JPH0119457B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は例えば沸騰濃硝酸あるいは更に酸化剤
を含むような過酷な腐食性環境に使用し得る高耐
食アモルフアス合金に関するものである。 ［従来の技術］ 従来過酷な腐食性環境では、例えばNbを含む
原子力級高純度のオーステナイトスレンレス鋼な
どが金属材料として用いられている。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし上述のような沸騰濃硝酸あるいは更に酸
化剤を含む酸化力の激しい高温強酸の環境でステ
ンレス鋼を使用する場合は、溶解したCr³⁺イオン
が溶液中で酸化されCr⁶⁺となり、これが更に金属
材料の溶解を加速するという自己触媒的作用によ
つて激い腐食を受ける。この腐食形態は粒界腐食
であるがこれを平均腐食速度として換算しても年
間１mm以上の厚さにも及ぶことがある。したがつ
て、このような環境でステンレス鋼を使用する場
合には腐食による損失を覚悟せざるを得ない。 ［問題点を解決するための手段および作用］ 本発明の目的は、酸化剤を含む沸騰濃硝酸のよ
うな酸化性と過酷な腐食性をあわせて備えた環境
に耐える高耐食性を有するアモルフアス合金を提
供することにある。 本発明は、Ta、Fe、Ni及びCrを必須成分とす
る特定組成のアモルフアス合金によつてこの目的
を達成するものである。 周知のように、通常、合金は固体状態では結晶
化しているが、合金組成を特定のものとすると共
に、溶融状態から超急冷凝固させる、あるいはス
パツターデポジシヨンを行う等の固体形成の過程
で長周期秩序を形成させない処理を行つたり、イ
オン注入など長周期秩序を破壊する処理を行う
と、固体状態でも結晶構造を持たず、液体に類似
したアモルフアス構造となる。このアモルフアス
合金は、理想的に均一な固溶体であると共に、所
定の特性を発揮させるのに十分な合金元素を添加
できる。 本発明者らは、このようなアモルフアス合金の
優れた特性に着目して更に研究を行つた結果、酸
化剤を含む高温の濃厚な酸中でも不動態皮膜を生
じ高耐食性を備えたアモルフアス合金が作り得る
ことを見出し本発明を達成した。 本発明は、原子％で Ta：30以上60以下、 Fe：30以上50以下、 Ni：３以上７未満、 Cr：７以上15以下 を含む高耐食アモルフアス合金、である。 上記組成の溶融合金を超急冷凝固させたり、ス
パツターデポジシヨンさせるなどアモルフアス合
金を作製する種々の方法によつて得られるアモル
フア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、本発明のアモルフアス合金
を酸化性環境化におくと、その表面に、極めて均
一で高耐食性を有する保護皮膜（不動態皮膜）が
形成される。 ところで、酸化力の高い高温酸溶液中で金属材
料は、容易に酸化され溶解するため、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
ことによつて実現される。しかし結晶質金属の場
合、多種多重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
性が実現しえないことがある。また、化学的不均
一性の発生にはむしろ耐食性に有害である。 これに対し、本発明のアモルフアス合金は、均
一固溶体である。したがつて、本発明のアモルフ
アス合金は、安定な保護皮膜すなわち不動態皮膜
を形成させうる所要量の有効元素を均一に含むも
のであり、かかるアモルフアス合金には、均一な
不動態皮膜が生じ、十分に高い耐食性が発揮され
る。 本発明のアモルフアス合金は、例えばCr⁶⁺イオ
ンのような酸化剤を含む沸騰濃硝酸中においても
ほどんど腐食されない。 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。 Taは酸化性の激しい高温の強酸中において安
定な不動態皮膜を形成する元素であり、かつ、
NiあるいはFeと共存してアモルフアス構造を形
成する元素である。従つて本発明においては、十
分な耐食性を保証するために、Taを30原子％以
上添加する必要があるが、60原子％を越えて添加
しても、それ以上の耐食性の向上は期待できない
ため、30〜60原子％添加する。特に好ましいのは
35〜55原子％、とりわけ40〜50原子％である。 FeはNiおよびTaと共存することによつてアモ
ルフアス構造を形成し得るが、Ta、Ni、及びCr
を所要量含ませてアモルフアス構造とし本発明の
目的である高耐食性を保証するためFe含有量の
上限は50原子％とする。また、20原子％よりも少
ないと、アモルフアス構造の形成が困難になる。
そのため、Feは含有量は30〜50原子％とする。
特に好ましい含有量は35〜45原子％である。 Niは靭性を増大させると共に、耐食性を高め
る。Niが３原子％未満ではこの効果が小さいが、
７原子％以上添加しても、それ以上に靭性および
耐食性は向上しない。従つて、Ni含有率は原子
％で３以上７未満とする。 Crは耐酸化性と耐熱性を高める。Crが７原子
％未満ではこの効果が小さい。逆に15原子％より
も多いと脆化するおそれがあるので、Crの含有
率は７〜15原子％とする。特に好ましい含有率は
８〜12原子％である。 なお、またＰ、Ｂ、SiおよびＣなどの半金属
は、元来アモルフアス構造形成に有効な元素とし
て知られている。しかし酸化力の高い高温の強酸
においては、多量に半金属を添加したアモルフア
ス合金は、不動態皮膜の安定性が低下する。その
ため、半金属元素は特に有効元素とは指定しがた
い。但し、７原子％程度までの半金属元素の添加
は、耐食性に有害ではなく、かつアモルフアス構
造の形成を助けるので、支障はない。 なお、本発明は、組成的にはTa−SUS304系に
類似する。第１図は、後掲の実施例における耐食
試験結果を示すグラフであるが、本発明例に係る
もの（Ｃ、Ｄ）は、沸騰濃硝酸に対してSUS304
(A)よりも耐食性が遥かに高い。また、最も耐食性
の良い材料の１つに挙げられている結晶性純Ta
金属よりも耐食性が良いことも認められた。 本発明のアモルフアス合金の作製は、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アス合
金を形成させる種々の方法、イオン注入によつて
固体の長周期構造を破壊する方法などアモルフア
ス合金を作製するいずれの方法でも良い。 ［実施例］ 実施例 １ 第１表に示す組成となるようにスパツタ法によ
りアモルフアス膜を得た。アモルフアス構造形成
の確認はＸ線回折により行つた。これらの試料を
110℃で沸騰している9NのHNO₃溶液及び後掲第
２表のNo.４の各種金属イオンを含むHNO₃溶液
（沸騰）を用いてアノード分極特性を調べた。な
お比較のためにSUS304（第１表Ａ）についても
同様の測定を行つた。結果は第１図の通りであ
る。 第１図より、Ｂ、Ｃ、ＤのものはいずれもＡ
（SUS304）よりも優れた耐食性を有することが
認められる。特にＣ、Ｄの耐食性が良好である。
なお、第１図に、比較のために結晶質の純Ta金
属についての測定結果を示す。

【表】 第１表中のＡはSUS304であり、結晶質であ
る。またＢはSUS304−17Ta、ＣはSUS304−
35Ta、ＤはSUS304−50Ta組成である。 次に、Ａ、Ｃ、Ｄの試料を第２表に示す液に、
７日間浸漬し、浸漬前後の重量をマイクロ天秤を
用いて測定した。浸漬により重量の減少が見られ
た場合はこれを年間腐食速度に換算した。 得られた結果を第３図に示す。

【表】 第３図より、本発明に係るＣ、Ｄのものは、極
めて優れた耐食性を有していることが認められ
る。 即ち、本発明のものは、市販のSUS304ステン
レス鋼よりも２オーダ以上腐食速度が小さくな
り、実用上は、ほとんど腐食減量を考慮しなくて
も良い程、耐食性が極めて良好である。 上記浸漬腐食試験後の試料の表面と断面を観察
したところ、アモルフアス膜表面は金属光沢を失
わず、腐食を受けた痕跡がないことが認められ
た。これに対し、比較対象材のSUS304ステンン
レス鋼のものは第３図に示す様に激しく粒界腐食
や全面腐食を受けている様子が見られた。 ［効果］ 以上詳述したとおり、本発明のアモルフアス合
金は、酸化剤を含む沸騰濃硝酸のような激しい腐
食性環境においても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ア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図及び第２図は実施例の測定結果を示すグ
ラフ、第３図は実施例において撮影した金属の組
織を示す顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子％で Ta：30以上60以下、 Fe：30以上50以下、 Ni：３以上７未満、 Cr：７以上15以下 を含む高耐食アモルフアス合金。