JPH0583629B2 - - Google Patents

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JPH0583629B2
JPH0583629B2 JP11283089A JP11283089A JPH0583629B2 JP H0583629 B2 JPH0583629 B2 JP H0583629B2 JP 11283089 A JP11283089 A JP 11283089A JP 11283089 A JP11283089 A JP 11283089A JP H0583629 B2 JPH0583629 B2 JP H0583629B2
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JP
Japan
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hydrogen
implanted
layer
ion
materials
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JP11283089A
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JPH02294464A (ja
Inventor
Takashi Furuya
Yasuaki Sugizaki
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、金属Tiの特性である優れた耐食性
を維持しつつ、その欠点とされる水素脆化をなく
し、水素環境下でも優れた物性を長期間持続する
ことのできるTi材に関するものである。 [従来の技術] Tiは軽量且つ高強度であり、しかもステンレ
ス鋼よりも優れた耐食性(耐化学薬品性を含む)
を有しているところから、種々の化学プラント構
造材や機器部材等としてその用途は次第に拡大し
てきている。 Tiの優れた耐食性は、その表面に形成される
酸化不働態皮膜によつてもたらされるものであ
り、酸化性雰囲気中では特に強力な耐食性を示
す。反面Tiは水素を吸収し易いうえに水素の固
溶限が小さい(25℃で約20ppm)ため、活性水素
の存在する雰囲気にさらすと水素を吸収して水素
化物(TiH2)を生成するが、この水素化物は脆
弱であるので、水素雰囲気中ではTi材料全体が
脆化するという欠陥がある。こうした欠陥は、
Tiを水素環境下で使用する場合に問題となるほ
か、Tiを陰極部材として使用したり、あるいは
Tiより卑な金属材料(鉄や銅等)と接触する部
分に用いたとき(局部電池が形成される条件)に
も大きな問題となる。即ちTiを陰極材料として
使用した場合、次式で示される水の電気分解によ
つて水素が発生し、 H2O→H++OH- 2H++2e→H2 この水素によりTiは短時間のうちに脆化する。 [発明が解決しようとする課題] 本発明はこの様なTi材に見られる欠陥に鑑み
てなされたものであつて、その目的は、金属Ti
の特性である耐食性を損なうことなしに水素吸収
に伴なう脆化を防止し、水素が存在する系に適用
した場合でも優れた機械的特性を持続することの
できるTi材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] 上記課題を解決することのできた本発明に係る
Ti材の構成は、Ti材にB,C,N及びOよりな
る群から選択される少なくとも1種をイオン注入
し、該Ti材の表層直下部にTiの硼化物、炭化物、
窒化物および酸化物よりなる群から選択される
Ti化合物の少なくとも1種からなる緻密な水素
拡散防止層を形成し、高レベルの耐食性を維持し
つつ耐水素脆化性を高めたところに要旨を有する
ものである。 [作用] 本発明者らは、Ti材の水素吸収を阻止し、あ
るいは仮に水素を吸収したとしてもその拡散を阻
止することができれば、水素脆化の問題を解消で
きるのではないかという着想のもとで、Ti表層
部に水素拡散防止層を形成すべく研究を行なつ
た。その結果、B,C,N及びOから選択される
元素をイオン注入法によつてTi材表面から侵入
せしめ、表層部にTiの硼化物、炭化物、窒化物
および酸化物よりなるTi化合物層を形成してや
れば、該Ti化合物層によつて水素の拡散が阻止
され、Ti材の水素脆化が防止されることを知つ
た。 即ちイオン注入法とは、元素をイオン化させる
と共に、加速器で該イオンに数keV〜数MeVの
高エネルギーを与えて基材表面へ注入させる方法
であり、この操作によりイオンは基材内部へ打込
まれる。従つてTi材にB,C,N及びOをイオ
ン注入すると、これらのイオンは表層部に打込ま
れた後Tiと結合し、夫々のTi化合物よりなる緻
密な水素拡散防止層を形成する。本発明者らはこ
の様にしてイオン注入されたTi材の表層部にお
けるイオン注入元素の濃度分布を調べたところ、
表面からある一定の深さ位置に当該元素濃度のピ
ークが存在し、表面にはTi材層が殆んどそのま
ま残されることを確認した。たとえば第1図は、
Ti板にBイオンを注入(注入量:1×1017ions/
cm2、ビーム電流:320μA、注入エネルギー:
180keV)して得た表層部のB濃度分布を、イオ
ンマイクロアナライザー(IAM)で調べた結果
を示したものであつて、B濃度はガウス分布状に
変化しており表面から約0.35μmの深さ位置にB
濃度のピークが認められる。こうした濃度分布は
注入イオンの種類やイオン注入条件によつて異な
るが、何れにしても最表層部における注入イオン
の濃度は極めて低く実質的にTiあるいは空気に
よる酸化に伴なうTiO2だけであり、その直下部
にTi化合物層が形成されることになる。 即ちイオン注入処理されたTi材の表面はTiの
特性である高耐食性を示し、その直下部に水素拡
散防止層が形成された表層部構造となり、高耐食
性と耐水素脆化性を兼備したものとなる。 尚、本発明でイオン注入される元素としてB,
C,N及びOを選択した理由は、これらの元素が
Tiと結合して緻密な水素拡散防止層を形成する
からであり、後記実施例でも明らかにする様に他
の元素、たとえばAr等をイオン注入しても水素
拡散防止性を持つたTi化合物層が形成されない
ため、水素脆化を阻止することはできない。 ところでTi材は、前述の如く酸化性雰囲気下
で酸化不働態皮膜を形成し、水素脆化も抑制する
と考えられるが、この皮膜は極めて薄肉であるた
め一旦傷つくとその部分から水素の侵入が起こつ
て水素脆化を起こす。ところが酸素のイオン注入
によつて形成されるTi酸化物層は、前述の如く
表面直下の若干深い位置に形成されるので、外部
からの衝撃等によつて損傷を受け難く、またイオ
ン注入により形成されるTi酸化物層が非常に緻
密であることとも相まつて、優れた水素拡散防止
効果が発揮される。 [実施例] 純Ti材(水素量:21ppm)に対し、B+,C+
N+及びO+を夫々180keV,1×1017ions/cm2の条
件でイオン注入し、表面直下部にTiの硼化物、
炭化物、窒化物および酸化物よりなる水素拡散防
止層を形成した。得られた各イオン注入処理材の
表層部における各注入元素濃度の分布をイオンマ
イクロアナライザーによつて測定した結果を第2
〜5図に示す。この結果、いずれの処理材も、表
面から約0.1〜0.2μmの深さ位置に注入元素濃度の
ピークが存在することを確認することができる。 得られた各処理材を陰極とし、0.05モルの硫酸
水溶液中、60℃で1mA/cm2の電流密度で24時間
電気分解を行なつた。その後、各陰極部材の水素
分析を行なつて水素拡散状態を調べると共に、重
量減少量から電解液中における腐食速度を調べ
た。 また比較のため上記と同様の条件でAr+をイオ
ン注入したもの、及び未処理のものについても同
様の試験を行なつた。 結果を第1表に一括して示す。
【表】
【表】 第1表からも明らかである様に、B,C,Nま
たはOでイオン注入処理されたTi材の水素吸収
量は未処理物に比べて極端に小さく、元々Ti材
に含まれていた水素量(21ppm)を考慮すると、
電解時における水素吸収量は10ppm以下に抑えら
れていることが分かる。またArをイオン注入し
たものでは、こうした水素吸収抑制効果は殆んど
得られていない。また第2〜5図からも分かる様
に、最表層部がほぼTi単独で構成されているた
め、耐食性も良好である。 [発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、最表層部
に薄肉のTi層あるいはTiの酸化物層(これは大
気中の酸化による)を残してその直下にイオン注
入法による特定の緻密な水素拡散防止層を形成し
たものであるから、Ti自体の具備する優れた耐
食性を維持しつつ水素吸収が阻止され、耐水素脆
化性の卓越したTi材を提供し得ることになつた。
従つて本発明のTi材は、水素雰囲気にさらされ
る化学プラント構造材や機器部材、陰極部材、分
析機器部材等として幅広く活用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1〜5図は、本発明に係るイオン注入処理
Ti材における表層部のイオンマイクロ分析結果
を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 Ti材にB,C,N及びOよりなる群から選
    択される少なくとも1種をイオン注入し、該Ti
    材の表層直下部にTiの硼化物、炭化物、窒化物
    および酸化物よりなる群から選択されるTi化合
    物の少なくとも1種からなる緻密な水素拡散防止
    層を形成してなることを特徴とする、耐食性及び
    耐水素脆化性の優れた水素環境下用Ti材。
JP11283089A 1989-05-06 1989-05-06 水素環境下用Ti材 Granted JPH02294464A (ja)

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JP11283089A JPH02294464A (ja) 1989-05-06 1989-05-06 水素環境下用Ti材

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JPH02294464A JPH02294464A (ja) 1990-12-05
JPH0583629B2 true JPH0583629B2 (ja) 1993-11-26

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03100165A (ja) * 1989-09-14 1991-04-25 Kobe Steel Ltd 耐摩耗性部材
JP2504583B2 (ja) * 1989-09-26 1996-06-05 株式会社神戸製鋼所 水素吸収の制御されたTiまたはTi基合金の製造法

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JPH02294464A (ja) 1990-12-05

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