JPH068492B2 - 高耐食アモルファスアルミニウム合金 - Google Patents

高耐食アモルファスアルミニウム合金

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JPH068492B2
JPH068492B2 JP63260020A JP26002088A JPH068492B2 JP H068492 B2 JPH068492 B2 JP H068492B2 JP 63260020 A JP63260020 A JP 63260020A JP 26002088 A JP26002088 A JP 26002088A JP H068492 B2 JPH068492 B2 JP H068492B2
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amorphous
alloys
corrosion resistance
aluminum alloy
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功二 橋本
英明 吉岡
勝彦 浅見
朝日 川嶋
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Yoshida Kogyo KK
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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、超高耐食性、耐摩耗性などの優れた特性と共
にさや靱性を備え、化学プラントをはじめ産業および民
生上の種々の分野に利用可能な新しいアモルファスアル
ミニウム合金に関するものである。
[従来の技術] Alに多量のTiを添加した単相の合金およびAl−T
i合金に更に、高融点金属であるTa、Nb、Mo、W
を含む合金は溶融を伴うような通常の方法では得難い。
[発明が解決しようとする課題] Tiは耐食性が高い金属であって、Alに添加して得ら
れる合金には高い耐食性が期待される。しかし、通常の
方法で作られる結晶質合金には幾種類かの化合物相があ
るため、固溶体となる合金組成はきわめて狭い。更にT
a、Nb、Mo、Wは共に高融点金属であってAlの沸
点でも溶融しないため、溶融を伴うような通常の方法で
は、Al−Ti合金にMo、W、TaおよびNbを加え
た合金を作製することは困難である。この様な合金を、
不均一な結晶質合金としてではなく、アモルファス合金
として作製に成功することは、未知の性質を備えた新合
金を提供するものとして期待されている。
一方穏やかな環境では金属材料を保護し得る不働態皮膜
も塩素イオンを含む溶液中では容易に破壊されるため塩
素イオンを含む溶液は特に腐食性が激しく、安全に使用
し得るアルミニウム合金がなく、実用アルミニウム合金
などは当然考慮の対象外である。したがって、通常のア
ルミニウム合金の使用が極めて困難なこのような腐食性
環境において、使用に耐える新しいアルミニウム合金の
出現が切望されてきた。
[課題を解決するための手段] 本発明の目的は、Alに多量のTiを含むために結晶質
では2相となる合金および通常の溶融法ではAl合金に
添加が困難なMo、W、TaおよびNbのすくなくとも
1種を含むAl−Ti合金を不均一な結晶質合金として
ではなく、高耐食性、高耐摩耗性と共に靱性を備えたア
モルファス合金として提供することにある。
通常、合金は固体状態では結晶化しているが合金組成を
限定して溶融状態から超急冷凝固させるなど、固体形成
の過程で原子配列に長期間的規則性を形成させない方法
を適用すると、結晶構造を持たず、液体に類似したアモ
ルファス構造が得られ、このような合金をアモルファス
合金という。アモルファス合金は、多くは過飽和固溶体
の均一な単相合金であって、従来の実用金属に比べて著
しく高い強度を保有し、かつ組成に応じて異常に高い耐
食性をはじめ種々の特性を示す。
本発明者らは、未知のアモルファス合金についてその特
性に関する研究を広く行った結果、作製が困難なAlと
Nb、Ta、Mo、Wなどの高融点金属との合金を、合
金の形成のために溶融による混合の必要がないスパッタ
ー法を活用することによって、アモルファス合金として
作製し得ることを見出し、NbおよびTaの何れか1種
または2種を必須元素として含むアモルファスAl−高
融点金属合金およびMoおよびWの何れか1種または2
種を必須元素として含むアモルファスAl−高融点金属
合金を作成することに成功し、更にこれらが、塩酸のよ
うな過酷な腐食性酸中でも安定な保護皮膜を形成して自
己不働態化する高耐食性を備えたアモルファス合金であ
ることを見出し、先に特願昭63-51568号および特願昭63
-51567号として出願した。この中、特願昭63-51568号は
以下の二つの発明からなる。
(1)TaおよびNbのいずれか1種または2種の合計
で7〜75原子%含み残部は実質的にAlからなる高耐食
性アモルファスアルミニウム合金。
(2)TaおよびNbのいずれか1種または2種の合計
で5原子%以上とTiおよびZrの何れか1種または2
種との合計で7〜75原子%含み残部は実質的にAlから
なる高耐食アモルファスアルミニウム合金。
また、特願昭63-51567号は次の4つの発明からなる。
(1)MoおよびWのいずれか1種または2種の合計で
7〜50原子%含み残部は実質的にAlからなる高耐食ア
モルファスアルミニウム合金。
(2)MoおよびWのいずれか1種または2種の5原子
%以上とTiおよびZrの何れか1種または2種との合
計で7〜50原子%含み残部は実質的にAlからなる高耐
食アモルファスアルミニウム合金。
(3)MoおよびWのいずれか1種または2種の50原子
%未満とTaおよびNbの何れか1種または2種との合
計で7〜75原子%含み残部は実質的にAlからなる高耐
食アモルファスアルミニウム合金。
(4)MoおよびWのいずれか1種または2種の50原子
%未満とTaおよびNbの何れか1種または2種との合
計で5原子%以上とさらにこれらとTiおよびZrの何
れか1種または2種との合計で7〜75原子%含み残部は
実質的にAlからなる高耐食アモルファスアルミニウム
合金。
本発明者らはさらに研究を継続した結果、スパッター法
を用いることによってAlはTiと共にアモルファス合
金を作製することができること、またTiを主たる合金
元素として含むAl合金は更にTa、Nb、Mo、Wの
ような高融点金属をも含む合金をアモルファス合金とし
て作製することができ、これらの合金はいずれも塩素イ
オンを含む溶液のような過酷な腐食性環境中でも安定な
保護皮膜を形成して自己不働態化する高耐食性を備えた
アモルファス合金であることを見出し、下記本発明を達
成した。
(1)Tiを25〜60原子%含み残部は実質的にAlから
なる高耐食アモルファスアルミニウム合金。
(2)Mo、W、TaおよびNbの何れか1種または2
種以上を5原子%未満とTiとの合計で25〜60原子%含
み残部は実質的にAlからなる高耐食アモルファスアル
ミニウム合金。
第1表にこの本発明の構成元素および含有率を表にして
示す。
スパッター法はアモルファス合金を作る一つの方法であ
って、作製しようとするアモルファス合金と平均組成が
等しいが単相ではない複数の結晶相からなるターゲット
を焼結や溶融によって作製して用いたり、作製しようと
するアモルファス合金の主成分からなる金属板に合金化
しようとする元素を載せたり埋め込んだりしたものを用
いたりしてアモルファス合金は作られる。
本発明は、この方法を活用ならびに改良することによっ
て得られたものであって以下の通りである。Al板にT
iを載せたり埋め込んだりしたターゲットあるいはAl
板の上にTiと共にMo、W、Ta、Nbの少なくも1
種を載せたり埋め込んだりしたターゲットを用いるスパ
ッター法によって、高耐食性を備えたアモルファスAl
−Ti、Al−Ti−Mo、Al−Ti−W、Al−T
i−Ta、Al−Ti−Nb、Al−Ti−Mo−W、
Al−Ti−Mo−Ta、Al−Ti−Mo−Nb、A
l−Ti−W−Ta、Al−Ti−W−Nb、Al−T
i−Mo−W−Ta、Al−Ti−Mo−W−Nbおよ
びAl−Ti−Mo−W−Ta−Nb合金を得ることが
できる。この場合、生成するアモルファス合金に場所に
よる不均一性の発生を避けるために、例えば第1図に示
すように、スパッター装置チャンバー6内で複数のサブ
ストレイト2をチャンバーの中心軸1の回りに回転させ
る公転と共にサブストレイト自体も自転させることが望
ましい。更に、生成するアモルファス合金の組成を広い
範囲で変化させるために、例えば第2図に示すように、
一つのターゲット4はAl板にTiを埋め込んだものと
し、もう一つのターゲット5はMo、WおよびAlの何
れかとして、これら2つのターゲットを互いに傾斜させ
て2つのターゲットの垂線の交わる付近にサブストレイ
ト2を置くように設置し、これら2つのターゲットを2
つの電源で出力を互いに制御しながら同時に作動させ
る。
この方法によって生成するアモルファス合金中の合金元
素の濃度を自由に変えたり、更にこのバリエーションと
してAlとTiと共にMo、W、Ta、Nbなどを埋め
込んだターゲットを用いるなどいろいろなターゲットと
方法を組合せることによって、上述の種々の高耐食アモ
ルファスアルミニウム合金が得られる。2つのターゲッ
トを用いる方法においては均一なアモルファス合金を作
製するために特にサブストレイトの公転と自転が必要で
ある。
スパッター法で作製した本発明の組成の合金は前記各元
素が均一に固溶した単相のアモルファス合金である。均
一固溶体である本発明のアモルファス合金には、きわめ
て均一で高耐食性を保証する保護皮膜が形成される。
塩素イオンを含む溶液中でアルミニウム合金は、容易に
侵されるため、このような環境でアルミニウム合金を使
用するためには、安定な保護皮膜を形成する能力をアル
ミニウム合金に付与する必要がある。これは、有効元素
を必要量含む合金を作ることによって実現される。しか
し結晶質金属の場合、多種多量の合金元素を添加する
と、しばしば化学的性質の異なる多相構造となり、所定
の耐食性が実現し得ないことがある。また、化学的不均
一性の発生はむしろ耐食性に有害である。
これに対し、本発明のアモルファス合金は均一固溶体で
あり、安定な保護皮膜を形成させ得る所要量の有効元素
を均一に含むものであるため、このようなアモルファス
合金には、均一な保護皮膜が生じ、十分に高い耐食性を
発揮する。
すなわち、塩素イオンのような腐食性イオンを含む溶液
中で耐食性を発揮するアルミニウム合金が備えるべき条
件は、安定な保護皮膜が材料に均一に生じる高い保護皮
膜形成能力を持つことである。これは本発明の合金組成
で実現され、また合金がアモルファス構造を有すること
は、複雑な組成の合金を単相固溶体として作成すること
を可能にし、均一な保護皮膜形成を保証するものであ
る。
次に、本発明における各成分組成を限定する理由を述べ
る。
TiはAlと共にアモルファス構造を形成する元素であ
って、スパッター法でアモルファス構造を形成するため
には、本発明の第1項において25-60原子%含む必要が
ある。また、更にMo、W、TaおよびNbは共にAl
と共存するとアモルファス構造を形成する元素であっ
て、Tiを主たる合金元素として含むAl合金に添加し
てスパッター法でアモルファス構造を形成する組成範囲
は極めて広いが、Al−Ti合金にMo、W、Ta、N
bの少なくとも1種を5原子%以上含む合金は上記特願
昭63-51568号および特願昭63-51567号に含まれるので、
本発明の第2項においてMo、W、Ta、Nbの少なく
とも1種は5原子%未満とし、Mo、W、Ta、Nbの
少なくとも1種5原子%未満とTiとの合計で25〜60原
子%とする必要がある。
また、Ti、Ta、Nb、Zr、Mo、Wはいずれも非
酸化性の酸中で保護皮膜を形成して耐食性を担う元素で
あり、本発明の合金は何れも塩素イオンを含む溶液中で
十分な耐食性を示す。
[実施例] 実施例1 直径100mm、厚さ6mmのAl円板上の中心から半径29mmの
円周上に、直径20mm、厚さ1mmのTi円板を5〜8個載
せたものをターゲットとし、第1図に示した装置を用
い、Arを5ml/minの速度で流しながら2×10-4Torrの
真空に保ち、自転ならびに公転しているアルミニウムお
よびガラスのサブストレイトに240〜200Wの出力でスパ
ッターデポジションを行った。X線回折の結果、生じた
合金はアモルファスであることが確認され、またX線マ
イクロアナライザーを用いた分析によってその組成はA
l−25原子%Ti、Al−36原子%Ti、Al−49原子
%Ti、およびAl−60原子%Ti合金であることが明
らかになった。これらの合金は0.5M/の塩素イオンを
含む25℃の硫酸−硼砂溶液中で自己不働態化しており、
孔食電位は第2表のようであって、これらの合金が高耐
食アモルファス合金であることが判明した。
第2表 25℃の0.05M/ Na2−0.3M/
BO−0.5M/ NaCl中で測定したアモルファ
ス合金の孔食電位 合金 孔食電位mV(SCE) Al−25Ti +300 Al−36Ti +600 Al−49Ti +730 Al−60Ti +800 実施例2 直径100mm、厚さ6mmのAl円板上の中心から半径29mmの
円周上に、直径20mmのTiを等間隔で8個載せたターゲ
ットを始めいろいろな高融点金属をのせた種々のターゲ
ット二つ一組を第2図に示す装置に取り付け、Arを5m
l/minの速度で流しながら1〜4×10-4Torrの真空に保
ち、自転ならびに公転しているアルミニウムおよびガラ
スのサブストレイトに2つのターゲットの出力をいろい
ろに変えてスパッターデポジションを行った。X線回折
の結果、生じた合金はアモルファスであることが確認さ
れた。X線マイクロアナライザーを用いた分析によって
得られた合金組成を第3表に示す。これらの合金は25℃
の0.05M/ Na2−0.3M/HBO
0.5M/ NaCl中および30℃の1N HCl中で自己不
働態化しており、孔食電位は第3表に示すとおりであ
る。従ってこれらの合金は、高耐食アモルファス合金で
あることが判明した。
第3表 25℃の0.05M/ Na2−0.3M/
BO−0.5M/ NaCl中および30℃のlN H
Cl中で測定したアモルファス合金の孔食電位 [発明の効果] 以上詳述したとおり、本発明のアモルファス合金は、ス
パッター法で容易に作製されるTiを必須元素として含
むAl−耐熱金属合金であって、塩素イオンを含む溶液
のような激しい腐食性環境においても安定な保護皮膜を
形成して自己不働態化し、皮膜破壊電位が極めて高い高
耐食合金である。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明アモルファス合金を作製す
るスパッター装置の一例を示す概略図である。 1…サブストレイトの公転軸、 2…自転するサブストレイト、 3,4および5…ターゲット、 6…スパッターチャンバー。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Tiを25〜60原子%含み残部は実質的にA
    lからなる高耐食アモルファスアルミニウム合金。
  2. 【請求項2】Mo、W、TaおよびNbの何れか1種ま
    たは2種以上を5原子%未満とTiとの合計で25〜60原
    子%含み残部は実質的にAlからなる高耐食アモルファ
    スアルミニウム合金。
JP63260020A 1988-10-15 1988-10-15 高耐食アモルファスアルミニウム合金 Expired - Lifetime JPH068492B2 (ja)

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