JPS6156320B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はチタンまたはチタン合金の基体から炭
化タングステンを分離する方法に関するものであ
る。現在、種々の航空機部品およびエンジン部品
がチタンまたはチタンを基礎とする合金でつくら
れている。このような物品の磨耗を受ける表面
は、炭化タングステンのような耐磨性材料で被覆
されることが多い。スクラツプまたは廃品となつ
たパーツの再加工のためのチタン金属またはチタ
ン基礎の合金の回収の際、或いは、表面以外無傷
のパーツの表面再形成処理の際には、金属の再加
工以前に炭化物被覆を除去（ストリツピング）す
る必要がある。チタン基体には種々の目的で各種
の被覆がなされている。これらの被覆としては、
ニツケル、クロムのようなメツキした材料、或い
は、高温熱処理による表面酸化によつて生じたス
ケールその他がある。 チタンまたはチタンを基礎とする合金から金属
被覆を除去するためには、電解を使用できること
がわかつた。このプロセスは、電解液として、三
酸化クロム（CrO₃）を水に溶解したものを使用す
る。ワークピースはアノードとされ、電解槽は
930cm²（１平方フート）あたり100乃至250アンペ
アの電流密度で動作される。電解液の温度は68℃
（155〓）乃至85℃（185〓）の範囲にある。硼酸
（H₃BO₃）を入れることによつて、その結果は改良
される。これは、ホール（Hall）の米国特許第
2316579号のプロセスによるものである。 チタンおよびチタン合金は、コビントン
（Covington）の米国特許第3632490号に開示され
た２段階プロセスで酸化物被覆を除去できる。
別々のタンクに２つの別々の電解液が準備され
る。第１のタンク内では、ワークピースは電解槽
のカソードとされ、第２のタンク内では、ワーク
ピースは槽のアノードとされる。この場合、電解
液は重クロム酸ナトリウムおよび弗化水素酸の溶
液である。電解液の温度は約85℃（185〓）で電
圧は６乃至17ギルトで20アンペアである。カソー
ドサイクルにおける電流密度は930cm²（１平方フ
ート）あたり100乃至1000アンペアで、アノード
サイクルでは、930cm²（１平方フート）あたり80
乃至1000アンペアとすべきである。露出の時間は
930cm²（１平方フート）あたり200アンペアにおい
て、ほぼ５分である。 チタンをベースとする金属を使用する他のプロ
セスにおいては、カデユー（Cadieux）の米国特
許第3793172号に電解ストリツピングプロセスが
教示されている。このプロセスはチタンからの銅
−ニツケル−クロム付着物のストリツピングに関
するものである。ストリツピング浴の組成は、弗
化硼素酸（HBF₄）、燐酸（H₃PO₄）および水の水
溶液より成る。使用中、電流密度は、動作電圧
7.5ボルトDCにおいて、6.45cm²（１平方フート）
あたり約16アンペアである。ストリツピング時間
は、一般的に約３分以下である。 一般的に、従来のプロセスは、所定の電解液組
成で電極の１つとしてワークピースを使用して、
電解的に発生される水素によつて、メツキ除去或
いはスケールの機械的離脱を行うことに基ずくも
のであつた。メツキ除去においては除去される物
質は金属元素である。本発明においては、チタン
またはチタン合金から除去またはストリツピング
される物質は炭化タングステンである。 本発明はチタンまたはチタン合金のワークピー
スから炭化タングステンを除去する方法を提供す
る。この方法によれば、ワークピースは、クロム
酸の水溶液（好ましくは、硫酸塩イオンを含むも
のがよい）を電解液として使用する電解槽内で、
アノードとされる。通常の動作電圧は、約38℃
（100〓）の温度で少くとも約４分の３時間の間、
930cm²（１平方フート）あたり約４アンペア乃至
約９アンペアの電流密度で６乃至９ボルトであ
る。このプロセスによつて、基体は有害な影響を
受けることはない。炭化タングステン被覆はベー
ス金属に影響を与えることなしに完全に除去され
る。この方法は従来の方法に比して早く、被覆の
除去が達成されるまで、監視または付加的な取扱
いを必要としない。ストリツピングは広い範囲に
わたる溶液濃度で達成され、パーツは完全に浸漬
しても部分的に浸漬してもよく、何等の表面効果
は生じない。パーツを硝酸弗化水素酸溶液に数秒
間浸漬することによつて、容易に除去できる表面
変色が形成される。このプロセスの他の利点は、
ストリツピングプロセスが実際に浸漬された全表
面を清浄にし、存在し得る他の如何なる被覆も除
去することである。 添付図面は、チタンまたはチタン合金のワーク
ピースから炭化タングステンをストリツピングす
るために本発明によつて使用される電解槽を図式
に示す。図示のワークピースは、ガスタービンの
ブレードであつて、耐磨性を与えるために、チタ
ンのミドスパン（midspan）の表面に硬質表面材
として炭化タングステンが施されている。この被
覆に傷があつたり或いは摩耗した時には、この被
覆を除去する必要があり、ワークピースを再調整
しなければならない。 例えば、プラズマ焔による噴射塗布方法
（plasma flame spray application technique）
等の種々の手段によつて施こされた炭化タングス
テン被覆は、長い寿命の耐磨性を得るための硬質
表面を与えるために、約0.025cm（0.010インチ）
乃至0.038cm（0.015インチ）の厚さを有してい
る。被覆に傷がある場合、例えば被覆が不完全で
ある場合、或いは再被覆を必要とする程磨耗した
場合には、前の被覆を表面から剥ぎとらなければ
ならない。さらに、このストリツピングは、チタ
ンまたはチタン合金の基体に何等の腐蝕を与える
ことなしになされなければならない。ジエツトエ
ンジンの翼或いはブレード素子をつくる材料とし
て、純チタン金属を使用してもよいが、使用され
る通常の材料は合金である。航空機のパーツとし
て有用のチタン合金の典型的な例はTi−6Al−4V
（AMS4928）チタン合金として知られるものであ
る。 添付図面に示すような形態に成形された時、ミ
ドスパン表面１２および１４は、その離隔した端
部において炭化タングステンを被覆される。この
被覆は優れた耐磨耗特性をもつ硬質表面を与える
もので、再加工のためにチタンまたはチタン合金
の基体を回収したり再使用したりする前に、スト
リツピングしなければならない炭化タングステン
の表面である。 図示のように、チタンまたはチタン合金のワー
クピース１０は電解槽１１の中に支持され、適当
な支持取付具１３によつてアノードとして直流回
路内に接続される。カソードは、電解液によつて
腐蝕されない任意の適当な導体、例えば鉛、炭
素、チタンその他の電解液に対して不活性の導体
でよい。 電解液は酸化クロム（CrO₃）の水溶液、または
溶液中にクロム酸塩を生じ得る他の物質の水溶液
である。かくて、クロム酸の代りに、可溶性のク
ロム酸塩および重クロム酸塩を使用してもよく、
これは化学量論的基礎でクロム酸と等価物と考え
るべきものである。ここで使用する用語「クロム
酸と等価物」は、クロム酸自体（CrO₃）および可
溶性クロム酸塩および重クロム酸塩の化学量的に
等価な重量を含もうとするものである。 市販のCrO₃は少量の硫酸塩を含みこれは本発
明のプロセスにとつて必須のものではないが有利
なものと考えられる。 電解液の組成は極めて広範に変化し得る。一般
的に、電解液は、クロム酸、またはこれと等価の
クロム酸塩イオン生成物質、例えば化学量論的に
等価の量の重クロム酸ナトリウムの水溶液、例え
ば生水による水溶液で、クロム酸塩（CrO₃）の重
量で約４％乃至約40％の範囲の量を含む。水は蒸
溜水でも生水でもよい。 電解液は、所望に応じて、約0.03乃至約1.0重
量％の総硫酸塩イオンを含むことができ、これは
硫酸として添加される。市販のCrO₃は少量の
SO₄を含むかもしれないことに注意しなければな
らない。 下記の第表は本発明において使用し得る電解
液の典型的な例を示す。表中の数値は重量部を示
す。

【表】 例４において、54℃（130〓）乃至64℃（140
〓）の温度で、60乃至80分間、930cm²（１平方フ
ート）あたり４乃至８アンペアの電流密度で、最
良の結果が得られた。ガラス容器内で鉛のカソー
ドが使用された。図に示したようなチタン合金の
ブレードのミドスパン上の炭化タングステン被覆
が完全にストリツピングされた。 使用の際、クロム酸塩のイオンの濃度は炭化タ
ングステンとの反応のために徐々に減少する。沈
澱物が形成され、これは槽の底に沈降し、これは
所望によつて、時々刻々と除去できる。このよう
な状態で、露出される時間は使用と共に増大する
傾向をもつであろう。かくて、CrO₃の低い濃度
においては、電解槽内に留まる時間は、高い濃度
においてよりも低い濃度において長くなる。ま
た、硫酸塩イオンの存在は、ワークピースの表面
からの炭化タングステンの除去に接触作用を与え
る助けをすることは明らかである。さらに、炭化
タングステンの被覆が厚い程、ワークピース表面
からの完全ストリツピングに要する時間が長くな
る。炭化タングステンのストリツピングが完成し
た後に、電解槽内においておく時間はベースの物
質に何等の破損も生じない。従つて、ストリツピ
ング状態への露出の時間には上限はない。 操作中における電解槽内の電解液の温度は、好
ましくは、約32℃（90〓）以上、約82℃（180
〓）までである。多くの目的にとつて、適当な温
度は48℃（120〓）乃至60℃（180〓）の範囲であ
る。温度が高い程、電解槽内においておく時間は
減少する傾向がある。電解槽で電極間に印加され
る電圧は大巾に変化し得る。一般的に、電圧が高
い程早いストリツピングが得られ、多くの操作に
対して６乃至40ボルトの直流が適当であることが
わかつた。 電流密度は比較的低く、6.45cm²（１平方イン
チ）あたり約0.025乃至約0.075アンペアの範囲、
すなわち930cm²（１平方フート）あたり3.6乃至
10.8アンペアの範囲である。６乃至９ボルトの電
圧範囲で、ほぼ930cm²（６平方フート）の面積を
処理するのに約25乃至約50アンペアの電流が流さ
れるであろう。電解槽内にいれておく時間は、除
去すべき被覆の厚さおよび上記の他の条件によつ
て定まる。新らしい電解液が0.020cm（0.008イン
チ）乃至0.025cm（0.010インチ）をストリツピン
グする時間は、６乃至９ボルトの電圧、および
930cm²（１平方フート）あたり3.6乃至10アンペア
の電流密度で60乃至80分である。 或る１つのストリツピング操作中に電圧および
電流は変化する。槽を撹拌することは、炭化タン
グステン被覆の除去の速度を改良する。この目的
で、電解槽に対する撹拌装置を設けてもよく、激
しい回転撹拌が生ぜしめられる。浴の温度を所望
の範囲に保つために、加熱コイルまたは電気抵抗
ヒータを設けてもよい。高い電圧が使用される時
には、露出の時間を減少できる。例えば、40ボル
トでは、約30分で充分であることがわかつた。 限界条件またはその近くで、商業的に許容でき
ない長さの槽内にいれておく時間を示すと、40ボ
ルトで35℃（95〓）の５％電解液で930cm²（１平
方フート）あたり約５アンペアの電流密度で撹拌
をしない場合には、30分のサイクル３回でブレー
ドのミドスパン部分から炭化タングステンを完全
にストリツピングすることができなかつた。しか
し、或る程度のWCが除去されることは明らかで
あつた。この場合、例えばCrO₃濃度、温度また
は電流密度またはこれらの因子の組合せ等のよう
な因子の１またはそれ以上を増大する方向に調整
することによつて槽内にいれておく時間は改良で
きる。 ここに、電解槽でチタンまたはチタン合金の基
体から炭化タングステンの電解的にストリツピン
グするための改良された方法が提供される。 ワークピースは槽からとり出された時に僅かな
表面変色があるかもしれない。しかし、これはパ
ーツを破酸弗化水素酸溶液に数秒間浸けることに
よつて容易に除去される。得られたワークピース
は完全に清浄で、炭化タングステンで被覆されて
なかつた表面も電解槽の作用によつて清浄とされ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明において使用できる電解槽を示
す。 １０……ワークピース、１１……電解槽、１
２，１４……ミドスパン表面、１３……支持具、
１６……炭化タングステン被覆。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電解槽内でチタンまたはチタン合金の基体か
   ら炭化タングステンをストリツピングする方法に
   おいて、クロム酸の水溶液内に、このクロム酸水
   溶液に対して不活性の金属カソードと共に、炭化
   タングステン被覆をもつチタンのワークピースを
   アノードとして浸漬し、少くとも38℃（100〓）
   の温度で少くとも30分間の時間で930cm²（１平方
   フート）あたり４乃至40アンペアの電流密度で６
   乃至50ボルトの範囲の直流電圧をアノードとカソ
   ードの間に加え、そのクロム酸水溶液の濃度は４
   乃至40重量％としたことを特徴とする方法。 ２ 水溶液は少量の硫酸塩イオンをも含む特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ３ 硫酸塩イオンの濃度は0.03乃至1.0重量％の
   範囲内にある特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 金属カソードは鉛である特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ５ クロム酸の濃度は５乃至40重量％である特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ６ クロム酸水溶液はストリツピング操作中に撹
   拌される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 電解浴にさらされる時間は60乃至80分である
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８ 浴の温度は54℃（130〓）ないし60℃（140
   〓）である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９ クロム酸水溶液は、20重量％のクロム酸、
   0.03乃至0.75％の硫酸塩イオンを含み、電圧は６
   乃至９ボルトで、電流密度は930cm²（１平方フー
   ト）あたり４乃至８アンペアで、時間は60乃至80
   分で、温度は54℃（130〓）乃至60℃（140〓）で
   ある特許請求の範囲第１項記載の方法。