
いては図９に示すようにＮｉＡｌ3 が非常に脆いために
熱衝撃寿命は短いが、本発明のＡｌコーティング材で
は、Ａｌの傾斜組成でのじん性に優れるために、耐熱衝
撃性が向上する。すなわち、本発明のＡｌの組成比率が
傾斜したＡｌコーティング材では、耐食耐酸化性、疲労
強度、また耐熱衝撃性の全てが優れたものにできる。
【００４７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、耐食耐酸
化性に優れ、かつ耐熱衝撃特性（じん性）にも優れたＮ
ｉ又はＣｏをベースとした耐熱合金表面への化学蒸着ア
ルミナイド部材及びその形成方法を提供できる。
化性に優れ、かつ耐熱衝撃特性（じん性）にも優れたＮ
ｉ又はＣｏをベースとした耐熱合金表面への化学蒸着ア
ルミナイド部材及びその形成方法を提供できる。
【図１】本発明の耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材
の説明図
の説明図
【図２】耐熱合金のマトリクス成分であるＮｉとＡｌと
の状態を示す説明図
の状態を示す説明図
【図３】耐熱合金のマトリクス成分であるＣｏとＡｌと
の状態を示す説明図
の状態を示す説明図
【図４】本発明の耐熱合金への化学蒸着アルミナイド皮
膜を生成するための装置を示す構成図
膜を生成するための装置を示す構成図
【図５】Ａｌハロゲン化ガス〜アルミナイド皮膜を形成
する各々の反応の特性図
する各々の反応の特性図
【図６】耐熱合金表面に形成されるアルミナイド皮膜の
形態と処理温度との関係の説明図
形態と処理温度との関係の説明図
【図７】ＮｉとＡｌとの組成比率が異なるいくつかの金
属間化合物についての耐食耐酸化性、疲労強度、及びじ
ん性の特性図
属間化合物についての耐食耐酸化性、疲労強度、及びじ
ん性の特性図
【図８】本発明の化学蒸着アルミナイド部材の耐食耐酸
化性特性の説明図
化性特性の説明図
【図９】本発明の化学蒸着アルミナイド部材の耐熱衝撃
特性の説明図
特性の説明図
１ 耐熱合金 ２ コーティング層 ３ ガス供給系 ４ Ａｌ原料器 ５ Ａｌ溶湯 ６ 反応容器 ７ 排気スクラバ系 ８ 被処理品 ９ ポンプ １０ スクラバ １１ ヒータ
Claims (9)
- 【請求項１】 Ｎｉ又はＣｏをベースとした被処理品の
耐熱合金内側でＡｌ組成比率の小さなアルミナイド皮膜
を、前記耐熱合金外側でＡｌ組成比率の大きなアルミナ
イド皮膜を生成させたことを特徴とする耐熱合金の化学
蒸着アルミナイド部材。 - 【請求項２】 Ｎｉ又はＣｏをベースとした被処理品の
耐熱合金内側は、Ａｌ組成比率の小さなアルミナイド皮
膜とし、耐熱合金外側に向かって徐々にＡｌ組成比率を
傾斜させ、前記耐熱合金外側はＡｌ組成比率の大きなア
ルミナイド皮膜としたことを特徴とする耐熱合金の化学
蒸着アルミナイド部材。 - 【請求項３】 Ｎｉ又はＣｏをベースとした被処理品の
耐熱合金とＡｌ溶湯とを高温に加熱される反応容器に収
納し、Ａｌ原料器から前記Ａｌ溶湯にＡｌＣｌ3 を供給
し、前記Ａｌ溶湯からＡｌＣｌとＨ2 との混合ガスを前
記耐熱合金に供給し、前記耐熱合金の表面に化学蒸着ア
ルミナイド皮膜を生成させるようにしたことを特徴とす
る化学蒸着アルミナイド部材の形成方法。 - 【請求項４】 前記Ａｌ溶湯からのＡｌＣｌは、最初は
その量を低くし、徐々にその量を高くし、耐熱合金内側
から外側へ向かってのＡｌ組成比率を傾斜させたアルミ
ナイド皮膜を生成させるようにしたことを特徴とする請
求項３に記載の化学蒸着アルミナイド部材の形成方法。 - 【請求項５】 前記Ａｌ溶湯の温度は、最初はその温度
を低くし、徐々にその温度を高くし、耐熱合金内側から
外側へ向かってのＡｌ組成比率を傾斜させたアルミナイ
ド皮膜を生成させるようにしたことを特徴とする請求項
３に記載の化学蒸着アルミナイド部材の形成方法。 - 【請求項６】 最初は前記Ａｌ溶湯でのＡｌＣｌ3 ガス
と溶融Ａｌとの接触面積を小さくし、徐々にＡｌ溶湯で
のＡｌＣｌ3 ガスと溶融Ａｌとの接触面積を大きくし、
耐熱合金内側から外側へ向かってのＡｌ組成比率を傾斜
させたアルミナイド皮膜を生成させるようにしたことを
特徴とする請求項３に記載の化学蒸着アルミナイド部材
の形成方法。 - 【請求項７】 前記ＡｌＣｌ3 ガスを前記Ａｌ溶湯での
溶融Ａｌ中にバブリングすることにより、前記Ａｌ溶湯
でのＡｌＣｌ3 ガスと前記溶融Ａｌの接触面積を増大さ
せたことを特徴とした請求項６に記載の化学蒸着アルミ
ナイド部材の形成方法。 - 【請求項８】 前記Ａｌ溶湯中の溶融Ａｌに振動を加え
ることにより、前記Ａｌ溶湯でのＡｌＣｌ3 ガスと前記
溶融Ａｌの接触面積を増大させたことを特徴とした請求
項６に記載の化学蒸着アルミナイド部材の形成方法。 - 【請求項９】 最初は前記被処理品の温度を低くし、徐
々に前記被処理品の温度を高くし、耐熱合金内側から外
側へ向かってのＡｌ組成比率を傾斜させたアルミナイド
皮膜を生成させるようにしたことを特徴とする請求項３
に記載の化学蒸着アルミナイド部材の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8453395A JPH08260147A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8453395A JPH08260147A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びその形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08260147A true JPH08260147A (ja) | 1996-10-08 |
Family
ID=13833286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8453395A Pending JPH08260147A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 耐熱合金の化学蒸着アルミナイド部材及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08260147A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2860245A1 (fr) * | 2003-09-29 | 2005-04-01 | Howmet Res Corp | Methode de formation de revetements de diffusion a base d'aluminure |
| US9909202B2 (en) | 2014-05-02 | 2018-03-06 | General Electric Company | Apparatus and methods for slurry aluminide coating repair |
-
1995
- 1995-03-17 JP JP8453395A patent/JPH08260147A/ja active Pending
Cited By (3)
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