JPH073433A - 耐高温酸化性に優れた鉄基材料およびその製造法 - Google Patents
耐高温酸化性に優れた鉄基材料およびその製造法Info
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- JPH073433A JPH073433A JP5169870A JP16987093A JPH073433A JP H073433 A JPH073433 A JP H073433A JP 5169870 A JP5169870 A JP 5169870A JP 16987093 A JP16987093 A JP 16987093A JP H073433 A JPH073433 A JP H073433A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 絶縁性被膜をもつ耐高温酸化性に優れた鉄基
材料を得る。 【構成】 Ａl2Ｏ3の化学量論量の酸素よりも少量の酸
素をＡl中に含有する被膜が鉄基合金の表面に形成され
た鉄基材料，さらには該被膜の少なくとも最外表面にＡ
l2Ｏ3層が形成されている鉄基材料。
材料を得る。 【構成】 Ａl2Ｏ3の化学量論量の酸素よりも少量の酸
素をＡl中に含有する被膜が鉄基合金の表面に形成され
た鉄基材料，さらには該被膜の少なくとも最外表面にＡ
l2Ｏ3層が形成されている鉄基材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，絶縁性被膜をもつ耐高
温酸化性に優れた鉄基材料およびその製造法に関する。
温酸化性に優れた鉄基材料およびその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヒータ用などの電気発熱材料は表面を絶
縁化しなければならないことが多い。表面が絶縁化した
金属材料を得る方法の１つとして，発熱体の表面に絶縁
性の酸化皮膜を形成する方法がある。例えば高合金鋼
(ステンレス鋼) を発熱体素材とする場合に, Ａl含有鋼
やＡl被覆鋼を大気雰囲気中または酸化雰囲気中で加熱
して表面にＡl2Ｏ3層を形成させる方法が知られてい
る。
縁化しなければならないことが多い。表面が絶縁化した
金属材料を得る方法の１つとして，発熱体の表面に絶縁
性の酸化皮膜を形成する方法がある。例えば高合金鋼
(ステンレス鋼) を発熱体素材とする場合に, Ａl含有鋼
やＡl被覆鋼を大気雰囲気中または酸化雰囲気中で加熱
して表面にＡl2Ｏ3層を形成させる方法が知られてい
る。
【０００３】この加熱により，Ａl含有鋼の場合には鋼
中のＡlが酸化して表面にＡl2Ｏ3層が形成し，Ａl被覆
鋼の場合も被覆ＡlがＡl2Ｏ3に酸化すると共に残余のＡ
lは鋼中に拡散して, 表面に絶縁性のＡl2Ｏ3層が形成さ
れる。
中のＡlが酸化して表面にＡl2Ｏ3層が形成し，Ａl被覆
鋼の場合も被覆ＡlがＡl2Ｏ3に酸化すると共に残余のＡ
lは鋼中に拡散して, 表面に絶縁性のＡl2Ｏ3層が形成さ
れる。
【０００４】このようにして製造された材料は, 高温で
使用しても鋼中のＡlの酸化が進行し, 絶縁性が維持さ
れるかまたは高くなるので，ヒータ用材料のほか，一般
の耐熱絶縁材料としても使用されている。とくにこの材
料は面状発熱体として有用な用途を有している。
使用しても鋼中のＡlの酸化が進行し, 絶縁性が維持さ
れるかまたは高くなるので，ヒータ用材料のほか，一般
の耐熱絶縁材料としても使用されている。とくにこの材
料は面状発熱体として有用な用途を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】高合金鋼等の鉄基材の
表面にＡl2Ｏ3からなる絶縁層を形成する場合, 絶縁層
は緻密で且つクラック等が発生しないものでなければな
らない。クラックが発生したり剥離すれば絶縁性が損な
われるからである。
表面にＡl2Ｏ3からなる絶縁層を形成する場合, 絶縁層
は緻密で且つクラック等が発生しないものでなければな
らない。クラックが発生したり剥離すれば絶縁性が損な
われるからである。
【０００６】だが，鉄基材表面に絶縁性の高い緻密なＡ
l2Ｏ3層を形成するには, 高温加熱または長時間加熱を
必要とする。例えばＡlを５％含有する鋼では，厚さが
0.5μｍのＡl2Ｏ3層を形成するには１１００℃で５時間
の加熱が必要である。したがって, この加熱酸化処理に
コストがかかると共に生産性が低く，また加熱炉の寿命
も短くなるといった問題がある。
l2Ｏ3層を形成するには, 高温加熱または長時間加熱を
必要とする。例えばＡlを５％含有する鋼では，厚さが
0.5μｍのＡl2Ｏ3層を形成するには１１００℃で５時間
の加熱が必要である。したがって, この加熱酸化処理に
コストがかかると共に生産性が低く，また加熱炉の寿命
も短くなるといった問題がある。
【０００７】一方, 鉄基材が箔などのような薄板の場合
には，表面積に対して鉄基材の容積が小さいので，初め
の加熱酸化処理によってＡlが消費される割合が多く,
鉄基材中のＡl量が少なくなるという問題がある。この
ため, 使用中にＡl2Ｏ3層を維持するのに必要な鉄基材
中のＡlが少なくなり，鉄基材の表面絶縁性の寿命や耐
高温酸化寿命が短くなる。またヒーター材として使用す
るさいには箔中のＡl量の減少により電気抵抗率が変化
し，期待した発熱が得られないことが多い。さらに高温
での使用中にＡl2Ｏ3層の剥離などが起こると, Ａl消費
量がさらに増えて寿命が非常に短くなってしまう。
には，表面積に対して鉄基材の容積が小さいので，初め
の加熱酸化処理によってＡlが消費される割合が多く,
鉄基材中のＡl量が少なくなるという問題がある。この
ため, 使用中にＡl2Ｏ3層を維持するのに必要な鉄基材
中のＡlが少なくなり，鉄基材の表面絶縁性の寿命や耐
高温酸化寿命が短くなる。またヒーター材として使用す
るさいには箔中のＡl量の減少により電気抵抗率が変化
し，期待した発熱が得られないことが多い。さらに高温
での使用中にＡl2Ｏ3層の剥離などが起こると, Ａl消費
量がさらに増えて寿命が非常に短くなってしまう。
【０００８】また，鉄基材の表面にＡl被膜を形成した
うえで酸素雰囲気中で加熱する場合にも同様の問題があ
り，Ａl被膜が緻密なＡl2Ｏ3層に酸化するには高温で長
時間の加熱を必要とする。また，長時間の加熱によって
異常酸化が生じ，体積膨張によって被膜にクラックが入
ったり剥離したりして，耐用寿命が短くなるという問題
もある。
うえで酸素雰囲気中で加熱する場合にも同様の問題があ
り，Ａl被膜が緻密なＡl2Ｏ3層に酸化するには高温で長
時間の加熱を必要とする。また，長時間の加熱によって
異常酸化が生じ，体積膨張によって被膜にクラックが入
ったり剥離したりして，耐用寿命が短くなるという問題
もある。
【０００９】本発明の目的は，鉄基材表面にＡl2Ｏ3系
絶縁層を形成する場合の前記のような問題の解決を図る
ことにある。
絶縁層を形成する場合の前記のような問題の解決を図る
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は, Ａl2Ｏ3より
も酸素濃度が低いＡl-Ｏ系の被膜, すなわちＡl2Ｏ3の
化学量論量の酸素よりも少量の酸素をＡl中に含有する
被膜, を鉄基合金の表面に形成した鉄基材料，さらには
この被膜の少なくとも最外表面にＡl2Ｏ3層を形成して
なる鉄基材料を提供する。
も酸素濃度が低いＡl-Ｏ系の被膜, すなわちＡl2Ｏ3の
化学量論量の酸素よりも少量の酸素をＡl中に含有する
被膜, を鉄基合金の表面に形成した鉄基材料，さらには
この被膜の少なくとも最外表面にＡl2Ｏ3層を形成して
なる鉄基材料を提供する。
【００１１】当該被膜は金属Ａl中にＡl2Ｏ3が混在した
層であると言うこともできる。このような被膜は，鉄基
合金の表面にＡlを蒸着させるさいに，雰囲気ガスの酸
素分圧を調節することによって形成することができる。
層であると言うこともできる。このような被膜は，鉄基
合金の表面にＡlを蒸着させるさいに，雰囲気ガスの酸
素分圧を調節することによって形成することができる。
【００１２】
【作用】本発明に従って鉄基合金の表面に形成された，
Ａl2Ｏ3よりも酸素濃度が低いＡl-Ｏ系の被膜は，Ａl中
にＡl2Ｏ3が混在した層であるとも言えるから，大気中
で高温加熱すると（例えば１０００〜１２００℃で加熱
すると）表層部のＡlは早期に酸化してＡl2Ｏ3層を形成
するが，この最外表面のＡl2Ｏ3層がバリヤーとなって
被膜内部のＡlの酸化が進行しない間に，被膜内部のＡl
は鉄基合金中に拡散し，被膜内部のＡl2Ｏ3が濃縮され
る。鉄基合金中にＡlが拡散することによって鉄基合金
自身の耐高温酸化性が高くなる。被膜中の酸素濃度が１
mol%未満であると表層部に早期にＡl2Ｏ3層が形成する
効果は期待できない。また酸素濃度が50mol%を越えると
Ａl2Ｏ3の鉄基合金中への拡散が阻害され，鉄基合金中
のＡl濃度が高くならない。したがって被膜中の酸素濃
度は１mol%以上50mol%以下が良い。
Ａl2Ｏ3よりも酸素濃度が低いＡl-Ｏ系の被膜は，Ａl中
にＡl2Ｏ3が混在した層であるとも言えるから，大気中
で高温加熱すると（例えば１０００〜１２００℃で加熱
すると）表層部のＡlは早期に酸化してＡl2Ｏ3層を形成
するが，この最外表面のＡl2Ｏ3層がバリヤーとなって
被膜内部のＡlの酸化が進行しない間に，被膜内部のＡl
は鉄基合金中に拡散し，被膜内部のＡl2Ｏ3が濃縮され
る。鉄基合金中にＡlが拡散することによって鉄基合金
自身の耐高温酸化性が高くなる。被膜中の酸素濃度が１
mol%未満であると表層部に早期にＡl2Ｏ3層が形成する
効果は期待できない。また酸素濃度が50mol%を越えると
Ａl2Ｏ3の鉄基合金中への拡散が阻害され，鉄基合金中
のＡl濃度が高くならない。したがって被膜中の酸素濃
度は１mol%以上50mol%以下が良い。
【００１３】以下に，短時間のうちに鉄基合金の表面に
緻密なＡl2Ｏ3層が形成する状況を図面に従って具体的
に説明する。
緻密なＡl2Ｏ3層が形成する状況を図面に従って具体的
に説明する。
【００１４】図１は，板状の鉄基合金１の両面に，Ａl2
Ｏ3よりも酸素濃度が低いＡl-Ｏ系の被膜２Ａ，２Ｂを
被着した状態を図解的に示している。被膜２Ａと２Ｂは
金属Ａl中にＡl2Ｏ3の微粒子が混在した層であるとも言
える。
Ｏ3よりも酸素濃度が低いＡl-Ｏ系の被膜２Ａ，２Ｂを
被着した状態を図解的に示している。被膜２Ａと２Ｂは
金属Ａl中にＡl2Ｏ3の微粒子が混在した層であるとも言
える。
【００１５】図１の材料を後記実施例に示すように例え
ば大気雰囲気下で１１００℃に加熱すると，図２の(a)
→(b) →(c) の段階を経て, 緻密なＡl2Ｏ3層の被膜が
早期に生成する。初期の段階(a) では被膜２の最外表面
に薄いＡl2Ｏ3層３が形成する。そして被膜２の内部か
ら鉄基合金母材中にＡlの拡散が始まる。段階(b) では
最外表面のＡl2Ｏ3層３がバリヤーとなって内部の酸化
が防止されつつ被膜内部のＡlの拡散が進行して被膜２
の全厚みが減少し，被膜中のＡl2Ｏ3は濃縮し，やが
て，Ａlが枯渇すると，段階(c) となり，被膜２はＡl2
Ｏ3層３だけとなり，鉄基合金は緻密なＡl2Ｏ3層３で覆
われることになる。
ば大気雰囲気下で１１００℃に加熱すると，図２の(a)
→(b) →(c) の段階を経て, 緻密なＡl2Ｏ3層の被膜が
早期に生成する。初期の段階(a) では被膜２の最外表面
に薄いＡl2Ｏ3層３が形成する。そして被膜２の内部か
ら鉄基合金母材中にＡlの拡散が始まる。段階(b) では
最外表面のＡl2Ｏ3層３がバリヤーとなって内部の酸化
が防止されつつ被膜内部のＡlの拡散が進行して被膜２
の全厚みが減少し，被膜中のＡl2Ｏ3は濃縮し，やが
て，Ａlが枯渇すると，段階(c) となり，被膜２はＡl2
Ｏ3層３だけとなり，鉄基合金は緻密なＡl2Ｏ3層３で覆
われることになる。
【００１６】このように早期に緻密なＡl2Ｏ3層３がで
きるので, 以後の高温加熱で生成するＡl2Ｏ3も緻密に
なり, 酸化増量が減少する。酸化増量が減少すること
は, 高温酸化寿命および絶縁性の寿命が長くなることを
意味する。
きるので, 以後の高温加熱で生成するＡl2Ｏ3も緻密に
なり, 酸化増量が減少する。酸化増量が減少すること
は, 高温酸化寿命および絶縁性の寿命が長くなることを
意味する。
【００１７】したがって，本発明の鉄基材料は，表面が
早期に絶縁化されしかも高温加熱を繰り返しても絶縁性
が失われることがないという作用を供する。すなわち本
発明によれば，耐高温酸化性が高い絶縁表面を有する鉄
基材料が提供できる。本発明材料は特にヒータ用の発熱
材料に適し，その形状が板状の面熱発熱体として好適で
ある。
早期に絶縁化されしかも高温加熱を繰り返しても絶縁性
が失われることがないという作用を供する。すなわち本
発明によれば，耐高温酸化性が高い絶縁表面を有する鉄
基材料が提供できる。本発明材料は特にヒータ用の発熱
材料に適し，その形状が板状の面熱発熱体として好適で
ある。
【００１８】本発明材料は，図１の状態，つまりＡl2Ｏ
3よりも酸素濃度が低いＡl-Ｏ系の被膜２を施したまま
で，高温用途に使用することもできるが，実際には図２
の段階(a),(b),(c) のように少なくとも最外表面層に緻
密なＡl2Ｏ3層を形成した状態で使用に供するのがよ
い。図１の状態または図２の(a)または(b) の状態で使
用に供した場合には，高温使用中に(c) の状態になるこ
ともあるが，絶縁性を確保する意味では，(c) 段階まで
予備加熱して緻密なＡl2Ｏ3層を鉄基合金の表面に形成
しておくのがよい。
3よりも酸素濃度が低いＡl-Ｏ系の被膜２を施したまま
で，高温用途に使用することもできるが，実際には図２
の段階(a),(b),(c) のように少なくとも最外表面層に緻
密なＡl2Ｏ3層を形成した状態で使用に供するのがよ
い。図１の状態または図２の(a)または(b) の状態で使
用に供した場合には，高温使用中に(c) の状態になるこ
ともあるが，絶縁性を確保する意味では，(c) 段階まで
予備加熱して緻密なＡl2Ｏ3層を鉄基合金の表面に形成
しておくのがよい。
【００１９】図１のように，Ａl2Ｏ3よりも酸素濃度が
低いＡl-Ｏ系の被膜２を鉄基合金の表面に被着した材料
は，ＰＶＤ法やＣＶＤ法などの蒸着法で製造することが
できる。すなわち，かような蒸着法によって鉄基合金の
表面にＡlを蒸着させるさいに，雰囲気ガスの酸素分圧
を調節してＡl2Ｏ3よりも少ない酸素をＡl中に含有する
被膜を鉄基合金の表面に蒸着させればよい。
低いＡl-Ｏ系の被膜２を鉄基合金の表面に被着した材料
は，ＰＶＤ法やＣＶＤ法などの蒸着法で製造することが
できる。すなわち，かような蒸着法によって鉄基合金の
表面にＡlを蒸着させるさいに，雰囲気ガスの酸素分圧
を調節してＡl2Ｏ3よりも少ない酸素をＡl中に含有する
被膜を鉄基合金の表面に蒸着させればよい。
【００２０】そのさい，雰囲気中の酸素ガス分圧を調節
するには，酸素ガスはもとより酸素含有ガス例えばＨ2
Ｏ，ＣＯ2 ，ＣＨ3ＯＨガスなどの分圧を調節すること
によって行うことができる。また，蒸着装置内を所定の
圧に維持することが有利な場合には，酸素含有ガスの他
にＡrなどの不活性ガスを存在させることもできる。
するには，酸素ガスはもとより酸素含有ガス例えばＨ2
Ｏ，ＣＯ2 ，ＣＨ3ＯＨガスなどの分圧を調節すること
によって行うことができる。また，蒸着装置内を所定の
圧に維持することが有利な場合には，酸素含有ガスの他
にＡrなどの不活性ガスを存在させることもできる。
【００２１】被膜２を形成する母材としての鉄基合金
は，本発明材料を通電により発熱する発熱材用途に供す
る場合には合金成分によって電気抵抗を意図する値に調
節することが必要であるが，いずれにしても，高温で使
用される関係上，ステンレス鋼が望ましい。具体的に
は，鉄基合金は８〜３５mass％のＣrおよび0.4〜８mass
％のＡlを含有しているステンレス鋼が望ましい。
は，本発明材料を通電により発熱する発熱材用途に供す
る場合には合金成分によって電気抵抗を意図する値に調
節することが必要であるが，いずれにしても，高温で使
用される関係上，ステンレス鋼が望ましい。具体的に
は，鉄基合金は８〜３５mass％のＣrおよび0.4〜８mass
％のＡlを含有しているステンレス鋼が望ましい。
【００２２】このようなＡl含有ステンレス鋼におい
て，Ｓiを0.6〜６mass％含有させると耐高温酸化寿命が
さらに向上する。同様に希土類元素またはＹを0.2mass
％以下の量で含有させても耐高温酸化寿命を向上させる
ことができる。
て，Ｓiを0.6〜６mass％含有させると耐高温酸化寿命が
さらに向上する。同様に希土類元素またはＹを0.2mass
％以下の量で含有させても耐高温酸化寿命を向上させる
ことができる。
【００２３】かような鉄基合金中のＣr,Ａl,Ｓi,希土類
元素またはＹの作用を説明すると次のとおりである。
元素またはＹの作用を説明すると次のとおりである。
【００２４】Ｃrについて。 鉄基合金が箔などの場合は加熱冷却のサイクルでクラッ
クの発生と自己修復の繰り返しによって含有しているＡ
lが枯渇する場合がある。このようになると導電性のＦe
酸化物が急速に成長し, Ａl2Ｏ3膜が剥離し, 絶縁性が
喪失する。Ｆｅ酸化物の成長は鉄基材中に８mass％以上
のＣｒを含有させることによって防止することができ
る。これはＡｌが枯渇した場合にＣr2Ｏ3やＦｅＯ・Ｃr
2 Ｏ3が緻密にでき, その後の酸化物の成長を抑えるか
らである。またＣｒを含有させることによって素材の靭
性および加工性も高まる。しかしＣｒ含有量の上限は３
５mass％までである。３５mass％を超えると基材が３０
０℃以下で極めて脆くなり加工ができなくなる。
クの発生と自己修復の繰り返しによって含有しているＡ
lが枯渇する場合がある。このようになると導電性のＦe
酸化物が急速に成長し, Ａl2Ｏ3膜が剥離し, 絶縁性が
喪失する。Ｆｅ酸化物の成長は鉄基材中に８mass％以上
のＣｒを含有させることによって防止することができ
る。これはＡｌが枯渇した場合にＣr2Ｏ3やＦｅＯ・Ｃr
2 Ｏ3が緻密にでき, その後の酸化物の成長を抑えるか
らである。またＣｒを含有させることによって素材の靭
性および加工性も高まる。しかしＣｒ含有量の上限は３
５mass％までである。３５mass％を超えると基材が３０
０℃以下で極めて脆くなり加工ができなくなる。
【００２５】Ａlについて。 基材鋼中にＡlが含有されていると，Ａl2Ｏ3被膜が何ら
かの原因によりクラックや剥離が生じた場合に，高温で
の使用中にそれを修復する作用を供する。本発明材料は
当初の被膜中のＡlが母材中に拡散され，母材中にＡlが
存在することになるが，母材自身が当初からＡlを含有
していれば，Ａl補給源として十分となる。このため，
0.5 mass％以上のＡlを含有した鉄基合金を用いるのが
よい。しかし，８mass％を超えるようなＡlを含有する
鋼は熱衝撃に弱いので，鉄基合金は 0.5〜８mass％のＡ
lを含有したものがよい。
かの原因によりクラックや剥離が生じた場合に，高温で
の使用中にそれを修復する作用を供する。本発明材料は
当初の被膜中のＡlが母材中に拡散され，母材中にＡlが
存在することになるが，母材自身が当初からＡlを含有
していれば，Ａl補給源として十分となる。このため，
0.5 mass％以上のＡlを含有した鉄基合金を用いるのが
よい。しかし，８mass％を超えるようなＡlを含有する
鋼は熱衝撃に弱いので，鉄基合金は 0.5〜８mass％のＡ
lを含有したものがよい。
【００２６】Ｓiについて。 Ｓiは後記の実施例に示すように，本発明材料の耐高温
酸化寿命を向上させる作用がある。すなわち, Ｃrと同
様にＡlが枯渇した場合にＳiＯ2またはＦe2 ＳiＯ2が緻
密にできて保護作用をし，その後の酸化を抑制する。こ
のようなＳiの効果を得るには鉄基合金中のＳi量が0.6m
ass％以上必要であるが，６mass％を超えて含有させて
もその効果は飽和すると共に鋼の製造性および加工性が
悪くなるので，0.6〜６mass％のＳiを含有させるのがよ
い。
酸化寿命を向上させる作用がある。すなわち, Ｃrと同
様にＡlが枯渇した場合にＳiＯ2またはＦe2 ＳiＯ2が緻
密にできて保護作用をし，その後の酸化を抑制する。こ
のようなＳiの効果を得るには鉄基合金中のＳi量が0.6m
ass％以上必要であるが，６mass％を超えて含有させて
もその効果は飽和すると共に鋼の製造性および加工性が
悪くなるので，0.6〜６mass％のＳiを含有させるのがよ
い。
【００２７】希土類元素またはＹについて。 希土類元素またはＹも後記の実施例に示すように耐高温
酸化寿命を向上させる作用があり，Ａl2Ｏ3層の密着性
を高める効果がある。しかし，希土類元素とＹの合計量
が0.2mass％を越えると介在物として鉄基材中に析出し
てかえってＡl2Ｏ3膜が剥離しやすくなる。このため希
土類元素またはＹの含有量の合計は0.2 mass％以下にす
べきである。
酸化寿命を向上させる作用があり，Ａl2Ｏ3層の密着性
を高める効果がある。しかし，希土類元素とＹの合計量
が0.2mass％を越えると介在物として鉄基材中に析出し
てかえってＡl2Ｏ3膜が剥離しやすくなる。このため希
土類元素またはＹの含有量の合計は0.2 mass％以下にす
べきである。
【００２８】
〔実施例１〕電子ビーム蒸発装置を備えた真空蒸着装置
を用いて，表１に示した化学成分値を有する２種のステ
ンレス鋼No.1とNo.2（いずれも厚み１mm,200×200mm)を
基板とし，電子ビームのターゲットに純Ａlを使用し
て，雰囲気中の酸素分圧を調節しながら該基板の両面に
酸素濃度が異なるＡl蒸着膜を形成した。
を用いて，表１に示した化学成分値を有する２種のステ
ンレス鋼No.1とNo.2（いずれも厚み１mm,200×200mm)を
基板とし，電子ビームのターゲットに純Ａlを使用し
て，雰囲気中の酸素分圧を調節しながら該基板の両面に
酸素濃度が異なるＡl蒸着膜を形成した。
【００２９】操作手順は, 先ず装置内を１×10-5Torrま
で排気し, Ｏ2：Ａr＝１：１の混合ガスを設定酸素分圧
になるまで装置内に導入したうえで，Ａlを電子ビーム
で蒸発させた。Ａrガスを導入したのはポンプ油の劣化
防止のためである。鋼板基板上での蒸着速度は0.1μm/s
に調節し，Ｏ2とＡrの混合ガス分圧は, Ａl蒸着膜中の
酸素濃度が目標値となるように調整した。
で排気し, Ｏ2：Ａr＝１：１の混合ガスを設定酸素分圧
になるまで装置内に導入したうえで，Ａlを電子ビーム
で蒸発させた。Ａrガスを導入したのはポンプ油の劣化
防止のためである。鋼板基板上での蒸着速度は0.1μm/s
に調節し，Ｏ2とＡrの混合ガス分圧は, Ａl蒸着膜中の
酸素濃度が目標値となるように調整した。
【００３０】いずれの場合も，純Ａl当量が5.5g/m2含有
されるように基板の両面に蒸着された時点をもって蒸着
を終了した。表２に，得られた各被覆鋼板の蒸着膜中の
酸素濃度（モル％）を示した。Ａl2Ｏ3皮膜の場合の化
学量論的な酸素濃度は３／５×１００モル％＝６０モル
％であるから，得られた各被覆鋼板の蒸着膜はＡl2Ｏ 3
よりもかなり低い酸素濃度の物質である。したがって，
これらはＡl中にＡl2Ｏ3が混在したものであると考えて
よい。なお，比較例中の蒸着膜中の酸素濃度が０％のも
のは酸素分圧を極低にして得た純Ａl皮膜である。
されるように基板の両面に蒸着された時点をもって蒸着
を終了した。表２に，得られた各被覆鋼板の蒸着膜中の
酸素濃度（モル％）を示した。Ａl2Ｏ3皮膜の場合の化
学量論的な酸素濃度は３／５×１００モル％＝６０モル
％であるから，得られた各被覆鋼板の蒸着膜はＡl2Ｏ 3
よりもかなり低い酸素濃度の物質である。したがって，
これらはＡl中にＡl2Ｏ3が混在したものであると考えて
よい。なお，比較例中の蒸着膜中の酸素濃度が０％のも
のは酸素分圧を極低にして得た純Ａl皮膜である。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】各被覆鋼板を大気中で１１００℃で加熱し
た。そしてＡl2Ｏ3膜の形成により抵抗値が１×１０8
Ωｍ以上となるまでの加熱時間を調べた。その結果を表
２に併記した。
た。そしてＡl2Ｏ3膜の形成により抵抗値が１×１０8
Ωｍ以上となるまでの加熱時間を調べた。その結果を表
２に併記した。
【００３４】表２の結果から，本発明例のものは蒸着膜
中の酸素濃度が高いほど絶縁性が得られるまでの加熱時
間が短く，その程度は基材ステンレス鋼の化学成分値と
は無関係であることがわかる。すなわち，本発明例のも
のは図２の(a) →(b) →(c)の段階を経て緻密なＡl2Ｏ3
層３が形成する時間が短い。これに対して，比較例のよ
うに純Ａl被覆のものや鋼中のＡlを酸化させるものでは
同様のＡl2Ｏ3層が形成するまでの時間が非常に長い。
中の酸素濃度が高いほど絶縁性が得られるまでの加熱時
間が短く，その程度は基材ステンレス鋼の化学成分値と
は無関係であることがわかる。すなわち，本発明例のも
のは図２の(a) →(b) →(c)の段階を経て緻密なＡl2Ｏ3
層３が形成する時間が短い。これに対して，比較例のよ
うに純Ａl被覆のものや鋼中のＡlを酸化させるものでは
同様のＡl2Ｏ3層が形成するまでの時間が非常に長い。
【００３５】〔実施例２〕厚さが0.05μｍである表１の
No.2の鋼を基板に使用し，純Ａl当量で４g/m2が含有さ
れるように基板両面に蒸着した以外は，実施例１と同様
の操作で表３の本発明例ＡとＢおよび比較例Ｃの３種の
被覆鋼板を製造した。比較例Ｃは純Ａl被覆である。な
お比較例Ｄは，厚みが0.05μｍである表１のNo.1の素材
鋼そのものである。
No.2の鋼を基板に使用し，純Ａl当量で４g/m2が含有さ
れるように基板両面に蒸着した以外は，実施例１と同様
の操作で表３の本発明例ＡとＢおよび比較例Ｃの３種の
被覆鋼板を製造した。比較例Ｃは純Ａl被覆である。な
お比較例Ｄは，厚みが0.05μｍである表１のNo.1の素材
鋼そのものである。
【００３６】
【表３】 ここで，本発明例ＡとＢは蒸着膜中の酸素濃度は異なる
が，両者ともＡl含有量3.03％のステンレス鋼にＡlを４
g/m2づつ両面に蒸着しているものであり，比較例ＤはＡ
l含有量5.01％のステンレス鋼の蒸着無しの素材であっ
て，Ａ，ＢおよびＣの総Ａl量は等しくなっている。
が，両者ともＡl含有量3.03％のステンレス鋼にＡlを４
g/m2づつ両面に蒸着しているものであり，比較例ＤはＡ
l含有量5.01％のステンレス鋼の蒸着無しの素材であっ
て，Ａ，ＢおよびＣの総Ａl量は等しくなっている。
【００３７】これち４種の材料の耐熱試験を行った。試
験は各試料を大気雰囲気中1100℃で連続加熱し，その酸
化増量を経時的に測定した。その結果を図３に示した。
横軸の時間の単位は平方根で表してあり，実際の時間は
その二乗である。
験は各試料を大気雰囲気中1100℃で連続加熱し，その酸
化増量を経時的に測定した。その結果を図３に示した。
横軸の時間の単位は平方根で表してあり，実際の時間は
その二乗である。
【００３８】図３の結果から，本発明例ＡとＢのものは
222〜252時間（480〜630ｈ）までは酸化増量が徐々にし
か大きくならず異常酸化は生じないが，比較例ＣとＤで
は早期に鋼中のＡlが枯渇し約122〜142時間 (140〜190
ｈ）で異常酸化が始まることがわかる。
222〜252時間（480〜630ｈ）までは酸化増量が徐々にし
か大きくならず異常酸化は生じないが，比較例ＣとＤで
は早期に鋼中のＡlが枯渇し約122〜142時間 (140〜190
ｈ）で異常酸化が始まることがわかる。
【００３９】比較例の異常酸化後の試片の表面の電気抵
抗を測定したところ，１×108Ωｍ以下となっており絶
縁性が低下していた。これは異常酸化時に皮膜が体積膨
張を起こしてクラックや剥離が生じたことによる。
抗を測定したところ，１×108Ωｍ以下となっており絶
縁性が低下していた。これは異常酸化時に皮膜が体積膨
張を起こしてクラックや剥離が生じたことによる。
【００４０】〔実施例３〕表４に示す化学成分値のステ
ンレス鋼No.3〜No.8からなる厚みが0.05μｍの両面に平
均酸素濃度が２０モル％のＡl2Ｏ3含有Ａl蒸着膜を形成
した以外は，実施例１と同様にして被覆鋼板を製造し
た。各被覆鋼板とも蒸着はＡl当量で5.5g/m2となるよう
に調節した。また，比較のためにNo3,No.4およびNo.7の
鋼 (厚み0.05μｍ) に対して純Ａlの蒸着を施したもの
も製造した。
ンレス鋼No.3〜No.8からなる厚みが0.05μｍの両面に平
均酸素濃度が２０モル％のＡl2Ｏ3含有Ａl蒸着膜を形成
した以外は，実施例１と同様にして被覆鋼板を製造し
た。各被覆鋼板とも蒸着はＡl当量で5.5g/m2となるよう
に調節した。また，比較のためにNo3,No.4およびNo.7の
鋼 (厚み0.05μｍ) に対して純Ａlの蒸着を施したもの
も製造した。
【００４１】各被覆鋼板を1150℃に加熱し, 酸化が急速
に進み始めるまでの時間, すなわち酸化増量が急に大き
くなり始める時間 (高温酸化寿命) を測定した。その結
果を表４に併記した。なお，各例とも，高温酸化寿命に
なると抵抗が１×108Ωｍ以下となり絶縁性が低下し
た。
に進み始めるまでの時間, すなわち酸化増量が急に大き
くなり始める時間 (高温酸化寿命) を測定した。その結
果を表４に併記した。なお，各例とも，高温酸化寿命に
なると抵抗が１×108Ωｍ以下となり絶縁性が低下し
た。
【００４２】
【表４】
【００４３】表４の結果から次のことがわかる。 (1) 同一鋼種であっても，本発明例のＡl2Ｏ3含有Ａl蒸
着膜のものは比較例の純Ａl蒸着膜のものに比べて高温
酸化寿命が高くなる。 (2) 同一Ａl2Ｏ3含有Ａl蒸着膜でも鋼中のＡl含有量が
高くなれば高温酸化寿命が高くなる。 (3) 鋼No.4とNo.5の比較に見られるように，鋼中のＳi
が高くなると高温酸化寿命が高くなる。 (4) 鋼No.6とNo.7の比較に見られるように，鋼中に希土
類元素を含有すると高温酸化寿命が高くなる。
着膜のものは比較例の純Ａl蒸着膜のものに比べて高温
酸化寿命が高くなる。 (2) 同一Ａl2Ｏ3含有Ａl蒸着膜でも鋼中のＡl含有量が
高くなれば高温酸化寿命が高くなる。 (3) 鋼No.4とNo.5の比較に見られるように，鋼中のＳi
が高くなると高温酸化寿命が高くなる。 (4) 鋼No.6とNo.7の比較に見られるように，鋼中に希土
類元素を含有すると高温酸化寿命が高くなる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば鉄
基合金の表面に緻密な絶縁性被膜をもつ鉄基材料が得ら
れる。本発明材料は表面が絶縁されているのでヒータ材
として使用する場合に特に有益であり，その絶縁被膜が
長時間安定である。また，絶縁被膜が損傷した場合にも
鉄基合金中からＡlの補給を受けて自己修復する能力が
ある。本発明材料は，製造の面でもＡl2Ｏ3層からなる
絶縁被膜の形成が短時間に形成されるので製造コストが
廉価であるという効果もある。
基合金の表面に緻密な絶縁性被膜をもつ鉄基材料が得ら
れる。本発明材料は表面が絶縁されているのでヒータ材
として使用する場合に特に有益であり，その絶縁被膜が
長時間安定である。また，絶縁被膜が損傷した場合にも
鉄基合金中からＡlの補給を受けて自己修復する能力が
ある。本発明材料は，製造の面でもＡl2Ｏ3層からなる
絶縁被膜の形成が短時間に形成されるので製造コストが
廉価であるという効果もある。
【図１】Ａl2Ｏ3含有Ａl被膜を鉄基合金の表面にもつ本
発明材料の中間品の状態を示す略断面図である。
発明材料の中間品の状態を示す略断面図である。
【図２】図１の中間品の状態からＡl2Ｏ3層が形成する
段階を図解的に示す図１と同様の略断面図である。
段階を図解的に示す図１と同様の略断面図である。
【図３】本文の実施例３の結果を示す図であり，本発明
材ＡとＢおよび比較材ＣとＤの耐熱試験の結果を示す図
である。
材ＡとＢおよび比較材ＣとＤの耐熱試験の結果を示す図
である。
１ 鉄基合金 ２ Ａl2Ｏ3含有Ａl被膜 ３ Ａl2Ｏ3層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 敦司 大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式 会社鉄鋼研究所内 (72)発明者 斉藤 実 大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式 会社鉄鋼研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 Ａl2Ｏ3の化学量論量の酸素よりも少量
の酸素をＡl中に含有する被膜が鉄基合金の表面に形成
されている耐高温酸化性に優れた鉄基材料。 - 【請求項２】 Ａl2Ｏ3の化学量論量の酸素よりも少量
の酸素をＡl中に含有する被膜が鉄基合金の表面に形成
され，該被膜の少なくとも最外表面にＡl2Ｏ3層が形成
されている耐高温酸化性に優れた鉄基材料。 - 【請求項３】 被膜のＡl中に１mol%以上50mol%以下の
酸素が含有されている請求項１または２に記載の鉄基材
料。 - 【請求項４】 鉄基合金は８〜３５mass％のＣrおよび
0.4〜８mass％のＡlを含有している請求項１，２または
３に記載の鉄基材料。 - 【請求項５】 鉄基合金は0.6〜６mass％のＳiを含有し
ている請求項４に記載の鉄基材料。 - 【請求項６】 鉄基合金は0.2mass％以下の希土類元素
またはＹを含有している請求項４に記載の鉄基材料。 - 【請求項７】 鉄基合金の表面にＡlを蒸着させるさい
に，雰囲気ガスの酸素分圧を調節してＡl2Ｏ3よりも少
ない酸素をＡl中に含有する被膜を鉄基合金の表面に蒸
着させることを特徴とする耐高温酸化性に優れた鉄基材
料の製造法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5169870A JPH073433A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 耐高温酸化性に優れた鉄基材料およびその製造法 |
| KR1019930024703A KR100265101B1 (ko) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | 고온에서의 우수한 내산화성을 가진 철계 재료 및 그 제조방법 |
| EP93118671A EP0599225B1 (en) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Iron-based material having excellent oxidation resistance at elevated temperatures and process for the production thereof |
| DE69318515T DE69318515T2 (de) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Eisen-Basis-Legierung mit hoher Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten temperaturen und Verfahren zur Herstellung deselben |
| US08/155,373 US5631090A (en) | 1992-11-20 | 1993-11-22 | Iron-based material having excellent oxidation resistance at elevated temperatures and process for the production thereof |
| US08/467,637 US5612090A (en) | 1992-11-20 | 1995-06-06 | Iron-based material having excellent oxidation resistance at elevated temperatures and process for the production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5169870A JPH073433A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 耐高温酸化性に優れた鉄基材料およびその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH073433A true JPH073433A (ja) | 1995-01-06 |
Family
ID=15894484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5169870A Withdrawn JPH073433A (ja) | 1992-11-20 | 1993-06-17 | 耐高温酸化性に優れた鉄基材料およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH073433A (ja) |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP5169870A patent/JPH073433A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000905 |