WO1996031634A1 - Materiau metallique resistant a l'oxydation - Google Patents

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Hitoshi Taimatu
Masami Ueda
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Sumitomo Special Metals Company Limited
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Definitions

  • the present invention relates to an oxidation-resistant metal material having a thermal expansion coefficient close to that of stabilized zirconia used as a solid electrolyte or the like and having excellent oxidation resistance at high temperatures.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of the TBC
  • Fig. 2 is an example of the cross-sectional structure of the TBC installed in the combustor.
  • A is the ceramic layer
  • B is the intermediate layer
  • C is the alloy
  • Tg is the high-temperature combustion gas temperature
  • Ta is the cooling air temperature
  • the respective surface or boundary temperature The respective surface or boundary temperature.
  • TBC coats metal parts having a temperature difference with ceramic with low thermal conductivity to prevent the temperature of metal parts from rising.
  • Gas Turbi Has been used for more than 10 years, mainly for combustors.Recently, application to cooling blades has been studied extensively. Confirmed.
  • TBC is usually thermal conductivity (cal / cm's' ° C ) is Zr0 2 (MgO a is A1 2 0 3 or less and 0.005 to 0.006 compared to Ti0 2 of 0.01 ⁇ 0.02 0.04 ⁇ 0.08, Y 2 0 3, Ni-Al-based alloys, Ni-Cr-based alloys for the purpose of reducing the difference in thermal expansion or improving corrosion resistance between the ceramic sprayed layer and the alloy (base material) whose main component is a stabilizing material such as CaO) , M-Cr-Al-Y alloy (M ( ⁇ Fe, NI, Co, etc.)) consisting of an intermediate sprayed layer.
  • This intermediate layer can be multi-layered as a mixed layer of metal and ceramic, It is also researched to do things.
  • PAFC phosphoric acid type
  • MCFC molten carbonate type
  • SOFC solid electrolyte type
  • the solid oxide fuel cell has a structure in which a fuel electrode (anode) 2 and an air electrode (cathode) 3 sandwich both sides of an electrolyte plate 1 of yttria-stabilized zirconia (YSZ).
  • the unit cells 4 are stacked in multiple layers via a separator 5 and formed between the sensor 5 and the anode 2.
  • Supplied H 2 and CO force the fuel in the passage space 6 to be shall be the basic configuration supplied air force in the passage space 7 formed between the separator 5 and the air electrode (force Sword) 3 .
  • the reformer 8 in the former stage reforms it into a gas mainly composed of hydrogen. That is, in the reformer 8, the fuel city gas is reformed into hydrogen and carbon monoxide using steam generated by the cell reaction and the heat of reaction, and a part of the reformed gas is sent to the fuel electrode 2 as methane.
  • oxygen ions are generated from oxygen obtained from the air and electrons from the external circuit 9. Oxygen ions travel to the anode 2 through the electrolyte plate 1.
  • DC power is supplied to the load of the external circuit 9, for example, a light bulb.
  • the goal of the development of the high-temperature gas turbine in the Moonlight Project is to achieve an inlet gas temperature of 1773K, and achieve the goal with a steam turbine driven by the exhaust heat of the turbine.
  • the goal is to achieve a total power generation efficiency of 55% through so-called combined power generation.
  • the efficiency of thermal power generation using only steam turbines is about 40%. If this efficiency is improved by 10%, it is said that Japan can save about 310 billion yen in fuel power for one year.
  • Ni-based superalloys are used to achieve the above goals of high temperature and high efficiency.However, if the alloy is used without coating in a gas turbine, only a life of about one year can be expected. . Therefore, it is essential to perform the coating. And power, since the difference in thermal expansion coefficient of the stabilizing Jirukonia (10 ⁇ 12 X 10- 6 / degree K) and the thermal expansion coefficient of the Ni-base superalloy (18 to about 20 X 10- 6 / K) is large, stable There is a problem that cracks are easily generated in the sprayed layer of zirconia.
  • the intermediate layer made of Ni-Al alloy, Ni-Cr alloy, M-Cr-Al-Y alloy (M is Fe, NI, Co, etc.) etc.
  • M is Fe, NI, Co, etc.
  • Fuel cells usually have a configuration in which flat plates are stacked as shown in Fig. 3 in order to reduce the internal resistance and increase the electrode area per volume.
  • the separator 5 is air electrode 3 and the fuel electrode 2, the solid electrolyte 1 is approximated as thermal expansion coefficient and oxidation resistance, since it is required to highly conductive, on the material (La, alkaline Asu) Cr0 3 Is generally used.
  • the specific role of the separator 5 is to separate the single cells 4 when stacking the single cells 4 and to have a function of shutting off H 2 as fuel and air, and a function of holding the electrolyte plate 1. have.
  • the area of the electrolyte plate 1 In order to hold the electrolyte plate 1, the area of the electrolyte plate 1 must be larger than the area of the fuel electrode 2 or the air electrode 3 in advance, so that the electrolyte plate 1 can be easily laminated with the separator 5. Can hold one. However, since the separator 5 is a ceramic as described above, the strength is weak and the formability is poor.
  • the air electrode which is in an oxidizing atmosphere at high temperature
  • the fuel electrode which is in a reducing atmosphere
  • Metal separators have problems of thermal expansion coefficient mismatch and oxide film growth on heat-resistant steel.
  • Thermal expansion coefficient is determined by the method of using LaMnOx foam as a connector or controlling the composition of metal. attempts have been made to approximate the re thermal expansion coefficient, no force for oxidation coatings have been tried and a method of spraying LaCr0 3 V, the results deviated even satisfied are obtained.
  • the inventor of the present invention has conducted intensive studies on a metal material having a thermal expansion coefficient close to that of stabilized zirconia and having excellent oxidation resistance. As a result, Cr, W and M (M is
  • Fe-based alloy containing a specific amount of one or more of Y, Hf, Ce, La, Nd, and Dy has a thermal expansion coefficient similar to that of stabilized zirconia, and has excellent oxidation resistance at high temperatures It was found that.
  • the inventors have found that by adding a small amount of B to the Cr-W-M-Fe-based alloy, it is possible to prevent the segregation of W in the alloy at the grain boundaries, and have completed the present invention.
  • Known alloys containing Cr, W, and Fe include ferrite steels used in gas turbines and boiler tubes. (JP-B 57-45822, JP-B 3-59135, JP-B 3-65428, JP-B 4-54737, JP-B 5-5891, JP-A 2-290950, etc.) All alloys were designed to improve strength at high temperatures, and no consideration was given to their coefficient of thermal expansion.
  • the composition was 7.0 to 15.0 wt% for Cr and 0.05 to 3.5 wt% for W, all different from the alloy composition of the present invention.
  • Cr contains 15 to 40 wt%, W 5 to 15 wt%, one or more of Y, Hf, Ce, La, Nd, and Dy in an amount of 0.01 to 1 wt%, or further contains B in an amount of 0.001 to 0.01 wt%.
  • Balance Fe And it consists inevitable impurities, an oxidation resistant metallic material the average thermal expansion coefficient is less than 12 X 10- 6 / K or 13 X 10 ⁇ 6 / ⁇ in 1000 ° C from room temperature.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a thermal barrier coating material (TBC).
  • TBC thermal barrier coating material
  • FIG. 2 is a photograph explanatory view showing an example of a cross-sectional structure of a thermal barrier coating material (TBC).
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the solid oxide fuel cell.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation principle of the solid oxide fuel cell. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • Cr is a basic component for obtaining heat resistance, and must contain at least 15 wt%. However, even if it is added in excess of 40 wt%, the effect strength is saturated, the thermal expansion coefficient increases, and the workability deteriorates, so the amount increases by 15 to 40 wt%. More preferably, it is in the range of 15 to 25 wt%.
  • W is a basic component for obtaining a predetermined coefficient of thermal expansion, and must contain at least 5 wt%. However, if added in excess of 15 wt%, the coefficient of thermal expansion increases, which is not desirable. More preferably, it is in the range of 5 to 10% by weight.
  • Y, Hf, Ce, La, Nd and Dy have the effect of improving the oxidation resistance when added alone or in combination, and are preferably contained at least 0.01 wt%. However, if added in excess of lwt%, the hot workability rapidly deteriorates, so V is preferred, and the addition range is 0.01 to lwt%.
  • B has the effect of preventing W from segregating to the grain boundaries, and preferably contains at least 0.001 wt%. However, the effect is saturated even if it is added in excess of 0.01 wt%, so the content is set to 0.001 to 0.01 wt%.
  • Fe forms the backbone of the metal material according to the present invention and accounts for the balance of the above elements.
  • the metal material according to the present invention can be obtained, for example, by a known method such as melting and sintering. Appropriately select a form according to the application, such as subjecting it to hot or cold working, or powdering and using it. Can be.
  • the mechanical properties and heat resistance of the metal material according to the present invention are equivalent to those of stainless steel conventionally used in such applications.
  • Thermal expansion coefficient of the metal material according to the present invention in order to substantially equal to the thermal expansion coefficient of the stabilizing Jirukonia (10- 12 X 10-6 K), the average thermal expansion coefficient at 1000 ° C from room temperature 12.0x 10_ 6 Limited to the range of / K or more and less than 13.0 ⁇ 10 ⁇ 6 / ⁇ .
  • Metallic material according to the present invention is excellent in having and oxidation resistance of the thermal expansion coefficient approximate to the thermal expansion coefficient of the stabilizing Jirukonia (10 ⁇ 12 X 10- 6 / ⁇ ), stabilized zirconium Nia is used Stabilized zirconia or stabilized zirconia, such as a heat-resistant and corrosion-resistant coating material, an intermediate layer between a heat-resistant and corrosion-resistant coating and a base material in a solid electrolyte fuel cell, or a separator material of a solid electrolyte fuel cell. It has optimal properties for use with materials having similar coefficients of thermal expansion as niers.
  • Example 1 Example 1
  • Table 2 shows that the metal material according to the present invention has a coefficient of thermal expansion close to that of stabilized zirconia (10 to 12 X 10-6 / K) and has excellent oxidation resistance. I understand.
  • the increase in oxidation was evaluated by a value obtained by dividing the difference between the weight after heating at 1000 ° C for 1000 hours in air and the weight before heating by the surface area of the sample. ⁇
  • samples without B (Samples Nos. 2, 4, 5, 6, 8, and 9) had some W grain boundary segregation, while samples with B added (Samples Nos. 1 and 3). For (7), there was no W grain boundary segregation.
  • (M Y, Hf, Ce, La, Nd, Dy) is a metal material that has a thermal expansion coefficient much closer to that of stabilized zirconia than stainless steel, and Because of its excellent oxidation resistance at high temperatures, it is ideal as an intermediate layer between a heat-resistant and corrosion-resistant coating made of stabilized zirconia and a base material, or as a separator material for solid oxide fuel cells using stabilized zirconia as a solid electrolyte. is there.

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Description

明細書
耐酸化性金属材料
技術分野
この発明は、 安定化ジルコニァと熱膨張係数が近似した金属材料に係り、 特 定組成のCr-W-M-Fe系合金及びCr-W-M-B-Fe系合金(M=Y，Hf，Ce，La,Nd，Dy の一種または 2種以上)とすることにより、 例えば、 耐熱-耐食コーティングと しての安定化ジルコニァと母材との中間層、 あるいは第三世代として開発され ている固体電解質型燃料電池の固体電解質等として利用される安定化ジルコ二 ァと熱膨張係数が近似し、 かつ高温における耐酸化性にすぐれる耐酸化性金属 材料に関する。
背景技術
近年、 エネルギー問題や地球環境問題がクローズアップされ、 発電用ガス タービンをはじめとする各種高温プラント機器の高温高圧化傾向が著しく、 こ れに伴い臨界条件下で使用されている金属材料の損傷劣化問題が深刻化してい る。
そのため、 最近の航空機用ならびに陸用のガスタービンでは、 動静翼用の高 強度超合金に対して耐食コーティングの適用が通例となっているが、 該コー ティングにおいても高温腐食が絡んだ損傷劣化問題は解決されていないのが現 状 C?ある。
ここで、 遮熱コーティング (TBC)を例にとって、 その原理及び基本構造を簡 単に説明する。 図 1は TBCの模式図、 図 2は燃焼器へ施工された TBCの断面組 織例である。 なお、 図 1において、 Aはセラミック層、 Bは中間層、 Cは合金で あり、 Tgは高温燃焼ガス温度、 Taは冷却空気温度、
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ぞれの表面又は境界温度である。
TBCは、 図 1の如く温度差を有する金属部品へ熱伝導率の低いセラミックを コーティングし、 金属部品表面の温度上昇を防止するものである。 ガスタービ ンへは燃焼器を中心に 10年以上前より使用されており、 最近では冷却翼への適 用もさかんに研究され、 実冀を用いたテストにょリ 50~100°Cの遮熱効果が確 認されている。
TBCは、 通常熱伝導率 (cal/cm's'°C)が 0.04〜0.08である A1203や 0.01~0.02の Ti02に比べて 0.005〜0.006と低い Zr02(MgO、 Y203、 CaO等の安定化材を固 溶)を主成分とするセラミック溶射層と合金 (基材)との熱膨張差を緩和あるいは 耐食性の向上を目的とする Ni-Al系合金、 Ni-Cr系合金、 M-Cr-Al-Y系合金 (M (±Fe，NI,Co等)等からなる中間溶射層からなり、 この中間層を金属とセラミツ クの混合層として多層化したり、 完全な傾斜組成をすること等も研究されてい る。
次に、 新たな発電システムとして注目されている燃料電池は、 電解質にリン 酸水溶液を用いるリン酸型 (PAFC)、 電解質に炭酸リチウム、 炭酸カリウム等 を用いる溶融炭酸塩型 (MCFC)、 電解質にジルコニァ系のセラミックを用いる 固体電解質型 (SOFC)があり、 いずれも燃料のもつ化学エネルギーを電気化学 反応により直接電気エネルギーに変換する発電方式で種々のすぐれた特徴を有 している。
最近のエネルギー政策、 地球環境問題の高まりの中で需要地に接近設置でき る分散電源、 コージエネレーシヨン用電源として燃料電池の早期実用化が強く 望まれており、 分散型電源導入量でも燃料電池に最も大きな期待がかけられて いる。
ここで、 固体電解質型燃料電池を例にとって、 その原理および基本構造を図 3の固体電解質型燃料電池の構成を示す分解斜視図によリ簡単に説明する。 図 3に示すように、 固体電解質型燃料電池は、 イットリア安定化ジルコニァ (YSZ)の電解質板 1の両面を、 燃料極 (アノード) 2と空気極 (カソ一ド) 3とで挟ん だものを単セル 4となし、 さらに、 実用電力を得るためにセパレータ 5を介して 該単セル 4を多層に積層し、 前記セノ レータ 5と燃料極 (ァノ一ド) 2の間に形成 される通路空間 6には燃料となる H2と CO力供給され、 セパレータ 5と空気極 (力ソード) 3の間に形成される通路空間 7には空気力供給される構成を基本とす る。
固体電解質型燃料電池の発電原理を図 4に基づいて説明すると、 まず、 燃料 の都市ガスはメタンが主成分のため、 前段の改質器 8で水素主体のガスに改質 する。 すなわち、 改質器 8では電池反応により生成した水蒸気と反応熱を用い て、 燃料の都市ガスが水素と一酸化炭素に改質され、 一部はメタンのまま燃料 極 2へ送られる。
燃料極 2では水素と一酸化炭素が、 空気極 3側から電解質板 1を通ってくる酸 素イオンと反応する。 この時、 水と二酸化炭素を生成するとともに電子を外部 回路 9に放出する。
空気極 3では空気中から得た酸素と外部回路 9からの電子にょリ酸素イオンが 生成する。 酸素イオンは電解質板 1を通つて燃料極 2へ向かう。
燃料極 2、 空気極 3の反応が進むことにより、 外部回路 9の負荷、 例えば電球 に直流電力を供給する。
上記の反応は、 電解質を溶かした水に、 一対の電極を差し込んで電流を流す と、 一方の電極表面に水素が発生し、 もう一方の電極表面に酸素が発生する、 いわゆる水の電気分解反応の逆の反応を応用したものであるといえる。
まず、 前者の遮熱コーティング (TBC)の構成において、 特に重要視されるの が安定化ジルコ二ァの溶射層の存在である。
ムーンライト計画 (通商産業省が推進している省エネルギーに関する計画)に おける高温ガスタービンの開発目標は、 最終的に入口ガス温度 1773Kを達成 し、 そのタービンの排熱により駆動される蒸気タービンとの組合せによる、 い わゆる複合発電により総合発電効率を 55%にすることを目標としている。 蒸気タービンのみによる現在の火力発電の効率は約 40%であり、 これが 10% 向上したとすると我が国において 1年間約 3100億円の燃料力節約できるといわ れている。
上記のような高温、 高効率化の目標を達成するために、 Ni基超合金が使用さ れているが、 合金をガスタービン中でコーティングなしで用いては、 1年程度 の寿命しか期待できない。 従ってコーティングを行うことは不可欠である。 し力 、 安定化ジルコニァの熱膨張係数 (10~ 12 X 10-6/K程度)と Ni基超合金 の熱膨張係数 (18~20 X 10-6/K程度)の差が大きいため、 安定化ジルコニァの溶 射層に亀裂が発生しやすいという問題がある。 これに対し、 耐食性向上も期待 できる Ni-Al系合金、 Ni-Cr系合金、 M-Cr-Al-Y系合金 (Mは Fe,NI,Co等)等から なる中間層を熱膨張差を緩和する目的で溶射する場合もあるが、 これらの熱膨 張係数もまだ 16〜： L8X lO-6/K程度と大きく、 充分な結果が得られていない。 次に、 後者の固体電解質型燃料電池の構成においては、 特に重要視されるの がセパレータの存在である。
燃料電池は内部抵抗を小さくし、 容積当たりの電極面積を大きくするために 通常は図 3の如く平板を積層した構成をとる。
セパレータ 5は、 空気極 3や燃料極 2ある 、は固体電解質 1と近似した熱膨張 係数と耐酸化性、 高導電性を要求されることから、 その材質には (La，アルカリ ァース) Cr03を用いるのが一般的である。
セパレータ 5の具体的な役割は、 単セル 4を積層する際に各々単セル 4を仕切 り、 燃料となる H2と空気を遮断するなどの機能を有するほか、 電解質板 1を保 持する機能を有している。
電解質板 1を保持するには、 予め電解質板 1の面積を燃料極 2や空気極 3の面 積よりも大きくしておくことにより、 容易にセパレータ 5との積層が可能と なって、 電解質板 1を保持することができる。 しかし、 セパレータ 5は上記のごとくセラミックスであるため、 強度的に弱 く、 成形性力悪いことが問題となっている。
セパレータ材料としては、 高温で酸化雰囲気にある空気極と還元雰囲気にあ る燃料極とを連絡する必要上、 酸化にも還元にも強く、 かつ、 電子導電性がよ いことが要求される。
セパレータ材料として、 LaCro.gMgc Osや CoCr204あるい (iNi-Al合金が検 討されているが、 これらのセパレータ用材料と燃料極あるいは固体電解質との 接合が困難であるという問題がある。
上述の (La，アル力リアース) Cr03は、 工業的に均質な原料粉末を得る粉末調 整法が確立されておらず、 ステンレス鋼ゃ所謂ィンコネルなどの耐熱合金は、 強度的な点では上記のセラミックスよリ優れているが、 熱膨張係数が大き 、た め電池作動温度 (約 1000'C)では固体電解質にかなりの引張応力がかかリ、 また 酸化被膜の電気抵抗も大き 、問題がある。
金属セパレータについては、 熱膨張係数の不整合と耐熱鋼上の酸化被膜の成 長の問題があり、 熱膨張係数については、 接続体として LaMnOxの発砲体を使 う方法や金属の組成制御によリ熱膨張係数を近づける試みがなされており、 酸 化被膜については LaCr03を溶射する方法などが試みられている力 V、ずれも 満足した結果は得られていない。
今日、 MgO、 Y203, CaO等の種々の安定化材を固溶させた安定化ジルコ二 ァは、 その特徴である高強度や強靭性、 高融点や断熱性、 電気的特性等を活か し、 各種の用途別に該特性を追求して、 安定化材の選定とともに製造方法にェ 夫がされており、 製鋼工業、 化学工業、 電池、 溶射材料、 タービン、 内燃機 関、 センサーなど多方面の用途に使用されていることから、 セラミックス単体 で用いる以外は、 多くの場合、 他の金属材料等と隣接あるいは接合されて使用 されるが、 熱膨張係数が近似しかつ各種用途に適用可能な金属材料は提案され ていない。 発明の開示
この発明は、 公知技術において、 安定化ジルコニァと熱膨張係数が近似し、 かつ耐酸化性にすぐれた金属材料がないことに鑑み、 例えば、 上記遮熱コー ティング材と母材との中間層あるいは固体電解質型燃料電池用のセパレータ材 として最適な特性を備えるなど、 安定化ジルコニァと熱膨張係数が近似し、 安 定化ジルコニァが利用される用途において、 耐酸化性にすぐれた金属材料の提 供を目的としている。
発明者は、 安定化ジルコニァと近似した熱膨張係数を有し、 かつ耐酸化性に すぐれた金属材料を目的に鋭意研究した結果、 Cr、 W及び M(Mは
Y，Hf，Ce，La,Nd，Dyの一種または 2種以上)を特定量含有させた Fe基合金が安定 化ジルコニァと近似した熱膨張係数を有し、 高温における耐酸化性にすぐれる 材料であることを知見した。
さらに、 発明者は、 上記 Cr-W-M-Fe系合金に少量の Bを添加することによ リ、 該合金における Wの粒界への偏析を防止できることを知見しこの発明を完 成した。
Cr、 W、 Feを含有する合金としては、 ガスタービンやボイラー管に用いる フェライト鋼等が知られている。 （特公昭 57-45822号、 特公平 3-59135号、 特 公平 3-65428号、 特公平 4-54737号、 特公平 5-5891号、 特開平 2-290950号等） し力 し、 それらの合金は、 いずれも高温での強度を向上させることを目的と しておリ、 熱膨張係数については一切考慮されていなかった。
また、 その組成も Crが 7.0~15.0wt%、 Wが 0.05~3.5wt%と、 いずれも本発 明の合金組成とは異なるものであつた。
すなわち、 この発明は、
Cr 15〜40wt%、 W 5~15wt%, Y,Hf，Ce，La，Nd，Dyの一種または 2種以上を 0.01~lwt%含有し、 あるいはさらに、 B 0.001~0.01wt%を含有し、 残部 Fe および不可避的不純物からなり、 室温から 1000°Cにおける平均熱膨張係数が 12 X 10-6/K以上 13 X 10·6/Κ未満である耐酸化性金属材料である。 図面の説明
図 1は、 遮熱コーティング材 (TBC)を示す模式図である。
図 2は、 遮熱コーティング材 (TBC)の断面組織例を示す写真説明図である。 図 3は、 固体電解質型燃料電池の構成を示す分解斜視図である。
図 4は、 固体電解質型燃料電池の作動原理を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
この発明の金属材料の組成の限定理由について説明する。
Crは、 耐熱性を得るための基本成分であり、 少なくとも 15wt%の含有を必 要とする。 しかし、 40wt%を超えて添加しても効果力飽和し、 また熱膨張係数 を増加させたり、 加工性が劣化するため 15~40wt¾^する。 より好ましくは 15~25wt%の範囲である。
Wは所定の熱膨張係数を得るための基本成分であり、 少なくとも 5wt%の含 有を必要とする。 しかし 15wt%を超えて添加すると熱膨張係数が増加し好まし くないため 5~15wt%とする。 より好ましくは 5~10wt%の範囲である。
Y，Hf，Ce，La，Nd，Dyは、 単独添加あるいは複合添加することによって、 耐酸 化性を向上させる効果があり、 少なくとも 0.01wt%含有することが好ましい。 し力 し、 lwt%を超えて添加すると熱間加工性が急激に劣化するため、 好まし V、添加範囲は 0.01~lwt%である。
Bは、 Wが粒界へ偏析するのを防止する効果があり、 少なくとも 0.001wt% の含有することが好ましい。 しかし 0.01wt%を超えて添加しても効果が飽和す るため、 0.001~0.01wt%とする。 Q
O 96/31634 PCT/JP96/00914
Feは、 この発明による金属材料の基幹をなし、 上記元素の含有残余を占め る。
この発明による金属材料は、 例えば溶解铸造などの公知の方法によって得る ことができ、 それに熱間や冷間などの加工を施したり、 粉末化して用いる等、 用途に応じた形態を適宜選定することができる。
また、 この発明による金属材料の機械的特性並びに耐熱性は、 従来かかる用 途で使用されていたステンレス鋼と同等の特性を有する。
この発明による金属材料の熱膨張係数は、 安定化ジルコニァの熱膨張係数 (10- 12 X 10-6 K)とほぼ同等にするため、 室温から 1000°Cにおける平均熱膨張 係数が 12.0X 10_6/K以上 13.0Χ 10·6/Κ未満の範囲に限定する。
この発明による金属材料は、 安定化ジルコニァの熱膨張係数 (10~12 X 10- 6/Κ)と近似した熱膨張係数を有しかつ耐酸化性にすぐれるため、 安定化ジルコ ニァが使用される用途、 例えば、 耐熱，耐食コーティング材ゃ固体電解質型燃 料電池等における、 耐熱-耐食コーティングと母材との中間層、 あるいは固体 電解質型燃料電池のセパレータ材等、 安定化ジルコニァあるいは安定化ジルコ ニァと同様な熱膨張係数を有する材料と共に用いるのに最適な特性を有する。 実施例 1
この発明の効果を実証するために、 表 1に示す組成からなる本発明合金材料 を作成し、 室温〜 1000'Cの熱膨張係数及び高温における酸化増量を測定した。 その結果を比較例と共に表 2に示す。
表 2より、 この発明による金属材料が、 その熱膨張係数が安定化ジルコニァ の熱膨張係数 (10~12 X 10-6/K)と近似しておリ、 かつ耐酸化性に優れているこ とが分かる。
なお、 酸化増量は、 大気中において 1000°C X 1000時間の加熱後の重量から 加熱前の重量の差を試料の表面積で割つた数値で評価した。 · また、 Bを添加しないもの (試料 No.2,4，5，6，8,9)には、 若干の Wの粒界偏析が あつたが、 Bを添加したもの (試料 No.l，3,7)については、 Wの粒界偏析が全く 無かった。
Figure imgf000012_0001
産業上の利用可能性
この発明による特定量の Cr-W-M-Fe組成及び Cr-W-B-M-Fe組成
(M = Y，Hf，Ce,La，Nd,Dyの一種または 2種以上)からなる金属材料は、 ステンレ ス鋼と比較してはるかに安定化ジルコニァと近似した熱膨張係数を有し、 かつ 高温における耐酸化性にすぐれているため、 安定化ジルコニァからなる耐熱- 耐食コーティングと母材との中間層、 あるいは安定化ジルコニァを固体電解質 とする固体電解質型燃料電池のセパレ—タ材として最適である。

Claims

請求の範囲
1. Cr 15~40wt%、 W 5~15wt%、 Y，Hf，Ce，La，Nd，Dyの一種または 2種 以上を 0.01~lwt%含有し、 残部 Feおよび不可避的不純物からなり、 室温から 1000°Cにおける平均熱膨張係数が 12 X 10-6 K以上 13 X 10-6/K未満である耐酸 化性金属材料。
2. Cr 15~40wt%、 W 5~15wt%、 B 0.001〜0.01wt*¾、
Y，Hf，Ce，La，Nd，Dyの一種または 2種以上を 0.01~lwt%含有し、 残部 Feおよび 不可避的不純物からなり、 室温から 1000'Cにおける平均熱膨張係数が
12 X 10-6/K以上 13 X 10-6/Κ未満である耐酸化性金属材料。
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