JPH0215164A - 複合材料 - Google Patents

複合材料

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JPH0215164A
JPH0215164A JP16616088A JP16616088A JPH0215164A JP H0215164 A JPH0215164 A JP H0215164A JP 16616088 A JP16616088 A JP 16616088A JP 16616088 A JP16616088 A JP 16616088A JP H0215164 A JPH0215164 A JP H0215164A
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Japan
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film layer
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intermetallic compound
ions
thin film
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Tokiaki Hayashi
林 常昭
Shuji Hida
修司 飛田
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RAIMUZU KK
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RAIMUZU KK
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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−1−の利用分野] 本発明は、航空機や宇宙関連部品の軽量耐熱材料として
有用な複合材料に関するものである。
[従来の技術及び課題] T1又はTi合金は、軽量で比強度か高いため、航空機
や宇宙関連の各種部品として開発されてきたか、最近、
高温祠料としても注1」されている。
しかしなから、T1又はTi合金は高温耐酸化性が著し
く劣るため、使用温度が制限されるという問題かあった
。
このようなことから、Ti又はTi合金の基材上に高温
耐酸化性の優れたTi Al基金属間化合物の薄膜層を
被覆して複合材料とすることが試みられている。しかし
ながら、かかる複合材料においても高温の酸化性雰囲気
に曝ずと、Ti Al基金属間化合物の薄膜層中のAJ
が基材側へ内方拡散し、次第にAJ2濃度の低い薄膜層
が形成されるようになり、最後には耐酸化性を有するT
j A、ff系金属間化合物の薄膜層か自失して耐酸化
性処理の効果が消滅してしまうという問題かあった。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、軽量性、耐熱性に優れていると共に、高温下での
耐酸化性を改善した複合材料を提供し7ようとするもの
である。
[課題を解決するための手段] 本発明は、ptイオン又はPtとAlの両イオンのl+
人により表面にPt相もしくはPt −Al相か形成さ
れたTi又はTi合金からなる基材と、この基材のPt
相もしくはPL−Al相が形成された表面に被覆された
Ti Af系金金属間化合物薄膜層とを具備したことを
特徴とする複合材料である。
上記Ti合金としては、例えばTiにA、ff、■、M
o、CrSMn、Feなとの遷移金属、及びこれらの遷
移金属と共に含有されるC10からなる組成を挙げるこ
とができる。
上記Ti AJ系金属間化合物としては、Ti3Al、
Tj Al、TiAl3等を挙げることかできる。特に
、TjAl系金属間化合物の薄膜層による尚温での耐酸
化性はその表面にAJ2203保護彼膜か形成されるこ
とによってなされることから、該Ti AJ系金属間化
合物としてはAImの多いTiAl、Ti AJ3を用
いることか望ましい。こうしたTi AJ系金属間化合
物の薄膜層の基材表面への被覆手段としては、各種のC
VD法、又は真空薄石法、高周波スパッタリング法、マ
クネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリ
ング法なとのPVD法、或いは蒸着とイオン注入とを同
時に行なうイオンミキシング法等を採用し得るが、基材
界面での密着性を向−1−させる観点から前記イオンミ
キシング法が好適である。
また、本発明は−1−記基材表面にSi  Sc、Y、
LaXCe及びHfから選はれる1種又は2種以上をイ
オン注入されたTj Al基金属間化合物の薄膜層を被
覆したことを特徴とする複合材料である。
[作用] 本発明によれば、Ti又はTi合金からなる基材におけ
るptイオン又はptとAlの両イオンの注入によりp
t相もしくはPL −Al相が形成された表面にTi 
AJ系金属間化合物の薄膜層を被覆することによって、
高温酸化性雰囲気に曝した場合に該薄層膜から拡散され
るAlは前記基材表面のpt相もしくはPt −Al相
と反応してPt−AJ化合物として固定化するため、該
薄膜層中のAJの基材側への拡散を防止できる。その結
果、Ti AJ系金属間化合物の2層膜層中に充分な量
のAJ!を含有させることができるため、高温酸化性雰
囲気下においてTi A、e系金属間化合物の薄膜層の
表層に酸化保護被膜として寄与するA I 20 Bを
形成でき、Ti又はTi合金の優れた軽量性、耐熱性と
共にTi Af3f属間化合物の薄膜層による高温耐酸
化性が効果的に付与された複合材料を得ることかできる
。また、M、利表面へのpt相もしくはPt−Al相の
形成を、イオン注入手段により行なうことによって基材
表面に高純度のpt相もしくはPt −Al2相を形成
できること、所定な原子数単位でかつ目的とした濃度分
布を有するpt相もしくはPt −A、12相を精度よ
く形成できること、Pt−Al2相を形成する際にpt
とAlを各々独立的に制御して導入できること、等の利
点を有する。更に、Ti Al3金属間化合物の薄膜層
をイオンミキシング法により基材表面に形成することに
よって、基材表面でのミキシング作用により薄膜層の基
材に対する密着性を向上できる。しかも、基材と薄膜層
との間にそれらの組成的傾斜構造を有する中間層を形成
できるため、応力歪みを緩和できる。
また、基材表面にSi、5cSy、、La、Ce及びH
rから選ばれる1種又は2種以上をイオン注入されたT
i AI!系金属間化合物の薄膜層を被覆することによ
って、高温酸化性雰囲気で該薄膜層表面に形成された耐
酸化性保護被膜としてのA l! 203層の該薄膜層
に対する密着性を前記81等のイオン注入成分により向
上できる。しかも、かかるA12203層の密着性向上
成分はTi A、f’系金金属間化合物薄膜層自体の耐
酸化性を阻害させないために該薄膜層に対して微量添加
する必要かあるが、イオン注入手法を採用することによ
って該成分を微量かつ正確に薄膜層に導入することか可
能となる。
「発明の実施例] 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例1 まず、純Tiを加工して90mm X ’aomm X
 5 mmの板利を製作し7た後、この板材の片面を鏡
面研磨した。
つついて、この板材を蒸イご1とイオン注入機能を同−
真空内に有する真空チャンバ内に設置した後、質量分離
されたAズイオンを加速電圧801(eV。
ドース量1. M 10” /crAの条件で、Ptイ
オンを加速電圧11301ceV、ドース量0.5 X
 1017 /cdの条件で夫々板材にイオンl十人し
た。ひきつづき、同一チャンハ内においてTi Al 
(1:I )合金のターゲットにスパッタ電圧3kV、
電流密度2.5 m A / cMの条件でArイオン
を衝突させてTi Aff1合金を板材にスパンタリン
グ蒸着を行ないなから、別のイオン源から電圧100V
、電流密度0.3mA/cnの条件で板材をArイオン
アシスト処理を行なって板材のPt −A、ff相か形
成された表面に厚さ3μmのTi AJ金合金らなる薄
膜層を形成して複合材料を製造した。
真空チャンバから取出した複合材料を肉眼及び光学顕微
鏡で観察した。その結果、複合材料表面に形成されたT
j A、ll’合金薄膜層のクラ・ンク、剥離等の欠陥
は全く認められなかった。
実施例2 ます、T1合金(B A)−4V−Ti)を加工して3
Gmm X 30mm X 5 mmの板材を製作した
後、この板材の片面を鏡面研磨した。つづいて、この板
材を蒸着とイオン注入機能を同−真空内に有する真空チ
ャンバ内に設置した後、質量分離されたPtイオンを加
速電圧IBOkeV、  ドーズ量0.5 X 10”
 /clの条件て板材にイオン注入した。
ひきつつき、同一チャンバ内においてEB蒸着法のトリ
プルハース方式によりT1を3.8人/secの蒸着速
度で、Alを5.7 A / seeの蒸着速度で夫々
板材のイオン注入層表面に真空蒸着を行ないなから、パ
ケット型イオン源によりArイオンを加速電圧10k 
e V、電流75m Aの条件で板材に照射して、厚さ
3μmのTi Al!3合金からなる薄膜層を形成して
複合材料を製造した。
真空チャンバから取出した複合材料を肉眼及び光学顕微
鏡で観察した。その結果、複合材料表面に形成されたT
i Al!合金薄膜層のクラック、剥離等の欠陥は全く
認められなかった。
比較例] まず、実施例]と同様な純Tiからなる板材の鏡面研磨
したj′1面にPLめっきを施し、Alの1120°C
てのパンク処理を行ない、更にptめっきを施した後、
1150°Cての拡散処理を施した。つづいて、この板
材を蒸着とイオン注入機能を同−真空内に有する真空チ
ャンバ内に設置した後、実施例1と同様な方法によりp
tとA、fl’が拡散処理された板材表面に厚さ3μm
のTi Al合金からなる薄膜層を形成して複合材料を
製造した。
比較例2 まず、実施例2と同様なTi合金からなる板材の鏡面研
磨した片面にptめっきを施し、A、II’の120°
Cでのバック処理を行ない、更にptめっきを施した後
、1150°Cでの拡散処理を施した。つづいて、この
板4」を蒸着とイオン注入機能を同−真空内に有する真
空チャンバ内に設置した後、実施例2と同様な方法によ
り板材のPt 、!=Alか拡散処理された表面に厚さ
3μmのTi Af3T3合金なる薄膜層を形成して複
合材料を製造した。
しかして、本実施例1.2及び比較例1.2の複合材料
を900°Cの高温酸化雰囲気中に80時間放置して高
温酸化試験を行ない、試験後の各複合材料の外観を調べ
た。その結果を後掲する第1表に示す。
実施例3 実施例1と同様な方法により純T1からなる板材の鏡面
研磨した片面にA、f?イオン及びptイオンを注入し
た後、板材のPt −Al1相か形成された表面に厚さ
3μmのTi A、ff合金からなる薄膜層を形成した
。つついて、Yイオンを加速電圧120 k e V、
電流0.4mA、 ドーズ量5 XIO” /ajの条
件で薄膜層にイオン注入して複合材料を製造した。
しかして、本実施例3及び前述した実施例1の複合材料
を酸化雰囲気下において900℃まで昇温し、この後常
温まで下げる急熱急冷操作を10回繰返す高温酸化試験
を行ない、試験後の各複合材料の酸化に伴う重量増及び
外観を調べた。その結果を後掲する第2表に示す。
実施例4 実施例1と同様な方法により純Tjからなる板材の鏡面
研磨した片面にAJイオン及びptイオンを注入した後
、板材のPt −Al相か形成された表面に厚さ3μ■
1のTi Aj!合金からなる薄膜層を形成した。つづ
いて、Siイオンを加速電圧12[) k e V、電
流0.5mA、ドーズm2 X 10’ ” / ti
の条件で薄膜層にイオン注入し、更にCeイオンを加速
電圧160 k e V、電流0.1mA、ドース量2
 X 101” / (:Aの条件で薄膜層にイオン注
入して腹合材料を製造した。
しかして、本実施例4及び前述した実施例1の複合材料
を酸化雰囲気下において900℃まで昇温し、この後常
温まで下げる急熱急冷操作を20回繰返す高温酸化試験
を行ない、試験後の各複合H料の酸化に伴う重量増及び
外観を調べた。その結果を後掲する第3表に示す。
以上、後掲する第1表から第3表より明らかなように本
実施例1〜4の複合材料は、優れた高温耐酸化性を有す
ることがわかる。また、板材上のTi A、ff金属間
化合物からなる薄膜層にYイオンを注入した実施例3の
複合材料は、同処理を施さない実施例1の複合材料に比
べて苛酷な条件下の高温酸化雰囲気においてより優れた
耐酸化性を有することがわかる。史に、板材上のTi 
Al金属間化合物からなる薄膜層にSiイオン及びCe
イオンを注入した実施例4の複合制料は、同処理を施さ
ない実施例]の複合材料に比べてより苛酷な条件下の高
温酸化雰囲気において一層優れた耐酸化性を有すること
がわかる。
[発明の効果] 以」−詳述した如く、本発明によれば軽量性、耐熱性に
優れていると共に、高温下での耐酸化性が著しく改善さ
れ、航空機や宇宙関連の各種部品として極めて有用な複
合材料を提供できる。
第1表 第3表

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Ptイオン又はPtとAlの両イオンの注入によ
    り表面にPt相もしくはPt−Al相が形成されたTi
    又はTi合金からなる基材と、この基材のPt相もしく
    はPt−Al相が形成された表面に被覆されたTiAl
    系金属間化合物の薄膜層とを具備したことを特徴とする
    複合材料。
  2. (2)TiAl系金属間化合物の薄膜層は、Si、Sc
    、Y、La、Ce及びHfから選ばれる1種又は2種以
    上をイオン注入したものからなることを特徴とする請求
    項1記載の複合材料。
JP16616088A 1988-07-04 1988-07-04 複合材料 Granted JPH0215164A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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