JPS6328983B2 - - Google Patents
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Description
本発明は耐熱合金部材の製造方法に係り、特に
高温度における腐食性の激しい燃焼ガス雰囲気中
において、優れた耐食性と耐酸化性を有すると同
時に、熱衝撃または機械的衝撃に対しても優れた
特性を有する耐熱合金部材の製造方法に関する。 ガスタービンブレード,ジエツトエンジン部品
等の高温部分に使用されるNi基、Co基耐熱合金
は、ガスタービン、ジエツトエンジンの運転温度
の上昇または省資源の見地からの低品位燃料の使
用に伴つて高温強度が優れているのみならず、耐
食性,耐酸化性も優れていることが要求されてい
る。このため、前記耐熱合金に耐酸化性,耐食性
を付与するため表面被覆を施すことが行われてい
る。 現在、ガスタービンブレード,ジエツトエンジ
ン部品用Ni基,Co基耐熱合金の耐食、耐酸化コ
ーテイング法として、Alコーテイング、Crコー
テイング等の方法が知られている。Alコーテイ
ングの場合、Ni基耐熱合金ではNiAl,Co基耐熱
合金ではCoAlのそれぞれの金属間化合物からな
る被覆層によつて母材を保護しているが、特に
Ni基耐熱合金では耐食性の著しく劣るNi3Al相が
NiAl相の下方に形成される。また前記の金属間
化合物は低温側で脆く、また母材との適合性も十
分でない等の理由からガスタービンブレード等の
コーテイング材として用いた場合、起動停止等の
際の熱衝撃または機械的振動によりクラツクが生
じやすく、この結果、母材への酸化または腐食が
急激に進行する。Crコーテイングの場合、NaCl
―Na2SO4溶融塩等に対する耐食性に優れている
が、耐酸化性、耐衝撃性に劣る欠点がある。 また耐熱合金の耐食性と耐酸化性とを同時に付
与させるためにAlとCr等の複合コーテイング法
が実用化されている。この複合コーテイングでは
Crコーテイング後に直ちにAlコーテイングし、
Crの拡散処理が行われている。しかしこの方法
ではCrとAlとが結合して機械的に著しく脆いCr
―Al系の金属間化合物が形成され、コーテイン
グ層の耐熱衝撃性が低下する。一方Crコーテイ
ング後に拡散処理を行い、表面層のCr濃度を低
下させれば、次いでAl拡散コーテイングによつ
て形成されるCr―Al系金属間化合物の量は減少
し、代わりに機械的により延性のあるNiAl(Ni
基耐熱合金の場合)等が最外層に形成され、コー
テイング層の耐熱衝撃性を改善することができ
る。しかしCrの耐熱合金中への拡散は遅いため
に表面層のCr濃度を低下させるための拡散処理
に高温かつ長時間の加熱処理を要するばかりか
Crコーテイング層は耐酸化性が不十分なため、
拡散処理の間に表面層にCr酸化物膜が形成され
やすく、この結果Al拡散コーテイングが困難と
なる。 本発明の目的は、耐食性、耐酸化性及び耐衝撃
性に優れた耐熱合金部材の製造方法を提供するこ
とにある。 上記目的を達成するために本発明は鉄、ニツケ
ル及びコバルトの少なくともひとつを基体成分と
する基体合金の表面に20μm以下のクロムコーテ
イング層を形成し、 該クロムコーテイング層上に、20〜150μmの
厚さで且組成がほぼ一定であるクロムが45重量%
以下、希土類元素が0.02〜2重量%及び残部がニ
ツケルであるクロム―ニツケル合金被覆層をスパ
ツタリングにより形成し、 パツク法によりアルミニウム拡散コーテイング
層を当該クロム―ニツケル合金被覆層上に形成す
るとともに、該クロム―ニツケル合金被覆層中に
アルミニウムを10重量%以下拡散させたことを特
徴とする耐熱合金部材の製造方法である。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明において、基体合金は鉄、ニツケルおよ
びコバルトの少なくともひとつを基体成分とする
耐熱合金であり、この基体合金に以下に述べる被
覆層が形成される。 まず、基体合金に20μm以下クロムコーテイン
グ層を形成する。このクロムコーテイングを形成
することにより、かかるコーテイング層がない場
合に比べて耐食性を向上できる。すなわち、クロ
ムコーテイング層はAlの拡散障壁となつて、最
外層に形成されるAl拡散コーテイング層からAl
が基体中に拡散するのを防止する。これにより、
AlがNi基体中に拡散してNi3Al(耐食性に劣る)
の生成を防止できる。 また、クロムは硫黄と反応してクロム一硫黄化
合物を形成するために、基体中に硫黄が侵入する
ものも防止できる。 クロムコーテイング層の厚さは20μm以下であ
る。20μmを越えると耐熱衝撃性が低下するため
である。 このクロムコーテイング層は、処理中に被覆金
属及び被処理金属の拡散がほとんど進行しないよ
うな従来技術により形成できる。これらの方法に
は、スパツタリング法、電子ビーム蒸着法、溶射
法等がある。 上記クロムコーテイング層上には、Cr―Ni合
金被覆層が形成される。 このCr―Ni合金被覆層では、Crが45重量%以
下である。Al拡散コーテイング層直下に形成さ
れるCr―Ni合金被覆層中のCr含有量が45重量%
を越えると、Al拡散コーテイング層中に機械的
に脆いCr―Al系金属間化合物が形成され、耐熱
性が著しく低下するからである。 Crは耐酸化性、耐食性を保持するために必要
なものであり、Niは延性を確保し耐熱衝撃性及
び耐機械的衝撃に対する抵抗性を確保するために
必要なものである。 希土類元素の添加は、耐酸化性、耐食性の改善
に有効である。この元素の添加量は、0.02〜2重
量%である。希土類元素の添加量が0.02重量%よ
り少ないと、耐酸化性及び耐食性が低下し、2重
量%より多いと耐熱衝撃性が低下する。希土類元
素としては、特にイツトリウムをミツシユメタル
の形で添加するのが良い。なお、その他の希土類
元素を添加しうることもできる。 Cr―希土類元素―Ni合金被覆層の厚さは、高
温腐食や酸化による侵食に対する抵抗を維持する
ため少なくとも20μmであることが望ましい。し
かし、合金被覆層が層厚すぎると疲労強度が低下
するので150μmを越えないことが望ましい。 この合金被覆層の形成方法は、スパツタリング
法である。その他の物理的手法である溶射法は酸
化物まき込みやすく、また電子線蒸着法では組成
の正確な制御が困難である。スパツタリングによ
り合金被覆層を形成すると欠陥が少なく、ち密で
ある合金被覆層を形成できる。この結果、長時間
後の腐食量が電子線蒸着法や溶射法に比べ、相当
少なくなる。 上記合金被覆層の組織はCrが固溶したNi相中
にCr粒子が析出したものとなる。この組織の機
械的強度は低いが、延性が高く被処理金属との結
合も強固となるため、熱衝撃及び機械的衝撃に優
れたものとなつている。 次に、パツク法によりアルミニウム拡散コーテ
イング層を上記Cr―Ni合金被覆層上に形成する。
Al拡散コーテイング層(NiAl)を形成すること
により耐食性、耐酸化性を向上することができ
る。 パツク法でAl拡散コーテイング層を形成する
のは、処理条件(温度、加熱時間等)を適宜選定
することによつて、Al拡散コーテイング層直下
のCr―Ni合金被覆層中のAl量を調整できるから
である。本発明では、かかるCr―Ni合金被覆層
中に拡散するAlを10重量%以下としている。拡
散するAlが10重量%を越えると合金被覆層の延
性が低下し、また耐食性、耐酸化性も低下するか
らである。好ましくは、5重量%以下が望ましい
ものである。 本発明では、パツク法により、Al拡散コーテ
イングを施す。この際、高温で処理されるため、
Alの内方(基体合金側)への拡散と、Ni,Cr,
希土類元素及びNi基合金中の成分元素の外方
(表面)への拡散が生ずるため、Ni基合金の場合
第1図のような構造となる。 最外層:Crが少し固溶したNiAl層中に固溶限
以上の分のCrが分散した層。 第2層:Crが少し固溶したNi3Al層中に固溶限
以上の分のCrが分散した層。 第3層:Ni―Cr―Al―希土類合金層。ただし、
Alは表面側で高い濃度勾配を有する。 第4層:Cr―Niを主体としたCrリツチ層。 なお、最外層、第2層中には希土類元素及び
Ni基合金中の成分元素もわずかに含まれる。 次に各層の作用を説明する。 最外層:Al2O3を主体とした保護的酸化膜を形
成し、耐酸化性、耐食性の主要な役割
を果たす。 第2層:最外層と第3層との中間層であり、密
着性向上に主たる役割を果たす。 第3層:最外層へのNi,Cr,希土類元素の供
給を主な役割を果たし、また、合金基
体との密着性向上にも効果がある。さ
らに、外層が酸化、腐食により損傷を
受けても、この層自体がある程度の耐
酸化、耐食性を有するため、基体合金
を一定期間保護できる効果もある。 第4層:耐酸化性に有効なAlの内方への拡散
を防止する役割。また、外層へのCr
の供給にも効果がある。 なお、希土類元素は、最外層に拡散してゆき、
形成された保護的酸化膜Al2O3の密着性改善に効
果を発揮する。 また、第3層は、スパツタリング法により形成
されているので非常に緻密である。 実施例 1 試料表面にCVD法によつて厚さ10μmのCrコー
テイングを施した後、高周波溶解したNi―40%
Cr―1%合金をターゲツトとし、高速スパツタ
リング装置を用いてコーテイングを行つた。被処
理材はNi基超合金であるIN738であり、形状は
10φ×10の円筒状とした。IN738の組成を第1
表に示す。
高温度における腐食性の激しい燃焼ガス雰囲気中
において、優れた耐食性と耐酸化性を有すると同
時に、熱衝撃または機械的衝撃に対しても優れた
特性を有する耐熱合金部材の製造方法に関する。 ガスタービンブレード,ジエツトエンジン部品
等の高温部分に使用されるNi基、Co基耐熱合金
は、ガスタービン、ジエツトエンジンの運転温度
の上昇または省資源の見地からの低品位燃料の使
用に伴つて高温強度が優れているのみならず、耐
食性,耐酸化性も優れていることが要求されてい
る。このため、前記耐熱合金に耐酸化性,耐食性
を付与するため表面被覆を施すことが行われてい
る。 現在、ガスタービンブレード,ジエツトエンジ
ン部品用Ni基,Co基耐熱合金の耐食、耐酸化コ
ーテイング法として、Alコーテイング、Crコー
テイング等の方法が知られている。Alコーテイ
ングの場合、Ni基耐熱合金ではNiAl,Co基耐熱
合金ではCoAlのそれぞれの金属間化合物からな
る被覆層によつて母材を保護しているが、特に
Ni基耐熱合金では耐食性の著しく劣るNi3Al相が
NiAl相の下方に形成される。また前記の金属間
化合物は低温側で脆く、また母材との適合性も十
分でない等の理由からガスタービンブレード等の
コーテイング材として用いた場合、起動停止等の
際の熱衝撃または機械的振動によりクラツクが生
じやすく、この結果、母材への酸化または腐食が
急激に進行する。Crコーテイングの場合、NaCl
―Na2SO4溶融塩等に対する耐食性に優れている
が、耐酸化性、耐衝撃性に劣る欠点がある。 また耐熱合金の耐食性と耐酸化性とを同時に付
与させるためにAlとCr等の複合コーテイング法
が実用化されている。この複合コーテイングでは
Crコーテイング後に直ちにAlコーテイングし、
Crの拡散処理が行われている。しかしこの方法
ではCrとAlとが結合して機械的に著しく脆いCr
―Al系の金属間化合物が形成され、コーテイン
グ層の耐熱衝撃性が低下する。一方Crコーテイ
ング後に拡散処理を行い、表面層のCr濃度を低
下させれば、次いでAl拡散コーテイングによつ
て形成されるCr―Al系金属間化合物の量は減少
し、代わりに機械的により延性のあるNiAl(Ni
基耐熱合金の場合)等が最外層に形成され、コー
テイング層の耐熱衝撃性を改善することができ
る。しかしCrの耐熱合金中への拡散は遅いため
に表面層のCr濃度を低下させるための拡散処理
に高温かつ長時間の加熱処理を要するばかりか
Crコーテイング層は耐酸化性が不十分なため、
拡散処理の間に表面層にCr酸化物膜が形成され
やすく、この結果Al拡散コーテイングが困難と
なる。 本発明の目的は、耐食性、耐酸化性及び耐衝撃
性に優れた耐熱合金部材の製造方法を提供するこ
とにある。 上記目的を達成するために本発明は鉄、ニツケ
ル及びコバルトの少なくともひとつを基体成分と
する基体合金の表面に20μm以下のクロムコーテ
イング層を形成し、 該クロムコーテイング層上に、20〜150μmの
厚さで且組成がほぼ一定であるクロムが45重量%
以下、希土類元素が0.02〜2重量%及び残部がニ
ツケルであるクロム―ニツケル合金被覆層をスパ
ツタリングにより形成し、 パツク法によりアルミニウム拡散コーテイング
層を当該クロム―ニツケル合金被覆層上に形成す
るとともに、該クロム―ニツケル合金被覆層中に
アルミニウムを10重量%以下拡散させたことを特
徴とする耐熱合金部材の製造方法である。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明において、基体合金は鉄、ニツケルおよ
びコバルトの少なくともひとつを基体成分とする
耐熱合金であり、この基体合金に以下に述べる被
覆層が形成される。 まず、基体合金に20μm以下クロムコーテイン
グ層を形成する。このクロムコーテイングを形成
することにより、かかるコーテイング層がない場
合に比べて耐食性を向上できる。すなわち、クロ
ムコーテイング層はAlの拡散障壁となつて、最
外層に形成されるAl拡散コーテイング層からAl
が基体中に拡散するのを防止する。これにより、
AlがNi基体中に拡散してNi3Al(耐食性に劣る)
の生成を防止できる。 また、クロムは硫黄と反応してクロム一硫黄化
合物を形成するために、基体中に硫黄が侵入する
ものも防止できる。 クロムコーテイング層の厚さは20μm以下であ
る。20μmを越えると耐熱衝撃性が低下するため
である。 このクロムコーテイング層は、処理中に被覆金
属及び被処理金属の拡散がほとんど進行しないよ
うな従来技術により形成できる。これらの方法に
は、スパツタリング法、電子ビーム蒸着法、溶射
法等がある。 上記クロムコーテイング層上には、Cr―Ni合
金被覆層が形成される。 このCr―Ni合金被覆層では、Crが45重量%以
下である。Al拡散コーテイング層直下に形成さ
れるCr―Ni合金被覆層中のCr含有量が45重量%
を越えると、Al拡散コーテイング層中に機械的
に脆いCr―Al系金属間化合物が形成され、耐熱
性が著しく低下するからである。 Crは耐酸化性、耐食性を保持するために必要
なものであり、Niは延性を確保し耐熱衝撃性及
び耐機械的衝撃に対する抵抗性を確保するために
必要なものである。 希土類元素の添加は、耐酸化性、耐食性の改善
に有効である。この元素の添加量は、0.02〜2重
量%である。希土類元素の添加量が0.02重量%よ
り少ないと、耐酸化性及び耐食性が低下し、2重
量%より多いと耐熱衝撃性が低下する。希土類元
素としては、特にイツトリウムをミツシユメタル
の形で添加するのが良い。なお、その他の希土類
元素を添加しうることもできる。 Cr―希土類元素―Ni合金被覆層の厚さは、高
温腐食や酸化による侵食に対する抵抗を維持する
ため少なくとも20μmであることが望ましい。し
かし、合金被覆層が層厚すぎると疲労強度が低下
するので150μmを越えないことが望ましい。 この合金被覆層の形成方法は、スパツタリング
法である。その他の物理的手法である溶射法は酸
化物まき込みやすく、また電子線蒸着法では組成
の正確な制御が困難である。スパツタリングによ
り合金被覆層を形成すると欠陥が少なく、ち密で
ある合金被覆層を形成できる。この結果、長時間
後の腐食量が電子線蒸着法や溶射法に比べ、相当
少なくなる。 上記合金被覆層の組織はCrが固溶したNi相中
にCr粒子が析出したものとなる。この組織の機
械的強度は低いが、延性が高く被処理金属との結
合も強固となるため、熱衝撃及び機械的衝撃に優
れたものとなつている。 次に、パツク法によりアルミニウム拡散コーテ
イング層を上記Cr―Ni合金被覆層上に形成する。
Al拡散コーテイング層(NiAl)を形成すること
により耐食性、耐酸化性を向上することができ
る。 パツク法でAl拡散コーテイング層を形成する
のは、処理条件(温度、加熱時間等)を適宜選定
することによつて、Al拡散コーテイング層直下
のCr―Ni合金被覆層中のAl量を調整できるから
である。本発明では、かかるCr―Ni合金被覆層
中に拡散するAlを10重量%以下としている。拡
散するAlが10重量%を越えると合金被覆層の延
性が低下し、また耐食性、耐酸化性も低下するか
らである。好ましくは、5重量%以下が望ましい
ものである。 本発明では、パツク法により、Al拡散コーテ
イングを施す。この際、高温で処理されるため、
Alの内方(基体合金側)への拡散と、Ni,Cr,
希土類元素及びNi基合金中の成分元素の外方
(表面)への拡散が生ずるため、Ni基合金の場合
第1図のような構造となる。 最外層:Crが少し固溶したNiAl層中に固溶限
以上の分のCrが分散した層。 第2層:Crが少し固溶したNi3Al層中に固溶限
以上の分のCrが分散した層。 第3層:Ni―Cr―Al―希土類合金層。ただし、
Alは表面側で高い濃度勾配を有する。 第4層:Cr―Niを主体としたCrリツチ層。 なお、最外層、第2層中には希土類元素及び
Ni基合金中の成分元素もわずかに含まれる。 次に各層の作用を説明する。 最外層:Al2O3を主体とした保護的酸化膜を形
成し、耐酸化性、耐食性の主要な役割
を果たす。 第2層:最外層と第3層との中間層であり、密
着性向上に主たる役割を果たす。 第3層:最外層へのNi,Cr,希土類元素の供
給を主な役割を果たし、また、合金基
体との密着性向上にも効果がある。さ
らに、外層が酸化、腐食により損傷を
受けても、この層自体がある程度の耐
酸化、耐食性を有するため、基体合金
を一定期間保護できる効果もある。 第4層:耐酸化性に有効なAlの内方への拡散
を防止する役割。また、外層へのCr
の供給にも効果がある。 なお、希土類元素は、最外層に拡散してゆき、
形成された保護的酸化膜Al2O3の密着性改善に効
果を発揮する。 また、第3層は、スパツタリング法により形成
されているので非常に緻密である。 実施例 1 試料表面にCVD法によつて厚さ10μmのCrコー
テイングを施した後、高周波溶解したNi―40%
Cr―1%合金をターゲツトとし、高速スパツタ
リング装置を用いてコーテイングを行つた。被処
理材はNi基超合金であるIN738であり、形状は
10φ×10の円筒状とした。IN738の組成を第1
表に示す。
【表】
試料の上底、下底をスパツタ後、試料を定速回
転させながら側面をスパツタした。この処理によ
り60〜90μmの厚さの被覆層が形成された。スパ
ツタリング中の試料の最高温度は約600℃である
ので被覆層と被処理金属間の拡散はほとんどない
といえる。被覆層の組成分析は行わなかつたが、
ほぼターゲツト材の組成と同一の合金となつてい
るものと考えられる。 また上記と全く同様な手順によつてNi―30%
Cr―0.5Y合金をターゲツトとして、約60μmの被
覆層を形成させた。 比較用試料として、上記と同一形状のIN738材
に単純アルミパツクおよびCr―Al複合コーテイ
ングを施したものを製作した。 熱衝撃試験は、大気中で800℃6分保持後水中
へ15秒冷却のサイクルを100回繰り返し、生じた
クラツク数を測定した。その結果を第2図に示
す。図中、AはNi―40Cr―1Y被覆(厚さ約60μ
m)、BはNi―40Cr―1Y被覆(厚さ約90μm)、
CはNi―30Cr―0.5Y被覆(厚さ約60μm)、Dは
単純パツク、EはCr―Al複合コーテイングによ
る各試料を示している。図の縦軸は、クラツクの
平均間隔であり、1mm長さを横切るクラツク数の
逆数を表わしている。 図によれば、本発明によるNi―Cr―Y合金被
覆層を有する試料が非常に優れた耐熱衝撃性を有
することを示している。 耐食性試験は、25%NaCl+75%Na2SO4合成
灰による塗布法を行つた。大気中で750℃に500時
間保持した後、脱スケール処理を行い、試料の重
量減少量により評価した。その結果上記5種の試
料すべてについて、4〜7mgの重量減少量の範囲
に入り、耐食性には大差がないことが確認され
た。 実施例 2 試料に用いたNi基、Co基耐熱合金の化学組成
を第2表に示す。
転させながら側面をスパツタした。この処理によ
り60〜90μmの厚さの被覆層が形成された。スパ
ツタリング中の試料の最高温度は約600℃である
ので被覆層と被処理金属間の拡散はほとんどない
といえる。被覆層の組成分析は行わなかつたが、
ほぼターゲツト材の組成と同一の合金となつてい
るものと考えられる。 また上記と全く同様な手順によつてNi―30%
Cr―0.5Y合金をターゲツトとして、約60μmの被
覆層を形成させた。 比較用試料として、上記と同一形状のIN738材
に単純アルミパツクおよびCr―Al複合コーテイ
ングを施したものを製作した。 熱衝撃試験は、大気中で800℃6分保持後水中
へ15秒冷却のサイクルを100回繰り返し、生じた
クラツク数を測定した。その結果を第2図に示
す。図中、AはNi―40Cr―1Y被覆(厚さ約60μ
m)、BはNi―40Cr―1Y被覆(厚さ約90μm)、
CはNi―30Cr―0.5Y被覆(厚さ約60μm)、Dは
単純パツク、EはCr―Al複合コーテイングによ
る各試料を示している。図の縦軸は、クラツクの
平均間隔であり、1mm長さを横切るクラツク数の
逆数を表わしている。 図によれば、本発明によるNi―Cr―Y合金被
覆層を有する試料が非常に優れた耐熱衝撃性を有
することを示している。 耐食性試験は、25%NaCl+75%Na2SO4合成
灰による塗布法を行つた。大気中で750℃に500時
間保持した後、脱スケール処理を行い、試料の重
量減少量により評価した。その結果上記5種の試
料すべてについて、4〜7mgの重量減少量の範囲
に入り、耐食性には大差がないことが確認され
た。 実施例 2 試料に用いたNi基、Co基耐熱合金の化学組成
を第2表に示す。
【表】
上記二つの試料から10mm×8mm×5mmの試験片
を切り出し、コーテイング用試料とした。 Al拡散コーテイングはパツク法によつた。パ
ツク処理に用いたAlパツク剤の組成はAl粉末25
重量%、Al2O3粉末73.5重量%、NH4Cl粉末1.5重
量%である。これらの粉末を十分に撹拌混合し、
この中に上記コーテイング試料を埋め込み、Ar
ガス雰囲気中で加熱した。パツク処理温度は750
℃、パツク処理後の拡散処理温度は1050℃であ
る。 Ni―Cr―Y合金被覆はスパツタリングによつ
た。プレーナマグネトロン型のスパツタリング装
置を用いたところ約1μm/minの速度で被覆する
ことができた。 Crコーテイングは主にCVD法によつた。すな
わち、800℃前後に加熱された塊状Crに、HCl+
H2混合気体を流すと、Cr塩化物(CrCl2等)が形
成される。次に1100℃前後に加熱された試料を前
記Cr塩化物を含有する気体とH2との混合気体に
さらすと、Cr塩化物は分解して純Crが試料表面
に付着する。 (1) 腐食試験 試料A:試料表面にCVD法によつて厚さ約10μ
mのCrコーテイングを施した後スパ
ツタリングにより試料表面に約70μm
のNi―20%Cr―1%Y合金を被覆し、
次いでAl拡散コーテイングしたもの。 試料B:スパツタリングにより試料表面に約
70μmのNi―30%Cr―0.5%Y合金を
被覆した後、Al拡散コーテイングし
たもの。 (ただし、試料Aおよび試料BはいずれもAl
拡散コーテイング層直下にAlをほとんど含有し
ない約15μm厚さのNi―Cr―Y合金層が存在して
いる。 試料C:試料表面にCVD法によつて厚さ約30μ
mのCrコーテイングを施した後、
1100℃、24hrの拡散処理を行い、Al
拡散コーテイングしたもの。 試料D:試料表面に拡散コーテイングのみを施
したもの。 (試験方法) 25%NaCl―75%Na2SO4溶融塩を10mg/cm2の
割合で試料A〜Dの表面に塗布し、大気中で800
℃,1000hr加熱した。試料A〜Dの脱スケール
は、18%NaOH+3%KMnO4水溶液を煮沸した
中に試料A〜Dを約6hr浸漬し、次いで10%クエ
ン酸アンモニウム水溶液を煮沸した中に試料A〜
Dを浸漬した。試験前後の試料A〜Dの重量変化
から耐食性を評価した。その結果を第3表に示
す。
を切り出し、コーテイング用試料とした。 Al拡散コーテイングはパツク法によつた。パ
ツク処理に用いたAlパツク剤の組成はAl粉末25
重量%、Al2O3粉末73.5重量%、NH4Cl粉末1.5重
量%である。これらの粉末を十分に撹拌混合し、
この中に上記コーテイング試料を埋め込み、Ar
ガス雰囲気中で加熱した。パツク処理温度は750
℃、パツク処理後の拡散処理温度は1050℃であ
る。 Ni―Cr―Y合金被覆はスパツタリングによつ
た。プレーナマグネトロン型のスパツタリング装
置を用いたところ約1μm/minの速度で被覆する
ことができた。 Crコーテイングは主にCVD法によつた。すな
わち、800℃前後に加熱された塊状Crに、HCl+
H2混合気体を流すと、Cr塩化物(CrCl2等)が形
成される。次に1100℃前後に加熱された試料を前
記Cr塩化物を含有する気体とH2との混合気体に
さらすと、Cr塩化物は分解して純Crが試料表面
に付着する。 (1) 腐食試験 試料A:試料表面にCVD法によつて厚さ約10μ
mのCrコーテイングを施した後スパ
ツタリングにより試料表面に約70μm
のNi―20%Cr―1%Y合金を被覆し、
次いでAl拡散コーテイングしたもの。 試料B:スパツタリングにより試料表面に約
70μmのNi―30%Cr―0.5%Y合金を
被覆した後、Al拡散コーテイングし
たもの。 (ただし、試料Aおよび試料BはいずれもAl
拡散コーテイング層直下にAlをほとんど含有し
ない約15μm厚さのNi―Cr―Y合金層が存在して
いる。 試料C:試料表面にCVD法によつて厚さ約30μ
mのCrコーテイングを施した後、
1100℃、24hrの拡散処理を行い、Al
拡散コーテイングしたもの。 試料D:試料表面に拡散コーテイングのみを施
したもの。 (試験方法) 25%NaCl―75%Na2SO4溶融塩を10mg/cm2の
割合で試料A〜Dの表面に塗布し、大気中で800
℃,1000hr加熱した。試料A〜Dの脱スケール
は、18%NaOH+3%KMnO4水溶液を煮沸した
中に試料A〜Dを約6hr浸漬し、次いで10%クエ
ン酸アンモニウム水溶液を煮沸した中に試料A〜
Dを浸漬した。試験前後の試料A〜Dの重量変化
から耐食性を評価した。その結果を第3表に示
す。
【表】
第3表によれば、試料Cおよび試料Dに比較し
て、本発明による試料Aおよび試料Bは明らかに
耐食性が優れていることが判る。 (2) 酸化試験 試料A:スパツタリングにより試料表面に約
60μmのNi―30%Cr―0.5%Y合金を
被覆した後、Al拡散コーテイングし
たもの。 試料B:試料表面にCVD法によつて厚さ約10μ
mのCrコーテイングを施した後、ス
パツタリングにより約60μmのNi―30
%Cr―0.5%Y合金を被覆し、次いで
Al拡散コーテイングしたもの。 (ただし、試料Aおよび試料BはいずれもAl
拡散コーテイング層直下にAlをほとんど含有し
ない約8μmのNi―Cr―Y合金層が存在してい
る。) 試料C:腐食試験の場合に同じ。 試料D:腐食試験の場合に同じ。 (試験方法) 試料A〜Dを大気中で1100℃,500hr加熱し、
試験前後の試料A〜Dの重量変化を測定した。そ
の結果を第4表に示す。
て、本発明による試料Aおよび試料Bは明らかに
耐食性が優れていることが判る。 (2) 酸化試験 試料A:スパツタリングにより試料表面に約
60μmのNi―30%Cr―0.5%Y合金を
被覆した後、Al拡散コーテイングし
たもの。 試料B:試料表面にCVD法によつて厚さ約10μ
mのCrコーテイングを施した後、ス
パツタリングにより約60μmのNi―30
%Cr―0.5%Y合金を被覆し、次いで
Al拡散コーテイングしたもの。 (ただし、試料Aおよび試料BはいずれもAl
拡散コーテイング層直下にAlをほとんど含有し
ない約8μmのNi―Cr―Y合金層が存在してい
る。) 試料C:腐食試験の場合に同じ。 試料D:腐食試験の場合に同じ。 (試験方法) 試料A〜Dを大気中で1100℃,500hr加熱し、
試験前後の試料A〜Dの重量変化を測定した。そ
の結果を第4表に示す。
【表】
【表】
第4表によれば、本発明による試料Bは、酸化
による重量変化率はいずれも1%以下であり、良
好な耐酸化性を有することを示している。しか
も、試料BのようにCrコーテイング層を設ける
ことにより、このコーテイング層が設けられてい
ない試料Aより良好な耐酸化性を示す。 (3) 酸化試験後の腐食試験 試料A:酸化試験の場合に同じ。 試料B:酸化試験の場合に同じ。 試料C:酸化試験の場合に同じ。 試料D:酸化試験の場合に同じ。 (試験方法) 前記の酸化試験条件と同じ条件で酸化試験を経
た試料A〜Dを、次いで前記の腐食試験条件と同
じ条件で腐食試験に供し、試料A〜Dの腐食減量
を測定した。その結果を第5表に示す。
による重量変化率はいずれも1%以下であり、良
好な耐酸化性を有することを示している。しか
も、試料BのようにCrコーテイング層を設ける
ことにより、このコーテイング層が設けられてい
ない試料Aより良好な耐酸化性を示す。 (3) 酸化試験後の腐食試験 試料A:酸化試験の場合に同じ。 試料B:酸化試験の場合に同じ。 試料C:酸化試験の場合に同じ。 試料D:酸化試験の場合に同じ。 (試験方法) 前記の酸化試験条件と同じ条件で酸化試験を経
た試料A〜Dを、次いで前記の腐食試験条件と同
じ条件で腐食試験に供し、試料A〜Dの腐食減量
を測定した。その結果を第5表に示す。
【表】
第5表によれば、試料Cおよび試料Dでは耐食
減量が22〜27mg/cm2であり、コーテイング処理直
後の耐食性(第3表)に比較するとさらに低下し
ている。このことは試料Cおよび試料Dの場合、
酸化試験中に耐食性が若しく劣るNi3Al相が急速
にコーテイング層内で成長したためである。一
方、本発明による試料Bは、高温長時間の酸化試
験後にもなお耐食性が良好である。試料Bの結果
が試料Aの結果よりも良い値となるのは、上記酸
化試験の場合と同様である。Ni3Al相が成長する
ためには、Alがコーテイング層から母材IN―738
へ拡散し、またNiが母材からコーテイング層へ
と拡散する必要があるが、特に試料Bでは予めコ
ーテイングされた約10μmのCr層がAlとNiとの
拡散障害となり、Ni3Al相や形成が有効に抑制さ
れるため腐食減量も著しく少ない。 (4) 熱衝撃性試験 試料A〜C:各々酸化試験の場合に同じ。 (試験方法) 室温→800℃加熱水冷→室温のサイクル(1サ
イクル6min)を5回繰り返し、試料A〜Dの表
面に生じたクラツクの発生状況を光学顕微鏡で観
察した。 (試験結果) 試料A:クラツク発生なし。 試料B:クラツク発生なし。 試料C:平均間隔約400μmのクラツクの発生
が認められた。 試料Cの場合、Cr拡散処理(1100℃,24hr)
によつてもなおCrの表面濃度が十分に低下しな
いため、Al拡散コーテイング後のコーテイング
最外層に機械的に脆いCr―Al系金属間化合物が
形成される結果、耐衝撃性が低下する。一方本発
明による試料Bの場合、Ni―Cr―Y合金のCr含
有量が45%以下であるため、Al拡散コーテイン
グ後のコーテイング最外層にCr―Al系金属間化
合物に代わり、延性のあるNiAlが形成され、し
かもAl拡散コーテイング層直下にAlをほとんど
含有しない延性の良好な約8μmのNi―Cr―Y合
金層が存在する結果、耐衝撃性も良好である。 以上説明したように本発明によれば、耐食性耐
酸化性及び耐衝撃性に優れた耐熱合金部材を簡易
な手法により製造できるという効果を奏する。
減量が22〜27mg/cm2であり、コーテイング処理直
後の耐食性(第3表)に比較するとさらに低下し
ている。このことは試料Cおよび試料Dの場合、
酸化試験中に耐食性が若しく劣るNi3Al相が急速
にコーテイング層内で成長したためである。一
方、本発明による試料Bは、高温長時間の酸化試
験後にもなお耐食性が良好である。試料Bの結果
が試料Aの結果よりも良い値となるのは、上記酸
化試験の場合と同様である。Ni3Al相が成長する
ためには、Alがコーテイング層から母材IN―738
へ拡散し、またNiが母材からコーテイング層へ
と拡散する必要があるが、特に試料Bでは予めコ
ーテイングされた約10μmのCr層がAlとNiとの
拡散障害となり、Ni3Al相や形成が有効に抑制さ
れるため腐食減量も著しく少ない。 (4) 熱衝撃性試験 試料A〜C:各々酸化試験の場合に同じ。 (試験方法) 室温→800℃加熱水冷→室温のサイクル(1サ
イクル6min)を5回繰り返し、試料A〜Dの表
面に生じたクラツクの発生状況を光学顕微鏡で観
察した。 (試験結果) 試料A:クラツク発生なし。 試料B:クラツク発生なし。 試料C:平均間隔約400μmのクラツクの発生
が認められた。 試料Cの場合、Cr拡散処理(1100℃,24hr)
によつてもなおCrの表面濃度が十分に低下しな
いため、Al拡散コーテイング後のコーテイング
最外層に機械的に脆いCr―Al系金属間化合物が
形成される結果、耐衝撃性が低下する。一方本発
明による試料Bの場合、Ni―Cr―Y合金のCr含
有量が45%以下であるため、Al拡散コーテイン
グ後のコーテイング最外層にCr―Al系金属間化
合物に代わり、延性のあるNiAlが形成され、し
かもAl拡散コーテイング層直下にAlをほとんど
含有しない延性の良好な約8μmのNi―Cr―Y合
金層が存在する結果、耐衝撃性も良好である。 以上説明したように本発明によれば、耐食性耐
酸化性及び耐衝撃性に優れた耐熱合金部材を簡易
な手法により製造できるという効果を奏する。
第1図は本発明によつて製造された耐熱合金部
材の組織の模式図、第2図は、実施例1における
各試料の熱衝撃試験を示すグラフである。
材の組織の模式図、第2図は、実施例1における
各試料の熱衝撃試験を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 鉄、ニツケル及びコバルトの少なくともひと
つを基体成分とする基体合金の表面に20μm以下
のクロムコーテイング層を形成し、 該クロムコーテイング層上に、20〜150μmの
厚さで且組成がほぼ一定であるクロムが45重量%
以下、希土類元素が0.02〜2重量%及び残部がニ
ツケルであるクロム―ニツケル合金被覆層をスパ
ツタリングにより形成し、 パツク法によりアルミニウム拡散コーテイング
層を当該クロム―ニツケル合金被覆層上に形成す
るとともに、該クロム―ニツケル合金被覆層中に
アルミニウムを10重量%以下拡散させたことを特
徴とする耐熱合金部材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14891179A JPS5672167A (en) | 1979-11-19 | 1979-11-19 | Heat resisting alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14891179A JPS5672167A (en) | 1979-11-19 | 1979-11-19 | Heat resisting alloy |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5672167A JPS5672167A (en) | 1981-06-16 |
JPS6328983B2 true JPS6328983B2 (ja) | 1988-06-10 |
Family
ID=15463409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14891179A Granted JPS5672167A (en) | 1979-11-19 | 1979-11-19 | Heat resisting alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5672167A (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8711697D0 (en) * | 1987-05-18 | 1987-06-24 | Secr Defence Brit | Coated titanium articles(ii) |
GB8711698D0 (en) * | 1987-05-18 | 1987-06-24 | Secr Defence | Coated titanium articles(i) |
JP2624018B2 (ja) * | 1991-04-23 | 1997-06-25 | 株式会社ノーリツ | 液体燃料蒸発装置 |
JP4690900B2 (ja) * | 2006-02-14 | 2011-06-01 | ヤマハ発動機株式会社 | 内燃機関用またはマリン用の部品およびそれを備えた輸送機器 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4899046A (ja) * | 1972-03-29 | 1973-12-15 | ||
JPS5029436A (ja) * | 1973-04-02 | 1975-03-25 | ||
US3998603A (en) * | 1973-08-29 | 1976-12-21 | General Electric Company | Protective coatings for superalloys |
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1979
- 1979-11-19 JP JP14891179A patent/JPS5672167A/ja active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4899046A (ja) * | 1972-03-29 | 1973-12-15 | ||
JPS5029436A (ja) * | 1973-04-02 | 1975-03-25 | ||
US3998603A (en) * | 1973-08-29 | 1976-12-21 | General Electric Company | Protective coatings for superalloys |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5672167A (en) | 1981-06-16 |
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