JP2922346B2 - 耐熱性Ｔｉ系合金 - Google Patents
耐熱性Ｔｉ系合金Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表面にＡｌ−Ｃｒ複合
拡散被覆層を有する耐熱性・耐酸化性に優れたＴｉ系合
金の改良に関する。
拡散被覆層を有する耐熱性・耐酸化性に優れたＴｉ系合
金の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】チタン材料は、軽量で、機械的性質及び
耐食性にすぐれているので、特に工業用チタン及びＴｉ
−Ａｌ系合金、例えば５Ａｌ−３Ｓｎ系や６Ａｌ−４Ｖ
系合金が多用されているが、一般に耐熱的に使用する場
合には、使用温度は約５００℃が上限となる。Ｔｉ合金
を高温に加熱すると、合金は、空気及び水分と反応して
合金内に水素化合物・窒化物を形成して脆化し、また表
面に酸化物層を形成し、保持時間の経過に伴って酸化物
層は成長を続けるので、耐酸化性材料としては使用でき
ない。
耐食性にすぐれているので、特に工業用チタン及びＴｉ
−Ａｌ系合金、例えば５Ａｌ−３Ｓｎ系や６Ａｌ−４Ｖ
系合金が多用されているが、一般に耐熱的に使用する場
合には、使用温度は約５００℃が上限となる。Ｔｉ合金
を高温に加熱すると、合金は、空気及び水分と反応して
合金内に水素化合物・窒化物を形成して脆化し、また表
面に酸化物層を形成し、保持時間の経過に伴って酸化物
層は成長を続けるので、耐酸化性材料としては使用でき
ない。
【０００３】このようなＴｉ−Ａｌ系合金の耐酸化性の
改善には、合金表面のＡｌ被覆処理が有効であることが
知られており、この処理によって、合金表面のＡｌ被覆
層はＴｉＡｌ3 相を形成して、その表面が酸化された場
合でも、酸化層は成長せず、耐酸化性を示す。また、Ｔ
ｉＡｌ3 は水素透過率が低いので、Ａｌ被覆層を有する
Ｔｉ系合金は水素脆化に対して抵抗を示す。Ａｌ被覆処
理を行ったこれらＴｉ−Ａｌ系合金は、５００℃以上の
高温では、軟化して機械的強度は低下するけれども、耐
熱材料として利用することができる。
改善には、合金表面のＡｌ被覆処理が有効であることが
知られており、この処理によって、合金表面のＡｌ被覆
層はＴｉＡｌ3 相を形成して、その表面が酸化された場
合でも、酸化層は成長せず、耐酸化性を示す。また、Ｔ
ｉＡｌ3 は水素透過率が低いので、Ａｌ被覆層を有する
Ｔｉ系合金は水素脆化に対して抵抗を示す。Ａｌ被覆処
理を行ったこれらＴｉ−Ａｌ系合金は、５００℃以上の
高温では、軟化して機械的強度は低下するけれども、耐
熱材料として利用することができる。
【０００４】また、耐熱性を改善したＴｉ系合金には、
合金中Ａｌ含有量を増加した１５〜３６％Ａｌ−Ｔｉ系
合金がある。この合金は、Ａｌ含有量の増加に伴って、
高温強度と耐酸化性が向上し、特に金属間化合物ＴｉＡ
ｌの組成を有する３４〜３６％Ａｌ−Ｔｉ合金は少量の
他成分を添加して、加工性・延性を付与し、インコネル
７１８相当の耐熱性がある。このＴｉＡｌ合金は、ジエ
ットエンジン圧縮機のステータベーン、ガスタービンの
ブレード、或いは自動車用エンジンバルブやターボチャ
ージャーのタービンロータ等の軽量耐熱部材としての用
途が注目されているが、これら合金の使用実用温度は耐
酸化性の点から約７００℃であって、７００℃以上の高
温では、表面酸化が顕著となって、寿命が低下する。
合金中Ａｌ含有量を増加した１５〜３６％Ａｌ−Ｔｉ系
合金がある。この合金は、Ａｌ含有量の増加に伴って、
高温強度と耐酸化性が向上し、特に金属間化合物ＴｉＡ
ｌの組成を有する３４〜３６％Ａｌ−Ｔｉ合金は少量の
他成分を添加して、加工性・延性を付与し、インコネル
７１８相当の耐熱性がある。このＴｉＡｌ合金は、ジエ
ットエンジン圧縮機のステータベーン、ガスタービンの
ブレード、或いは自動車用エンジンバルブやターボチャ
ージャーのタービンロータ等の軽量耐熱部材としての用
途が注目されているが、これら合金の使用実用温度は耐
酸化性の点から約７００℃であって、７００℃以上の高
温では、表面酸化が顕著となって、寿命が低下する。
【０００５】このような高Ａｌ−Ｔｉ合金にアルミニウ
ム浸透被覆処理をして、その表面に６０〜７０％Ａｌの
Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物層を形成せしめて、高温大気中
での表面酸化を抑制する技術が知られている（特開平１
−１１１８５８号）。この場合、表面のＡｌ被覆層はＴ
ｉＡｌ3 相となり、７００℃以上の高温中であってもＡ
ｌ被覆層の酸化量を低下させて、耐酸化性を改善したも
のである。
ム浸透被覆処理をして、その表面に６０〜７０％Ａｌの
Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物層を形成せしめて、高温大気中
での表面酸化を抑制する技術が知られている（特開平１
−１１１８５８号）。この場合、表面のＡｌ被覆層はＴ
ｉＡｌ3 相となり、７００℃以上の高温中であってもＡ
ｌ被覆層の酸化量を低下させて、耐酸化性を改善したも
のである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のＡｌ被覆層を表
面に成形した高Ａｌ−Ｔｉ合金においても、９００℃以
上の高温で使用される場合には、表面でのＡｌ被覆層中
のＴｉの酸化はなお無視し得ないほど進行し、Ａｌ被覆
層の層厚が減少して、その結果、表面肌荒れやスケール
を生じて寸法減少を生じるので、精密な耐熱部品におい
ては十分な耐酸化性を有するとは言えない。本発明は、
上記問題に鑑み、表面に有するＡｌ被覆層の耐酸化性特
性を改善した高Ａｌ−Ｔｉ合金その他の耐熱性Ｔｉ系合
金を提供せんとするものである。
面に成形した高Ａｌ−Ｔｉ合金においても、９００℃以
上の高温で使用される場合には、表面でのＡｌ被覆層中
のＴｉの酸化はなお無視し得ないほど進行し、Ａｌ被覆
層の層厚が減少して、その結果、表面肌荒れやスケール
を生じて寸法減少を生じるので、精密な耐熱部品におい
ては十分な耐酸化性を有するとは言えない。本発明は、
上記問題に鑑み、表面に有するＡｌ被覆層の耐酸化性特
性を改善した高Ａｌ−Ｔｉ合金その他の耐熱性Ｔｉ系合
金を提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の耐熱性Ｔｉ系合
金は、Ｔｉ系合金母材の表面にＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層を
有する耐熱性Ｔｉ系合金であって、該Ａｌ−Ｃｒ拡散被
覆層は、母材のＴｉ系合金中にＡｌが５０〜６５ｗｔ％
とＣｒが０．５〜７ｗｔ％含まれていることを特徴とす
るものである。また、本発明は、Ｔｉ系合金母材の表面
にＡｌが９０〜９９．５ｗｔ％とＣｒが０．５〜１０ｗ
ｔ％とから成るＡｌ−Ｃｒ合金層が形成された耐熱性Ｔ
ｉ系合金であって、高温下の使用過程で当該Ａｌ−Ｃｒ
合金層がＴｉ系合金母材へ拡散してＡｌ−Ｃｒ拡散被覆
層を形成し、該Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層にＡｌが５０〜６
５ｗｔ％とＣｒが０．５〜７ｗｔ％含まれるようにした
ことを特徴とする耐熱性Ｔｉ系合金が含まれる。
金は、Ｔｉ系合金母材の表面にＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層を
有する耐熱性Ｔｉ系合金であって、該Ａｌ−Ｃｒ拡散被
覆層は、母材のＴｉ系合金中にＡｌが５０〜６５ｗｔ％
とＣｒが０．５〜７ｗｔ％含まれていることを特徴とす
るものである。また、本発明は、Ｔｉ系合金母材の表面
にＡｌが９０〜９９．５ｗｔ％とＣｒが０．５〜１０ｗ
ｔ％とから成るＡｌ−Ｃｒ合金層が形成された耐熱性Ｔ
ｉ系合金であって、高温下の使用過程で当該Ａｌ−Ｃｒ
合金層がＴｉ系合金母材へ拡散してＡｌ−Ｃｒ拡散被覆
層を形成し、該Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層にＡｌが５０〜６
５ｗｔ％とＣｒが０．５〜７ｗｔ％含まれるようにした
ことを特徴とする耐熱性Ｔｉ系合金が含まれる。
【０００８】本発明のＴｉ系合金には、工業用純チタ
ン、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ系合金やＴｉ−８Ａｌ−Ｓｎ系
合金などのＴｉ系合金や耐熱性のＴｉ−１４〜３６Ａｌ
系合金などが対象になる。
ン、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ系合金やＴｉ−８Ａｌ−Ｓｎ系
合金などのＴｉ系合金や耐熱性のＴｉ−１４〜３６Ａｌ
系合金などが対象になる。
【０００９】Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層の形成には、Ａｌ粉
の粉末法による拡散被覆法、溶射法、肉盛法、ＰＶＤ
（物理的気相成長）法又はＣＶＤ（化学的気相成長）法
が適用できる。粉末法では、Ａｌ粉、Ｃｒ粉及びＡｌ2
Ｏ3 粉に少量の塩化アンモニウムを配合して加熱したポ
ット中に、Ｔｉ合金材料を埋設して保持する方法であ
り、保持過程で、表面に析出したＡｌ及びＣｒは内部に
浸透してＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層を形成する。
の粉末法による拡散被覆法、溶射法、肉盛法、ＰＶＤ
（物理的気相成長）法又はＣＶＤ（化学的気相成長）法
が適用できる。粉末法では、Ａｌ粉、Ｃｒ粉及びＡｌ2
Ｏ3 粉に少量の塩化アンモニウムを配合して加熱したポ
ット中に、Ｔｉ合金材料を埋設して保持する方法であ
り、保持過程で、表面に析出したＡｌ及びＣｒは内部に
浸透してＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層を形成する。
【００１０】溶射法では、Ａｌ粉とＣｒ粉との混合粉
を、例えば、Ａｒガスによるプラズマ溶射法により、合
金材料表面に溶射してＡｌ−Ｃｒ合金層を形成する。次
いで使用前に非酸化性の高温雰囲気中で加熱してＴｉ合
金の材料母材と拡散合金化して、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層
を形成せしめる。
を、例えば、Ａｒガスによるプラズマ溶射法により、合
金材料表面に溶射してＡｌ−Ｃｒ合金層を形成する。次
いで使用前に非酸化性の高温雰囲気中で加熱してＴｉ合
金の材料母材と拡散合金化して、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層
を形成せしめる。
【００１１】また、本発明におけるＡｌ−Ｃｒ合金層
は、上記の溶射法により形成され、Ｔｉ系合金の表面
に、Ａｌ９０〜９９．５ｗｔ％、Ｃｒ０．５〜１０ｗｔ
％から成る合金層に調製するものである。そして、上記
の拡散合金化の処理を省略して、そのまま使用に供され
るので、当該Ａｌ−Ｃｒ合金層は高温下の使用過程で上
記組成範囲のＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層に形成されるのであ
る。
は、上記の溶射法により形成され、Ｔｉ系合金の表面
に、Ａｌ９０〜９９．５ｗｔ％、Ｃｒ０．５〜１０ｗｔ
％から成る合金層に調製するものである。そして、上記
の拡散合金化の処理を省略して、そのまま使用に供され
るので、当該Ａｌ−Ｃｒ合金層は高温下の使用過程で上
記組成範囲のＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層に形成されるのであ
る。
【００１２】Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層の厚みは１５μｍ以
上であって、実用的には３００μｍ以下とするが、好ま
しくは１５０μｍ程度とするのが適当である。また、予
めＡｌ−Ｃｒ合金層を形成する場合もその厚みは、同様
に１５〜３００μｍとする。
上であって、実用的には３００μｍ以下とするが、好ま
しくは１５０μｍ程度とするのが適当である。また、予
めＡｌ−Ｃｒ合金層を形成する場合もその厚みは、同様
に１５〜３００μｍとする。
【００１３】
【実施例】本発明の耐熱性Ｔｉ系合金の実施例を以下に
示す。 （実施例１）供試材としては、Ｔｉ−３４％Ａｌ合金
で、直径８ｍｍ、長さ１０ｍｍの形状の試片を用いた。
示す。 （実施例１）供試材としては、Ｔｉ−３４％Ａｌ合金
で、直径８ｍｍ、長さ１０ｍｍの形状の試片を用いた。
【００１４】Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層の成形には、以下に
示す粉末法に依った。Ａｌ粉１０〜３０ｗｔ％、Ｃｒ粉
０〜６０ｗｔ％、塩化アンモニウム０．５ｗｔ％及び残
部アルミナ粉から成る種々の組成の拡散浸透処理剤を調
整した。この処理剤を耐熱性ポットに入れ、上記試片を
埋設して、７００℃〜１３００℃の温度で１０〜２０時
間加熱保持して、Ａｌ拡散浸透処理とＡｌ−Ｃｒ複合拡
散浸透処理を行った。
示す粉末法に依った。Ａｌ粉１０〜３０ｗｔ％、Ｃｒ粉
０〜６０ｗｔ％、塩化アンモニウム０．５ｗｔ％及び残
部アルミナ粉から成る種々の組成の拡散浸透処理剤を調
整した。この処理剤を耐熱性ポットに入れ、上記試片を
埋設して、７００℃〜１３００℃の温度で１０〜２０時
間加熱保持して、Ａｌ拡散浸透処理とＡｌ−Ｃｒ複合拡
散浸透処理を行った。
【００１５】この拡散浸透処理においては、Ａｌ−Ｃｒ
拡散被覆層中のＡｌ濃度が５０〜６５％になるように、
またＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層の厚みを５０μｍの薄膜と１
５０μｍ厚膜の二水準に層別するように狙い、各水準に
おいて、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層中のＣｒ濃度が０〜１０
ｗｔ％の範囲に変化するように処理剤中のＡｌ粉とＣｒ
粉の配合量を調整した。この処理後、各試験片を切断研
磨して、顕微鏡観察を行いＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層の厚み
を測定し、ＥＰＭＡ分析によるＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層の
Ａｌ及びＡＣｒの濃度測定を行った。
拡散被覆層中のＡｌ濃度が５０〜６５％になるように、
またＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層の厚みを５０μｍの薄膜と１
５０μｍ厚膜の二水準に層別するように狙い、各水準に
おいて、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層中のＣｒ濃度が０〜１０
ｗｔ％の範囲に変化するように処理剤中のＡｌ粉とＣｒ
粉の配合量を調整した。この処理後、各試験片を切断研
磨して、顕微鏡観察を行いＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層の厚み
を測定し、ＥＰＭＡ分析によるＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層の
Ａｌ及びＡＣｒの濃度測定を行った。
【００１６】図１は、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層厚さ１５０
μｍ、表面Ｃｒ濃度０．５ｗｔ％の試片について、高温
酸化試験前の表層部断面の顕微鏡写真を示すが、表層部
には明瞭なＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層が認められる。
μｍ、表面Ｃｒ濃度０．５ｗｔ％の試片について、高温
酸化試験前の表層部断面の顕微鏡写真を示すが、表層部
には明瞭なＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層が認められる。
【００１７】図２は、同一試片の表層部のＡｌ濃度及び
Ｃｒ濃度のＥＰＭＡによる分析結果であって、表面近傍
内側に約６３％Ａｌの第一層と、その内部に５３％Ａｌ
の第二層とが認められ、さらに内側に母材中のＡｌ濃度
まで漸減する拡散層がある。第一層についてはＴｉＡｌ
3 相と、第二層はＴｉＡｌ2 相と同定した。Ｃｒ濃度に
ついては、表面から母材界面に向けてほぼ一様に漸減し
ている。
Ｃｒ濃度のＥＰＭＡによる分析結果であって、表面近傍
内側に約６３％Ａｌの第一層と、その内部に５３％Ａｌ
の第二層とが認められ、さらに内側に母材中のＡｌ濃度
まで漸減する拡散層がある。第一層についてはＴｉＡｌ
3 相と、第二層はＴｉＡｌ2 相と同定した。Ｃｒ濃度に
ついては、表面から母材界面に向けてほぼ一様に漸減し
ている。
【００１８】次に、上記各試片を大気中で１０００℃の
温度で１００時間加熱保持して、高温酸化試験を行い、
試片の重量変化から酸化増量を算出し、耐酸化性の評価
を行った。以上の結果をまとめて表１に示した。
温度で１００時間加熱保持して、高温酸化試験を行い、
試片の重量変化から酸化増量を算出し、耐酸化性の評価
を行った。以上の結果をまとめて表１に示した。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１から、処理材中のＡｌ粉配合量が１０
％の場合では、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層の厚みは、４０〜
９０μｍと薄く、Ａｌ濃度は６０％以下でＴｉＡｌ2 相
である（表中試料番号３〜９）が、Ａｌ粉配合量２０〜
３０％の場合では、Ａｌ濃度は約６３％に増加し、Ｔｉ
Ａｌ3 相が現れることがわかる（表中試料番号１０〜１
４）。
％の場合では、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層の厚みは、４０〜
９０μｍと薄く、Ａｌ濃度は６０％以下でＴｉＡｌ2 相
である（表中試料番号３〜９）が、Ａｌ粉配合量２０〜
３０％の場合では、Ａｌ濃度は約６３％に増加し、Ｔｉ
Ａｌ3 相が現れることがわかる（表中試料番号１０〜１
４）。
【００２１】図３には、１０００℃の温度で１００時間
加熱保持後の試片につき、表層部断面の顕微鏡写真を示
すが、図３（Ａ）は、表１中の試料番号９の試片であっ
て、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層の表面に酸化スケールが生成
していることが判る。これに対して、同図（Ｂ）は、試
料番号７の試片であるが、酸化層は殆ど生じていない。
加熱保持後の試片につき、表層部断面の顕微鏡写真を示
すが、図３（Ａ）は、表１中の試料番号９の試片であっ
て、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層の表面に酸化スケールが生成
していることが判る。これに対して、同図（Ｂ）は、試
料番号７の試片であるが、酸化層は殆ど生じていない。
【００２２】図４は、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層の厚みを４
０〜９０μｍの薄膜と１４０〜１５０μｍの厚膜に層別
して、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層のＣｒ濃度と１０００℃×
１００時間加熱後の酸化増量との関係を示したものであ
る。この図から、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層が厚膜である方
が薄膜に比して酸化増量が少ないが、ともに表面のＣｒ
濃度が０．５％以上となると酸化増量は低下し、耐酸化
性付与に有効であり、約８％以上に増加すれば返って酸
化増量は増加する。表面のＣｒ濃度が０．５〜７．０％
の範囲が耐酸化性にとってよいことが判る。特に３〜５
％Ｃｒの濃度において、上記範囲の層厚に影響されず
に、耐酸化性はもっとも優れている。
０〜９０μｍの薄膜と１４０〜１５０μｍの厚膜に層別
して、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層のＣｒ濃度と１０００℃×
１００時間加熱後の酸化増量との関係を示したものであ
る。この図から、Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層が厚膜である方
が薄膜に比して酸化増量が少ないが、ともに表面のＣｒ
濃度が０．５％以上となると酸化増量は低下し、耐酸化
性付与に有効であり、約８％以上に増加すれば返って酸
化増量は増加する。表面のＣｒ濃度が０．５〜７．０％
の範囲が耐酸化性にとってよいことが判る。特に３〜５
％Ｃｒの濃度において、上記範囲の層厚に影響されず
に、耐酸化性はもっとも優れている。
【００２３】（実施例２）次にＴｉＡｌ3 合金粉末のプ
ラズマ溶射法による実施例を示す。純Ｔｉの形状５０×
１００×５ｍｍの基材の表面に、ＴｉＡｌ3 粉末９７％
とＣｒ粉末３％との混合微粉を、Ａｒ−Ｈ2 混合ガスを
搬送ガスとしてプラズマ溶射を行った。溶射条件は、搬
送ガスＡｒ６．３×１０-4Ｎｍ3 ／sec とＨ2 ５．５×
１０-5Ｎｍ3 ／sec の供給速度で、粉末の供給量０．１
３ｇ／sec で、雰囲気圧力２０．０ＫＰ、基材の移動速
度５ｍｍ／sec であった。溶射後の被覆層の厚みは約１
５０μｍであった。
ラズマ溶射法による実施例を示す。純Ｔｉの形状５０×
１００×５ｍｍの基材の表面に、ＴｉＡｌ3 粉末９７％
とＣｒ粉末３％との混合微粉を、Ａｒ−Ｈ2 混合ガスを
搬送ガスとしてプラズマ溶射を行った。溶射条件は、搬
送ガスＡｒ６．３×１０-4Ｎｍ3 ／sec とＨ2 ５．５×
１０-5Ｎｍ3 ／sec の供給速度で、粉末の供給量０．１
３ｇ／sec で、雰囲気圧力２０．０ＫＰ、基材の移動速
度５ｍｍ／sec であった。溶射後の被覆層の厚みは約１
５０μｍであった。
【００２４】次に、溶射材を真空中で１２００℃に７２
時間加熱焼鈍して被覆層の拡散均一化処理を行った。Ｘ
線回析により、被覆層の生成物を同定してほぼ均一なＴ
ｉＡｌ3 相のＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層が形成されていた。
またＥＰＭＡによる分析によりＣｒ濃度は表面層で２．
７％であった。
時間加熱焼鈍して被覆層の拡散均一化処理を行った。Ｘ
線回析により、被覆層の生成物を同定してほぼ均一なＴ
ｉＡｌ3 相のＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層が形成されていた。
またＥＰＭＡによる分析によりＣｒ濃度は表面層で２．
７％であった。
【００２５】また、Ｃｒ粉末を配合しないで、ＴｉＡｌ
3 粉末のみを、上記実施例と同一条件でプラズマ溶射と
熱処理をした材料を比較材とした。拡散被覆層はＴｉＡ
ｌ3相から成り、Ｃｒは検出されなかった。
3 粉末のみを、上記実施例と同一条件でプラズマ溶射と
熱処理をした材料を比較材とした。拡散被覆層はＴｉＡ
ｌ3相から成り、Ｃｒは検出されなかった。
【００２６】本試験材及び比較材を、大気中１０００℃
で１００時間加熱保持して、表面酸化の状態を観察し
た。本試験材は、表面が褐色に変色していたのに対し
て、比較材は厚さ約１００μｍ程度のスケールが生成
し、スケールが剥離しているのが見られた。
で１００時間加熱保持して、表面酸化の状態を観察し
た。本試験材は、表面が褐色に変色していたのに対し
て、比較材は厚さ約１００μｍ程度のスケールが生成
し、スケールが剥離しているのが見られた。
【００２７】
【作用及び効果】Ｔｉ系合金母材の表層のＡｌ−Ｃｒ拡
散被覆層は、Ａｌ５０〜６５％含有するのでＴｉＡｌ3
相又はＴｉＡｌ2 相によって形成されているが、高温の
酸化性雰囲気中にあって、Ａｌが酸化され、Ｔｉ酸化物
を含むアルミナ相の酸化物薄膜となる。Ａｌ−Ｃｒ拡散
被覆層にＣｒを少量含むと、１０００℃の酸化性高温雰
囲気中にあっても、最表面のアルミナ相からＴｉＡｌ3
相への酸素の拡散移動を阻止して、アルミナ相の酸化物
層は成長せず、かつ緻密安定であるから剥離しない。Ａ
ｌ−Ｃｒ拡散被覆層中のＣｒ濃度が約８％以上に増加す
ると、アルミナ相の酸化層は成長して、耐酸化性を悪く
する。この原因は表面に肌荒れを生じ、表面近傍が多孔
性となるので、均一なアルミナ層が形成されないためと
考えられる。
散被覆層は、Ａｌ５０〜６５％含有するのでＴｉＡｌ3
相又はＴｉＡｌ2 相によって形成されているが、高温の
酸化性雰囲気中にあって、Ａｌが酸化され、Ｔｉ酸化物
を含むアルミナ相の酸化物薄膜となる。Ａｌ−Ｃｒ拡散
被覆層にＣｒを少量含むと、１０００℃の酸化性高温雰
囲気中にあっても、最表面のアルミナ相からＴｉＡｌ3
相への酸素の拡散移動を阻止して、アルミナ相の酸化物
層は成長せず、かつ緻密安定であるから剥離しない。Ａ
ｌ−Ｃｒ拡散被覆層中のＣｒ濃度が約８％以上に増加す
ると、アルミナ相の酸化層は成長して、耐酸化性を悪く
する。この原因は表面に肌荒れを生じ、表面近傍が多孔
性となるので、均一なアルミナ層が形成されないためと
考えられる。
【００２８】また、Ｔｉ系合金母材の表層にＡｌ−Ｃｒ
合金層を形成しておけば、高温の酸化性雰囲気中での使
用過程で、当該Ａｌ−Ｃｒ合金層は合金母材と拡散反応
して、Ａｌ５０〜６５％含有するのでＴｉＡｌ3 相又は
ＴｉＡｌ2 相から成るＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層を形成し
て、耐酸化性を発現する。
合金層を形成しておけば、高温の酸化性雰囲気中での使
用過程で、当該Ａｌ−Ｃｒ合金層は合金母材と拡散反応
して、Ａｌ５０〜６５％含有するのでＴｉＡｌ3 相又は
ＴｉＡｌ2 相から成るＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層を形成し
て、耐酸化性を発現する。
【００２９】本発明の耐熱性Ｔｉ系合金を実施すれば、
耐酸化性にすぐれた耐熱合金が得られる。特にＴｉ−１
４〜３６％Ａｌ合金を母材にすれば、実用的な使用温度
１０５０℃程度の耐熱材料として利用することができ
る。
耐酸化性にすぐれた耐熱合金が得られる。特にＴｉ−１
４〜３６％Ａｌ合金を母材にすれば、実用的な使用温度
１０５０℃程度の耐熱材料として利用することができ
る。
【図１】Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層が形成されたＴｉ−Ａｌ
合金の高温酸化試験前における断面の金属組織を示す光
学顕微鏡写真（倍率；１００、腐食液；塩酸１．５ｍｌ
＋硝酸２．５ｍｌ＋フッ酸１ｍｌ＋水９５ｍｌの混合
液）。
合金の高温酸化試験前における断面の金属組織を示す光
学顕微鏡写真（倍率；１００、腐食液；塩酸１．５ｍｌ
＋硝酸２．５ｍｌ＋フッ酸１ｍｌ＋水９５ｍｌの混合
液）。
【図２】Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層と近接する母材のＥＰＭ
Ａ分析によるＡｌとＣｒの濃度曲線図。
Ａ分析によるＡｌとＣｒの濃度曲線図。
【図３】Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層が形成されたＴｉ−Ａｌ
合金の高温酸化試験をした後の断面金属組織を示す光学
顕微鏡写真（倍率；１００、腐食液；図１同様混合
液）。
合金の高温酸化試験をした後の断面金属組織を示す光学
顕微鏡写真（倍率；１００、腐食液；図１同様混合
液）。
【図４】加熱処理後の酸化増量とＣｒ濃度との関係を示
す図。
す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 利平 滋賀県甲賀郡甲西町大池町８番地 日本 カロライズ工業株式会社内 (72)発明者 末安 正信 滋賀県甲賀郡甲西町大池町８番地 日本 カロライズ工業株式会社内 (56)参考文献 特公 昭55−10662（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 10/14 - 14/16 C23C 10/28 - 10/58
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｔｉ系合金母材の表面にＡｌ−Ｃｒ拡散
被覆層を有する耐熱性Ｔｉ系合金であって、該Ａｌ−Ｃ
ｒ拡散被覆層は、母材のＴｉ系合金中にＡｌが５０〜６
５ｗｔ％とＣｒが０．５〜７ｗｔ％含まれていることを
特徴とする耐熱性Ｔｉ系合金。 - 【請求項２】 Ｔｉ系合金母材の表面にＡｌが９０〜９
９．５ｗｔ％とＣｒが０．５〜１０ｗｔ％とから成るＡ
ｌ−Ｃｒ合金層が形成された耐熱性Ｔｉ系合金であっ
て、高温下の使用過程で当該Ａｌ−Ｃｒ合金層がＴｉ系
合金母材へ拡散してＡｌ−Ｃｒ拡散被覆層を形成し、該
Ａｌ−Ｃｒ拡散被覆層にＡｌが５０〜６５ｗｔ％とＣｒ
が０．５〜７ｗｔ％含まれるようにしたことを特徴とす
る耐熱性Ｔｉ系合金。 - 【請求項３】 当該Ｔｉ系合金母材が、１４〜３６ｗｔ
％のＡｌを含有してなる請求項１又は２記載の耐熱性Ｔ
ｉ系合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27016591A JP2922346B2 (ja) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | 耐熱性Ｔｉ系合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27016591A JP2922346B2 (ja) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | 耐熱性Ｔｉ系合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693412A JPH0693412A (ja) | 1994-04-05 |
| JP2922346B2 true JP2922346B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=17482444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27016591A Expired - Fee Related JP2922346B2 (ja) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | 耐熱性Ｔｉ系合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2922346B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3070957B2 (ja) * | 1995-11-08 | 2000-07-31 | シチズン時計株式会社 | 表面硬化チタン材料およびチタン材料の表面硬化方法 |
| JP3361072B2 (ja) | 1998-02-20 | 2003-01-07 | 株式会社豊田中央研究所 | 耐酸化性に優れた金属製部材の製造方法 |
| KR100305728B1 (ko) * | 1999-08-30 | 2001-09-24 | 이종훈 | 금속표면에 알루미늄과 크롬 동시 코팅용 분말조성 및 코팅방법 |
| DE19949541C2 (de) * | 1999-10-14 | 2002-02-28 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Metallisches Bauteil mit Schicht sowie Herstellungsverfahren für eine solche Schicht |
| JP3976599B2 (ja) * | 2002-03-27 | 2007-09-19 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 耐高温腐食性、耐酸化性に優れた耐熱性Ｔｉ合金材料およびその製造方法 |
| JP6340770B2 (ja) * | 2013-10-22 | 2018-06-13 | 新日鐵住金株式会社 | 耐水素吸収性に優れたチタン合金材およびその製造方法 |
| JP6499998B2 (ja) * | 2016-06-27 | 2019-04-10 | 株式会社増田酸素工業所 | 溶融金属処理部材の表面層形成方法 |
-
1991
- 1991-09-21 JP JP27016591A patent/JP2922346B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0693412A (ja) | 1994-04-05 |
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