JPS60116762A - Surface treatment of metallic material - Google Patents

Surface treatment of metallic material

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JPS60116762A
JPS60116762A JP22427583A JP22427583A JPS60116762A JP S60116762 A JPS60116762 A JP S60116762A JP 22427583 A JP22427583 A JP 22427583A JP 22427583 A JP22427583 A JP 22427583A JP S60116762 A JPS60116762 A JP S60116762A
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JP
Japan
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rare earth
vapor deposition
earth elements
chromium
treated
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JP22427583A
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Yoshio Harada
良夫 原田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • C23CCOATING 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
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    • C23C10/28Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
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    • C23C10/52Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation more than one element being diffused in one step
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    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Abstract

PURPOSE:To obtain a nonoxidizing coating layer controlling the reactivity of rare earth elements and having excellent adhesion with good mass productivity, by coating the rare earth elements with Ni or the like in case of forming a coating layer contg. the rare earth elements with a diffusion penetrating process, on the surface of a metallic material to be treated. CONSTITUTION:Rare earth elements are subjected to a physical vapor deposition on a surface of heat-resistant metallic material such as an iron steel and Ni-base alloy to be treated and one or more kinds of Ni, Al, Cr and Co are subjected to a physical vapor deposition thereon. The material to be treated is subjected to a Cr or Al diffusion penetrating treatment due to chemical vapor deposition. Namely, said material is buried in a penetrate contg. Cr and thereafter is heated while introducing gaseous H2 into a vessel. In this case, since the rare earth elements are coated with Ni or the like and those reactivities are controlled, neither oxides nor halides are formed and an excellent nonoxidizing coating layer contg. the rare earth elements having excellent adhesion can be mass-produced.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属材料の表面処理法に関し、特に希土類元素
を含有する表面コーテング層を金属材料表面に形成させ
る方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for surface treatment of metal materials, and more particularly to a method for forming a surface coating layer containing a rare earth element on the surface of a metal material.

鉄鋼やニッケル基、コバルト基などの合金類に、クロム
、アルミニウム、珪素などを加えると、耐酸化性が向上
するため、いわゆる耐熱金属と称される材料中には、こ
れらの元素が必らず加見られている。しかし、クロム、
アルミニラミ、珪素などの元素は、余ヤ多量に加えると
、材料の高温強度が低下するため、高温環境下である程
度強度を必要とするような用途に対しては、クロム、ア
ルミニウム、珪素などの元素量は制限せざるを得ないの
が実状である。このため、不足勝ちな耐高温酸化性を向
上させるためには、材料表面に耐酸化性を有するコーテ
ィングを施す方法が行なわれている。
Adding chromium, aluminum, silicon, etc. to steel, nickel-based, cobalt-based alloys, etc. improves oxidation resistance, so these elements are not necessarily present in materials called heat-resistant metals. Being looked at. However, chrome,
Adding large amounts of elements such as aluminum laminate and silicon will reduce the high temperature strength of the material. The reality is that the amount has to be limited. Therefore, in order to improve the insufficient high-temperature oxidation resistance, a method of applying an oxidation-resistant coating to the surface of the material has been used.

この耐酸化性コーティングはクロム、アルミニウム、珪
素などを主成分とするものが多い力ζこれらの元素をコ
ーティングする方法として、従来次のような処理法があ
る。
This oxidation-resistant coating often has chromium, aluminum, silicon, etc. as its main components. Conventional methods for coating with these elements include the following treatments.

(イ)溶射法:ガス炎、電気アークあるいはプラズマを
熱源としコーティング剤を吹付ける、。
(a) Thermal spraying method: Spraying a coating agent using a gas flame, electric arc, or plasma as a heat source.

(ロ)蒸着法二減圧容器内でコーティング剤を蒸着させ
る。
(b) Vapor deposition method 2: Deposit the coating agent in a vacuum container.

(ハ)拡散浸透法:コーテング成分を含む浸透剤中に被
処理材を埋没させ、加熱する。
(c) Diffusion infiltration method: The material to be treated is buried in a penetrant containing a coating component and heated.

溶射法は、あらゆるコーテイング材(金属、合金、セラ
ミックスなど)を用いて処理できる利点を有しているが
、コーティング層が多孔質で、その上被処理材との密着
性が乏しいという欠点があるため、亮い信頼性が要求さ
れるものに対しては、安心して使用することはできない
Thermal spraying has the advantage of being able to process all kinds of coating materials (metals, alloys, ceramics, etc.), but has the disadvantage that the coating layer is porous and has poor adhesion to the material being treated. Therefore, it cannot be used with confidence in applications that require high reliability.

また、蒸着法は金属、合金類のコーティングとして極め
て有用であるが、1 ’0−2〜1O−4torr な
どの減圧[で処理する必要があるため、多量生産には適
せず、どうしてもコストアップとなる欠点がある。
In addition, although vapor deposition is extremely useful as a coating for metals and alloys, it is not suitable for mass production because it must be treated under reduced pressure such as 1'0-2 to 10-4 torr, and it inevitably increases costs. There is a drawback.

この点拡散浸透法は、処理金属が冶金的な結合をするた
め、密着性にすぐれると共に多量生産性にも適しておシ
、ガスタービンブレード用の耐熱コーティング法として
多用されている。
This point diffusion infiltration method has excellent adhesion and is suitable for mass production because the treated metals are metallurgically bonded, and is often used as a heat-resistant coating method for gas turbine blades.

現在この種のブレード用の耐熱コーティングとして利用
されている金属はクロム、アルミニウム、クロム−アル
ミニウム合金、珪素などが主である。これ以外の元素と
しては、白金、ロジュウムをあらかじめ電気めっき法に
よって被処理金属を被覆し、その後アルミの拡散浸透処
理を施す複合コーティング法も知られているが、これら
は貴金属を使用するため、高価となる欠点がある。
The main metals currently used as heat-resistant coatings for this type of blade are chromium, aluminum, chromium-aluminum alloy, and silicon. For other elements, a composite coating method is also known in which the metal to be treated is coated with platinum or rhodium in advance by electroplating, and then aluminum is diffused and penetrated, but these methods are expensive because they use precious metals. There is a drawback.

ここ数年来、金属中や、耐酸化コーティング剤中に希土
類元素(イツトリウム、セリウム、テルル)を少量添加
すると甚だしく耐酸化性能が向上することが知られてお
り、溶射法や蒸着法によって、これらの含金土類元素合
金がコーティングされているが、拡散浸透法で希土類元
素を含むコーティング層を形成させることは困難である
ため、未だ実用化されていない。この理由としては、次
のように考えられる。
For the past few years, it has been known that adding small amounts of rare earth elements (yttrium, cerium, tellurium) to metals or oxidation-resistant coatings significantly improves oxidation resistance. Although it has been coated with a metal-containing earth element alloy, it has not yet been put to practical use because it is difficult to form a coating layer containing a rare earth element by a diffusion infiltration method. The reason for this is thought to be as follows.

一般に拡散浸透法は、処理する金属元素を浸透剤中に含
ませて、被処理材をその中に埋没させて高温状態に維持
して処理するが、希土類元素を浸透剤中に含ませても、
化学反応性が強いため酸化物やノ・ロゲン化合物をつく
シ、コーティング層を形成しない7、又、蒸着法によっ
て、希土類元素を被処理材表面にコーティングさせ、そ
の後これを浸透剤中に埋没させて処理しても、希土類元
素は浸透剤中に含まれているノ・ロゲン元素(塩素、弗
素、ブロムなど)と素早く反応して、蒸気圧の高いハロ
ゲン化合物となって被処理表面から揮散するため、コー
ティング層中には微量残存するだけとなシ、所期の目的
は達せられない。
In general, in the diffusion infiltration method, the metal element to be treated is contained in a penetrant, and the material to be treated is buried in it and maintained at a high temperature. However, even if rare earth elements are included in the penetrant, ,
Due to its strong chemical reactivity, rare earth elements are not formed on the surface of the material to be treated without forming oxides or other chemical compounds. Even when treated, rare earth elements quickly react with the halogen elements (chlorine, fluorine, bromine, etc.) contained in the penetrant, forming halogen compounds with high vapor pressure and volatilizing from the surface being treated. Therefore, if only a small amount remains in the coating layer, the intended purpose cannot be achieved.

本発明者らは、上記に鑑み希土類元素を含む拡散層を得
ることを目的として鋭意研究の結果、反応性に富む希土
類元素を蒸着法などによって被処理金属表面へ処置した
後、その上にさらに蒸着法等によりアルミニウム゛、ク
ロム、あるいはニッケルなどの金属をコーティングさせ
ることによって、上記希土類元素の反応性を抑制ししか
る後、アルミ、クロムなどの拡散浸透処理を施せば高温
度の希土類元素を含む拡散浸透層が得られることを実験
的に確認したことから、上記目的を達成する本発明の方
法に到った。
In view of the above, the present inventors conducted intensive research with the aim of obtaining a diffusion layer containing rare earth elements. After treating the surface of the metal to be treated with a highly reactive rare earth element by vapor deposition, etc., By coating metals such as aluminum, chromium, or nickel by vapor deposition, etc., the reactivity of the rare earth elements mentioned above can be suppressed, and then by applying diffusion infiltration treatment with aluminum, chromium, etc., high-temperature rare earth elements can be contained. Having experimentally confirmed that a diffusion permeation layer can be obtained, the method of the present invention has been developed to achieve the above object.

すなわち、本発明の要旨は、 (1)被処理体である金属材料の表面に希土類元素を蒸
着し、その上にニッケル、アルミニウム、クロム又はコ
バルトのうちの1種又はそれ以上の元素を蒸着した後、
これに常法のクロム又はアルミニウム拡散浸透処理を施
すことを特徴とする金属材料の表面処理法 (2)被処理体である金属材料の表面に、希土類元素か
らなる層と、ニッケル、アルミニウム、クロム又はコバ
ルトのうちの1種又はそれ以上の元素からなる層を、蒸
着法によって交互に蒸着積層処理した後、これに常法の
クロム又はアルミニウム拡散浸透処理を施すことを特徴
とする金属材料の表面処理法 を提供するところにある。
That is, the gist of the present invention is as follows: (1) A rare earth element is vapor-deposited on the surface of a metal material that is a workpiece, and one or more elements of nickel, aluminum, chromium, or cobalt are vapor-deposited thereon. rear,
A surface treatment method for metal materials characterized by subjecting this to a conventional chromium or aluminum diffusion and penetration treatment (2) A layer consisting of rare earth elements, nickel, aluminum, chromium, etc. Or the surface of a metal material, characterized in that layers consisting of one or more elements of cobalt are alternately deposited and laminated by a vapor deposition method, and then subjected to a conventional chromium or aluminum diffusion and infiltration treatment. It lies in providing a processing method.

本発明のアイデアは、第一段階として希土類元素を蒸着
法によって、被処理体の表面にコーティングし、第二段
階として同じく蒸着法によつて、ニッケル、アルミニウ
ム、クロムなどをコーティングする7、その後、通常の
方法に従って、クロノ・又はアルミの拡散浸透処理を施
すことによつで、希土類元素を含む拡散浸透層を得るこ
とができるものである。その特徴を列記すると、次の通
シである。−1 (1)蒸着法は、雰囲気を減圧したり、無酸化の状態に
制御できる容器内で処理できるため、反応性に富む希土
類元素でも、変化させることなく、被処理体の表面にコ
ーティングすることができる。しかも、コーティング層
の厚さは自由にコントロールできる3、この現象は、最
終的には拡散浸透層中の希土類元素量を変化させること
に役立つものである。
The idea of the present invention is that as a first step, rare earth elements are coated on the surface of the object to be treated using a vapor deposition method, and as a second step, nickel, aluminum, chromium, etc. are coated using the same vapor deposition method. A diffusion permeation layer containing a rare earth element can be obtained by performing a chrono- or aluminum diffusion permeation treatment according to a conventional method. Its characteristics are listed as follows. -1 (1) The vapor deposition method can be processed in a container where the atmosphere can be reduced in pressure or controlled to be non-oxidizing, so even highly reactive rare earth elements can be coated on the surface of the object to be processed without changing them. be able to. Moreover, the thickness of the coating layer can be freely controlled3, and this phenomenon ultimately helps to change the amount of rare earth elements in the diffusion layer.

(2)(りと同じ雰囲気で希土類元素コーティング層の
上にニッケル、クロム、アルミニラムラそれぞれコーテ
ィングすることによって、希土類元素のコーティング層
は外気と接触することがなくなシ、反応性を保有した状
態で、大気中にでも、後続の拡散浸透処理雰凹気中にで
も自由に置くことができ、取扱いが容易である。
(2) By coating the rare earth element coating layer with nickel, chromium, and aluminum Ramura in the same atmosphere as above, the rare earth element coating layer does not come into contact with the outside air and retains its reactivity. Therefore, it can be freely placed in the atmosphere or in the atmosphere for subsequent diffusion and infiltration treatment, and is easy to handle.

(3)希土類元素コーティング層上にコーティングする
金属は、後続の拡散浸透処理の種類によって、自由に選
択することができる。すなわち、アルミをコーティング
した後アルミの拡散浸透処理を施せば、希土類を含むア
ルミニウムの拡散浸透層が得られ、クロムをコーティン
グした後、アルミニウムの拡散浸透処理を施すと、希土
類元素を含むクロム−アルミ合金の拡散浸透処理層が得
られる。
(3) The metal to be coated on the rare earth element coating layer can be freely selected depending on the type of subsequent diffusion/penetration treatment. In other words, if aluminum is coated and then subjected to aluminum diffusion infiltration treatment, an aluminum diffusion infiltration layer containing rare earth elements will be obtained.If chromium is coated and then aluminum diffusion infiltration treatment is applied, a chromium-aluminum layer containing rare earth elements will be obtained. A diffusion-infiltrated layer of the alloy is obtained.

(4)反応性に富む希土類元素を多量に含む拡散浸透層
が容易に得られ、耐酸化性を著しく向上させることがで
きる。
(4) A diffusion permeation layer containing a large amount of highly reactive rare earth elements can be easily obtained, and oxidation resistance can be significantly improved.

(5)上記(1)と(2)の工程は同じ装置中で実施す
るので、操作が容易である。
(5) Since the steps (1) and (2) above are carried out in the same apparatus, operation is easy.

本発明方法は、ガスタービンブレード、ボイラの耐熱部
品(バーナテイフエーザ、間隔片など)に有利に応用で
きる。
The method of the invention can be advantageously applied to gas turbine blades, heat-resistant parts of boilers (burner phasers, spacing pieces, etc.).

以下本発明を具体的に詳述する。The present invention will be specifically described below.

本舛明を実施するための、蒸着用の装置例を第1図に示
す。この装置は、真空容器1、真空引孔2、ガス導入口
5、陽極兼処理金属4、陰極兼被処理体5、電子ビーム
ガン6、被処理材加熱器7、IK流電諒8から構成され
ているイオンブレーティング装置である。希土類元素及
びその上に他の金(4をコーティングする場合の操作は
、次の1lji 9である。先ず真空容器1中の空気を
^空ホンプ(図外)を稼動させて、真空引孔2から系外
に排出し、内部の真空度を10−s〜10″′6tor
r 5度にする。その後ガス導入口5から尚純度(99
,99% )のアルゴンガスを真空容器1内へ導入し、
10−” torr 程度にする。陽極4に希土用元素
を入れ、陰極5に被処理体を取付り、さらに、被処理体
加熱器7を運転しながら直流+4L +fJj 8をO
N とすると、真空容器1内の陰極5と1◆極4間にグ
ロー放電現象が発生しイオン化したアルゴンイオンは陰
極5の被処理体表面へ衝突してその面を清浄化する。、
15〜20分程展この現象を続けた後、電子ビームカン
6を作動させると、陽極4の希土類元素は加熱され蒸気
となって、陰極5の被処理体へ衝突、付着する。希土類
元素の蒸着が終了した後、陽極4の金属を変えて同じよ
うに操作すれば、希土類元素の上にさらにコーティング
されることとなる。それぞれの金属のコーティングの厚
さは、蒸着時間を制御することによって変化させること
ができる。
FIG. 1 shows an example of a vapor deposition apparatus for carrying out this process. This device is composed of a vacuum container 1, a vacuum hole 2, a gas inlet 5, an anode/processing metal 4, a cathode/processing object 5, an electron beam gun 6, a processing material heater 7, and an IK current heater 8. This is an ion brating device. When coating a rare earth element and other gold (4) on it, the operation is as follows. First, the air in the vacuum container 1 is operated by an empty pump (not shown), and the vacuum hole 2 is to the outside of the system, and reduce the internal vacuum to 10-s to 10'''6torr.
r Set to 5 degrees. After that, from the gas inlet 5,
, 99%) of argon gas is introduced into the vacuum container 1,
10-" torr. Put the rare earth element into the anode 4, attach the object to be treated to the cathode 5, and then turn on DC +4L +fJj 8 to O while operating the object heater 7.
When N 2 , a glow discharge phenomenon occurs between the cathode 5 and the 1◆ electrode 4 in the vacuum chamber 1, and the ionized argon ions collide with the surface of the object to be treated on the cathode 5 to clean that surface. ,
After this phenomenon continues for about 15 to 20 minutes, when the electron beam can 6 is activated, the rare earth element on the anode 4 is heated and becomes vapor, which collides with and adheres to the object to be treated on the cathode 5. After the vapor deposition of the rare earth element is completed, if the metal of the anode 4 is changed and the same operation is performed, the rare earth element will be further coated. The thickness of each metal coating can be varied by controlling the deposition time.

次に、蒸着後に実施する拡散浸透処理装置を第2図に示
す。この装置は、アルミニウム拡散浸透した炭素鋼容器
1、浸透剤2、ガス導入口6、ガス排出口4から構成さ
れておシ、浸透剤2中に被処理材5を埋没させ、外部か
ら加熱することによって処理するものである。
Next, FIG. 2 shows a diffusion and infiltration treatment apparatus that is carried out after vapor deposition. This device consists of a carbon steel container 1 in which aluminum is diffused and permeated, a penetrant 2, a gas inlet 6, and a gas outlet 4. A material to be treated 5 is buried in the penetrant 2 and heated from the outside. It is processed by

例えば、クロムの拡散浸透処理を行う場合には、浸透剤
として、クロム粉末55チ、アルミナ63チ、塩化アン
セン2チ(重量%)め混合物を用い、被処理材5を埋没
させた後、水素ガスを容器1内へ導入しつつ1000〜
1100℃に加熱することによって処理することができ
る。
For example, when performing chromium diffusion and infiltration treatment, a mixture of 55% chromium powder, 63% alumina, and 2% anthene chloride (wt%) is used as the penetrant, and after burying the material 5 to be treated, hydrogen 1000 ~ while introducing gas into container 1
It can be treated by heating to 1100°C.

又、アルミニウムを拡散浸透させる場合には、前記のク
ロム粉末に変えてアルミ粉末を用いれば処理できる。
Further, when aluminum is to be diffused and permeated, aluminum powder can be used instead of the chromium powder described above.

本発明の方法による作用は、以下のとおシである1、 S着法で希土類元素及びその上にアルミニウム、ニッケ
ル、クロムなどの元素をコーティングする場合は、すべ
て制御された容器中で行なうため、コーティング層には
化学変化が起シにくく、又、容器外に取出しても最上層
部のアルミニウム、ニッケル、クロムなどが多少酸化さ
れるのみで内層の希土類元素は外気と遮断されているた
め酸化することはない。
The effects of the method of the present invention are as follows: 1. When coating rare earth elements and elements such as aluminum, nickel, and chromium thereon using the S deposition method, all of the coating is done in a controlled container; Chemical changes are difficult to occur in the coating layer, and even if taken out of the container, the top layer of aluminum, nickel, chromium, etc. will only be slightly oxidized, while the rare earth elements in the inner layer will oxidize because they are shielded from the outside air. Never.

したがって、後処理として実施する拡散浸透処理におい
ても、雰囲気中へ曝露することがなく、最上層部の金属
コーティング層上で種々な化学反応が起り、又、これを
通して、外部から金属が拡散浸透してくるとととなる。
Therefore, even in the diffusion infiltration treatment carried out as a post-treatment, there is no exposure to the atmosphere, and various chemical reactions occur on the topmost metal coating layer, and through this, metals diffuse and infiltrate from the outside. Come and go.

ここで、拡散浸透剤中で起る化学反応を、希土類元素の
みを蒸着したもの(Qの場合と呼ぶ)と、希土類元素を
蒸着後ニッケルを蒸着したもの(■の場合と呼ぶ)のそ
れぞれについて、クロム拡散浸透処理を施す場合につい
て説明する。
Here, we will explain the chemical reactions that occur in the diffusion penetrant when only rare earth elements are evaporated (referred to as case Q) and when nickel is evaporated after rare earth elements are evaporated (referred to as case ■). , the case where chromium diffusion and penetration treatment is applied will be explained.

希土類元素としてはイツトリウムを蒸着した。Yttrium was deposited as the rare earth element.

先ず、浸透剤を加熱すると、その中に含まれているハロ
ゲン化合物が分解する。ハロゲン化合物を例えば塩化ア
ンモンとすると、次の(1)式のように塩化水素が発生
する。
First, when the penetrant is heated, the halogen compound contained therein is decomposed. When the halogen compound is, for example, ammonium chloride, hydrogen chloride is generated as shown in the following formula (1).

NU40tNH3+ 13C1・・・・・ (1)この
塩化水素は浸透剤中のクロム粉末と反応して、(2)式
のように塩化クロムを生成する。
NU40tNH3+ 13C1... (1) This hydrogen chloride reacts with the chromium powder in the penetrant to produce chromium chloride as shown in equation (2).

Or + 2HO/=−→crct2+ )(2−−−
−−(2)この塩化クロムは、雰囲気中の水素ガスと(
6)式のように反応して、微細で非常に活性な金属クロ
ムが生成し、該金属クロムが被処理体の表面に付着し、
その後内部へ拡散浸透することによって拡散浸透処理が
行なわれる。
Or + 2HO/=-→crct2+ ) (2---
--(2) This chromium chloride is mixed with hydrogen gas in the atmosphere (
6) A reaction occurs as shown in the formula, fine and highly active metallic chromium is produced, and the metallic chromium adheres to the surface of the object to be treated,
Thereafter, diffusion and infiltration treatment is performed by diffusing and infiltrating the inside.

0rOt2 + H2−→Cr + 2HO4・・”・
(31(4)蒸着後に実施した拡散浸透処理の種類と条
件は次の通シである。
0rOt2 + H2-→Cr + 2HO4...”・
(31(4) The types and conditions of the diffusion treatment performed after vapor deposition are as follows.

(1)クロム拡散浸透処理 浸透剤の組成 クロム粉末 35チ アルミナ 〃 63 チ 塩化アンモン 2俤 処理条件 温度 1050℃ 時間 10h (11) アルミ拡散浸透処理 浸透剤の組成 アルミ粉末 20% アルミナ 〃 78チ 塩化アンモン 2チ 処理条件 温度 1050℃ 時間 10h 本発明の効果は、各拡散浸透処理後の断面を研摩し、X
線マイクロアナライザによってイツトリウムの含有量を
分析し、その最高含有量値を、■の場合と比較すること
によって示した。
(1) Composition of penetrant for chromium diffusion and penetration treatment Chromium powder 35thialumina 〃 63ammonium chloride 2 tons Treatment conditions Temperature 1050°C Time 10 hours (11) Composition of penetration agent for aluminum diffusion and penetration treatment Aluminum powder 20% Alumina 〃 78ammonium chloride 2nd treatment conditions Temperature: 1050°C Time: 10h The effect of the present invention is that the cross section after each diffusion and penetration treatment is polished,
The content of yttrium was analyzed using a line microanalyzer, and the highest content value was shown by comparing it with the case of ①.

第1表は蒸着後にクロム拡散浸透を施したものの結果を
示したもので、■の場合はイツトリウム含有i40.0
1 %以下であるのに対し、本発明の場合は、すべてそ
の10〜30倍も含まれておシ非常に良好な拡散浸透処
理層を得ることができた。
Table 1 shows the results of chromium diffusion and penetration after vapor deposition.
In contrast, in the case of the present invention, the content was 10 to 30 times that amount, making it possible to obtain a very good diffusion-infiltration treated layer.

第2表は蒸着後にアルミ拡散浸透処理を施したものの結
果を示したものでこの場合でものの場合に比ベイットリ
ウム含有量が多量に含まれることが確認できた。
Table 2 shows the results of aluminum diffusion and penetration treatment after vapor deposition, and it was confirmed that even in this case, a large amount of specific baytrium content was contained.

第 1 表 ■ イツトリウム蒸着のみの場合の濃度を1とし、その
比で示した。
Table 1 ■ The concentration in the case of only yttrium vapor deposition is assumed to be 1, and the ratio is shown.

第 2 表 で示した。Table 2 It was shown in

■の1易合は、前記(1)〜(6)の反応が進み、目的
とする処理層が得られるかのの場合は希土類元素が雰囲
気に曝露しているため、(2)と類似の下記(4)の反
応が起り、蒸着している希土類元素がすべて塩化物の蒸
気となって被処理体表面から揮散するため、クロムの拡
散浸透層のみしか形成されない。
In the first case of (2), if the reactions in (1) to (6) above proceed and the desired treated layer is not obtained, the rare earth element is exposed to the atmosphere, so it is similar to (2). The following reaction (4) occurs, and all of the deposited rare earth elements turn into chloride vapor and volatilize from the surface of the object to be treated, so that only a chromium diffusion permeation layer is formed.

Re+2HC1−+RqCj14 + H2・・・・・
(4)ここでRe は希土類元素を示す。
Re+2HC1-+RqCj14+H2...
(4) Here, Re represents a rare earth element.

本発明の効果を確認するため、次の条件で処理を行なっ
た。
In order to confirm the effects of the present invention, processing was carried out under the following conditions.

例1 希土類元素としてイツトリウム(Y)を用い第1図の装
置で10μm厚に蒸着した。
Example 1 Yttrium (Y) was used as a rare earth element and was deposited to a thickness of 10 μm using the apparatus shown in FIG.

被処理材として (1) 5US304ステンレス鋼 (2)ニッケル80%−クロム20% (3) ニッケル40%−クロム20チーコバルト40
L$ (Jo、12%の炭素を含む炭素鋼、を用いそれぞれ直
径10mff1×長さ50 mmの寸法に仕上げた。
As materials to be treated: (1) 5US304 stainless steel (2) 80% nickel-20% chromium (3) 40% nickel-20 chromium 40 cobalt
Each was finished with dimensions of 10 mm in diameter and 50 mm in length using carbon steel containing 12% carbon.

イツトリウム蒸着層上に処理する金属として次のものを
用いそれぞれ10μm蒸着した。
The following metals were deposited to a thickness of 10 μm on the yttrium deposited layer.

■ ニッケル ■ クロム ■ アルミニウム 例2 希土類元素としてイツトリウム(Y)、セリウム(Cθ
)、テリリウム(Te) のいずれか1以上を用い、こ
の上にニッケル、コバルト又はアルミニウムの蒸着層で
層状に処理し、上記の操作を適当々層厚が得られるまで
繰り返した後(勿論最上層はニッケル、コバルト、又は
アルミニウムとして)、クロムの拡散浸透処理した。尚
被処理体としてNi 80− Car 20 %のもの
を用いた。
■ Nickel ■ Chromium ■ Aluminum Example 2 Rare earth elements include yttrium (Y) and cerium (Cθ
), Teryllium (Te), on which a vapor-deposited layer of nickel, cobalt, or aluminum is applied in a layered manner, and after repeating the above operations until an appropriate layer thickness is obtained (of course, the top layer is (as nickel, cobalt, or aluminum), chromium diffusion infiltration treatment. The object to be processed was made of 80% Ni-20% Car.

この場合の蒸着層を模式的に第3図゛に示す。The vapor deposited layer in this case is schematically shown in FIG.

このような複層蒸着層を処理することによって、異種の
希土類元素を含む拡散浸透処理層が得られ、又厚い拡散
層全体に希土類元素を含ませることが可能であった。例
1、例2のいずれの場合にも耐酸化性能にすぐれた表面
処理が得られた。
By processing such a multi-layer vapor deposition layer, a diffusion-infiltration treated layer containing different kinds of rare earth elements was obtained, and it was also possible to contain the rare earth element throughout the thick diffusion layer. In both Examples 1 and 2, surface treatments with excellent oxidation resistance were obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の方法に用いる蒸着用装置の一例を説明
する図、第2図は本発明の方法に用いる拡散浸透処理装
置の一例を説明する図、そして第5図は夫々1種以上の
希土類元素の層と、1種以上の金属の層とを蒸着法によ
り交互に積層させる方法の説明図である。 范1図 児2図 被U埋材 丁続補正書: 昭和59年 814,2−〆日 特許庁長官 志賀 学 殿 1 中・1′1のに示 昭和58 年1,1ご1願第224275−号2、発明
の名7カ、 金属相打の表面処理法 3、t1旧[をする者 唱f’lとの関係 4”+、?’l出願人1i)ili
 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号4、復式 理 
人 1(°ハ 東京都港区虎)門−・]−111,6番2号
、なし Z補正の対象 (1) 明細書の「特許請求の範囲」の欄(2) 四 
「発明の詳細な説明」の欄8、補正の内容 (1) 明細書の第1頁の[特許請求の範囲Aを別紙の
通シ訂正する。 (2) 同第5頁14行目の「希土類元素を蒸着法など
によって」を[希土類元素を物理蒸着法などによって]
と訂正する。 (3) 同第5頁16行目の「蒸着法等により」を「物
理蒸着法等により」と訂正する。 (4) 同第5頁20行目の「高温度」を「高濃Elと
訂正する。 (5) 同第6頁7行目の「元素を蒸着した後、」を「
元素を物理蒸着した後、」と訂正する。 (6) 同第6頁7行〜8行目の「これに常法のクロム
」を「これに化学蒸着法によるクロムjと訂正する。 (7) 同第6頁15行目の1蒸着法」を1物理蒸着法
」と訂正する。 (8) 同第6頁14行目の「これに常法のクロム」を
「これに化学蒸着法によるクロム」と訂正する。 (9) 同第6頁19行目の「元素を蒸着法によって、
」を「元素を物理蒸着法によって、」と訂正する。 (11同第7頁2行目の「コーティングする。」を「コ
ーティングして希土類元素が露出しないようにする。」
と訂正する。 (11+ 同第7頁2行〜6行目の「通常の方法に従っ
て、」を「化学蒸着法による」と訂正する。 θカ 同第7頁7行目の「(1)蒸着法は、」を「(1
)物理蒸着法は、」と訂正する。 峙 同第9頁1行目の「蒸着用Jを「物理蒸着用」と訂
正する。 (141同第10頁9行目の1蒸着後」を「物理蒸着後
」と訂正する。 (國 同第10頁9行目の1拡散浸透処理装置」を[化
学蒸着法による拡散浸透処理装置]と訂正する。 σe 同第11頁6行目の「蒸着法、」を「物理蒸着法
」と訂正する。 0′I)同第12頁下から5行〜4行目の「・・・・・
・することによって拡散浸透処理」を1・・・・・・す
ることによって化学蒸着法によるコー“ティング」〆 と訂正する。 Qa 同第12頁下から2行目の[(4)蒸着後・・・
・・・」を[(4)物理蒸着後・・・・・・」と訂正す
る。 u9 同第12頁下から2行目の「実施した拡散浸透処
理」を[実施した化学蒸着法による拡散浸透処理]と訂
正する。 (イ) 同第14頁6行目の「第2表は蒸着後に・・・
」を1第2表は物理蒸着後に・・・・・・]と訂正する
。 Qつ 同第14頁の第1表を下記の通シ訂正する。 「 第 1 表 ■ イツトリウム物理蒸着のみの場合の濃度を1とし、
その比で示した。 」 (イ)同第15頁の第2表を下記の通シ訂正する。 「 第 2 表 ■イツトリウム物理蒸着のみの場合の濃度を1として、
その比で示した。 に) 同第17頁4行目の「クロムの・・・・・・」を
「化学蒸着法によるクロムの・・・・・・」と訂正する
。 特許請求の範囲 (1) 被処理体である金属材料の表面に希土類元素を
物理蒸着し、その上にニッケル、アルミニウム、クロム
又はコバルトのうちの1種又はそれ以上の元素を物理蒸
着した後、これに化学蒸着法によるクロム又はアルミニ
ウム拡散浸透処理を施すことを特徴とする金属材料の表
面処理法。 (2) 被処理体である金属材料の表面に、希土類元素
からなる層と、ニッケル、アルミニウム。 クロム又はコバルトのうちの1種又はそれ以上の元素か
らなる層を、物理蒸着法によって交互に蒸着積層処理し
た後、これに化学蒸着法によるクロム又はアルミニウム
拡散浸透処理を施すことを特徴とする金属相打の表面処
理法。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a vapor deposition apparatus used in the method of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a diffusion infiltration treatment apparatus used in the method of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating one or more types of each. FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of alternately stacking layers of a rare earth element and layers of one or more metals by a vapor deposition method. 1st figure 2nd figure U-embedded material continuation amendment: 1981, 814, 2-2019 Commissioner of the Patent Office Manabu Shiga, 1st year, 1'1, 1988, 1st, 1st application No. 224275 - No. 2, Name of the invention 7, Surface treatment method for metal interpolation 3, t1 old
Osamu Fushiki, 2-5-1-4 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo
Person 1 (°C Toranomon, Minato-ku, Tokyo) - 111, No. 6 No. 2, None Z Subject of amendment (1) "Claims" column (2) of the specification 4
Column 8 of "Detailed Description of the Invention", Contents of Amendment (1) [Claim A on page 1 of the specification is revised in the appendix. (2) On page 5, line 14, "Rare earth elements are applied by vapor deposition, etc." [Rare earth elements are applied by physical vapor deposition, etc.]
I am corrected. (3) On page 5, line 16, "by vapor deposition, etc." is corrected to "by physical vapor deposition, etc." (4) "High temperature" on page 5, line 20 is corrected to "high concentration El." (5) "After the element is vapor deposited" on page 6, line 7 of the same is corrected as "
After physical vapor deposition of the elements,” is corrected. (6) "Chromium by conventional method" in lines 7 and 8 of page 6 is corrected as "chrome j by chemical vapor deposition method." (7) 1 vapor deposition method in line 15 of page 6 of the same document. ``1 physical vapor deposition method'' is corrected. (8) On page 6, line 14 of the same document, "chromium by conventional method" is corrected to "chromium by chemical vapor deposition". (9) On page 6, line 19, “Elements are deposited by vapor deposition,”
'' should be corrected to ``The elements were deposited by physical vapor deposition.'' (11, page 7, line 2, "to coat." is replaced with "to coat to prevent the rare earth elements from being exposed.")
I am corrected. (11+ Correct "according to the usual method" in lines 2 to 6 of page 7 of the same document to "by chemical vapor deposition". ``(1
) The physical vapor deposition method is corrected as ". On page 9, line 1, "J for vapor deposition" is corrected to "For physical vapor deposition." (141, page 10, line 9, after 1st vapor deposition” is corrected to ``after physical vapor deposition.” ]. σe Correct "vapor deposition method," in line 6 of page 11 of the same year, to "physical vapor deposition method."0'I)"..." in lines 5 to 4 from the bottom of page 12 of the same year.・・・
・By doing so, ``diffusion treatment'' is corrected to ``coating by chemical vapor deposition'' by doing 1. Qa Same page 12, 2nd line from the bottom [(4) After vapor deposition...
"..." is corrected to "(4) After physical vapor deposition...". u9 On the second line from the bottom of page 12, "Diffusion treatment performed" is corrected to "Diffusion treatment performed by chemical vapor deposition." (b) On page 14, line 6, “Table 2 shows that after vapor deposition...
” is corrected to 1 Table 2 is after physical vapor deposition...]. Q. Table 1 on page 14 of the same is corrected as follows. "Table 1■ The concentration in the case of yttrium physical vapor deposition only is 1,
It is shown as a ratio. (a) Table 2 on page 15 of the same is amended as follows. "Table 2 - Setting the concentration in the case of only yttrium physical vapor deposition as 1,
It is shown as a ratio. 2) On page 17, line 4, "Chromium..." is corrected to "Chromium..." by chemical vapor deposition. Claims (1) After physically depositing a rare earth element on the surface of the metal material that is the object to be treated, and physical vapor depositing one or more elements of nickel, aluminum, chromium, or cobalt thereon, A method for surface treatment of metal materials, characterized by subjecting the material to chromium or aluminum diffusion and penetration treatment by chemical vapor deposition. (2) A layer made of rare earth elements, nickel, and aluminum on the surface of the metal material that is the object to be treated. A metal characterized in that layers consisting of one or more elements of chromium or cobalt are alternately deposited and laminated by a physical vapor deposition method, and then subjected to a chromium or aluminum diffusion and infiltration treatment by a chemical vapor deposition method. Competitive surface treatment method.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被処理体である金属材料の表面に希土類元素を蒸
着し、その上にニッケル、アルミニウム、クロム又はコ
バルトのうちの1種又はそれ以上の元素を蒸着した後、
これに常法のクロム又はアルミニウム拡散浸透処理を施
すことを特徴とする金属材料の表面処理法
(1) After depositing a rare earth element on the surface of the metal material that is the object to be treated, and depositing one or more elements of nickel, aluminum, chromium, or cobalt thereon,
A surface treatment method for metal materials characterized by subjecting the material to a conventional chromium or aluminum diffusion and penetration treatment.
(2) 被処理体である金属材料の表面に、希土類元素
からなる層と、ニッケル、アルミニウム、クロム又はコ
バルトのうちの1種又はそれ以上の元素からなる層を、
蒸着法によって交互に蒸着積層処理した後、これに常法
のクロム又はアルミニウム拡散浸透処理を施すことを特
徴とする金属材料の表面処理法。
(2) A layer consisting of a rare earth element and a layer consisting of one or more elements of nickel, aluminum, chromium, or cobalt on the surface of the metal material that is the object to be treated,
1. A method for surface treatment of metal materials, which comprises performing a deposition layering process alternately using a vapor deposition method, and then subjecting the layer to a conventional chromium or aluminum diffusion and penetration treatment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022148284A1 (en) * 2021-01-08 2022-07-14 杭州三花研究院有限公司 Heat exchanger and preparation method therefor, and heat management system

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