JPS6043483A - 耐摩耗ジルコニウム合金とその製造方法 - Google Patents
耐摩耗ジルコニウム合金とその製造方法Info
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- JPS6043483A JPS6043483A JP14882583A JP14882583A JPS6043483A JP S6043483 A JPS6043483 A JP S6043483A JP 14882583 A JP14882583 A JP 14882583A JP 14882583 A JP14882583 A JP 14882583A JP S6043483 A JPS6043483 A JP S6043483A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/271—Diamond only using hot filaments
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、原子炉の構造材あるいは化学装置の構造材な
ど耐摩耗性を要求褥れる構造材として用いられる耐摩耗
ジルコニウム合金およびその製造方法に関するものであ
る。
ど耐摩耗性を要求褥れる構造材として用いられる耐摩耗
ジルコニウム合金およびその製造方法に関するものであ
る。
一般にジルカロイ−２、ジルカロイ−４などのジルコニ
ウム合金は、熱中性子吸収断面積が小さいこと、原子炉
内環境に対する耐食性だ優れていること、構造材料とし
て機械的性質を充分に１ｍえていることなどの」理由か
ら原子炉の炉同号訪造材別として多く用いられてする。
ウム合金は、熱中性子吸収断面積が小さいこと、原子炉
内環境に対する耐食性だ優れていること、構造材料とし
て機械的性質を充分に１ｍえていることなどの」理由か
ら原子炉の炉同号訪造材別として多く用いられてする。
しかしながら、これらジルコニウム合金を素材とした部
品の製造時、作られた部品の部品への組み立て時、製品
の運搬時、製品のシステム手を葉造体への組み込み時、
あるいはシステム栴造体の稼動時に、前記ジルコニウム
合金の表面ｖ？Ｃ鴎がつくことがあシ、その場合婦の程
度に応じて部品、製品。
品の製造時、作られた部品の部品への組み立て時、製品
の運搬時、製品のシステム手を葉造体への組み込み時、
あるいはシステム栴造体の稼動時に、前記ジルコニウム
合金の表面ｖ？Ｃ鴎がつくことがあシ、その場合婦の程
度に応じて部品、製品。
またはシステムｊｆｌ造体に対する処置（例えば使用。
修理、廃棄など）が決められていた。修理、脆柴等の場
合は時間や経費の損失となることは名うまでもないが、
たとえ易が小さくて使用ｆ：出Ｊ始もしくは継続するこ
とができても使用時間の経過とともに前記ジルコニウム
合金の錫部付近にＩＨ食やりリーブが集中して進行し、
前記ジルコニウム合金部材の寿命を縮めるというおそれ
があった。
合は時間や経費の損失となることは名うまでもないが、
たとえ易が小さくて使用ｆ：出Ｊ始もしくは継続するこ
とができても使用時間の経過とともに前記ジルコニウム
合金の錫部付近にＩＨ食やりリーブが集中して進行し、
前記ジルコニウム合金部材の寿命を縮めるというおそれ
があった。
このような問題点を解決するため、従来、ジルコニウム
合金を素材として部品を製造した後に約４００℃、約１
気圧の水蒸気中に約１０時間、該部品を保持する（オー
トクレーブ処理と呼ばれる）ことにより、該部品の表面
に酸化ジルコニウム薄膜を形成してジルコニウム合金母
材が潟つかないような工夫がとられていた。しかしこの
ような工夫を施しても傷の発生を完全に防ぐことは困難
であり、その結果、上述した腐食やクリープが起こる可
能性が依然として残っていた。
合金を素材として部品を製造した後に約４００℃、約１
気圧の水蒸気中に約１０時間、該部品を保持する（オー
トクレーブ処理と呼ばれる）ことにより、該部品の表面
に酸化ジルコニウム薄膜を形成してジルコニウム合金母
材が潟つかないような工夫がとられていた。しかしこの
ような工夫を施しても傷の発生を完全に防ぐことは困難
であり、その結果、上述した腐食やクリープが起こる可
能性が依然として残っていた。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みなされたもので、
浸れた耐摩耗性を有するジルコニウム合金およびその製
造方法を提供するものである。
浸れた耐摩耗性を有するジルコニウム合金およびその製
造方法を提供するものである。
〔発明の概要〕
本発明に用いるジルコニウム合金としては、例えば重量
比でスズ１．２〜１．７％、鉄０．０７〜０．２０チ、
クロム０．０５〜０．１５チ、ニッケル０．０３〜ｏ、
ｏｓｓ、残部ジルコニウムよシなるジルカロイ−２と呼
称さ。
比でスズ１．２〜１．７％、鉄０．０７〜０．２０チ、
クロム０．０５〜０．１５チ、ニッケル０．０３〜ｏ、
ｏｓｓ、残部ジルコニウムよシなるジルカロイ−２と呼
称さ。
れているもの、スズ１．２〜１．７９５、鉄０．１８〜
０．２４チ、クロム０．０７〜０．１３％、残部ジルコ
ニウムよりなるジルカロイ−４と呼称されて匹るもの、
あるいはシ／Ｌ／−ｘニウムー２．５４ニオブ系、ジル
コニウム−１チニオプ系、またはオーゼナイトなどのジ
ルコニウム合金に適用することができる。
０．２４チ、クロム０．０７〜０．１３％、残部ジルコ
ニウムよりなるジルカロイ−４と呼称されて匹るもの、
あるいはシ／Ｌ／−ｘニウムー２．５４ニオブ系、ジル
コニウム−１チニオプ系、またはオーゼナイトなどのジ
ルコニウム合金に適用することができる。
本発明は硬質カーボンもしくはダイヤモンドが極めて硬
く、しかも比較的容易に膜状のものが合成できる事実に
着目してなされたものである。ジルコニウム合金の表面
に硬質カーボンもしくはダイヤモンドのうち少なくとも
一種から成る薄膜を形成すると、該薄膜の硬度が極めて
大きく通常の取扱い条件では該薄膜には殆ど易かつかな
＾。従ってジルコニウム合金基体も烏を受けない。一般
に鶴の発生機構としては原子ある匹は分子レベルで考え
ると、物体の表面の広い面積にわたって強匹力が作用し
た時に傷となるのであるから上記薄膜もジルコニウム合
金表面全面にわたって微視的に緊密に形成されている必
要はなく、巨視的な意味で全面に形成されておれば充分
その＜良能を発律する。
く、しかも比較的容易に膜状のものが合成できる事実に
着目してなされたものである。ジルコニウム合金の表面
に硬質カーボンもしくはダイヤモンドのうち少なくとも
一種から成る薄膜を形成すると、該薄膜の硬度が極めて
大きく通常の取扱い条件では該薄膜には殆ど易かつかな
＾。従ってジルコニウム合金基体も烏を受けない。一般
に鶴の発生機構としては原子ある匹は分子レベルで考え
ると、物体の表面の広い面積にわたって強匹力が作用し
た時に傷となるのであるから上記薄膜もジルコニウム合
金表面全面にわたって微視的に緊密に形成されている必
要はなく、巨視的な意味で全面に形成されておれば充分
その＜良能を発律する。
なた上記薄Ｉｌｌ ｌａジルコニウム合金表面お、よび
オートクレーブ処理して形成させた酸化ジルコニウム膜
表面のｈずれにも生成できるので、本発明に係る耐摩耗
ジルコニウム合金を製造する場合、原料１ｄオートクレ
ーブ処理をしたものまたはしてなりもの員ずれでもよい
。
オートクレーブ処理して形成させた酸化ジルコニウム膜
表面のｈずれにも生成できるので、本発明に係る耐摩耗
ジルコニウム合金を製造する場合、原料１ｄオートクレ
ーブ処理をしたものまたはしてなりもの員ずれでもよい
。
次に本発明に係る耐摩耗ジルコニウム合金の製造方法に
ついて述べる。メタンやベンゼンなどの炭化水素ガスや
炭素を熱、マイクロ波、放電、もしくはイオンビーム等
によって活性化し、ジルコニウム合金に作用させると、
前記ジルコニウム合金の表面に硬質カーボンもしくはダ
イヤモンドのうち少なくとも一種が蒸着する。この場合
、前記ジルコニウム合金表面上で蒸着が一様に進行して
、硬質カーボンもしくはダイヤモンドのうち少なくとも
一種から成る薄膜が均一に成長するように、前記活性化
された炭化水素ガスもしくは炭素とジルコニウム合金と
の相対位置を変えるようにする。
ついて述べる。メタンやベンゼンなどの炭化水素ガスや
炭素を熱、マイクロ波、放電、もしくはイオンビーム等
によって活性化し、ジルコニウム合金に作用させると、
前記ジルコニウム合金の表面に硬質カーボンもしくはダ
イヤモンドのうち少なくとも一種が蒸着する。この場合
、前記ジルコニウム合金表面上で蒸着が一様に進行して
、硬質カーボンもしくはダイヤモンドのうち少なくとも
一種から成る薄膜が均一に成長するように、前記活性化
された炭化水素ガスもしくは炭素とジルコニウム合金と
の相対位置を変えるようにする。
前記活性化された炭化水素ガスもしくは炭素からの硬質
カーボンもしくはダイヤモンドのうち少なくとも一種が
析出する磯宿は現在の所、明らかではな匹が、おそらく
、炭化水素ガス−ｅ炭素を前記手段で活性化すると１９
Ｐ３混成軌道を有する原子状炭素が生成し、ジルコニウ
ム合金二２どの基本の触媒作用により、該基本の表面Ｇ
・こ８１３３混成軌道を保持したまま析出するものと思
われる。現存する物質の中で最も硬いダイヤモンドが３
１ゝ３混成仇道の炭素の集、伏体であることから推定さ
れるように、Ｓｉ’３混成軌道の炭素同士の結合は一般
に硬度の太き論物質（（なるものと考えられる。
カーボンもしくはダイヤモンドのうち少なくとも一種が
析出する磯宿は現在の所、明らかではな匹が、おそらく
、炭化水素ガス−ｅ炭素を前記手段で活性化すると１９
Ｐ３混成軌道を有する原子状炭素が生成し、ジルコニウ
ム合金二２どの基本の触媒作用により、該基本の表面Ｇ
・こ８１３３混成軌道を保持したまま析出するものと思
われる。現存する物質の中で最も硬いダイヤモンドが３
１ゝ３混成仇道の炭素の集、伏体であることから推定さ
れるように、Ｓｉ’３混成軌道の炭素同士の結合は一般
に硬度の太き論物質（（なるものと考えられる。
本発明によシ、耐摩耗性が筺れたジルコニウム合金が得
られることは言うまでもない。従って該ジルコニウム合
金には錫がつきに＜＜、その寿命は大幅に伸長する。製
造方法にｉｊｌ Ｌ−Ｔ：は、従来のオートクレーブ処
理の前後のいずれでやっても良いので、従来のジルコニ
ウム合金部品の、製造工程を大幅に変更する必要がない
。またオートクレープ処理のみの代わシに本発明に係る
製造方法を挿入することもできる。
られることは言うまでもない。従って該ジルコニウム合
金には錫がつきに＜＜、その寿命は大幅に伸長する。製
造方法にｉｊｌ Ｌ−Ｔ：は、従来のオートクレーブ処
理の前後のいずれでやっても良いので、従来のジルコニ
ウム合金部品の、製造工程を大幅に変更する必要がない
。またオートクレープ処理のみの代わシに本発明に係る
製造方法を挿入することもできる。
さらに炭素のもつ中性子減速能は大きいので、本発明に
係る硬質カーボンもしくはダイヤモンドのうち少なくと
も一種から成る薄膜を表面に形成したジルコニウム合金
を原子炉構造材として用いプこ場合、熱中性子の発生効
率が改善されるため、炉出力が向上する− 〔発明の実施例〕 以下、実施例を用いて本発明を説明するが、この実施例
は本発明を何ら制約するものではない。
係る硬質カーボンもしくはダイヤモンドのうち少なくと
も一種から成る薄膜を表面に形成したジルコニウム合金
を原子炉構造材として用いプこ場合、熱中性子の発生効
率が改善されるため、炉出力が向上する− 〔発明の実施例〕 以下、実施例を用いて本発明を説明するが、この実施例
は本発明を何ら制約するものではない。
ジルカロイ−２製管の外表面を６００番の炭化ケイ素で
研ｎしたのち、故パーセントの７ツ酸と数十パーセント
の硝酸とを含む水溶液に浸漬することによシ化学研磨を
施した。これを水、エタノールで洗浄後、乾燥した。こ
うして得られたジルカロイ−２Ｈ管の外表面に第１図に
示す装置系を用いて硬質カーボンもしくはダイヤモンド
のうち少なくとも一種から成る薄膜を次の如く形成した
。
研ｎしたのち、故パーセントの７ツ酸と数十パーセント
の硝酸とを含む水溶液に浸漬することによシ化学研磨を
施した。これを水、エタノールで洗浄後、乾燥した。こ
うして得られたジルカロイ−２Ｈ管の外表面に第１図に
示す装置系を用いて硬質カーボンもしくはダイヤモンド
のうち少なくとも一種から成る薄膜を次の如く形成した
。
ジルカロイ−２製管１を容器６に入れて、そのＦ端を可
動支持棒２で担持してから、容器６の内部を排気孔４か
ら排気した。次に可動支持棒２を通じて電流を流すこと
によし、ジルカロイ−２製管１を約２００〜５００℃に
通准加熱した。次いでタングステンフィラメント５に電
流を通じて約２２００℃に加熱後、ガス人口３からメタ
ンを送入した。
動支持棒２で担持してから、容器６の内部を排気孔４か
ら排気した。次に可動支持棒２を通じて電流を流すこと
によし、ジルカロイ−２製管１を約２００〜５００℃に
通准加熱した。次いでタングステンフィラメント５に電
流を通じて約２２００℃に加熱後、ガス人口３からメタ
ンを送入した。
メタンはタングステンフィラメント５によって加熱活性
化され、ジルカロイ−２製管１上に硬質カーボンもしく
はダイヤモンドとして膜状に析出した。この析出過程中
、可動支持棒２を用いてジルカロイ−２製管１をその長
袖回りにゆっくりと回転しながら長袖方向と平行にゆっ
くりと６動することにより、ジルカロイ−２製管１の外
面全体に薄い硬質カーボンもしくはダイヤモンドの股を
形成した。薄膜が硬質カーボ：／もしくはダイヤモンド
のうち少なくとも一種から成ることは、オージェ電子分
光、電子線回折等によって確認した。こうして得られた
ジルカロイ−２製管の耐摩耗性を調べるため、５ＵＳ３
０４製刃物の刃先を前記ジルカロイ−２製管に強くあて
てこすった所、前記ジルカロイ−２製管の表面には全く
傷がつかなかった。
化され、ジルカロイ−２製管１上に硬質カーボンもしく
はダイヤモンドとして膜状に析出した。この析出過程中
、可動支持棒２を用いてジルカロイ−２製管１をその長
袖回りにゆっくりと回転しながら長袖方向と平行にゆっ
くりと６動することにより、ジルカロイ−２製管１の外
面全体に薄い硬質カーボンもしくはダイヤモンドの股を
形成した。薄膜が硬質カーボ：／もしくはダイヤモンド
のうち少なくとも一種から成ることは、オージェ電子分
光、電子線回折等によって確認した。こうして得られた
ジルカロイ−２製管の耐摩耗性を調べるため、５ＵＳ３
０４製刃物の刃先を前記ジルカロイ−２製管に強くあて
てこすった所、前記ジルカロイ−２製管の表面には全く
傷がつかなかった。
比１ｉｉ１２のため、従来のオートクレーブ処理を施し
たジルカロイ−２ｔｉ管についても同様に耐摩耗性を調
べた所、比較的早く傷が発生した。
たジルカロイ−２ｔｉ管についても同様に耐摩耗性を調
べた所、比較的早く傷が発生した。
以上のことから明らかなように本発明に係る耐摩耗ジル
コニウム合金の製造方法は極めて簡単でかつ安価である
。また本発明によって得られる耐摩耗ジルコニウム合金
は優れた耐摩耗性を発揮し、原子炉や化学装置の構造材
として有効である。、。
コニウム合金の製造方法は極めて簡単でかつ安価である
。また本発明によって得られる耐摩耗ジルコニウム合金
は優れた耐摩耗性を発揮し、原子炉や化学装置の構造材
として有効である。、。
第１因は本発明に係る耐摩耗ジルコニウム合金を製造す
るだめの装置系統を示す概略図である。 １ ジルカロイ−２製管 ２・・可動支持棒３・ガス人
口 ４・・排気孔 ５ タングステンフィラメント ６・・容器
るだめの装置系統を示す概略図である。 １ ジルカロイ−２製管 ２・・可動支持棒３・ガス人
口 ４・・排気孔 ５ タングステンフィラメント ６・・容器
Claims (2)
- （１）ジルコニウム合金の表面に硬質カーボンもしくは
ダイヤモンドのうち少なくとも＝１ｔｈから成る薄膜を
具備したことを特徴とする耐摩耗ジルコニウム合金。 - （２） 活性化された炭化水素ガスもしくは炭素のうち
少なくとも一種をジルコニウム合金に作用させながら、
該作用点を変えることにより前記ジルコニウム合金の表
面に硬質カーボンもしくはダイヤモンドのうち少なくと
も一種から成る薄膜を均一に形成することを特徴とする
耐摩耗ジルコニウム合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14882583A JPS6043483A (ja) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | 耐摩耗ジルコニウム合金とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14882583A JPS6043483A (ja) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | 耐摩耗ジルコニウム合金とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6043483A true JPS6043483A (ja) | 1985-03-08 |
Family
ID=15461565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14882583A Pending JPS6043483A (ja) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | 耐摩耗ジルコニウム合金とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6043483A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0671481A1 (en) * | 1994-02-14 | 1995-09-13 | General Electric Company | Apparatus and method for chemical vapor deposition of diamond |
| JP2011162877A (ja) * | 2010-02-08 | 2011-08-25 | Sungkyunkwan Univ Foundation For Corporate Collaboration | グラフィンロールトロールコーティング装置及びこれを用いたグラフィンロールトロールコーティング方法 |
| WO2015039636A1 (en) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | Czech Technical University In Prague, Faculty Of Mechanical Engineering, Department Of Energy Engineering | Layer protecting the surface of zirconium alloys used in nuclear reactors |
-
1983
- 1983-08-16 JP JP14882583A patent/JPS6043483A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0671481A1 (en) * | 1994-02-14 | 1995-09-13 | General Electric Company | Apparatus and method for chemical vapor deposition of diamond |
| JP2011162877A (ja) * | 2010-02-08 | 2011-08-25 | Sungkyunkwan Univ Foundation For Corporate Collaboration | グラフィンロールトロールコーティング装置及びこれを用いたグラフィンロールトロールコーティング方法 |
| WO2015039636A1 (en) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | Czech Technical University In Prague, Faculty Of Mechanical Engineering, Department Of Energy Engineering | Layer protecting the surface of zirconium alloys used in nuclear reactors |
| JP2016538528A (ja) * | 2013-09-20 | 2016-12-08 | チェコ テクニカル ユニヴァーシティ イン プラハ、ファカルティー オブ メカニカル エンジニアリング、デパートメント オブ エナジー エンジニアリングＣｚｅｃｈ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｉｎ Ｐｒａｇｕｅ，Ｆａｃｕｌｔｙ Ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ Ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ | 原子炉で使用されるジルコニウム合金の表面を保護する層 |
| US10916352B2 (en) * | 2013-09-20 | 2021-02-09 | Czech Technical University In Prague, Faculty Of Mechanical Engineering, Department Of Energy Engineering | Nuclear reactor having a layer protecting the surface of zirconium alloys |
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