JPH02185964A - 複合材料及びその製造方法 - Google Patents
複合材料及びその製造方法Info
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- JPH02185964A JPH02185964A JP470389A JP470389A JPH02185964A JP H02185964 A JPH02185964 A JP H02185964A JP 470389 A JP470389 A JP 470389A JP 470389 A JP470389 A JP 470389A JP H02185964 A JPH02185964 A JP H02185964A
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Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、主として自動車、航空宇宙産業分野に利用さ
れる基材がＴｉもしくはＴｉ合金からなる複合材料及び
その製造方法に関する。
れる基材がＴｉもしくはＴｉ合金からなる複合材料及び
その製造方法に関する。
［従来の技術及び課題］
Ｔｉ もしくはＴｉ合金は、耐食性に優れた軽量構造材
料として主に自動車、航空宇宙産業の分野での利用、拡
大が考えられてきた。しかしながら、かかるＴｉ もし
くはＴｉ合金は５００℃以上の温度範囲の酸化性雰囲気
中で酸化が激しく進行するという問題があった。
料として主に自動車、航空宇宙産業の分野での利用、拡
大が考えられてきた。しかしながら、かかるＴｉ もし
くはＴｉ合金は５００℃以上の温度範囲の酸化性雰囲気
中で酸化が激しく進行するという問題があった。
このようなことから、最近、軽量で耐酸化性の優れた高
強度耐熱材料としてＴｉ−Ａｌ１金属間化合物が注目さ
れている。Ｔｉ −Ａｌ金属間化合物は、高温での酸化
性雰囲気下で表面に保護被膜であるＡｌ２Ｏ３膜を生成
が起り、優れた耐酸化性を有する。こうしたＴｉ −Ａ
ｌ金属間化合物の侵れた物性及びＴｉ等と熱膨張係数が
近似している性質を利用して、前記Ｔｉ もしくはＴｉ
合金からなる基材上にＴｉ−ＡＪ？金属間化合物層を被
覆することによりＴｉ等の欠点である耐酸化性を改善し
た複合材料が考えられている。
強度耐熱材料としてＴｉ−Ａｌ１金属間化合物が注目さ
れている。Ｔｉ −Ａｌ金属間化合物は、高温での酸化
性雰囲気下で表面に保護被膜であるＡｌ２Ｏ３膜を生成
が起り、優れた耐酸化性を有する。こうしたＴｉ −Ａ
ｌ金属間化合物の侵れた物性及びＴｉ等と熱膨張係数が
近似している性質を利用して、前記Ｔｉ もしくはＴｉ
合金からなる基材上にＴｉ−ＡＪ？金属間化合物層を被
覆することによりＴｉ等の欠点である耐酸化性を改善し
た複合材料が考えられている。
しかしながら、上記構成の複合材料にあっては高温雰囲
気下でＴｉ −ＡｆＩ金属間化合物中のＡｌ成分が基材
であるＴｌ中に拡散し、金属間化合物層中のＡｌが次第
に減少してＴｉリッチの層となるため、高温での酸化性
雰囲気下でＴｌＯ２の生成が進行する。その結果、緻密
な保護被膜であるＡｌ２Ｏ３膜の生成効果が得られず、
酸化が急激に進行するという問題があった。
気下でＴｉ −ＡｆＩ金属間化合物中のＡｌ成分が基材
であるＴｌ中に拡散し、金属間化合物層中のＡｌが次第
に減少してＴｉリッチの層となるため、高温での酸化性
雰囲気下でＴｌＯ２の生成が進行する。その結果、緻密
な保護被膜であるＡｌ２Ｏ３膜の生成効果が得られず、
酸化が急激に進行するという問題があった。
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、耐食性と共に優れた耐酸化性を有する複
合材料、及びかかる複合材料を簡単に製造し得る方法を
提供しようとするものである。
ので、軽量性、耐食性と共に優れた耐酸化性を有する複
合材料、及びかかる複合材料を簡単に製造し得る方法を
提供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］
本発明の複合材料は、Ｔｉ もしくはＴｉ合金からなる
基材の表層内部にＴｉＮ系層を形成すると共に、該表層
上部もしくは表層上にＴｉ −Ａｉｌ系金属間化合物層
を形成したことを特徴とするものである。
基材の表層内部にＴｉＮ系層を形成すると共に、該表層
上部もしくは表層上にＴｉ −Ａｉｌ系金属間化合物層
を形成したことを特徴とするものである。
上記Ｔｉ合金としテハ、例えばＴｌ−８Ａｌｌ −４Ｖ
等を挙げることができる。
等を挙げることができる。
上記ＴｉＮ系層としては、例えばＴｉ Ｎ層、ＴｉＮに
一部ＡΩ、■成分が結合した（ＴｉＡｌ、Ｖ）Ｎ層等を
挙げることができる。
一部ＡΩ、■成分が結合した（ＴｉＡｌ、Ｖ）Ｎ層等を
挙げることができる。
上記Ｔ！−Ａｌ系金属間化合物としては、例えばＴｉ−
ＡＪ７金属間化合物、Ｎ成分が一部固溶したＴｉ−ＡＮ
金属間化合物、■成分が一部固溶したＴｉ−／ｌ金属間
化合物、Ｎ及びＶ成分が一部固溶したＴｉ −Ａｊ？金
属間化合物等を挙げることができる。
ＡＪ７金属間化合物、Ｎ成分が一部固溶したＴｉ−ＡＮ
金属間化合物、■成分が一部固溶したＴｉ−／ｌ金属間
化合物、Ｎ及びＶ成分が一部固溶したＴｉ −Ａｊ？金
属間化合物等を挙げることができる。
また、本発明の複合材料は前記表層上部もしくは表層上
にＴｉ−ＡＮ金属間化合物層が形成された基材表面に、
Ａ ｌ ２０３膜を更に被覆したものである。
にＴｉ−ＡＮ金属間化合物層が形成された基材表面に、
Ａ ｌ ２０３膜を更に被覆したものである。
本発明の複合材料の製造方法は、Ｔｉ もしくは７．１
合金からなる基材に窒素イオンを注入して該基材の表層
内部にＴｉＮ系層を形成した後、該基材の表層上部もし
くは表層上にＴｉ−Ａｐ系金金属間化合物層形成するこ
とを特徴とするものである。
合金からなる基材に窒素イオンを注入して該基材の表層
内部にＴｉＮ系層を形成した後、該基材の表層上部もし
くは表層上にＴｉ−Ａｐ系金金属間化合物層形成するこ
とを特徴とするものである。
上記Ｔｉ −Ａｌ７系金属間化合物層を形成手段として
は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの各種の蒸着法を採用し得
るが、特にＡｌイオンの直接的な注入法又はイオンミキ
シング法によるＴｉ −ＡＮ系金属間化合物層の形成は
密着性、結晶性及び組成の調整等の総合的な観点から好
適である。なお、後者のイオンミキシング法は、Ｔｉ又
はＡ４７の蒸着と共にＡｌｌ又はＴｉイオンを注入する
方法であり、蒸着手段としては真空蒸着法、電子ビーム
加熱法、スパッタリング法を採用し得る。Ｔｌ−Ａｌ１
系金属間化合物層を数μｍ程度と厚く形成する場合には
、前記Ａｌイオンの単独注入では十分な厚さＴｉ −Ａ
Ｎ系金属間化合物層を形成することが難しい。このよう
な場合には、イオンビームミキシングを採用することが
望ましい。
は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの各種の蒸着法を採用し得
るが、特にＡｌイオンの直接的な注入法又はイオンミキ
シング法によるＴｉ −ＡＮ系金属間化合物層の形成は
密着性、結晶性及び組成の調整等の総合的な観点から好
適である。なお、後者のイオンミキシング法は、Ｔｉ又
はＡ４７の蒸着と共にＡｌｌ又はＴｉイオンを注入する
方法であり、蒸着手段としては真空蒸着法、電子ビーム
加熱法、スパッタリング法を採用し得る。Ｔｌ−Ａｌ１
系金属間化合物層を数μｍ程度と厚く形成する場合には
、前記Ａｌイオンの単独注入では十分な厚さＴｉ −Ａ
Ｎ系金属間化合物層を形成することが難しい。このよう
な場合には、イオンビームミキシングを採用することが
望ましい。
また、本発明の複合材料の製造方法は基材の表層を部も
しくは表層上にＴｉ −ＡｊＪ系金属間化合物層を形成
した後、更にイオンビームミキシング法によりＡＩ？２
０３膜を形成するものである。この場合、Ａｌ２Ｏ３膜
の形成に先だって酸化処理を施して表面にＡｊ１２０３
薄膜を形成し、この後に被覆されるＡＮ ２０３膜の密
着性を高めるようにしてもよい。
しくは表層上にＴｉ −ＡｊＪ系金属間化合物層を形成
した後、更にイオンビームミキシング法によりＡＩ？２
０３膜を形成するものである。この場合、Ａｌ２Ｏ３膜
の形成に先だって酸化処理を施して表面にＡｊ１２０３
薄膜を形成し、この後に被覆されるＡＮ ２０３膜の密
着性を高めるようにしてもよい。
［作用］
本発明によれば、ＴｉもしくはＴｉ合金からなる基材の
表層内部にＴｉ Ｎ系層を形成すると共に、該表層上部
もしくは表層上にＴｉと熱膨張係数が近似したＴｉ −
Ａｆｆ系金属間化合物層を形成することによって、該金
属間化合物層を密着性よく形成でき、しかも高温雰囲気
下において前記Ｔｉ−／ｌ系金属間化合物中のＡｌｌ成
分が基材であるＴｉ もしくはＴｉ合金中に拡散するの
を前記表層内部に形成したＴｉＮ系層のバリア作用によ
り防止できる。その結果、金属間化合物層中の１の減少
を防止でき、高温での酸化性雰囲気下で緻密な保護波膜
であるＡｉ）２０ｓ膜を生成できるため、耐酸化性の優
れた複合材料を得ることができる。また、基材がＴｉも
しくはＴｉ合金から形成されているため、複合材料の軽
量化、耐食性を達成できる。更に、Ａ４１２０３膜を別
途被覆することによって耐酸化性をより一層向上できる
。
表層内部にＴｉ Ｎ系層を形成すると共に、該表層上部
もしくは表層上にＴｉと熱膨張係数が近似したＴｉ −
Ａｆｆ系金属間化合物層を形成することによって、該金
属間化合物層を密着性よく形成でき、しかも高温雰囲気
下において前記Ｔｉ−／ｌ系金属間化合物中のＡｌｌ成
分が基材であるＴｉ もしくはＴｉ合金中に拡散するの
を前記表層内部に形成したＴｉＮ系層のバリア作用によ
り防止できる。その結果、金属間化合物層中の１の減少
を防止でき、高温での酸化性雰囲気下で緻密な保護波膜
であるＡｉ）２０ｓ膜を生成できるため、耐酸化性の優
れた複合材料を得ることができる。また、基材がＴｉも
しくはＴｉ合金から形成されているため、複合材料の軽
量化、耐食性を達成できる。更に、Ａ４１２０３膜を別
途被覆することによって耐酸化性をより一層向上できる
。
この場合、Ａｌ２２０３膜が何等かの原因によりクラッ
クが発生し、下地が酸化性雰囲気に曝されても前述した
ように耐酸化性の優れたＴｌ−１系金属間化合物層が形
成されているため、酸化の進行を防止できる。
クが発生し、下地が酸化性雰囲気に曝されても前述した
ように耐酸化性の優れたＴｌ−１系金属間化合物層が形
成されているため、酸化の進行を防止できる。
一方、本発明によればＴｉもしくはＴｉ合金からなる基
材に窒素イオンを注入して該基材の表層内部にＴｉＮ系
層を形成した後、該基材の表層上部もしくは表層上にＴ
・ｌ−Ａｌ１系金属間化合物層を形成することによって
、既述した軽量性、耐食性と共に、耐酸化性の優れた複
合材料を簡単に製造することができる。
材に窒素イオンを注入して該基材の表層内部にＴｉＮ系
層を形成した後、該基材の表層上部もしくは表層上にＴ
・ｌ−Ａｌ１系金属間化合物層を形成することによって
、既述した軽量性、耐食性と共に、耐酸化性の優れた複
合材料を簡単に製造することができる。
［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、基材としての５０Ｘ ５０Ｘ ２ ｍｍの寸法の
Ｔｉ板を用意し、この片面を鏡面研磨し、超音波洗浄、
乾燥を施した後、イオン照射と蒸着機能を備えた真空チ
ャンバ内のホルダに設置した。つづいて、このチャンバ
内を所定の真空度に真空引きした後、イオン源からＮイ
オンを加速電圧５ｋＶの条件でＴｉ板の鏡面に５分間照
射して表面清浄化のための前処理を施した。ひきつづき
、Ｎイオンを加速電圧１８（ｌｋＶ、イオン電流値３．
０ｍＡでＴｉ板にイオン注入し、Ｔｉ板板層層内部Ｔｉ
Ｎ層を形成した。次いで、５０ａｔ％Ｔｔ−５０ａｔ％
Ａｌの組成の金属間化合物ターゲットを用いてＡｒイオ
ンを加速電圧５ｋＶ、ビーム電流２．５ｍＡ／ｃシの条
件でイオンビームスパッタ蒸着を行なって厚さ２．０μ
ｍの５０ａｔ％Ｔｌ −５０ａｔ％Ａ、９金属間化合物
層を形成し、複合材料を製造した。
Ｔｉ板を用意し、この片面を鏡面研磨し、超音波洗浄、
乾燥を施した後、イオン照射と蒸着機能を備えた真空チ
ャンバ内のホルダに設置した。つづいて、このチャンバ
内を所定の真空度に真空引きした後、イオン源からＮイ
オンを加速電圧５ｋＶの条件でＴｉ板の鏡面に５分間照
射して表面清浄化のための前処理を施した。ひきつづき
、Ｎイオンを加速電圧１８（ｌｋＶ、イオン電流値３．
０ｍＡでＴｉ板にイオン注入し、Ｔｉ板板層層内部Ｔｉ
Ｎ層を形成した。次いで、５０ａｔ％Ｔｔ−５０ａｔ％
Ａｌの組成の金属間化合物ターゲットを用いてＡｒイオ
ンを加速電圧５ｋＶ、ビーム電流２．５ｍＡ／ｃシの条
件でイオンビームスパッタ蒸着を行なって厚さ２．０μ
ｍの５０ａｔ％Ｔｌ −５０ａｔ％Ａ、９金属間化合物
層を形成し、複合材料を製造した。
比較例１
実施例１と同様にＴｉ板の片面を鏡面研磨し、超音波洗
浄、乾燥、イオンクリーニングを施した後、５０ａ［％
Ｔｌ−５０ａｔ％ＡΩの組成の金属間化合物ターゲット
を用いてＡ「イオンを加速電圧５ｋＶ、ビーム電流２．
５ｍＡ／ｃ−の条件で該Ｔｉ板に直接イオンビームスパ
ッタ蒸着を行なって厚さ２．０μｍの５０ａｔ％Ｔｌ−
５０８ｔ％Ａｆｉ金属間化合物層を形成し、複合材料を
製造した。
浄、乾燥、イオンクリーニングを施した後、５０ａ［％
Ｔｌ−５０ａｔ％ＡΩの組成の金属間化合物ターゲット
を用いてＡ「イオンを加速電圧５ｋＶ、ビーム電流２．
５ｍＡ／ｃ−の条件で該Ｔｉ板に直接イオンビームスパ
ッタ蒸着を行なって厚さ２．０μｍの５０ａｔ％Ｔｌ−
５０８ｔ％Ａｆｉ金属間化合物層を形成し、複合材料を
製造した。
本実施例１及び比較例１により得られた複合材料を空気
中にて８５０℃、５時間の酸化試験を行なったところ、
下記第１表に示す結果を得た。
中にて８５０℃、５時間の酸化試験を行なったところ、
下記第１表に示す結果を得た。
第１表
上記第１表から明らかなように本実施例１の複合材料は
比較例１の複合材料に比べて耐酸化性が極めて優れてい
ることがわかる。
比較例１の複合材料に比べて耐酸化性が極めて優れてい
ることがわかる。
実施例２
基材としての３０Ｘ ５０Ｘ ２關の寸法のＴ Ｉ−８
Ａｆｉ−４Ｖ合金板を用意し、この片面を前記実施例１
と同様な方法により前処理、Ｎイオンの注入による表層
内部にＴｉＮ層を形成した。つづいて、Ｔｉ及びＡｆｉ
をダブルハース方式の電子ビーム蒸着を行ない、前記Ｔ
ｉ合金板表面に厚さ２．５μｍの５０ａｔ％Ｔｉ−５０
ａｔ％／ｌの組成の金属間化合物層を形成した。次いで
、Ａｐの真空蒸着と同時にイオン源より酸素イオンを加
速電圧１０ｋＶ、イオン電流密度０．５ｍＡ／ｃシでイ
オン注入して厚さ３．０μｍのＡｌ２Ｏ３膜を形成し、
複合材料を製造した。
Ａｆｉ−４Ｖ合金板を用意し、この片面を前記実施例１
と同様な方法により前処理、Ｎイオンの注入による表層
内部にＴｉＮ層を形成した。つづいて、Ｔｉ及びＡｆｉ
をダブルハース方式の電子ビーム蒸着を行ない、前記Ｔ
ｉ合金板表面に厚さ２．５μｍの５０ａｔ％Ｔｉ−５０
ａｔ％／ｌの組成の金属間化合物層を形成した。次いで
、Ａｐの真空蒸着と同時にイオン源より酸素イオンを加
速電圧１０ｋＶ、イオン電流密度０．５ｍＡ／ｃシでイ
オン注入して厚さ３．０μｍのＡｌ２Ｏ３膜を形成し、
複合材料を製造した。
比較例２
実施例２と同様なＴｉ合金板の片面を前記実施例１と同
様な方法により前処理した後、Ａｌの真空蒸着と同時に
イオン源より酸素イオンを加速電圧１０ｋＶ、イオン電
流密度０．５ｍＡ／ｃ−でイオン注入するイオンビーム
ミキシング法によりＴｉ合金板表面に厚さ３．０μｍの
Ａ、Ｑ２０３膜を直接形成し、複合材料を製造した。
様な方法により前処理した後、Ａｌの真空蒸着と同時に
イオン源より酸素イオンを加速電圧１０ｋＶ、イオン電
流密度０．５ｍＡ／ｃ−でイオン注入するイオンビーム
ミキシング法によりＴｉ合金板表面に厚さ３．０μｍの
Ａ、Ｑ２０３膜を直接形成し、複合材料を製造した。
′本実施例２及び比較例２により得られた複合材料を空
気中にて８００℃、２時間の酸化試験を１０回繰返し行
なった。この試験後での各複合材料の酸化増量及び外観
を下記第２表に示す。
気中にて８００℃、２時間の酸化試験を１０回繰返し行
なった。この試験後での各複合材料の酸化増量及び外観
を下記第２表に示す。
第２表
手続補正
平成
Claims (4)
- （１）、ＴｉもしくはＴｉ合金からなる基材の表層内部
にＴｉＮ系層を形成すると共に、該表層上部もしくは表
層上にＴｉ−Ａｌ系金属間化合物層を形成したことを特
徴とする複合材料。 - （２）、表層上部もしくは表層上にＴｉ−Ａｌ系金属間
化合物層が形成された基材表面に、Ａｌ＿２Ｏ＿３膜を
更に被覆したことを特徴とする請求項１記載の複合材料
。 - （３）、ＴｉもしくはＴｉ合金からなる基材に窒素イオ
ンを注入して該基材の表層内部にＴｉＮ系層を形成した
後、該基材の表層上部もしくは表層上にＴｉ−Ａｌ系金
属間化合物層を形成することを特徴とする複合材料の製
造方法。 - （４）、基材の表層上部もしくは表層上にＴｉ−Ａｌ系
金属間化合物層を形成した後、更にイオンビームミキシ
ング法によりＡｌ＿２Ｏ＿３膜を形成することを特徴と
する請求項３記載の複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP470389A JPH068505B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP470389A JPH068505B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 複合材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02185964A true JPH02185964A (ja) | 1990-07-20 |
| JPH068505B2 JPH068505B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=11591241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP470389A Expired - Lifetime JPH068505B2 (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH068505B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100321613B1 (ko) * | 1999-09-15 | 2002-01-31 | 권문구 | 금속표면에 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 방법 |
-
1989
- 1989-01-13 JP JP470389A patent/JPH068505B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100321613B1 (ko) * | 1999-09-15 | 2002-01-31 | 권문구 | 금속표면에 불소화합물을 포함하는 다층 이온도금 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH068505B2 (ja) | 1994-02-02 |
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