JPS6379932A - 高耐食アモルファス合金 - 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、高温濃厚水酸化ナトリウムのような強アルカ
リ性で過酷な腐食性環境における耐食材料として好適な
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］ 苛性アルカリ中では低炭素鋼、ニッケル合金などが使わ
れているが、高温では脆性破壊を受けたり、腐食速度が
増大したりして、十分な耐食性を備えてはいない。

一方、本発明者らは先に耐孔食、耐隙間腐食、耐全面腐
食用高耐食アモルファスニッケル基合金を見出し、特願
昭５１−１３２２９０号として出願した。これは、以下
の４つの発明からなる。

（１）　５〜４０原子％のＣｒ及び１５〜３５原子％の
Ｐを含み、残部実質的にＮｉからなり過酷な腐食環境に
耐える耐孔食、耐隙間腐食、耐全面腐食用高耐食アモル
ファスニッケル基合金。

（２）　５〜４０原子％のＣｒ及び１５〜３５原子％の
Ｐを含み、かつ３原子％以下のＡｊ２．１０原子％以下
のＭｏ、４０原子％未満のＦｅの１種又は２種以上を含
み、ＣｒＸＰ、Ａｆｌ、Ｍｏ、Ｆｅの合計は６０原子％
未満で、残部実質的にＮｉからなり、過酷な腐食環境に
耐える耐孔食、耐隙間腐食、耐全面腐食用高耐食アモル
ファスニッケル基合金。

（３）　５〜４０原子％のＣｒ及び５〜３５原子％のＰ
を含み、更にそれぞれ２０原子％以下のＣ，Ｓｔ、＋３
の１種又は２種以上を、Ｐ、Ｃ。

Ｓｉ、Ｂの合計で１５〜３５原子％含み、残部実質的に
Ｎｉからなり、過酷な腐食環境に耐える耐孔食、耐隙間
腐食、耐全面腐食用高耐食アモルファスニッケル基合金
。

（４）　５〜４０原子％のＣｒ及び５〜３５原子％のＰ
を含み、更にそれぞれ２０原子％以下のＣ，Ｓｉ、Ｂ（
７）１種又は２種以上を、ｐ、ｃ。

Ｓｔ、Ｂの合計で１５〜３５原子％含み、かっ３原子％
以下のＡｎ、１０原子％以下のＭｏ、４゜原子％未満の
Ｆｅの１種又は２種以上を含み、ＣｒＸ　Ｐ、Ｃ，Ｓｉ
、Ｂ、Ａｆｌ、Ｍｏ、Ｆｅの合計が６０原子％未満で残
部実質的にＮｉからなり、過酷な腐食環境に耐える耐孔
食、耐隙間腐食、耐全面腐食用高耐食アモルファスニッ
ケル基合金。

しかし、これらは強酸中における耐食材料として期待さ
れたものであって、高温アルカリ中における耐食材料を
目的としたものではなかった。

［発明が解決しようとする問題点］ 高温濃厚苛性アルカリは腐食性が激しく、安全に使用し
得る金属材料がない。従って、通常の金属材料の使用が
極めて困難なこのような腐食性環境において、使用に耐
える新しい金属材料の出現が切望されてきた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、高温濃厚苛性アルカリのように金属を
不働態化しにくく、かつ極めて過酷な腐食性を備えた環
境に耐える合金を提供することにある。

通常、合金は固体状態では結晶化しているが合金組成を
限定して溶融状態から超急冷凝固させる　　ゝなど、固
体形成の過程で原子配列に超周期的規則性を形成させな
い方法を適用すると、結晶構造を持たず、液体に類似し
たアルモファス構造が得られ、このような合金をアモル
ファス合金という。

アモルファス合金は多くは過飽和固溶体の均一な単相合
金であって、従来の実用金属に比べて著しく高い強度を
保有し、かつ組成に応じて異常に高い耐食性をはじめ種
々の特性を示す。本発明者らはこのようなアモルファス
合金の特性を活用する研究を行った結果、強酸あるいは
高濃度の塩素イオンを含む水溶液など腐食性の激しい水
溶液中においても孔食、隙間腐食及び全面腐食を受けな
い高耐食アモルファスニッケル基合金を見出し、先に特
願昭５１−１３２２９０号として出願した。

前述のように、高温濃厚苛性アルカリは特に腐食性が激
しく、安定な腐食生成物も少なく、合金自体が安定な腐
食生成物保護皮膜を形成する能力を持たないと耐食性は
得られない。

本発明者らは、アモルファス合金の種々の特性を検討し
ながら更に研究を行った結果、前記特願昭５１−１３２
２９０号記載の合金の中でも、特に高温アルカリ中で腐
食生成物皮膜が安定な合金あるいは類似の合金に更に腐
食生成物皮膜を形成する能力の大きな元素あるいは合金
を化学的に安定にする元素を添加することによって、高
温濃厚苛性アルカリのような過酷な腐食性環境でも安定
な保護皮膜を形成して高耐食性を備えたアモルファス合
金が得られることを見出し、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項に示す第
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の発明の構成元素及び含有率を
示す。

第　１　表　本発明合金の組成（原子％）発明　Ｃｒ　
　Ｍｏ、Ｃｕ、Ｐｂ　　　Ｐ　　　［１，Ｃ，Ｓｉ　　
　　Ｎ１Ｎｏ（＊１）（＊２） ！ＩＢ、Ｃ及びＳｉのいずれか１種又は２種以上の合計 ＊２　実質的にＮｉ ＊３Ｅ、Ｃ及びＳｊのいずれか１種又は２種以上の合計
７原子％以下とＰとの合計 ［作用］ 上記組成の溶融合金を超急冷凝固させたり、スパッタデ
ポジションさせるなどアモルフス合金を作成する種々の
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
モルファス合金には、極めて均一で高耐食性を保証する
保護皮膜が形成される。高温濃厚苛性アルカリ溶液中て
金属材料は、容易に溶解するため、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
の耐食性が実現し得ないことがある。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、本発明のアモルファス合金は均一固溶体て
あり、更に、本発明のアモルファス合金は、安定な保護
皮膜を形成させ得る所要量の有効元素を均一に含むもの
であるため、このようなアモルファス合金には、均一な
保護皮膜が生じ、十分に高い耐食性を発揮する。

即ち、高温濃厚アルカリに耐える金属材料が備えるべき
条件は、非酸化性環境で安定な腐食生成物皮膜が材料に
均一に生じる高い保護皮膜形成能力を持つことである。

これは本発明の合金組成で実現され、また合金がアモル
ファス構造を有することは、複雑な組成の合金な重相固
溶体として作成することを可能にし、均一な保護皮膜形
成を保証するものである。

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、Ｐ、Ｃ，
８％Ｓｉなどの半金属と共存してアモルファス構造を形
成する元素であり、また、耐食性を担うＣｒの作用を助
ける元素である。

Ｃｒは高温濃厚アルカリに浸漬された本発明合金に腐食
生成物皮膜を形成して、耐食性を担う元素であり、少な
過ぎては十分な耐食性が得られず、多過ぎるとアモルフ
ァス構造の形成が困難になるので、１０〜４０原子％と
する。

ＭＯはＣｒによる保護皮膜の形成を促す元素であるが、
多量の添加は逆に有害である。Ｃｕは合金の化学的安定
性を増す元素であるが、多量に添加するとアモルファス
構造が得難くなる。ｐｂは保護皮膜を形成する元素であ
るが多量の添加はアモルファス構造の形成を困難にする
。従って、本発明の第３及び第４の発明においてＭＯｌ
Ｃｕ、ｐｂはいずれも７原子％以下とするが、これらの
２種以上を同時に添加することが許される。

前述のようにＰはＮｉと共存してアモルファス構造を形
成するのに有効であるだけでなく、Ｃｒを主成分とする
保護皮膜の形成を促す元素である。但し、高温濃厚アル
カリのように腐食性の激しい環境では、多量にＰを含む
合金には、保護性の低いリン酸塩皮膜がＰが酸化されて
生じることがある。従って、本発明の第１及び第３の発
明においてはＰは１５〜２３原子％の範囲とする。

Ｂ、Ｃ及びＳｔもＮｉと共存してアモルファス構造を形
成するのに有効で、Ｐを置換することができる元素であ
る。しかし、保護皮膜の形成を促すＰの作用を低下させ
ないためには、Ｂ、Ｃ及びＳｔのいずれか１　ｆ、！ｉ
又は２種の合計で７原子％を超えてＰを置換することは
好ましくない。従って、本発明の第２及び第４の発明に
おいてＢ、　Ｃ及びＳｉのいずれか１種又は２種の合計
は７原子％以下とし、Ｐとの合計で１５〜２３原子％と
する必要がある。

なお、本発明のアモルファス合金が５原子％以下のＷ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａを含んでも本発明の目的に支障
はない。

本発明のアモルファス合金の作製には、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
もよい。

−例として本発明のアモルファス合金を作製する装置を
第１図に示す。点線で囲んだ部分は真空にした後、不活
性ガスで満たされる。図において２は下方先端に垂直ノ
ズル３を有する石英管で、この石英管２の上端に設けら
れている送入口１より、原料４ならびに原料の酸化を防
止する不活性ガスを送入することができる。前記試料４
をを加熱するため石英管２の周囲に加熱炉５を設置する
。ノズル３の垂直下方に高速回転ロール７を置き、これ
をモーター６によって回転させる。アモルファス合金の
作製には、所定の組成の原料４を石英管２内に入れ、ま
ず、装置を１０−”Ｔｏｒｒ程度の真空にした後、不活
性ガスを満たす。次いで、原料４を加熱炉５によって加
熱溶融し、この溶融金属をモーター６によって１０００
〜１００００ｒ、ｐ、ｍ、で高速回転しているロール７
の外周面上に加圧不活性ガスを用いて噴射させることに
よって行われる。この方法によって、例えば厚さ０．　
１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ数ｍの程度の長い薄板として
、本発明のアモルファス合金を得ることができる。

実施例 第２表に示す組成となるように原料金属を混合し、アル
ゴンアーク溶融炉により原料合金を作製した。これらの
合金をアルゴン：囲気中で再溶融し、第１図に示した単
ロール法を用いて超急冷凝固させることにより、厚さ０
．０１〜０．０５ｍｍ、幅１〜３ｍｍ、長さ３〜２０ｍ
ｍ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線回折によって行った。これらの合金試料
の表面をシリコンカーバイド紙１０００番迄シクロヘキ
サン中で研磨した。次いで所定の長さの合金試料を切り
出し、沸騰５０％Ｎａ０Ｈｌ液中で分極曲線を測定した
。

得られた結果を第３表に示す。

第　２　表　合金組成（原子％） 発明Ｎｏ　　試料Ｎｏ　　Ｎｉ　　Ｃｒ　　Ｍｏ　　Ｃ
ｕ　　Ｐｂ　　Ｐ　　Ｂ　　ＣＳｉ３　　　　［ｔ６５
１５５　　　　　１５７［１５１５５１５ 第　　３　　表 本発明合金の沸騰５０％ＮａＯＨ溶液中における分極曲
線測定結果の例 １　　　　　　　　　　　　　　　　　９．２２　　　
　　　　　　　　　　　　　　１．２３　　　　　　　
　　　　　　　　　　０．０２４　　　　　　　　　　
　　　　　　　０．１５　　　　　　　　　　　　　　
　　２．０６　　　　　　　　　　　　　　　　　９．
３７　　　　　　　　　　　　　　　　　８．８８　　
　　　　　　　　　　　　　　　９．１９　　　　　　
　　　　　　　　　　　９．５１０　　　　　　　　　
　　　　　　　　　８．９１１　　　　　　　　　　　
　　　　　　　８．５１２　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　８．５１３　　　　　　　　　　　　　　
　　　　８．０１４　　　　　　　　　　　　　　　　
　　８．０１５　　　　　　　　　　　　　　　　　　
５．５１６　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．
２１７　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．３比
較例 Ｆｅ　　　　　　　　　　２Ｏ Ｎｉ　　　　　　　　　　２０ ハステロイ　　　　　２０ 本発明のアモルファス合金の活性態の最大電流密度は比
較例より小さく、本発明合金が高耐食性をもつことが判
明する。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のアモルファス合金は、高温
苛性アルカリのような激しい腐食性環境においても安定
な保護皮膜を形成して、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアモルファス合金を作製する装置の一
例を示す概略図である。 １・・・原料送入口、　　　２・・・石英管、３・・・
ノズル部、　　　　　４・・・原料、５・・・加熱炉、
　　　　　　６・・・モーター、７・・・高速回転ロー
ル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒを１０〜４０原子％とＰを１５〜２３原子％
   含み、残部実質的にＮｉよりなる高耐食アモルファス合
   金。
2. （２）Ｃｒを１０〜４０原子％含み更にＢ、Ｃ及びＳｉ
   よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の合計７原子
   ％以下とＰとの合計で１５〜２３原子％含み、残部実質
   的にＮｉよりなる高耐食アモルファス合金。
3. （３）Ｃｒを１０〜４０原子％とＰを１５〜２３原子％
   含み、かつ７原子％以下のＭｏ、７原子％以下のＣｕ及
   び７原子％以下のＰｂの群から選ばれる１種又は２種以
   上の元素を含み、残部実質的にＮｉよりなる高耐食アモ
   ルファス合金。
4. （４）Ｃｒを１０〜４０原子％含み、かつ７原子％以下
   のＭｏ、７原子％以下のＣｕ及び７原子％以下のＰｂの
   群から選ばれる１種又は２種以上の元素を含み、更にＢ
   、Ｃ及びＳｉよりなる群から選ばれる１種又は２種以上
   の合計７原子％以下とＰとの合計で１５〜２３原子％含
   み、残部実質的にＮｉよりなる高耐食アモルファス合金
   。