JPH0765192B2 - 表面被覆金属製品の製造方法 - Google Patents
表面被覆金属製品の製造方法Info
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- JPH0765192B2 JPH0765192B2 JP2286954A JP28695490A JPH0765192B2 JP H0765192 B2 JPH0765192 B2 JP H0765192B2 JP 2286954 A JP2286954 A JP 2286954A JP 28695490 A JP28695490 A JP 28695490A JP H0765192 B2 JPH0765192 B2 JP H0765192B2
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Landscapes
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は表面被覆金属製品の製造方法に関する。
［従来の技術及び課題］ 一般の金属材料では、約1000℃以上で軟化を生じ、かつ
大気中では600℃以上から表面からの酸化が進行する。
かかる金属材料の高温での劣化を改善するためにインコ
ネル、モネル、ニモニック、ジルカロイ、ハステロイ等
の種々の耐熱合金が開発されている。しかしながら、前
記耐熱合金でも塩素及びイオウ等を含む腐食生成物の存
在下では酸化腐食限界温度が低下し、腐食反応が著しく
促進されるという問題があった。
大気中では600℃以上から表面からの酸化が進行する。
かかる金属材料の高温での劣化を改善するためにインコ
ネル、モネル、ニモニック、ジルカロイ、ハステロイ等
の種々の耐熱合金が開発されている。しかしながら、前
記耐熱合金でも塩素及びイオウ等を含む腐食生成物の存
在下では酸化腐食限界温度が低下し、腐食反応が著しく
促進されるという問題があった。
このようなことから、金属材料の高温での耐食性等を改
善するために、耐熱鋼やその他の金属母材の表面に耐蝕
性の高い被膜を形成することが試みられている。前記金
属材料の表面に形成する被膜物質としては、アルミナ、
炭化珪素、窒化珪素等のセラミックス材料が知られてい
る。かかる被膜の形成技術としては、PVD法又はCVD法等
があるが、成膜速度の高いCVD法が採用されている。
善するために、耐熱鋼やその他の金属母材の表面に耐蝕
性の高い被膜を形成することが試みられている。前記金
属材料の表面に形成する被膜物質としては、アルミナ、
炭化珪素、窒化珪素等のセラミックス材料が知られてい
る。かかる被膜の形成技術としては、PVD法又はCVD法等
があるが、成膜速度の高いCVD法が採用されている。
しかしながら、前記金属母材に被覆されるセラミックス
の被覆には微小なピンホールなどが存在し、高温の環境
下では前記ピンホールを通しての腐食の進行が起こる、
また、炭化珪素や窒化珪素等の非酸化物系セラミックス
の被膜は高温の状態で酸化が生じるため、多孔質の酸化
物に変質するという問題があった。
の被覆には微小なピンホールなどが存在し、高温の環境
下では前記ピンホールを通しての腐食の進行が起こる、
また、炭化珪素や窒化珪素等の非酸化物系セラミックス
の被膜は高温の状態で酸化が生じるため、多孔質の酸化
物に変質するという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、過酷な環境下で優れた耐蝕性を有する表面被覆
金属製品、並びにかかる表面被覆金属製品を簡単に製造
し得る方法を提供しようとするものである。
もので、過酷な環境下で優れた耐蝕性を有する表面被覆
金属製品、並びにかかる表面被覆金属製品を簡単に製造
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］ 本発明に係わる表面被覆金属製品の製造方法は金属母材
の表面にCVD法により窒化珪素層、炭化珪素層及び炭窒
化珪素層から選ばれる少なくとも１層以上のセラミック
ス層を被覆する工程と、 前記表面被覆金属母材をLi、Na、Ｋ、Rb、Cs、Mg、Ca、
Sr、Ba、Sc、Ｙ、La、Th、Zn、Cd、Hg、Ｂ、Al、Ga、I
n、Ge、Sn及びPbから選ばれる少なくとも１種以上の金
属を含む化合物に接触させた後、500℃以上で熱処理し
て前記金属母材のセラミックス層上にガラス質からなる
被覆材を形成する工程と を具備したことを特徴とするものである。
の表面にCVD法により窒化珪素層、炭化珪素層及び炭窒
化珪素層から選ばれる少なくとも１層以上のセラミック
ス層を被覆する工程と、 前記表面被覆金属母材をLi、Na、Ｋ、Rb、Cs、Mg、Ca、
Sr、Ba、Sc、Ｙ、La、Th、Zn、Cd、Hg、Ｂ、Al、Ga、I
n、Ge、Sn及びPbから選ばれる少なくとも１種以上の金
属を含む化合物に接触させた後、500℃以上で熱処理し
て前記金属母材のセラミックス層上にガラス質からなる
被覆材を形成する工程と を具備したことを特徴とするものである。
前記金属母材としては、例えば構造用鋼、ばね鋼、軸受
鋼、工具鋼等の鋼材、ステンレス鋼、インコネル、モネ
ル、ニモニック、ジルカロイ、ハステロイ等の耐熱合
金、又は純金属等を挙げることができる。
鋼、工具鋼等の鋼材、ステンレス鋼、インコネル、モネ
ル、ニモニック、ジルカロイ、ハステロイ等の耐熱合
金、又は純金属等を挙げることができる。
CVD法による前記セラミックス層の前記金属母材表面へ
の形成は、例えば原料ガスである珪素源としてSiCl4、S
iH4、窒素源としてNH3、炭素源としてCH4を用い、水素
又は不活性ガスを混合したガス雰囲気下、約1000℃で加
熱することによりなされる。このようなセラミックス層
の形成に先立って、前記金属母材表面にTiN、TiCなどの
他の被膜を形成してもよい。TiN、TiCなどの他の被膜を
形成することによって、前記金属母材と前記セラミック
ス層との密着性が高めるられる。
の形成は、例えば原料ガスである珪素源としてSiCl4、S
iH4、窒素源としてNH3、炭素源としてCH4を用い、水素
又は不活性ガスを混合したガス雰囲気下、約1000℃で加
熱することによりなされる。このようなセラミックス層
の形成に先立って、前記金属母材表面にTiN、TiCなどの
他の被膜を形成してもよい。TiN、TiCなどの他の被膜を
形成することによって、前記金属母材と前記セラミック
ス層との密着性が高めるられる。
前記金属の化合物としては、例えば塩化物、硫酸塩、硝
酸塩又は酸化物等を挙げることができる。
酸塩又は酸化物等を挙げることができる。
前記被覆金属母材と前記化合物とを接触させる方法とし
ては、例えば前記化合物の水溶液、非水溶媒体液、もし
くは前記化合物の溶融塩に前記被覆金属母材を浸漬する
方法等を採用し得る。浸漬する時間は、時に制限されな
いが、数秒間から数時間、通常１分間〜１時間浸漬すれ
ば本発明の目的を達成できる。かかる浸漬工程後におい
て、溶媒を乾燥させる工程を行ってもよいが、前記熱処
理工程で溶媒も除去されるため、乾燥工程を省略しても
よい。
ては、例えば前記化合物の水溶液、非水溶媒体液、もし
くは前記化合物の溶融塩に前記被覆金属母材を浸漬する
方法等を採用し得る。浸漬する時間は、時に制限されな
いが、数秒間から数時間、通常１分間〜１時間浸漬すれ
ば本発明の目的を達成できる。かかる浸漬工程後におい
て、溶媒を乾燥させる工程を行ってもよいが、前記熱処
理工程で溶媒も除去されるため、乾燥工程を省略しても
よい。
前記熱処理工程での温度を限定した理由は、その温度を
500℃未満にするとセラミックス層上に良好なガラス質
の被膜を形成できなくなるからである。熱処理の上限温
度は、使用する金属母材の変形温度以下とすればよい。
また前記熱処理工程は、大気中もしくは酸素などの酸化
性ガスを含む不活性ガス雰囲気で行われる。熱処理時間
については、10分間から10時間程度とすればよい。
500℃未満にするとセラミックス層上に良好なガラス質
の被膜を形成できなくなるからである。熱処理の上限温
度は、使用する金属母材の変形温度以下とすればよい。
また前記熱処理工程は、大気中もしくは酸素などの酸化
性ガスを含む不活性ガス雰囲気で行われる。熱処理時間
については、10分間から10時間程度とすればよい。
［作用］ 本発明方法によれば、金属母材表面にCVD法によりCVD法
により窒化珪素層、炭化珪素層及び炭窒化珪素層から選
ばれる少なくとも１層以上のセラミックス層を被覆し、
この表面被覆金属母材をLi、Na、Ｋ、Rb、Cs、Mg、Ca、
Sr、Ba、Sc、Ｙ、La、Th、Zn、Cd、Hg、Ｂ、Al、Ga、I
n、Ge、Sn及びPbから選ばれる少なくとも１種以上の金
属を含む化合物に接触させた後、500℃以上で熱処理す
ることによって、表面が平滑で緻密な前記セラミックス
層に均一なガラス質の被膜を形成できる。かかる熱処理
により均一なガラス質の被膜が形成されるのは、前記セ
ラミックス層の表面近傍部分が熱処理により酸化される
際その表面に接触させたガラス成分となり得る化合物中
の前記金属元素が取り込まれ、より溶隔温度の低いガラ
ス相が形成されるためであると考えられる。このような
均一なガラス質被膜の形成により、前記セラミックス層
のピーホールが前記均一なガラス質の被膜で埋め込まれ
ると共に、前記セラミックス層が使用雰囲気から遮断さ
れるため、前記セラミックス層の酸化進行を著しく抑制
することができる。したがって、過酷な環境下で優れた
耐蝕性を有する表面被覆金属製品を製造することができ
る。
により窒化珪素層、炭化珪素層及び炭窒化珪素層から選
ばれる少なくとも１層以上のセラミックス層を被覆し、
この表面被覆金属母材をLi、Na、Ｋ、Rb、Cs、Mg、Ca、
Sr、Ba、Sc、Ｙ、La、Th、Zn、Cd、Hg、Ｂ、Al、Ga、I
n、Ge、Sn及びPbから選ばれる少なくとも１種以上の金
属を含む化合物に接触させた後、500℃以上で熱処理す
ることによって、表面が平滑で緻密な前記セラミックス
層に均一なガラス質の被膜を形成できる。かかる熱処理
により均一なガラス質の被膜が形成されるのは、前記セ
ラミックス層の表面近傍部分が熱処理により酸化される
際その表面に接触させたガラス成分となり得る化合物中
の前記金属元素が取り込まれ、より溶隔温度の低いガラ
ス相が形成されるためであると考えられる。このような
均一なガラス質被膜の形成により、前記セラミックス層
のピーホールが前記均一なガラス質の被膜で埋め込まれ
ると共に、前記セラミックス層が使用雰囲気から遮断さ
れるため、前記セラミックス層の酸化進行を著しく抑制
することができる。したがって、過酷な環境下で優れた
耐蝕性を有する表面被覆金属製品を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 まず、SUS430ステンレス鋼のテストピース（寸法25×25
×2mm）上にCVD法により厚さ10μｍのTiNを形成した
後、同CVD法により厚さ20μｍの窒化珪素（Si3N4）膜を
形成した。つづいて、窒化珪素膜被覆テストピースを20
℃の飽和食塩（NaCl）水溶液に浸漬、乾燥した後、縦型
環状炉中で800℃の温度にて３時間熱処理を行なった。
×2mm）上にCVD法により厚さ10μｍのTiNを形成した
後、同CVD法により厚さ20μｍの窒化珪素（Si3N4）膜を
形成した。つづいて、窒化珪素膜被覆テストピースを20
℃の飽和食塩（NaCl）水溶液に浸漬、乾燥した後、縦型
環状炉中で800℃の温度にて３時間熱処理を行なった。
縦型環状炉を冷却した後、炉から取り出したテストピー
スは、表面がガラス状の光沢を呈していた。また、前記
テストピースを切断し、光学顕微鏡で断面を観察したと
ころ、第１図に示す写真が得られ、窒化ケイ素層の表面
に約10μｍのガラス質の被膜が形成されていることが確
認された。
スは、表面がガラス状の光沢を呈していた。また、前記
テストピースを切断し、光学顕微鏡で断面を観察したと
ころ、第１図に示す写真が得られ、窒化ケイ素層の表面
に約10μｍのガラス質の被膜が形成されていることが確
認された。
また、前記SUS430のテストピースの表面に厚さ20μｍの
TiN層を被覆したもの（比較例１）、未被覆のSUS430の
テストピース（比較例２）、未被覆の耐熱鋼であるSUS3
10のテストピース（比較例３）、NCF800のテストピース
（比較例４）及び前記実施例のガラス化テストピースに
ついて、800℃の電気炉で30分間加熱した後、10分間の
空冷を行なう操作を１サイクルとし、50サイクル毎に飽
和食塩水を塗布する繰り返し酸化試験を行なった。150
サイクル繰り返した後のテストピースの断面観察による
腐食の浸透深さの測定結果を第２図に示す。
TiN層を被覆したもの（比較例１）、未被覆のSUS430の
テストピース（比較例２）、未被覆の耐熱鋼であるSUS3
10のテストピース（比較例３）、NCF800のテストピース
（比較例４）及び前記実施例のガラス化テストピースに
ついて、800℃の電気炉で30分間加熱した後、10分間の
空冷を行なう操作を１サイクルとし、50サイクル毎に飽
和食塩水を塗布する繰り返し酸化試験を行なった。150
サイクル繰り返した後のテストピースの断面観察による
腐食の浸透深さの測定結果を第２図に示す。
第２図から明らかなように比較例１〜４（第２図中のＢ
〜Ｅ）のテストピースでは、いずれも著しい母材内部へ
の腐食進行が起こることがわかる。これに対し、実施例
のガラス化テストピース（第２図中のＡ）ではガラス質
の被膜に割れもなく、母材内部への腐食進行が全く認め
られないことがわかる。
〜Ｅ）のテストピースでは、いずれも著しい母材内部へ
の腐食進行が起こることがわかる。これに対し、実施例
のガラス化テストピース（第２図中のＡ）ではガラス質
の被膜に割れもなく、母材内部への腐食進行が全く認め
られないことがわかる。
［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば金属母材の耐高温
腐食性が向上し、耐熱温度が高く、かつ高温状態での腐
食がなく、過酷な酸化性雰囲気で使用し得る耐熱構造
材、耐高温腐食構造材等に有用な表面被覆金属製品を簡
単に製造し得る方法を提供できる。
腐食性が向上し、耐熱温度が高く、かつ高温状態での腐
食がなく、過酷な酸化性雰囲気で使用し得る耐熱構造
材、耐高温腐食構造材等に有用な表面被覆金属製品を簡
単に製造し得る方法を提供できる。
第１図は、本発明の実施例におけるガラス化サンプルを
断面光学顕微鏡で撮った結晶の構造の写真、第２図は実
施例及び比較例のテストピースの高温腐食試験後の腐食
の浸透深さを示す線図である。
断面光学顕微鏡で撮った結晶の構造の写真、第２図は実
施例及び比較例のテストピースの高温腐食試験後の腐食
の浸透深さを示す線図である。
Claims (1)
- 【請求項１】金属母材の表面にCVD法により窒化珪素
層、炭化珪素層及び炭窒化珪素層から選ばれる少なくと
も１層以上のセラミックス層を被覆する工程と、 前記表面被覆金属母材をLi、Na、Ｋ、Rb、Cs、Mg、Ca、
Sr、Ba、Sc、Ｙ、La、Th、Zn、Cd、Hg、Ｂ、Al、Ga、I
n、Ge、Sn及びPbから選ばれる少なくとも１種以上の金
属を含む化合物に接触させた後、500℃以上で熱処理し
て前記金属母材のセラミックス層上にガラス質からなる
被覆層を形成する工程と を具備したことを特徴とする表面被覆金属製品の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286954A JPH0765192B2 (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 表面被覆金属製品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2286954A JPH0765192B2 (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 表面被覆金属製品の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04165087A JPH04165087A (ja) | 1992-06-10 |
| JPH0765192B2 true JPH0765192B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=17711108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2286954A Expired - Lifetime JPH0765192B2 (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 表面被覆金属製品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0765192B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001277251A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-09 | Bridgestone Corp | 成形金型用薄膜及び金型 |
| WO2006106716A1 (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | Kyushu Institute Of Technology | 表面処理金属製品 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS618018A (ja) * | 1984-06-21 | 1986-01-14 | 早川 哲夫 | 長波長赤外線によるフライヤ− |
| JP2585548B2 (ja) * | 1986-09-18 | 1997-02-26 | 千代田化工建設株式会社 | 気密性セラミック塗膜及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-10-26 JP JP2286954A patent/JPH0765192B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04165087A (ja) | 1992-06-10 |
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