JPS60228668A - モリブデン基合金部材の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、モリブデン基合金部材の表面処理方法の改良
に関する。

（従来技術） 例えば、ロークリピストンエンジンのアペックスシール
スプリング、コーナシールスプリングなどは、耐熱性、
耐酸化性、ｖｌ性などが要求される。

そこで、耐熱性に優れた合金として、モリブデン基合金
かある。しかし、モリブデン基合金自体は、耐熱性は良
好であるが、高温下での耐酸化性が低い。

、二のため、モリブデン基合金を珪素粉末中に埋設して
表面処理し、珪素拡散層を形成して耐酸化性を向上させ
る方法が提案されているか（特公昭４、８−１５７７８
号公報参照）、この珪素拡散層には微小孔が存在するた
め、高温下で長時間使用すると、この微小孔より酸化が
進むという欠点がある。

そこで、珪素粉末に希土類元素を添加し、モリブデン基
合金をこの粉末中に埋設して表面処理をする方法が考え
られる。しかし、この方法では、モリブデン基合金の耐
酸化性は向上するか、希土類元素がモリブデン基合金の
母材中に拡散するので、靭性を低下させるという問題か
ある。

（発明の目的） 本発明は、」１記従来の問題点に鑑みてなされたもので
、耐熱性、耐酸化性、靭性の向上などを同時に図ること
ができるモリブデン基合金部材の表面処理方法を提供す
ることを目的とするものである。

（発明の構成） このため本発明は、珪素を含む処理粉末中にモリブデン
基合金部材を埋設して、非酸化性雰囲気下で加熱保持し
、モリブデン基合金部材に珪素を拡散させる工程と、　
上記工程の後に、希土類元素を含む処理粉末中にモリブ
デン基合金部材を埋設して、非酸化性雰囲気下で６００
℃〜１２００℃で加熱保持し、モリブデン基合金部材の
珪素拡散層に希土類元素を拡散させる工程とから構成し
たものである。

（発明の効果） 本発明によれば、耐熱性が高いモリブデン基合金部材に
対する珪素の拡散工程と、希土類元素の拡散工程とを別
個に行なう表面処理方法であるか呟珪素の拡散工程によ
りモリブデン基合金部材３− の耐酸化性が向−１−するととも１こ、希土類元素の）
ｄ、数工程で、拡散条件の設定により、珪素拡散層に希
土類元素が拡散するので、希土類元素のモリブデン基合
金部祠の母材への拡散か防止され、モリブデン基合金部
材の靭性も向」ニするようになる。

（実施例） 第１図に示すように、モリブデン基合金部材１の表面処
理工程は、次の通りとする。

［Ｉ］　モリブデン基合金部材１としては、ＯＭａ　−
０，５Ｔｉ　−（１，ｆ’１８Ｚｒ　（ｕ＋Ｌ％）のＭ
ｏ　１．２５Ｔｉ−（１，１５Ｚｒ−０，１ｓＣ（ｕ＋
Ｌ％） ＯＭａ　−０，ＳＴｉ　（１１１１％）等が好適である
。

［■目　珪素の拡散工程Ａは、モリブデン基合金部材１
を、珪素（Ｓ　ｉ）を含む処理粉末２中に埋設し、さら
に、その処理容器３を蓋３ａで覆って非酸化性雰囲気の
処理炉４中に収納したうえで、所定時間だけ所定温度で
加熱することにより行なう。

この拡散工程Ａにより、第６図に示すように、４− モリブデン基合金部材１の表面に珪素（Ｓｉ）が拡散さ
れて、珪素拡散層８が形成される。

（Ａ−１）処理粉末２としては、 拡散剤　珪素（Ｓｉ）粉末　９５〜９９ｕ＋ｔ％活性剤
　弗化すＹリウム（Ｎａｐ）、１−５ｕ＋ｔ％弗化カリ
ウム（ＫＦ）等 のハロゲン化物粉末 が好適である。

（Ａ−２）非酸化性雰囲気としては、 水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ） 等が好適である。

（Ａ−３）処理温度と時間は、 温度８００℃〜１２００℃ 時間３０分〜１２０分 である。

［ＩＩ目目土土類元素拡散工程Ｂは、拡散工程Ａが終っ
たモリブデン基合金部材１を希土類元素を含む処理粉末
５中に埋設し、さらに、その処理容器６を蓋６ａで覆っ
て非酸化性雰囲気の処理炉７中に収納したうえで、所定
時間だけ所定温度で加熱することにより行なう。

この拡散工程Ｂにより、第６図に示すように、モリブデ
ン基合金部材１の珪素拡散層８のみに希土類元素（ＭＭ
）が拡散されて希土類元素拡散層９が形成される。

（Ｂ−１）処理粉末５としては、 拡散剤　希土類元素粉末　０．０２〜Ｓ＋ｕＬ％不活性
剤　アルミナ（Ａ、ＬＯ３）粉末９０〜９８．９８田Ｌ
％ 活性剤　弗化ナトリウム（ＮａＦ）、１〜５ＬＩＩＬ％
弗化カリウム（ＫＦ）等 のハロゲン化物粉末 が好適である。

希土類元素の形態としては、 ■希土類元素単体 （ランタン（１−ａＬ　セリウム（Ｃｅ）、イツトリウ
ム（Ｙ）等） ■希土類元素の混合物 （ミツシュメタル（ＭＭ）） Ｑ希土類元素、ミツシュメタルと油の金属の合等か好適
である。

なお、■の合金の場合、合金中の希土類元素量か０．０
２〜５ｉｕｔ％になるよう合金粉を添加する。

（Ｂ−２）非酸化性雰囲気としては、 水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ） 等か好適である。

（Ｂ−３）処理温度と時間は、 温度６００℃〜１２００°Ｃ 時間１５分〜１２０分 である。

■処理温度は、希土類元素の種類によって異なるか、融
点付近の温度を使用して拡散しやすくするのが好ましい
。

例えば、ランタン（Ｌａ）では９２０℃、セリウム（Ｃ
ｅ）では７９５℃、ミツシュメタル（ＭＭ）では６　ｆ
’ｌ　Ｏ°Ｃ〜６５　ｆ）’Ｃである。

但し、温度か１２００℃を越えると、モリブデン基合金
によっては、再結晶温度以」二になる場合があるので、
もろくなりやすく、従って、この温度以下が好ましい。

なお、温度が６００　’Ｃ未満であると、希土類元素が
珪素拡散層８に十分に拡散しなくなる。

■処理時間は、耐酸化性に効果が表われるのに最低必要
な時間は１５分であり、珪素拡散層８の厚さによって時
間を延長してゆく。

但し、時間が１２０分以−にになると、効果が飽和する
。

次に、」１記工程Ａ、Ｂに従って表面処理したモリブデ
ン基合金部材１の耐酸化性と靭性の試験結果を説明する
。

剰１１ヒ性試験 （１）テストピースの材質： モリブデン基合金（Ｍｏ−０，５Ｔ　ｉ−０，０８Ｚｒ
田１％） （２）テストピースの形状： １２．８Ｘ６．８ＸＩ、］　４（ｍｍ）（３）珪素の拡
散工程Ａ： （Ａ−１）処理粉末２ 珪素（Ｓｉ）　！ＨｕＩｔ％ 弗化ナトリウム（ＮａＦ）　３ｕ＋ｔ％（Ａ−２）非酸
化性雰囲気 水素（Ｈ２） （Ａ−３）処理温度と時間 １１００℃×６０分 （４）希土類元素の拡散工程Ｂ： （Ｂ−１）処理粉末５ ミツシュメタル（ＭＭ）　０．０２〜５□１％アルミナ
（Ａで、０３）９３〜９７．９８１％弗化ナトリウム（
ＮａＦ）２社％ （Ｂ−２）非酸化性雰囲気 水素（Ｈ２） （Ｂ−３）処理温度と時間 ７５０°Ｃ×３０分 （５）拡散層の厚み： 約３０μ （６）酸化条件： 電気炉の大気雰囲気中で、１０００℃×３００分間、加
熱保持した。

上記（１）〜（６）の試験条件による試験結果を第＝８
− ２図に示す。

なお、希土類元素を拡散させない従来の珪素１ｄ、散処
理のものについても、上記耐酸化性試験を行なった。

同図から明らかなように、ミツシュメタル量が０．０２
ｕ＋１％より少なくなると、耐酸化性が低下する。

逆に、ミツシュメタル量が５ｗＬ％より多くなると、希
土類元素が低融点の化合物を生成するために、酸化膜な
どの密着性が低下し、かえって耐酸化性が低下する。

従って、ミツシュメタル量は、０Ｊ）２〜５…１％の範
囲において、耐酸化性の向−にに寄与することがわかる
。

なお、後述する比較例としてのミツシュメタル入り珪素
の拡散工程Ｃにより、モリブデン基合金部材１を表面処
理した場合には、ミツシュメタル量が０．０５ｕ＋ｔ％
から耐酸化性の効果が生じる。

この違いは、珪素の拡散工程Ａと希土類元素の拡散工程
Ｂとを別個に行なえば、希土類元素は珪素拡散層８の表
面側にリッチに存在するようになり、珪素の酸化膜を緻
密にして酸化膜の定着性をより向上させるので、この結
果、ミツシュメタル量がＯ，（１２ｕ＋ｔ％でも耐酸化
性の効果か生しるからである。

層性試験 （１）テストピースの材質： モリブデン基合金（Ｍｏ　−０，５Ｔｉ　−０゜０８Ｚ
ｒＩＩＩｔ％） （２）テストピースの形状： ２．７Ｘ６０Ｘ１．３（＋ｎｍ） （３）珪素の拡散工程Ａ： （Ａ−１）処理粉末２ 珪素（Ｓｉ）　’ｊ７畝％ 弗化す１リウム（ＮａＦ）３ＩｌｌＬ％（）＼−２）非
酸化性雰囲気 水素（Ｉ］２） （Ａ−３）処理温度と時間 テストピース（イ）　９００’ＣＸ６０分〃　（ロ）　
９００℃×６０分 １１− 〃　（ハ）　］００（１’ｃＸ６（１分〃　（ニ）　１
ｒＨＮｌ’ＣＸ６０分 （４）希土類元素の拡散二り程Ｂ： （Ｂ−１）処理粉末５ ミツシュメタル（ＭＭ）　２ｕｌＬ％ アルミナ（ｌ＼で、（’）、）　９６田１％弗化ナトリ
ウム（Ｎａｐ）　２田１％ （Ｂ−２）非酸化性雰囲気 水素（Ｈ７） （Ｂ−３）処理温度と時間 テストピース（イ）　７ｆＮ）’ＣＸ３０分〃　（ロ）
　８　（１（１’ＣＸ　３　（，１分〃　（ハ）　７ｆ
’）ｆ’）℃Ｘ３０分〃　（ニ）　８　ｆ’）　ｆ）’
ＣＸ　３０分（５）ミツシュメタル入り珪素の拡散工程
（比較例）Ｃ： （ｃ−ｉ）処理粉末 珪素（Ｓｉ）　９５．５田１％ 弗化ナトリウム（ＮａＦ）　３．（ｌ切し％ミツシュメ
タル（ＭＭ）　１．５ｗ１％１２− （Ｃ−２）非酸化性雰囲気 水素（１−（２） （Ｃ−３）処理時間と温度 テストピース（ホ）　８００℃×６０分〃　（へ）　９
００’ＣＸ６０分 ＃　（））　１０００℃×６０分 〃　（チ）　１１００’ＣＸ６０分 （６）曲げ条件： 第３図に示すように、支点間距離りが４０＋ｎｍの基台
１０．１０の上にテストピース（イ）〜（チ）を置き、
中央に荷重Ｐを加える（３点曲げ）。

荷重Ｐの降下スピードは３０’ｍｍ／秒である。

そして、第４図に示すように、荷重の最大点を測定点Ｐ
′とした。

」−記（１）〜（６）の試験条件による試験結果を第５
図に示す。

同図から明らかなように、比較例のテストピース（ホ）
〜（チ）は、全て靭性が０．４（Ｋｇ／ｃ＋ｎ）以下で
、かつ折損した。

これに対して、本方法によるテストピース（イ）〜（ニ
）は、靭性が１．５−５−２ｊｌ（／ｃｍ）に達し、か
つ折損もなかった。

従って、珪素の拡散工程Ａと希土類元素の拡散工程Ｂを
所定の拡散条件で別個に行なえば、靭性の向」二に寄与
することかわかる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る表面処理方法を示す工程図、第２
図は耐酸化性試験の結果を示すグラフ、第３図は靭性試
験機の側面図、第４図は靭性の試験測定点を示すグラフ
、第５図は靭性試験の結果を示すグラフ、第６図は表面
処理後のモリブデン基合金部材の拡大断面図である。 １・・・モリブデン基合金部材、 ２・・・珪素を含む処理粉末、 ５・・・希土類元素を含む処理粉末、 Ａ・・・珪素の拡散工程、 Ｂ・・・希土類元素の拡散］１程。 特許出願人　東洋工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）珪素を含む処理粉末中に、モリブデン基合金部材
   を埋設して、非酸化性雰囲気下で加熱保持し、モリブデ
   ン基合金部材に珪素を拡散させる工程と、 上記工程の後に、希土類元素を含む処理粉末中にモリブ
   デン基合金部材を埋設して、非酸化性雰囲気下で６００
   ℃〜１２００℃で加熱保持し、モリブデン基合金部材の
   珪素拡散層に希土類元素を拡散させる工程とから成るこ
   とを特徴とするモリブデン基合金部材の表面処理方法。