JPH0570930A - 耐隙間腐食性表面改質ＴｉまたはＴｉ基合金部材 - Google Patents
耐隙間腐食性表面改質ＴｉまたはＴｉ基合金部材Info
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- JPH0570930A JPH0570930A JP25973391A JP25973391A JPH0570930A JP H0570930 A JPH0570930 A JP H0570930A JP 25973391 A JP25973391 A JP 25973391A JP 25973391 A JP25973391 A JP 25973391A JP H0570930 A JPH0570930 A JP H0570930A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械加工性を損なうことなく、しかもＴｉ素
地との密着性の問題を本質的に含まない表面処理層を簡
素な工程で形成することのできるような技術、特にその
ような表面処理層を形成することによって得られる高耐
食性のＴｉまたはＴｉ基合金部材を提供する。 【構成】 ＴｉまたはＴｉ基合金部材の表面にＴａおよ
びＷをイオン注入して、ＴｉまたはＴｉ基合金の表層部
にＴａの濃度富化層を形成すると共に、高温酸化処理に
よって、Ｔａの濃度富化層にＴｉ酸化層を重畳して形成
したことをその構成要旨とする。この様な濃度富化層お
よびＴｉ酸化層を表層部に重畳して形成することによっ
て、従来では使用が困難であった腐食環境下で適用でき
る様なＴｉまたはＴｉ基合金部材が実現できた。
地との密着性の問題を本質的に含まない表面処理層を簡
素な工程で形成することのできるような技術、特にその
ような表面処理層を形成することによって得られる高耐
食性のＴｉまたはＴｉ基合金部材を提供する。 【構成】 ＴｉまたはＴｉ基合金部材の表面にＴａおよ
びＷをイオン注入して、ＴｉまたはＴｉ基合金の表層部
にＴａの濃度富化層を形成すると共に、高温酸化処理に
よって、Ｔａの濃度富化層にＴｉ酸化層を重畳して形成
したことをその構成要旨とする。この様な濃度富化層お
よびＴｉ酸化層を表層部に重畳して形成することによっ
て、従来では使用が困難であった腐食環境下で適用でき
る様なＴｉまたはＴｉ基合金部材が実現できた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐隙間腐食性の改善さ
れたＴｉまたはＴｉ基合金部材に関し、特に非酸化性酸
溶液や高温高濃度塩化物溶液を使用する化学プラントや
原子力プラントの構成部材として利用できる様にしたＴ
ｉまたはＴｉ基合金部材に関するものである。尚以下の
説明ではＴｉ（純Ｔｉ）を代表的にとりあげるが、本発
明で対象とする部材は純Ｔｉに限らず、例えばＴｉ−６
Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ，Ｔｉ−１５Ｍｏ
−５Ｚｒ−３Ａｌ等の種々のＴｉ基合金に対して同様に
適用することができる。
れたＴｉまたはＴｉ基合金部材に関し、特に非酸化性酸
溶液や高温高濃度塩化物溶液を使用する化学プラントや
原子力プラントの構成部材として利用できる様にしたＴ
ｉまたはＴｉ基合金部材に関するものである。尚以下の
説明ではＴｉ（純Ｔｉ）を代表的にとりあげるが、本発
明で対象とする部材は純Ｔｉに限らず、例えばＴｉ−６
Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ，Ｔｉ−１５Ｍｏ
−５Ｚｒ−３Ａｌ等の種々のＴｉ基合金に対して同様に
適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】Ｔｉは、高融点，軽量，高強度等の特長
を有すると共に耐腐食性にも優れており、一部の化学プ
ラントや原子力プラント等の分野において使用されてい
る。しかしながらＴｉの耐食性にも限界があり、腐食事
故例がこれまで数多く報告されている。その多くは、高
温高濃度塩化物中における隙間腐食事故である。またＴ
ｉは硝酸のような酸化性の環境においては卓越した耐食
性を示すと言われていたが、この様な環境下においても
応力腐食割れや粒界腐食による部材の損傷が報告されて
いる。更にＴｉの耐食性は不動態化皮膜の保護作用によ
って達成されるものであるから、塩酸や硫酸の様な非酸
化性環境においては活性腐食を起こし耐食性が著しく劣
化する。こうしたことから、Ｔｉは極く限られた工業分
野においてしか適用されていないのが実情である。
を有すると共に耐腐食性にも優れており、一部の化学プ
ラントや原子力プラント等の分野において使用されてい
る。しかしながらＴｉの耐食性にも限界があり、腐食事
故例がこれまで数多く報告されている。その多くは、高
温高濃度塩化物中における隙間腐食事故である。またＴ
ｉは硝酸のような酸化性の環境においては卓越した耐食
性を示すと言われていたが、この様な環境下においても
応力腐食割れや粒界腐食による部材の損傷が報告されて
いる。更にＴｉの耐食性は不動態化皮膜の保護作用によ
って達成されるものであるから、塩酸や硫酸の様な非酸
化性環境においては活性腐食を起こし耐食性が著しく劣
化する。こうしたことから、Ｔｉは極く限られた工業分
野においてしか適用されていないのが実情である。
【０００３】そこでＴｉの耐食性を改善するという観点
から、Ｔｉの合金化法や表面処理法が検討されてきた
が、いずれも十分なものとは言えなかった。まず合金化
法では、これまでにＰｄやＮｉ等の元素を添加して耐食
性改善を図ってきたが、これら合金の耐食性は純Ｔｉよ
りも改善されるとはいうものの、次の様な実用上の問題
を有している。 (1) コスト高であること。 (2) 高温での機械的強度が保たれる反面、機械加工性が
悪い。 (3) 上記(1),(2) の問題点を回避するためには、合金化
元素の濃度を希望量まで高めることができず、十分な耐
食性を発揮するには至らない。
から、Ｔｉの合金化法や表面処理法が検討されてきた
が、いずれも十分なものとは言えなかった。まず合金化
法では、これまでにＰｄやＮｉ等の元素を添加して耐食
性改善を図ってきたが、これら合金の耐食性は純Ｔｉよ
りも改善されるとはいうものの、次の様な実用上の問題
を有している。 (1) コスト高であること。 (2) 高温での機械的強度が保たれる反面、機械加工性が
悪い。 (3) 上記(1),(2) の問題点を回避するためには、合金化
元素の濃度を希望量まで高めることができず、十分な耐
食性を発揮するには至らない。
【０００４】一方表面処理法による耐食性改善として
は、パラジウム酸化皮膜の付与等が挙げられ、一部実用
化されているが、耐食性能の改善には限界があり、ごく
限られた範囲内でしか適用されていない。これは次に挙
げる様な事項に起因していると考えられる。 (1) 基本的に耐食性皮膜の密着性が悪く、密着性を少し
でも改善する為には前処理工程として酸洗や脱脂等を行
なう必要があり、且つ汚れ防止のために十分留意する必
要がある。これによって工程が煩雑になるが、それでも
尚皮膜の剥離が起こりやすい。 (2) 形成された皮膜の均一性が悪く且つピンホール等の
欠陥が発生すること等によって、十分な耐食性能が得ら
れない。
は、パラジウム酸化皮膜の付与等が挙げられ、一部実用
化されているが、耐食性能の改善には限界があり、ごく
限られた範囲内でしか適用されていない。これは次に挙
げる様な事項に起因していると考えられる。 (1) 基本的に耐食性皮膜の密着性が悪く、密着性を少し
でも改善する為には前処理工程として酸洗や脱脂等を行
なう必要があり、且つ汚れ防止のために十分留意する必
要がある。これによって工程が煩雑になるが、それでも
尚皮膜の剥離が起こりやすい。 (2) 形成された皮膜の均一性が悪く且つピンホール等の
欠陥が発生すること等によって、十分な耐食性能が得ら
れない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした事情
に着目してなされたものであって、機械加工性を損なう
ことなく、しかもＴｉ素地との密着性の問題を本質的に
含まない表面処理層を簡素な工程で形成することができ
るような技術、殊にそのような表面処理層を形成するこ
とによって得られる耐食性、特に耐隙間腐食性に優れた
ＴｉまたはＴｉ基合金部材を提供することを目的とする
ものである。
に着目してなされたものであって、機械加工性を損なう
ことなく、しかもＴｉ素地との密着性の問題を本質的に
含まない表面処理層を簡素な工程で形成することができ
るような技術、殊にそのような表面処理層を形成するこ
とによって得られる耐食性、特に耐隙間腐食性に優れた
ＴｉまたはＴｉ基合金部材を提供することを目的とする
ものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】しかして上記目的を達成
した本発明のＴｉ部材は、Ｔｉ（またはＴｉ基合金）部
材の表面にＴａをイオン注入して、ＴｉまたはＴｉ基合
金の表層部にＴａの濃度富化層すると共に、高温酸化処
理によって、Ｔａの濃度富化層にＴｉの酸化層を重畳し
て形成したものである点に要旨を有するものである。
した本発明のＴｉ部材は、Ｔｉ（またはＴｉ基合金）部
材の表面にＴａをイオン注入して、ＴｉまたはＴｉ基合
金の表層部にＴａの濃度富化層すると共に、高温酸化処
理によって、Ｔａの濃度富化層にＴｉの酸化層を重畳し
て形成したものである点に要旨を有するものである。
【０００７】
【作用】本発明で利用されるイオン注入の手法は、加速
された高エネルギーのイオンを目的深さまで打ち込んで
Ｔｉ部材の表面を改質するものであり、半導体分野にお
ける不純物ドーピング手段として利用されている他、鋼
を中心とする金属材料の表面改質にもその適用が進めら
れているが、半導体分野を除けばこれまでのところ実用
化はあまり進んでいない。
された高エネルギーのイオンを目的深さまで打ち込んで
Ｔｉ部材の表面を改質するものであり、半導体分野にお
ける不純物ドーピング手段として利用されている他、鋼
を中心とする金属材料の表面改質にもその適用が進めら
れているが、半導体分野を除けばこれまでのところ実用
化はあまり進んでいない。
【０００８】本発明に係るＴｉ部材は、このようなイオ
ン注入の手法をＴｉ部材の表面改質に利用したものであ
り、Ｔｉ部材表層部にはイオン注入によって非熱平衡物
質層が形成される。即ちこれまで行なわれてきた熱プロ
セスによる合金化や表面処理では、熱的平衡状態にある
合金層あるいは表面皮膜が形成され、該合金層は熱平衡
物質層であるが故にその物性改造にも自ずから限度があ
った。これに対し本発明では非熱平衡物質層を形成する
ことにより、従来からは予測できない特性を得ることが
できる。換言すればイオン注入される元素と同じ元素を
添加したＴｉ合金を形成しても本発明のＴｉ部材のよう
な耐摩耗性の発揮は期待することができないのである。
ン注入の手法をＴｉ部材の表面改質に利用したものであ
り、Ｔｉ部材表層部にはイオン注入によって非熱平衡物
質層が形成される。即ちこれまで行なわれてきた熱プロ
セスによる合金化や表面処理では、熱的平衡状態にある
合金層あるいは表面皮膜が形成され、該合金層は熱平衡
物質層であるが故にその物性改造にも自ずから限度があ
った。これに対し本発明では非熱平衡物質層を形成する
ことにより、従来からは予測できない特性を得ることが
できる。換言すればイオン注入される元素と同じ元素を
添加したＴｉ合金を形成しても本発明のＴｉ部材のよう
な耐摩耗性の発揮は期待することができないのである。
【０００９】ところでＴｉ部材の特性を改善するに当た
っては、Ｔｉ部材にイオン注入を行ないさえすれば良い
と言うものではなく、改善しようとする特性に合せて特
定の元素イオンを選び、且つその注入量および注入エネ
ルギーを適当に設定する必要がある。本発明において
は、種々の元素イオンについてイオン注入実験を重ねた
結果、Ｔｉ部材の耐食性を改善する為には、Ｔａをイオ
ン注入してＴｉ部材の表層部にＴａ濃度富化層を形成す
ればよいことを知った。また高温酸化処理によって、前
記Ｔａ濃度富化層にＴｉの酸化層を重畳して形成すれ
ば、Ｔｉ部材の耐食性が飛躍的に改善されることを知っ
た。Ｔａ濃度富化層若しくはＴｉ酸化層のいずれかを単
独に形成しても、Ｔｉ部材の耐食性はある程度改善され
るが、これらのいずれかを単独に形成するよりも複合的
に形成することによってその耐食性改善は飛躍的に達成
されたのである。
っては、Ｔｉ部材にイオン注入を行ないさえすれば良い
と言うものではなく、改善しようとする特性に合せて特
定の元素イオンを選び、且つその注入量および注入エネ
ルギーを適当に設定する必要がある。本発明において
は、種々の元素イオンについてイオン注入実験を重ねた
結果、Ｔｉ部材の耐食性を改善する為には、Ｔａをイオ
ン注入してＴｉ部材の表層部にＴａ濃度富化層を形成す
ればよいことを知った。また高温酸化処理によって、前
記Ｔａ濃度富化層にＴｉの酸化層を重畳して形成すれ
ば、Ｔｉ部材の耐食性が飛躍的に改善されることを知っ
た。Ｔａ濃度富化層若しくはＴｉ酸化層のいずれかを単
独に形成しても、Ｔｉ部材の耐食性はある程度改善され
るが、これらのいずれかを単独に形成するよりも複合的
に形成することによってその耐食性改善は飛躍的に達成
されたのである。
【００１０】またイオン注入では高エネルギーイオンを
Ｔｉ部材の表層部に強制的に添加するが、表面層に別物
質層が形成される訳ではないので、注入層と基材層はマ
トリックス構造が同じである。従ってめっき等の表面処
理のように基材と異なる材質の皮膜を密着させる場合と
異なり、イオン注入表層部の基材層との一体性は極めて
良好であり、剥離の問題は生じない。
Ｔｉ部材の表層部に強制的に添加するが、表面層に別物
質層が形成される訳ではないので、注入層と基材層はマ
トリックス構造が同じである。従ってめっき等の表面処
理のように基材と異なる材質の皮膜を密着させる場合と
異なり、イオン注入表層部の基材層との一体性は極めて
良好であり、剥離の問題は生じない。
【００１１】本発明に係るＴｉ部材は上記作用効果を奏
するものであるが、これらの効果を得るにはＴａイオン
を１×1015イオン／cm2 以上注入することが望まれる。
一方過剰に注入すると注入エネルギーに応じてスパッタ
現象による表面切削現象が顕著になるので、注入エネル
ギーおよび注入量は慎重に決定する必要がある。こうし
た観点からすれば、注入エネルギーは５ＫｅＶ以上と
し、且つ注入量は夫々１×1018イオン／cm2 以下に抑え
ることが望ましい。またＴａ濃度富化層とＴｉ酸化層の
深さや広がりがずれていると、単一イオンを注入した場
合と同様の効果しか得られないので、Ｔａ濃度富化層と
Ｔｉ酸化層が重畳して形成される必要があり、その為に
も注入角度，注入エネルギーおよび注入量を適切に選定
する必要がある。
するものであるが、これらの効果を得るにはＴａイオン
を１×1015イオン／cm2 以上注入することが望まれる。
一方過剰に注入すると注入エネルギーに応じてスパッタ
現象による表面切削現象が顕著になるので、注入エネル
ギーおよび注入量は慎重に決定する必要がある。こうし
た観点からすれば、注入エネルギーは５ＫｅＶ以上と
し、且つ注入量は夫々１×1018イオン／cm2 以下に抑え
ることが望ましい。またＴａ濃度富化層とＴｉ酸化層の
深さや広がりがずれていると、単一イオンを注入した場
合と同様の効果しか得られないので、Ｔａ濃度富化層と
Ｔｉ酸化層が重畳して形成される必要があり、その為に
も注入角度，注入エネルギーおよび注入量を適切に選定
する必要がある。
【００１２】尚Ｔｉ酸化層を形成するための高温酸化処
理の具体的方法については特に限定されるものではな
く、例えば高温焼鈍，陽極酸化等が挙げられる。また高
温酸化処理条件についても特に限定されるものではな
く、例えば５００℃，３０分程度でも十分な効果を有す
るものである。
理の具体的方法については特に限定されるものではな
く、例えば高温焼鈍，陽極酸化等が挙げられる。また高
温酸化処理条件についても特に限定されるものではな
く、例えば５００℃，３０分程度でも十分な効果を有す
るものである。
【００１３】
実験１ 表１に示す各種イオン注入Ｔｉ部材（実施例はＴａのイ
オン注入と酸化処理）について、耐隙間腐食試験を行な
ったところ、表１に併記する結果が得られた。尚耐隙間
腐食試験は、マルチクレビス法を用いた沸騰４２％塩化
マグネシウム溶液中に１００時間浸漬した場合の隙間腐
食発生確率によって評価し、この値が小さいほど良好な
耐食性を有することを示している。
オン注入と酸化処理）について、耐隙間腐食試験を行な
ったところ、表１に併記する結果が得られた。尚耐隙間
腐食試験は、マルチクレビス法を用いた沸騰４２％塩化
マグネシウム溶液中に１００時間浸漬した場合の隙間腐
食発生確率によって評価し、この値が小さいほど良好な
耐食性を有することを示している。
【００１４】表１から明らかな様に、Ｔａを単独でイオ
ン注入した場合でも耐隙間腐食性の改善は認められる
が、Ｔａ濃度富化層およびＴｉ酸化層を重畳して形成し
てたＴｉ部材が最も隙間腐食発生確率が小さく、耐隙間
腐食性に優れていることがわかる。
ン注入した場合でも耐隙間腐食性の改善は認められる
が、Ｔａ濃度富化層およびＴｉ酸化層を重畳して形成し
てたＴｉ部材が最も隙間腐食発生確率が小さく、耐隙間
腐食性に優れていることがわかる。
【００１５】
【表１】
【００１６】実験２ 表２に示す各種イオン注入Ｔｉ部材（実施例はＴａのイ
オン注入と酸化処理）について、沸騰１０％硫酸中にお
ける腐食試験を行ない、均一腐食速度を比較したとこ
ろ、表２に併記する結果が得られた。尚相対的均一腐食
速度は、非注入材の値を１とした場合の相対量で示し
た。
オン注入と酸化処理）について、沸騰１０％硫酸中にお
ける腐食試験を行ない、均一腐食速度を比較したとこ
ろ、表２に併記する結果が得られた。尚相対的均一腐食
速度は、非注入材の値を１とした場合の相対量で示し
た。
【００１７】表２から明らかな様に、Ｔａ濃度富化層お
よびＴｉ酸化層を重畳して形成したＴｉ部材が最も均一
腐食速度が小さく、著しい耐食性改善効果を示している
ことがわかる。またＴａを単独にイオン注入してもある
程度の耐食性改善効果は認められるが、Ｔａ濃度富化層
とＴｉ酸化層を重畳して形成したＴｉ部材の腐食性改善
効果には遥かに及ばない。
よびＴｉ酸化層を重畳して形成したＴｉ部材が最も均一
腐食速度が小さく、著しい耐食性改善効果を示している
ことがわかる。またＴａを単独にイオン注入してもある
程度の耐食性改善効果は認められるが、Ｔａ濃度富化層
とＴｉ酸化層を重畳して形成したＴｉ部材の腐食性改善
効果には遥かに及ばない。
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
機械加工性を損なうことなく、しかもＴｉ素地との密着
性の問題を本質的に含まない表面処理層を簡単な工程で
形成することができ、この表面処理層の形成によって優
れた耐隙間腐食性を示すＴｉ（またはＴｉ基合金）部材
を得ることができた。かくして従来では使用が困難であ
った腐食性環境下においても、好適に使用することがで
き、ＴｉおよびＴｉ基合金部材の適用範囲が大きく拡が
ることが期待される。
機械加工性を損なうことなく、しかもＴｉ素地との密着
性の問題を本質的に含まない表面処理層を簡単な工程で
形成することができ、この表面処理層の形成によって優
れた耐隙間腐食性を示すＴｉ（またはＴｉ基合金）部材
を得ることができた。かくして従来では使用が困難であ
った腐食性環境下においても、好適に使用することがで
き、ＴｉおよびＴｉ基合金部材の適用範囲が大きく拡が
ることが期待される。
Claims (1)
- 【請求項１】 ＴｉまたはＴｉ基合金部材の表面にＴａ
をイオン注入して、ＴｉまたはＴｉ基合金の表層部にＴ
ａの濃度富化層を形成すると共に、高温酸化処理によっ
て、Ｔａの濃度富化層にＴｉの酸化層を重畳して形成し
たものであることを特徴とする耐隙間腐食性表面改質Ｔ
ｉまたはＴｉ基合金部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259733A JP3064562B2 (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 耐隙間腐食性表面改質ＴｉまたはＴｉ基合金部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259733A JP3064562B2 (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 耐隙間腐食性表面改質ＴｉまたはＴｉ基合金部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0570930A true JPH0570930A (ja) | 1993-03-23 |
| JP3064562B2 JP3064562B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=17338193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3259733A Expired - Fee Related JP3064562B2 (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 耐隙間腐食性表面改質ＴｉまたはＴｉ基合金部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064562B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07288191A (ja) * | 1994-12-05 | 1995-10-31 | Hitachi Ltd | プラズマ処理方法およびその装置 |
| US5562952A (en) * | 1993-11-11 | 1996-10-08 | Nissin Electric Co., Ltd. | Plasma-CVD method and apparatus |
| US6110287A (en) * | 1993-03-31 | 2000-08-29 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| JPWO2017170490A1 (ja) * | 2016-03-30 | 2018-09-27 | 三井化学株式会社 | 酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法 |
-
1991
- 1991-09-10 JP JP3259733A patent/JP3064562B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6110287A (en) * | 1993-03-31 | 2000-08-29 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
| US5562952A (en) * | 1993-11-11 | 1996-10-08 | Nissin Electric Co., Ltd. | Plasma-CVD method and apparatus |
| JPH07288191A (ja) * | 1994-12-05 | 1995-10-31 | Hitachi Ltd | プラズマ処理方法およびその装置 |
| JPWO2017170490A1 (ja) * | 2016-03-30 | 2018-09-27 | 三井化学株式会社 | 酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3064562B2 (ja) | 2000-07-12 |
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