JPS61210143A - 高耐食アモルフアス合金 - Google Patents

高耐食アモルフアス合金

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JPS61210143A
JPS61210143A JP5103685A JP5103685A JPS61210143A JP S61210143 A JPS61210143 A JP S61210143A JP 5103685 A JP5103685 A JP 5103685A JP 5103685 A JP5103685 A JP 5103685A JP S61210143 A JPS61210143 A JP S61210143A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は例えば沸騰濃硝酸あるいは更に酸化剤を含むよ
うな過酷な腐食性環境に使用し得る高耐食アモルファス
合金に関するものである。
[従来の技術] 従来過酷な腐食性環境では、例えばNbを含む原子力扱
高純度のオーステナイトスレンレス鋼などが金属材料と
して用いられている。
[発明が解決しようとする問題点] しかし上述のような沸騰濃硝酸あるいは更に酸化剤を含
む酸化力の激しい高温強酸の環境でステンレス鋼を使用
する場合は、溶解したCr3+イオンが溶液中で酸化さ
れCr”十となり、これが更に金属材料の溶解を加速す
るという自己触媒的作用によって激しい腐食を受ける。
この腐食形態は粒界腐食であるがこれを平均腐食速度と
して換算しても年間1鵬腸以上の厚さにも及ぶことがあ
る。
したがって、このような環境でステンレス鋼を使用する
場合には腐食による損失を覚悟せざるを得ない。
[問題点を解決するための手段および作用1本発明の目
的は、酸化剤を含む沸騰濃硝酸のような酸化性と過酷な
腐食性をあわせて備えた環境に耐える高耐食性を有する
アモルファス合金を提供することにある。
本発明は、TaとNiを必須成分とする特定組成のアモ
ルファス合金によってこの目的を達成するものである。
周知のように、通常1合金は固体状態では結晶化してい
るが、合金組成を特定のものとすると共に、溶融状態か
ら超急冷凝固させる、あるいはスバッターデポジシ、ン
を行う等の固体形成の過程で長周期秩序を形成させない
処置を行ったり、イオン注入など長周期秩序を破壊する
処置を行うと、固体状態でも結晶構造を持たず、液体に
類似したアモルファス構造となる。このアモルファス合
金は、理想的に均一な固溶体であると共に、所定の特性
を発揮させるのに十分な合金元素を添加できる。そして
、本発明者らは、高温濃塩酸など非酸化性の酸中で不動
態化する高耐食性を有したアモルファス合金を見出した
。しかし、これらの材料は酸化性の高温強酸中では、不
動態が破壊されるため十分な耐食性は維持できない。
本発明者らは、このようなアモルファス合金の優れた特
性に着目して更に研究を行った結果、酸化剤を含む高温
の濃厚な酸中でも不動態皮膜を生じ高耐食性を備えたア
モルファス合金が作り得ることを見出し本発明を達成し
た。
本発明は、特許請求の範囲第1項ないし第4項に示され
る第1ないし第4の発明からなるものであるが次の第1
表に、これら第1ないし第4の発明の構成元素および含
有率を示す。
第  1  表       (原子%)※l  T(
、Zr、NbおよびWよりなる群から選ばれる1種また
は2種以上 ※2  Feおよび/またはC。
※3 実質的にNi (作用) 上記組成の溶融合金を超急冷凝固させたり、スパッター
デポジションさせるなどアモルファス合金を作製する種
々の方法によって得られるアモルファス合金は前記各元
素が均一に固溶した単相合金である。そのため、本発明
のアモルファス合金を酸化性環境化におくと、その表面
に、極めて均一で高耐食性を有する保護皮M〔不動態皮
膜〕が形成される。
ところで、酸化力の高い高温酸溶液中で金属材料は、容
易に酸化され溶解するため、このような環境で金属材料
を使用するためには、安定な保護皮膜を形成する能力を
金属材料に付与する必要がある。これは、有効元素を必
要量含む合金を作ることによって実現される。しかし結
晶質金属の場合、多種多量の合金元素を添加すると、し
ばしば化学的性質の異なる多相構造となり、所定の耐食
性が実現しえないことがある。また、化学的不均一性の
発生はむしろ耐食性に有害である。
これに対し1本発明のアモルファス合金は、均一固溶体
である。したがって1本発明のアモルファス合金は、安
定な保護皮膜すなわち不動態皮膜を形成させうる所要量
の有効元素を均一に含むものであり、かかるアモルファ
ス合金には、均一な不動態皮膜が生じ、十分に高い耐食
性が発揮される。
即ち、酸化力の高い高温の強酸に耐える金属材料が具備
すべき条件は、その環境で安定な不動態皮膜が材料に均
一に生ずることである0合金がアモルファス構造を有す
ることは、複雑な組成の合金を単相固溶体として作成す
ることを可能にし、均一な不動態皮膜の形成を保証する
のである。
本発明のアモルファス合金の大部分のものは、例えばC
r’+イオンのような酸化剤を含む沸騰濃硝酸中におい
ても全く腐食されない、また本発明合金の中で最低の耐
食性を備えた材料であってもその腐食速度は年間2.5
1Lm以下である。
次に本発明における各成分組成を限定する理由を述べる
Niは本発明合金の基礎となる元素であって、Ta、T
i、Zr、NbおよびWなどffa。
Va、VIa族の元素と共存するとアモルファス構造を
形成する元素である。したがって、本発明の第1および
第2の発明においてアモルファス構造の形成のためにN
iを20原子%以上添加することが必要である。
Taは酸化性の激しい高温の強酸中において安定な不動
態皮膜を形成する元素であり、かつ、上述のようにNi
あるいはNiの一部をFeあるいはCoの1種または2
種で置換したものと共存してアモルファス構造を形成す
る元素であって、本発明の第1および第3の発明におい
て、十分な耐食性を保証するために15原子%以上添加
する必要がある。また、Ni、Fe、CocF)lll
a元素の総和が20原子%未満であるとTaと共存して
もアモルファス構造を形成しにくいので、本発明の第1
および第3の発明においてTaは80原子%以下にする
必要がある。
Ti、Zr、Nb、Wは、いずれもTaに代ってNiと
共存してアモルファス構造を形成する元素であり、かつ
酸化性の激しい高温の強酸中において、不動態皮膜を形
成する能力を有する元素である。しかし、Ti、Zr、
NbおよびWの耐食性におよぼす効果は、Taに比べて
劣るため、耐食性を保証するためには、これらの元素で
Taを全量置換することはできない、但し、Taを10
原子%以上含む場合、Ti、Zr、NbおよびWのいず
れか1種また2種以上とTaの合計が15原子%以上で
あれば、耐食性を保証し得る。これが本発明の第2およ
び第4の発明において、Ti、Zr、NbおよびWの1
種または2種以上と10原子%以上のTaとの合計を1
5原子%以上必要とする理由である。またアモルファス
構造の形成を保証するためには、[a元素を最低20原
子%含む必要があるので、Ti、Zr、NbおよびWの
1種または2種以上と10g子%以上のTaとの合計を
本発明の第2および第4の発明において80原子%以下
にとどめる必要がある。
FeおよびCOはNiに代ってTa、’ri、Zr、N
b、Wなどと共存することによってアモルファス構造を
形成し得るが、本発明の目的である高耐食性を保証する
ためTaを10原子%以上あるいは15原子%以上添加
する場合は、FeおよびCOの1種または2種でNi含
量が7原子%未渦になるまで置換すると、アモルファス
構造の形成が困難になる。また7原子%以上のNiとF
eおよびCOのいずれか1種または2種との合計が20
原子%未渦の場合は、アモルファス構造の形成が困難に
なる。したがって本発明の第3および第4の発明におい
て、Niを7原子%以上含む必要がある。またFeおよ
びCOの1種または2種と7原子%以上のNiとの合計
は、20原子%以上にする必要がある。
なお1本発明のアモルファス合金が3原子%以下のVお
よびMo、20原子%以下のHf、30原子%以下のC
rを含んでも本発明の目的には何ら支障がない、またP
、B、SiおよびCなどの半金属は1元来アモルファス
構造形成に有効な元素として知られている。しかし酸化
力の高い高温の強酸においては、多量に半金属を添加し
たアモルファス合金は、不動態皮膜の安定性が低下する
。そのため、半金属元素は特に有効元素とは指定しがた
い、但し、7原子%程度までの半金属元素の添加は、耐
食性に有害ではなく、かつアモルファス構造の形成を助
けるので支障はない。
本発明のアモルファス合金の作製は、既に広く用いられ
ている種々の方法、即ち、液体合金を超急冷凝固させる
方法、気相を経てアモルファス合金を形成させる種々の
方法、イオン注入によって固体の長周期構造を破壊する
方法などアモルファス合金を作製するいずれの方法でも
良い。
〔実施例] 実施例1 第2表に示す組成となるように原料金属を混合し、アル
ゴンアーク溶解法により原料合金を作製した。これらの
合金をアルゴン雰囲気中で再溶融し、単ロール法を用い
て超急冷凝固させることにより、厚さ0.01〜0.0
51思、輻l〜3脂■、長さ3〜20mのアモルファス
合金薄板を得た。
アモルファス構造形成の確認はX線回析により行った。
これらの合金試料のうち主なものの表面をシリコンカー
バイド紙1000番までシクロヘキサン中で研磨した0
次いで所定の長さの合金試料を切り出し、110℃で沸
騰している9NのHN Oa溶液に7〜10日間浸漬し
、浸漬前後の重量をマイクロ天秤を用いて測定した。浸
漬により重量の減少が見られた場合はこれを年間腐食速
度に換算した。
得られた結果を第3表に示す。
第3表における比較材は、高純度金属を原料として自家
製した原子力縁高純度の25Cr−2ONi−0,25
Nbオーステナイトステンレス鋼であり、沸騰濃硝酸中
で工業的に使用されている鋼である。
本発明のアモルファス合金の大部分からは腐食による重
量変化が検出されなかった。また、腐食による重量変化
が検出された試料の腐食速度も比較材として用いたオー
ステナイトステンレス鋼の腐食速度の1720以下であ
る。また、本発明の合金を浸漬試験の後、X線光電子分
光法を用いて表面を解析した結果、これら合金の表面に
はT a O2(OH)からなるオキシ水酸化タンタル
不動態皮膜が生じており、これが本発明合金の高耐食性
の原因であることが判明した。
第 2 表(その1)  (原子%) 第 2 表(その2)  (原子%) $ 3 表 (その1) 9Nの沸II HN O3中における腐食速度第 3 
表 (その2) 9Nの沸IIIHN Ol中における腐食速度実施例2 実施例1と同様に調整した本発明のアモルファス合金を
試料として用い、1100ppのCrイオンを含み11
0℃で沸騰している9 NIN(h溶液中で浸漬試験を
行った。7〜10日間の浸漬試験前後の試料の重量変化
をマイクロ天秤を用いて測定し、浸漬により重量減量が
観測された場合は、これを年間腐食速度に換算した。
得られた結果を第4表に示す。
第  4  表  (そのl) 100ppm Cr”+イオンを含む沸99 N HN
 Oxにおける腐食速度 第  4  表  (その2) における腐食速度 第4表に示すように、9Nの沸l1iHN O3に酸化
剤としてわずか1100ppのCr”◆イオンを添加し
ただけで、比較材として用いたオーステナイトステンレ
ス網の腐食速度は、40倍以上に増大した。
これに対し、本発明のアモルファス合金の大部分からは
腐食による重量変化が検出されなかった。
腐食による重量変化が検出された試料の場合でも、これ
らの腐食速度は、比較材として用いたオーステナイトス
テンレス鋼の腐食速度の17400以下であって、きわ
めて高い耐食性を備えている。
また、同じ浸漬試験を金属タンタルについて行ったとこ
ろ金属光沢が失われた。これに対し、本発明のアモルフ
ァス合金の大部分は腐食速度が検出されないだけでなく
金属光沢を保持しており、金属タンタルより耐食性が高
いことを示していた。
[効果J 以上詳述したとおり、本発明のアモルファス合金は、酸
化剤を含む沸騰濃硝酸のような激しい腐食性環境におい
ても安定な不動態皮膜を形成して腐食されない高耐食合
金である。
また、本発明の合金の作製には、既に広く用いられてい
るアモルファス合金作製の技術のいずれをも適用できる
ため、特殊な装置を改めて必要とせず、本発明合金は実
用性にも優れている。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Taを15〜80原子%含み残部は実質的にNi
    よりなる高耐食アモルファス合金。
  2. (2)Taと、Ti、Zr、NbおよびWよりなる群か
    ら選ばれる1種または2種以上の元素とを含み、残部は
    実質的にNiよりなり、含有率はTaが10原子%以上
    、前記群から選ばれる1種又は2種以上の元素が、Ta
    との合量で15〜80原子%である高耐食アモルファス
    合金。
  3. (3)Taと、Feおよび/又はCoとを含み、残部は
    実質的にNiよりなり、含有率はTaが15〜80原子
    %、Feおよび/又はCoが75原子%以下、Niが7
    原子%以上である高耐食アモルファス合金。
  4. (4)Taと、Ti、Zr、NbおよびWよりなる群か
    ら選ばれる1種または2種以上の元素とFeおよび/又
    はCoとを含み、残部は実質的にNiよりなり、含有率
    はTaとTi、Zr、NbおよびWよりなる群から選ば
    れる1種または2種以上とが、合量で15〜80原子%
    でありかつTaが10原子%以上であり、Feおよび/
    又はCoが75原子%以下でありNiが7原子%以上で
    ある高耐食アモルファス合金。
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