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JPH0641718A - 耐熱材料の表面処理方法 - Google Patents

耐熱材料の表面処理方法

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Publication number
JPH0641718A
JPH0641718A JP4201515A JP20151592A JPH0641718A JP H0641718 A JPH0641718 A JP H0641718A JP 4201515 A JP4201515 A JP 4201515A JP 20151592 A JP20151592 A JP 20151592A JP H0641718 A JPH0641718 A JP H0641718A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
protective film
heat
resistant material
sol
heat resistant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP4201515A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirokatsu Nakagawa
博勝 中川
Yoshiichi Isozaki
壬一 磯崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd filed Critical Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority to JP4201515A priority Critical patent/JPH0641718A/ja
Publication of JPH0641718A publication Critical patent/JPH0641718A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 耐熱材料の表面を予備酸化して微細な酸化物
を形成した後、この表面にsol−gel法により、S
iO2を主体とし、Y23とZrO2の一方又は両方が添
加された保護膜を形成するようにした耐熱材料の表面処
理方法である。 【効果】 保護膜の密着性や膜安定性を向上させること
ができ、耐熱材料の耐酸化性を格段に向上できるという
優れた効果を奏する。 【効果】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ジェットエンジンなど
の熱機関に用いられる金属間化合物等の耐熱材料の表面
の耐酸化性を改善する耐熱材料の表面処理方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、ジェットエンジンなどの熱機関
にあっては、その効率がそれに用いる材料の性能に大き
く依存するため、その材料の耐酸化性などの高温環境化
での特性が重要であり、NiベースやCoベースの合金
などの耐熱材料が用いられている。今後、一層の効率向
上のため、現在の材料よりも優れている金属間化合物の
利用が検討されている。しかしこれらの金属間化合物、
例えばTiAlは温度が約700℃までは耐酸化性に優
れるが、より高温環境下では耐酸化性が劣るため、表面
の耐酸化性を改善するための表面処理を行なう必要があ
る。このような表面処理法としては従来より各種の方法
が知られているが、その一つとして、耐熱材料の表面に
酸化物などの保護膜を形成する方法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した保護膜の形成
方法も各種あり、近年、sol−gel法により膜を作
製することが試みられている。そのsol−gel法
は、低温合成が可能であると共に、種々の形状の材料に
適用が可能で、かつ保護膜の作製が比較的容易である等
の利点を有する。
【0004】このため、金属間化合物の表面に保護膜を
sol−gel法により被覆形成することが試みられる
が、しかし、sol−gel法により保護膜を形成した
金属間化合物の耐酸化性は、未処理の金属間化合物に比
してある程度向上しただけで、期待した以上の効果は得
られなかった。即ち、金属間化合物からなる耐熱材料の
表面にsol−gel法により保護膜を形成するだけで
は、保護膜の密着性が悪いために高温環境下では保護膜
が剥離し、その結果、耐酸化性改善の効果が十分に得ら
れなかった。
【0005】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、耐酸化性を格段に向上させることを可能とした耐熱
材料の表面処理方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らはsol−g
el法を用いて耐熱材料の耐酸化性を向上させるために
種々研究開発を実施した結果、本発明を完成するに至っ
たのであり、本発明の耐熱材料の表面処理方法は、耐熱
材料の表面を予備酸化して微細な酸化物を形成した後、
この表面にsol−gel法により、SiO2を主体と
し、Y23とZrO2の一方又は両方が添加された保護
膜を形成するようにしたものである。
【0007】
【作用】耐熱材料の表面を予備酸化して微細な酸化物を
形成した後、この表面にsol−gel法により、Si
2を主体とし、Y23とZrO2の一方又は両方が添加
された保護膜を形成することで、保護膜の密着性が向上
するため、保護膜が耐熱材料から剥離することがほとん
どなくなる。これにより、耐熱材料の表面が保護膜によ
って保護され、耐熱材料の耐酸化性が格段に向上する。
特に本発明においては、SiO2を主体とし、Y23
ZrO2の一方又は両方が添加された保護膜を形成する
ようにしたことにより保護膜の密着性や膜安定性が向上
し、耐酸化性が一層良好となる。
【0008】
【実施例】本発明による耐熱材料の表面処理方法では、
まずジェットエンジンなどの熱機関の材料として用いら
れる金属間化合物(TiAl,NbAl等)などの耐熱
材料の表面に予備酸化を行なう。
【0009】予備酸化は、耐熱材料の表面が微細な酸化
物に覆われる程度に熱処理を行う。この予備酸化条件
は、例えば大気圧下で600℃以上の温度で1時間程度
行い薄い酸化層を形成させる。この場合、減圧すなわち
低酸素分圧下で加熱するのが好ましい。そして、予備酸
化後の耐熱材料の表面上に、sol−gel法によりS
iO2を主体とし、Y23とZrO2の一方又は両方が添
加された材料からなる保護膜を形成する。保護膜の主体
をなすSiO2に添加されるY23やZrO2は、保護膜
の機械的特性をSiO2単独の膜よりも向上させて保護
膜と基材との密着性を向上させ、保護膜の安定性を改善
するためのものであり、それぞれの添加量は、Y23
0.1〜3体積(vol.)%、ZrO2が1〜3体積%
とされる。これらの添加量が各々の範囲より少ないと、
23やZrO2の添加効果が十分でなく、得られる材
料の耐酸化性がSiO2単独との有意の差が無くなり、
また添加量が各々の範囲より多いと過剰添加となり、却
って保護膜の機械的特性が悪くなり材料の耐酸化性が悪
化する場合がある。
【0010】sol−gel法は、金属アルコキシドに
アルコール、水及び必要に応じて加水分解触媒(例えば
塩酸)等を添加した溶液中で反応(加水分解や重縮合等
の反応)を起こさせて酸化物粒子を含むゾルを経てゲル
をつくり、ゲル粉末の成形体を加熱することによってガ
ラス等をつくる方法である。金属アルコキシドは、金属
をM、アルキル基をR、金属の価数をnとすると、M
(OR)nで表わされ、加水分解を受け易く、また加水
分解後重縮合して酸化物をつくるものである。また、加
水分解の温度及び時間は、反応が十分に進行する程度
に、例えば、約50℃以上及び約1時間以上にするのが
よく、好ましくは55℃以上及び約3時間以上にするの
が良い。加水分解温度及び時間がこれら未満であると、
形成された保護膜が剥離する場合があるからであり、こ
れは加水分解・重合反応が十分に進行しないためである
と考えられる。
【0011】本発明にあっては、生成する保護膜の材料
がSiO2を主体とし、Y23とZrO2の一方又は両方
が添加された材料とする関係上、sol−gel法に使
用する材料として、Si,Y,Zrのそれぞれの金属ア
ルコキシドが好適に用いられる。また添加元素の内、Y
(イットリウム)については酢酸塩などの有機酸塩類も
用いることができる。これら各金属アルコキシド等の原
料化合物は、アルコール、水及び塩酸などの加水分解触
媒と混合し攪拌しながら上述した条件で反応させると共
に、この溶液中に予備酸化後のTiAl等の耐熱材料基
材を浸漬し、0.5〜3mm/秒、望ましくは1〜2m
m/秒の引き上げ速度で基材を引き上げて、この基材上
にコーティングゲルフィルムを作製する。そして必要に
応じて複数回のコーティングを行った後、これを数百度
で加熱することにより、基材上に厚さ約0.1〜0.5μ
mのSiO2を主体とする保護膜を形成する。
【0012】保護膜を形成した耐熱材料は、耐熱材料基
材の表面が保護膜によって保護され、耐熱材料の耐酸化
性が格段に向上する。特に本発明においては、SiO2
を主体とし、Y23とZrO2の一方又は両方が添加さ
れた保護膜を形成するようにしたことにより、保護膜の
密着性や膜安定性が向上するので耐酸化性が格段に優れ
る耐熱材料が得られる。以下、実験例により本発明の効
果を明確にする。
【0013】(実験例1)耐熱材料の基材として、Ti
Al(1.8Mo)の板材を用いた。基材の表面仕上げ
は#600とした。この基材に、5×10-5Torrの
減圧雰囲気中、1000℃で5時間の予備酸化処理を行
った。
【0014】一方、sol−gel法の溶液として、表
1に示す各成分を混合した3種類(比較例1、実施例1
及び実施例2)の溶液を作製した。
【0015】
【表1】
【0016】これらの溶液は、各材料を混合して攪拌
し、55℃で3時間の加水分解を行ってsol−gel
溶液を作製した。ついで、上述した予備酸化処理を行っ
た耐熱材料の基材を、それぞれのsol−gel溶液に
浸漬し、引き上げ速度1.5mm/秒で引き上げて基材表
面にコーティングゲルフィルムを作製した。ついでこれ
らコーティングゲルフィルムを作製した基材を700℃
で30分間焼結し、基材表面に保護膜を生成させて耐熱
材料を作製した。
【0017】ここで得られた3種の耐熱材料(比較例
1、実施例1及び実施例2)と、基材自体(無処理(予
備酸化と保護膜形成を行わないもの);比較例2)及び
基材に予備酸化を行わないで比較例1と同様に保護膜を
形成した材料(比較例3)の5種類の材料を用いて耐熱
性試験を行った。各材料を900℃大気雰囲気中、50
時間置いた後、重量増加を測定して酸化増量を求めた。
それぞれの材料の酸化増量を図1に示した。
【0018】図1から明らかなように、本発明に係る実
施例1および実施例2の耐熱材料は優れた耐酸化性を有
しており、特に本実験ではY添加の実験例1での耐酸化
性が良好であった。
【0019】(実験例2)本発明において用いるsol
−gel溶液を作製する際の最適な加水分解条件を調べ
た。上記表1に示した組成を基本組成とし、イットリウ
ム化合物としてY(OC353を0.1mol添加した
溶液と、ジルコニウム化合物としてZr(OCH34
1mol添加した溶液を作製し、これらの溶液を攪拌し
ながら、55℃で1〜5時間加水分解を行い、1時間毎
に溶液の粘度を測定し、sol−gel溶液作製のため
の加水分解時間を調べた。その結果を図2に示した。図
2の結果から、原料溶液の加水分解反応が十分に進行す
る時間は3時間又はそれ以上であった。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐熱材料の表面を予備酸化した後、この表面にSiO2
を主体とし、Y23とZrO2の一方又は両方が添加さ
れた保護膜を形成することにより、保護膜の密着性や膜
安定性を向上させることができ、耐熱材料の耐酸化性を
格段に向上できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実験例において作製した各耐熱
材料の耐酸化性比較試験の結果を示すグラフである。
【図2】図2は同じく実験例で用いたsol−gel溶
液の加水分解時間検討試験の結果を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐熱材料の表面を予備酸化して微細な酸
    化物を形成した後、この表面にsol−gel法によ
    り、SiO2を主体とし、Y23とZrO2の一方又は両
    方が添加された保護膜を形成するようにした耐熱材料の
    表面処理方法。
JP4201515A 1992-07-28 1992-07-28 耐熱材料の表面処理方法 Withdrawn JPH0641718A (ja)

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