JPH068505B2 - 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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- JPH068505B2 JPH068505B2 JP470389A JP470389A JPH068505B2 JP H068505 B2 JPH068505 B2 JP H068505B2 JP 470389 A JP470389 A JP 470389A JP 470389 A JP470389 A JP 470389A JP H068505 B2 JPH068505 B2 JP H068505B2
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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。
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−Ａ金属間化合物が注目され
ている。Ｔｉ−Ａ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Ａ２Ｏ３膜の生成が起
り、優れた耐酸化性を有する。こうしたＴｉ−Ａ金属
間化合物の優れた物性及び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−Ａ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−Ａ金属間化合物が注目され
ている。Ｔｉ−Ａ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Ａ２Ｏ３膜の生成が起
り、優れた耐酸化性を有する。こうしたＴｉ−Ａ金属
間化合物の優れた物性及び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−Ａ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−Ａ金属間化合物中のＡ成分が基材であ
るＴｉ中に拡散し、金属間化合物層中のＡ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、最表層にはＴｉＯ２の生成が進行する。その結
果、緻密な保護被膜であるＡ２Ｏ３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−Ａ金属間化合物中のＡ成分が基材であ
るＴｉ中に拡散し、金属間化合物層中のＡ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、最表層にはＴｉＯ２の生成が進行する。その結
果、緻密な保護被膜であるＡ２Ｏ３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−Ａ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。
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−Ａ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合金としては、例えばＴi-6Ａ-4Ｖ等を挙げ
ることができる。
ることができる。
上記ＴｉＮ系層としては、例えばＴｉＮ層、ＴｉＮに一
部Ａ、Ｖ成分が結合した（Ｔｉ，Ａ，Ｖ）Ｎ層等を
挙げることができる。
部Ａ、Ｖ成分が結合した（Ｔｉ，Ａ，Ｖ）Ｎ層等を
挙げることができる。
上記Ｔｉ−Ａ系金属間化合物としては、例えばＴｉ−
Ａ金属間化合物、Ｎ成分が一部固溶したＴｉ−Ａ金
属間化合物、Ｖ成分が一部固溶したＴｉ−Ａ金属間化
合物、Ｎ及びＶ成分が一部固溶したＴｉ−Ａ金属間化
合物等を挙げることができる。
Ａ金属間化合物、Ｎ成分が一部固溶したＴｉ−Ａ金
属間化合物、Ｖ成分が一部固溶したＴｉ−Ａ金属間化
合物、Ｎ及びＶ成分が一部固溶したＴｉ−Ａ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−Ａ金属間化合物層が形成された基材表面に、
Ａ２Ｏ３膜を更に被覆したものである。
にＴｉ−Ａ金属間化合物層が形成された基材表面に、
Ａ２Ｏ３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−Ａ系金属間化合物層を形成することを
特徴とするものである。
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−Ａ系金属間化合物層を形成することを
特徴とするものである。
上記Ｔｉ−Ａ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Ａ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−Ａ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Ａ
の蒸着と共にＡ又はＴｉイオンやＮ、Ａｒ等の不活
性ガスイオンを照射する方法であり、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。Ｔｉ−Ａ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Ａイオンの単独注入では
十分な厚さＴｉ−Ａ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。
ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの各種の蒸着法を採用し得る
が、特にＡ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−Ａ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Ａ
の蒸着と共にＡ又はＴｉイオンやＮ、Ａｒ等の不活
性ガスイオンを照射する方法であり、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。Ｔｉ−Ａ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Ａイオンの単独注入では
十分な厚さＴｉ−Ａ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上部も
しくは表層上にＴｉ−Ａ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Ａ２Ｏ３膜
を形成するものである。この場合、Ａ２Ｏ３膜の形成
に先だって酸化処理を施して表面にＡ２Ｏ３薄膜を形
成し、この後に被覆されるＡ２Ｏ３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−Ａ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Ａ２Ｏ３膜
を形成するものである。この場合、Ａ２Ｏ３膜の形成
に先だって酸化処理を施して表面にＡ２Ｏ３薄膜を形
成し、この後に被覆されるＡ２Ｏ３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と熱膨張係数が近似したＴｉ−Ａ
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−Ａ系金属間化合物層中のＡ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、金属間化合物中のＡ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被膜であるＡ
２Ｏ３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、Ａ２Ｏ３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、
Ａ２Ｏ３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Ｔｉ−Ａ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。
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と熱膨張係数が近似したＴｉ−Ａ
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−Ａ系金属間化合物層中のＡ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、金属間化合物中のＡ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被膜であるＡ
２Ｏ３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、Ａ２Ｏ３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、
Ａ２Ｏ３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Ｔｉ−Ａ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
ｉ−Ａ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
ｉ−Ａ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50×50×２mm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180ｋＶ、イオン電流値3.0ｍＡでＴｉ板にイオ
ン注入し、Ｔｉ板表層内部にＴｉＮ層を形成した。次い
で、50at％Ｔｉ−50at％Ａ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／cm2の条件でイオンビームスパッタ蒸着を行な
って厚さ2.0μｍの50at％Ｔｉ−50at％Ａ金属間化合
物層を形成し、複合材料を製造した。
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180ｋＶ、イオン電流値3.0ｍＡでＴｉ板にイオ
ン注入し、Ｔｉ板表層内部にＴｉＮ層を形成した。次い
で、50at％Ｔｉ−50at％Ａ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／cm2の条件でイオンビームスパッタ蒸着を行な
って厚さ2.0μｍの50at％Ｔｉ−50at％Ａ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、50at％Ｔｉ
−50at％Ａ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／cm2
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％Ｔｉ−50at％Ａ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、50at％Ｔｉ
−50at％Ａ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／cm2
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％Ｔｉ−50at％Ａ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。
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30×50×２mmの寸法のＴｉ-6Ａ-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Ａをダブルハース方式
の電子ビーム蒸着を行ない、前記Ｔｉ合金板表面に厚さ
2.5μｍの50at％Ｔｉ−50at％Ａの組成の金属間化合
物層を形成した。次いで、Ａ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／cm2でイオン注入して厚さ3.0μｍのＡ２Ｏ
３膜を形成し、複合材料を製造した。
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Ａをダブルハース方式
の電子ビーム蒸着を行ない、前記Ｔｉ合金板表面に厚さ
2.5μｍの50at％Ｔｉ−50at％Ａの組成の金属間化合
物層を形成した。次いで、Ａ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／cm2でイオン注入して厚さ3.0μｍのＡ２Ｏ
３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、Ａ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／cm2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Ａ２Ｏ
３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、Ａ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／cm2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Ａ２Ｏ
３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。
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。
上記第２表から明らかなように本実施例２の複合材料
は、比較例２の複合材料に比べて耐酸化性が著しく優れ
ていることがわかる。
は、比較例２の複合材料に比べて耐酸化性が著しく優れ
ていることがわかる。
［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば軽量性、耐食性と共
に優れた耐酸化性を有し、自動車、航空宇宙産業に用い
られる各種の部品に好適な複合材料、及びかかる複合材
料を簡単に製造し得る方法を提供できる。
に優れた耐酸化性を有し、自動車、航空宇宙産業に用い
られる各種の部品に好適な複合材料、及びかかる複合材
料を簡単に製造し得る方法を提供できる。
Claims (4)
- 【請求項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−Ａ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。 - 【請求項２】表層上部もしくは表層上にＴｉ−Ａ系金
属間化合物層が形成された基材表面に、Ａ２Ｏ３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。 - 【請求項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−Ａ
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。 - 【請求項４】基材の表層上部もしくは表層上にＴｉ−Ａ
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Ａ２Ｏ３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 JPH02185964A (ja) | 1990-07-20 |
| JPH068505B2 true 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) |
Families Citing this family (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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02185964A (ja) | 1990-07-20 |
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