JP3330963B2 - 高耐蝕性チタン合金 - Google Patents

高耐蝕性チタン合金

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化性、及び、非酸化
性のいずれの腐蝕環境下でも使用することが可能である
高耐蝕性チタン合金の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】周知の如く、チタンはその表面に経時的
に形成される酸化チタンの不動態被膜により優れた耐蝕
性を具備し得ることからさまざまな苛酷な腐蝕環境下で
広く利用されている。
【0003】而して、該種酸化チタンの不動態被膜は酸
化性の環境下では容易に生成、再生されはるものの、こ
れに対し非酸化性の環境下では生成、再生が不充分なも
のとなり、したがって、利用範囲が制限されているとい
う現状の不都合さがある。
【0004】この利用範囲制限の欠点を補う手段として
副成分として白金族元素であるパラジウム、或いは、白
金の微量添加が有効とされており、特に、工業界ではこ
のうちのパラジウムを微量添加したチタンパラジウム合
金材が使用されている。
【0005】かかるチタンパラジウム合金の装置につい
ては使用原料の違い、混合プロセスの違い等はあるもの
の、これまで最終的にはアーク溶解方法により溶解して
合金化されている。
【0006】そして、チタンパラジウム合金の耐蝕性の
向上をメカニズムの点から電気化学的に考えると、後述
する如く、非酸化性環境下ではチタンの不動態化電位よ
りもチタンパラジウム合金の電位が貴側にシフトし、そ
の結果、カソード反応が容易に起こり、したがって、チ
タンが局部的にアノード側に分極され、安定な酸化チタ
ン被膜が再生成して耐蝕性が著しく向上するものと考え
られてはいる。
【0007】この耐蝕性向上の効果にブレーキをかける
合金化を抑制し、白金族元素を微量添加してチタン合金
を作製する既存技術としては、粉末冶金製造技術を用い
る方法があり、熱間静水圧、或いは、ホットプレス、更
には冷間静水圧に加えて高温度での焼結等を組み合わせ
た方法等が検討されてはいる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法による副成分として白金族元素を微量添加のチタ
ン合金は、種々の実験の結果、極めて安定した酸化チタ
ン被膜が生成されて一時的には高耐蝕性を示しはするも
のの、反面、チタンと添加白金族元素との結合性が不充
分となり、そのために、チタンと添加白金族元素との界
面が腐蝕され、結果として耐蝕性の不充分な白金族元素
微量添加チタン合金となるネックがあることが分かっ
た。
【0009】而して、既知の従来技術である副成分とし
ての白金族元素を添加チタン合金の製造方法はアーク溶
解法によるためにチタンと該添加白金族元素が合金化さ
れ、耐蝕性が発揮出来難い難点があり、又、他の粉末冶
金法による副成分としての白金族元素を添加するチタン
合金は条件により合金化は少なくなりはするものの、添
加白金族元素とチタンとの結合性が不充分である欠点が
あり、そのため、いずれにしても、満足出来る耐蝕性を
現出するには至っていないネックがあった。
【0010】したがって、耐蝕性チタンパラジウム合金
といえども、工業的利用の面からはまだまだ不充分な状
態であり、新たな高耐蝕性のチタン合金の現出が強く望
まれているものである。
【0011】
【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく酸化性、及び、非酸化性のいずれの腐蝕環境下で
も使用することが出来ない高耐蝕性チタン合金の問題点
を解決すべき技術的課題とし、純チタン粉末を主成分を
して副成分として公知の白金族元素を微量添加するチタ
ン合金が現状の対象とする腐食性環境の選択的条件下で
の耐蝕性に留まっていることがその製造方法に起因する
ことを実験により確認すると共に、公知の白金族元素微
量添加チタン合金の耐蝕性がチタン、及び、添加白金族
元素の合金化のために充分にその本来的機能に沿う効果
が現出されていないことを知見し、チタン合金の所定の
製造方法が白金族元素添加効果を最大限に発揮するよう
にして各種産業における合金技術利用分野に益する優れ
た高耐蝕性チタン合金を提供せんとするものである。
【0012】
【発明の背景】而して、白金族元素を微量に副成分とし
て添加したチタン合金の耐蝕性の向上が非酸化性環境下
ではチタンの不動態化電位よりも白金族元素微量添加チ
タン合金の電位が貴となり、更にはその表面の白金族元
素によりカソード反応が容易に起こり、したがって、チ
タンが局部的にアノード側に分極され、極めて安定した
酸化チタン被膜が生成され、耐蝕性が向上することを反
復した実験により見出し、更にかかる効果が副成分とし
て添加した白金族元素とチタンが合金化することによっ
て弱まることも実験により確認したものである。
【0013】そして、副成分として白金族元素を添加す
る理由は、先ず白金族元素を白金、パラジウム、イリジ
ウム、ロジウムと限定する理由は白金、パラジウム、イ
リジウム、ロジウムの各元素についてその添加量を変え
て実験した結果、先述特許請求の範囲の各元素添加材が
高耐蝕性チタン合金にプラスすることが実験的に分かっ
たことに基づいている。
【0014】又、副成分として添加する量について白
金、パラジウム、イリジウム、ロジウムの一種、又は二
種以上の元素の合計重量比が0.05%〜1.00%と
限定したのは0.05%未満の混合状態では耐蝕性の効
果が現出しないことを実験により確認し、一方、1.0
0%を越えると1.00%添加材と同特性の耐蝕性であ
るばかりか、経済性の面でのデメリットが生じるため、
最大添加量を1.00%と限定したものである。
【0015】更に、副成分として添加する白金族元素の
耐蝕性向上の効果を最大限に発揮するには該添加する白
金族元素が単体で存在する必要があり、且つ、単体で存
在する該添加白金族元素と主成分のチタンとが強固に相
互に拡散を伴った結合状態となっている必要があること
も分かった。
【0016】発明者らは上述技術の原理的長所、利点を
巧みに利用した粉末冶金を見出したものである。
【0017】即ち、主成分としてのチタン粉末と所定添
加配合量の副成分としての白金族粉末元素とに所定圧の
高圧力を印加した状態で粉末粒子自体に直接パルス電圧
を印加通電することにより、チタン粉末粒子と添加白金
族元素粒子との間隙でミクロ的放電現象が生じ、その結
果、両者間に必然的にミクロ的拡散現象が生じて強固な
焼結合金となり、そのプロセスで添加白金族粉末元素は
粒子内部では合金化せず、添加白金族元素単体で存在す
るために極めて安定な酸化チタン被膜が容易に生成さ
れ、酸化性環境下、非酸化性環境下のいずれにおいて
も、極めて高い耐蝕性を有する白金族元素微量添加チタ
ン合金を得ることが出来た。
【0018】
【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成は
前述課題を解決するために、主成分としてのチタン粉末
と所定に添加する配合量の白金族元素粉末とに高加圧力
を印加した状態で粉末粒子自体に直接パルス電圧を印加
通電することによりチタン粉末粒子と添加白金族元素粒
子との間隙にミクロ放電現象を生じさせ、その結果必然
的に生じるミクロ的拡散現象によって強固な焼結合金と
なり、微量添加白金族元素粒子内部は合金化せずに副成
分としての添加白金族元素単体で存在するために極めて
安定した酸化チタン被膜が容易に生成し、酸化性環境下
でも非酸化性環境下のいずれでも、極めて耐蝕性の高い
白金族元素微量添加チタン合金を得ることが出来るよう
にした技術的手段を講じたものである。
【0019】
【実施例】次に、この出願の発明の実施例について図面
を参照して説明すれば以下の通りである。
【0020】先ず、この発明の製造方法については通常
の市販の放電プラズマ焼結機を使用し、主成分の純チタ
ン粉末に対して副成分としての添加量について白金、パ
ラジウム、イリジウム、ロジウムの一種、又は、二種以
上の元素の合計重量比が0.05%未満の混合状態で収
納し、加圧力1000kgf/cm2 〜9000kgf
/cm2 (理想的には4000kgf/cm2 〜600
0kgf/cm2 )、パルス印加電圧2V〜5V(理想
的には3V〜4V)、パルス印加電流1000A〜40
00A(理想的には3000A〜3500A)、焼結温
度500℃〜900℃(理想的には700℃〜800
℃)、焼結時間5秒〜10分(理想的には1分)の各条
件により高耐蝕性チタン合金を作製する。
【0021】又、使用する主成分としての純チタン粉末
は200μ以下の粒径であれば支障がなく、使用する副
成分として白金族元素粉末も500μ以下であれば特性
上支障がないことを実験により確認した。
【0022】次に、上述実施例に則す実験例を次の表1
に示したが、具体的にその詳細を説明すれば、実施例1
は0.1重量%白金添加材であり、99.9gの60μ
の純チタン粉末と0.1gの2μの白金粉末とをV型混
合機で2分間混合した後、その直径30mmの超合金製
ダイス内に挿入し、両端を超合金製パンチにて固定し、
焼結機内の所定の位置に設置した。
【0023】
【表1】 その後、該焼結機内をアルゴン雰囲気とし、加圧力40
00kgf/cm2 、パルス印加電圧4V、パルス印加
電流3500A、焼結温度800℃、焼結時間1分の条
件にて焼結、室温まで冷却の後、ダイス内より焼結材を
取り出した。
【0024】その後、既知の方法である圧延加工を用
い、厚さ10mm、幅10mm、長さ10mmの耐蝕試
験用試片を所定枚数作製した。
【0025】作製した試片は耐水研磨紙1000番にて
研磨、アルコールにて洗浄後、苛酷な腐蝕環境下での耐
蝕試験方法である80℃の35%塩酸に浸漬し、経時変
化によるチタンの溶出量を測定した。
【0026】図1に上述実験例に基づく溶出量測定のデ
ータ結果を横軸に、浸漬時間(hour)を、縦軸に、
溶出量(%)をとって図1に示すグラフで表したが、公
知例と比較し極めて溶出量が少なく、したがって、この
出願の発明の方法で作製された白金添加チタン合金が高
耐蝕性合金であることが分かる。
【0027】又、表1、図1に示した実施例と耐蝕性測
定結果はいずれの実施例も従来公知合金、及び、従来の
合金作製技術によるチタン合金と比較し、極めて溶出量
が少なく、したがって、所定の添加配合量の主成分のチ
タン粉末と副成分としての白金族粉末元素とに高加圧力
を加えた状態で粉末粒子自体に直接パルス電圧を印加通
電することにより、ミクロ放電現象を介して粒子間のミ
クロ的拡散現象が生じ、強固な焼結合金となり、且つ、
添加白金族元素粒子内部は合金化せず、添加白金族元素
単体として存在するために白金族元素によりカソード反
応が容易に起こり、したがって、チタンが局部的にアノ
ード側に分極され、極めて安定した酸化チタン被膜が容
易に生成され、極めて耐蝕性の高い白金族元素微量添加
チタン合金が得られることが分かる。
【0028】
【発明の効果】公知の副成分としての白金族元素微量添
加するチタン合金が現状の耐蝕性の範囲に留まり、利用
が制限されている事実はその製造方法に起因することを
実験に基づく理論的解明によって確認し、即ち、公知の
Pt,Pa,Rh,Irの白金族元素微量添加チタン合
金の耐蝕性が主成分としての純チタン粉末、及び、添加
する副成分としての白金族元素の合金化のために充分に
その機能的効果を現出していないのに対し、この出願の
発明では白金族元素微量添加効果を最大限に発揮出来る
という優れた効果が奏される。
【0029】而して、白金族元素微量添加チタン合金の
耐蝕性の向上について非酸化性環境下ではチタンの不動
態化電位よりも白金族元素微量添加チタン合金の電位が
貴となり、更には、上記Pt,Pd,Rh,Irの白金
族元素微量添加チタン合金表面の白金族元素によりカソ
ード反応が容易に起こり、そのため、チタンが局部的に
アノード側に分極され、極めて安定した酸化チタン被膜
が生成され、耐蝕性が向上するあり、更に、この効果が
副成分として添加する白金族元素とチタンが合金化する
ことによって弱まることが分かり、したがって、該添加
白金族元素が単体で存在し、且つ、単体で存在する微量
添加白金族元素とチタンとが強固に拡散を伴った結合状
態となることが出来ることから添加白金族元素の耐蝕性
に与える効果を最大限に発揮することが出来るメリット
がある。
【0030】而して、所定添加配合量の主成分としての
チタン粉末と副成分としての白金族粉末元素とに高加圧
力を加えた状態で粉末粒子自体に直接パルス電圧を印加
通電することにより、チタン粉末粒子と添加白金族元素
粒子との間隙でミクロ放電現象が生じ、その結果、必然
的にミクロ的拡散現象を介して強固な焼結合金となり、
添加白金族元素粒子内部は合金化せずに添加白金族元素
単体として存在するために、極めて安定な酸化チタン被
膜が容易に生成され、極めて高耐蝕性の白金族元素微量
添加チタン合金を得ることが出来る優れた効果が奏され
る。
【0031】このようにして従来使用が困難であった苛
酷な酸化性、及び、非酸化性のいずれの腐蝕環境下にあ
っても、使用出来る極めて高耐蝕性なチタン合金を得る
ことが出来、工業界に与える効果は非常に大きいものが
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】各実施例の浸漬時間に対する溶出量の関係グラ
フ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C22C 1/04 C22C 1/04 E 審査官 河野 一夫 (56)参考文献 特公 昭45−36286(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 1/00 - 49/14 B22F 1/00 B22F 3/14 C23C 10/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】純チタン粉末を主成分とし、副成分として
    白金族元素である白金、パラジウム、イリジウム、ロジ
    ウムの少なくとも一種の粉末元素をその合計重量比が
    耐蝕性チタン合金全体を100%としたときの重量比が
    0.05%〜1.00%として添加配合した粉末冶金の
    高耐蝕性チタン合金において、純チタン粉粒子と
    成分とした添加白金族粉末元素の粉粒子間に加圧力1
    000kgf/cm 2 〜9000kgf/cm 2 、パル
    ス印加電圧2V〜5V、パルス印加電流1000A〜4
    000A、焼結温度500℃〜900℃、焼結時間5秒
    〜10分の各条件によりミクロ的拡散を伴った合金部を
    有し、且つ添加白金族粉末元素の粉粒子内部は合金化
    されずに添加白金族元素単体にされていることを特徴と
    する高耐蝕性チタン合金。
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