JPH03500550A - 金属材料の耐食性を改善する方法 - Google Patents

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】 金属材料の耐食性を改善する方法 本発明は、ステンレス鋼、普通鋼、低合金鋼、炭素鋼、熱処理可能鋼、耐火鋼、 ニッケル基合金とコバルト基台金、アルミニウムとその合金、チタンとその合金 、ジルコニウムとその台金、亜鉛とその合金、銅とその合金等金属材料の耐食性 を改署する方法に間する。

金属材料の表面処理は、これまで標準的化学反応（ａ化、道元転化処理）により 行われてきた。

更には、アルゴン等の希ガスから構成される雰囲気内のプラズマにより金属材料 表面を表面処理することは既知である。このような処理では、負に分極された金 属材料の表面にＡｒ＋等のイオンが衝突し、表面原子を剥ぎ取って優先的に侵食 し、雰囲気に対し極めて高反応性にして粗度を増大させる。

中性単原子ガスに代えである種の分子ガス酸化剤又は還元剤を使用すると、低温 （すなわち常温）でのプラズマ表面処理により金属材料の耐食性の改善が可能な ることも既に見出されている。

従って本発明の一主題は、酸素、オゾン、窒素、水素、空気二酸化炭素、−酸化 炭素、窒素酸化物、水、燃焼ガス及びそれ鑓 ちと　ガスとの混合物から選択される一種以上のガスを含む雰囲気内で、低温、 １乃至１０’Ｐａでの圧力下のプラズマによる表面処理に冷金属材料を付するこ とを特徴とする金属材料の耐食抵抗を改善する方法である。

低温のプラズマ又は「冷」プラズマは、一般に、低圧雰囲気（１０’Ｐａ未満） でのルミネセンス族ｉｉＥ（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）に より得られるプラズマを示す。この放電は、アノード及び逃　カソードとして機 能する負に分極された金属材料の間の空間内ミ　で得られる。処理対象の金属材 料は、「冷」温すなわち１００℃象　未満に維持される。この「冷」温は、カソ ード及びアノードを１　循環水で冷却することにより達成できる。

ガス分子は電場の影響下に分解、励起又はイオン化される。

璽　すなわち、斯く形成された放電内で、低エネルギープラズマは材料表面を掃 去し、各種のガスがその化学的親和性に従って表う　面原子と反応する。ガスが 酸化剤であるか還元剤であるかに従って多数の元素が処理表面から消失する。処 理後の表面は、雰）　囲気すなわち標準的汚染元素のｃ、ｓ、ｐ、ｏ、・・・に 対しＢ　て一般に不活性である。

分子プラズマによる清浄の最も興味ある特徴の一つは、このり　プラズマ温度で は低融点の被覆でも材料の表面粗度が変わらないことである。実際、希ガスによ る侵食は顕著であるが、分子ガスによる侵食はない。

反応生成物の大部分は確かにガス形態であって、ポンプで排し・　気される。残 りは正荷電されたもので、カソード例えばカルシウム上に再沈積可能であるが、 その表面に妨害作用を与えることはない。

本発明では、中性ガスはアルゴン、ネオン及びヘリウム等の１　希ガスを示す。

特に好適なガス雰囲気はＮ２１０２混合物であって、空気、二酸化炭素、Ｎ２／ Ｈ２、Ｈ２／Ａｒをも包含する。

処理時間は、約１秒間乃至１ｏ分間にすることができる。操作電圧は１００乃至 ５０００Ｖが有利である。

前述の結果は、気相での物理的沈積に普通使用される「冷」プラズマの標準技術 （マグネトロン、イオン銃又は電子銃、標準的イオン沈積が発生する電場又は電 磁場）或いは熱化学的イオン衝撃により得ることができる。

処理される金属材料は、特にマルテンサイト、フェライト、オーステナイト及び オーステノフェライトのステンレス鋼、普通鋼、低合金鋼、炭素鋼、熱処理可能 鋼、耐火鋼、ニッケル基合金とコバルト基合金、アルミニウムとその合金、チタ ンとその合金、ジルコニウムとその合金、亜鉛とその合金、銅とその合金、・・ ・である。

第１図は、未処理ステンレス鋼のルミネセンス族１ｉ（ＳＬＤ）による分光分析 曲線を示すものである。

第２図は、本発明の方法に従ってＮ２１０２下で処理したあとの第１図と同じ材 料のＳＬＤを用いた分析曲線を比較として示すものである。

以下の実施例で本発明を説明する。但し、これらの実施例は本発明を限定するも のではない。

Ｋ１匠Ｌ １７％クロムのフェライト系ステンレス鋼で試験した。

該材料を以下の条件でプラズマ処理に付した。圧力１０’Ｐａ、印加電流１００ ｍＡ　、１ｆ圧２５ＱＯｖで４分間、該材料はカソード並びにアノードとして機 能し、循環水で冷却された。

使用ガスはＮ２１０２８０／２０混合物であり、比較としてアルボ雰囲気を使用 した。

該材料を処理の前後で検査した。

更に液滴試験を用いて耐食性を評価した。

この試験は下記溶液の液滴を５分間沈積させる試験である。

２８Ｘ　ＦｅＣｌ３　１７．Ｏｉｆ ＭＣＩ　２．５　＋ｏｌ ＮａＣｌ　５．Ｏｇ 蒸留水　１８８．５　＋ｎｌ 視検査により、金属上への攻撃をその増加順序で１乃至３の等紙付けを行った。

クロム１７％とＭｏ　１％を含有するフェライト系ステンレス鋼（ＦＭｏと称す ）上で実施例１と同様の試験を行った。ｃｏ２を用い、その場合に放電が起こる ような４００の電圧を選んだことを除き、条件は同じであった。

結果を第■表に示す。

第Ｈ表 空気　外観の変化無し　攻撃無しく等級Ｏ）ビット若干あり ＣＯ□　外観の変化無し　攻撃無しく等級０）比較例：Ａｒ　侵食あり　攻撃あ り（等級３）Ｘ１匠ｌ 下記の条件下でクロム１７％とモリブデン１％を含有するフェライト系ステンレ ス鋼上で実施例１と同様な試験も行った。

ａ）比較としてのアルゴン処理 ｂ）Ｎｚ＋Ｏｚ　（８０／２０）による処理該材料を処理の前後で検査した。

更に塩化物媒体（０，０２Ｍ　ＮａＣｌ　）条件下でビット電位（Ｅｐ）の電気 化学的測定により耐食性を評価した。！圧を自由電位（Ｅｃ）から１０■Ｖ／分 の速度で上昇させた。見掛は電流からビットの形成が認められた。ピット検出し きい値は１００μＡであった。

結果を第３表に示す、非処理鋼との比較は、アルゴン処理では衝く僅かの耐食性 の改善、Ｎ２＋０□処理の場合は明らかな改善を示している。（ｗ１食性が大な るほど、ビット電位は高い）第ｍ表 非処理　＋２０　２４４　４４０　６０アルゴン　＋２０　３１７　５００　１ ２ＯＮ２１０２　＋５０　４２５　５６０　９０電位　履ν／Ｆ、Ｃ，Ｓ。

Ｅｐ票二　ビットの平均電位 衷ｉ１ニ ー圧力１０’Ｐａ　（Ｑ冷Ｎ２／Ｈ２７ラズ？　（９０／１０）で５分間、−圧 力１０’Ｐａの冷Ｎ２１０２プラズマ（８０／２０）で５分間、電圧４００ボル ト、電流２００ｍＡの条件下で処理した軟鋼の裸シート上で、実施例１と同様に 処理試験を行った。

このシートを雰囲気空気内に放置した。

５ケ月後に顕著な差異が観察された。すなわち、Ｎ２−Ｈ２処理シートにはさび の発生は認められないが、Ｎ２−Ｏ２処理シートには多数のビットが認められた 。

単にクロロセンで脱脂しただけの対照物は、そのほぼ全面にわたる攻撃を受けた 。

この結果は、空気に単純露出する場合には、還元剤処理の方が腐食に対して有効 なることを示している。

ルミネセンス　スペクトル゛　いる スーンレス　での ルミネセンス放電スペクトル法（ＳＬＤ：ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ　ｂｙ　１ ｕｓｔｎｅｓｃｅｎｔ　ｄｉｓｃｈａｒｚｅ　）による測定は、被処理材料表面 の元素組成を分析し、それと非処理対照材料の比較を可能にする。

第１図は、Ｃ，Ｐ、Ｓ、Ｎ２　、Ｓｉ及びＭ　ｎ等の元素の表面濃度を測定して 得られた種々の特性曲線を示す図である。

非処理材料の特性曲線に関しては、ＳＬＤ分析の最初の秒で発生するピークはＣ ，Ｐ、Ｓ、Ｓｉ及びＭｎの濃度が高いことを示している 第２図は、本発明の方法で処理された同一材料のＳＬＤによる同一元素の特性曲 線を示す図である。

ＳＬＤ分析の最初の秒で発生するピーク濃度は、極めて低いことが認められる。

このことから、ＰやＳｉ等の該材料の表面汚染物は処理により除去されると推定 される。

この処理は、ステンレス鋼の場合、不動（不活性）層に制限される（５０−１０ ＯＡ）、（ＳＬＤ分析で証明されるように）窒化や炭化やインプランテーション （ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）が起こっているわけではない、この処理は、不動 化及び／又は非晶質化等の表面状態の変更からなるものであった。

竹九欅位 ４１己プｉ二さｅイａ 国際調査報告 １″−’　”’Ｐｅｔ／Ｆ’Ｒ８９１００１７６国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．酸素、オゾン、窒素、水素、空気、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素酸化物、 水、焼焼ガス及びそれらと中性ガスとの混合物から選択される一種以上のガスを 含む雰囲気内、１乃至１０３Ｐａの圧力で冷金属材料を低温プラズマにより表面 処理することを特徴とする金属材料の耐食性を改善する方法。
2. ２．処理時間が１秒間乃至１０分間であることを特徴とする請求項１記載の方法 。
3. ３．操作電圧が１００乃至５０００Ｖであることを特徴とする請求項１乃至２に 記載の方法。
4. ４．零囲気が酸素及び窒素を含有することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. ５．雰囲気が二酸化炭素を含有することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. ６．金属材料がステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至５記載の方法 。
7. ７．金属材料が普通鋼、低合金鋼、炭素鋼、熱処理可能鋼又は耐火鋼であること を特徴とする請求項１乃至５記載の方法。
8. ８．金属材料がアルミニウム材料又はアルミニウム合金材料であることを特徴と する請求項１乃至５記載の方法。
9. ９．金属材料がチタン材料又はチタン合金材料であることを特徴とする請求項１ 乃至５記載の方法。
10. １０．金属材料がジルコニウム材料又はジルコニウム合金材料であることを特徴 とする請求項１乃至５記載の方法。
11. １１．金属材料が亜鉛材料又は亜鉛合金材料であることを特徴とする請求項１乃 至５記載の方法。
12. １２．金属材料がニッケル基合金又はコバルト基合金であることを特徴とする請 求項１乃至５記載の方法。
13. １３．金属材料が銅材料又は銅合金材料であることを特徴とする請求項１乃至５ 記載の方法。