(57)【要約】【課題】急速昇温層を含む皮膜の形成だけで、自動車の排ガス管を含む各種の処理機器の急速昇温特性を長期間に亘って維持することができるだけでなく、高温腐食雰囲気において優れた耐酸化性および長寿命を有し、しかも安価に製造することができる処理機器を提供する。【解決手段】処理機器は、金属基材１０と、この金属基材１０の一方の主面上に設けられた、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層２０とを有する。急速昇温層２０は、上記の少なくとも一種の元素を表面組成で７原子％以上１００原子％以下含有する。【選択図】図１
2019163491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、
上記金属基材の一方の主面上に設けられた、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層と、
を有する処理機器。
【請求項２】
上記急速昇温層は、上記少なくとも一種の元素を含有する原料粉末を含むスラリー液の塗布および加熱処理により形成されたものである請求項１記載の処理機器。
【請求項３】
上記急速昇温層は、上記元素を表面組成で７原子％以上１００原子％以下含有する請求項１または２記載の処理機器。
【請求項４】
上記急速昇温層の厚さは２５μｍ以上５００μｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項５】
上記金属基材と上記急速昇温層との間に設けられた拡散バリア層をさらに有する請求項１〜４のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項６】
上記急速昇温層上に設けられた酸化物層をさらに有する請求項１〜５のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項７】
上記急速昇温層は、上記金属基材および／または上記拡散バリア層が含有する少なくとも一種の元素をさらに含有する請求項１〜６のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項８】
上記金属基材および／または上記拡散バリア層が含有する少なくとも一種の元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷからなる群より選択された少なくとも一種の元素である請求項７記載の処理機器。
【請求項９】
上記急速昇温層は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する場合は１５原子％以上５５原子％以下含有し、Ｃｒを含有する場合は１５原子％以上２５原子％以下含有する請求項８記載の処理機器。
【請求項１０】
上記拡散バリア層はＷ、Ｒｅ、ＭｏおよびＮｂからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する合金からなる請求項１〜９のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項１１】
上記金属基材の他方の主面上に設けられた拡散バリア層と、
上記拡散バリア層上に設けられた断熱層と、
をさらに有する請求項１〜１０のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項１２】
上記金属基材は金属管である請求項１〜１１のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項１３】
上記金属管は自動車の排ガス管である請求項１２記載の処理機器。
【請求項１４】
金属基材の一方の主面上にＴｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する原料粉末を含むスラリー液を塗布する工程と、
上記原料粉末の融点より高く、かつ上記金属基材の融点より低い温度で加熱することにより、上記少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層を形成する工程と、
を有する処理機器の製造方法。
【請求項１５】
金属基材と、
上記金属基材の一方の主面上に設けられた、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層と、
を有する構造体。
【請求項１６】
金属基材の一方の主面上にＴｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する原料粉末を含むスラリー液を塗布する工程と、
上記原料粉末の融点より高く、かつ上記金属基材の融点より低い温度で加熱することにより、上記少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層を形成する工程と、
を有する構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、処理機器およびその製造方法ならびに構造体およびその製造方法に関し、例えば、各種の内燃機関の排ガス管等の各種の処理機器あるいは構造体に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
図２１は自動車のエンジンの排気系統の構造の一例を示す。図２１に示すように、エンジン１０１で発生した排ガスは、エキゾーストマニホールド１０２から曲り管１０３で集められ、排気チューブ１０４を経て排ガス浄化装置１０５に通されて浄化され、続いて消音装置１０６に通されて消音され、最終的にエンドパイプ１０７を介して大気中に放出される。
【０００３】
エキゾーストマニホールド１０２は一般的には鋳鉄や炭素鋼、ステンレス鋼等で作られている。さらに、排気の熱を受けて高温になると輻射熱を発生するため、周囲の部材や部品等に熱の悪影響を及ぼさないように、グラスウール系断熱材を巻き付ける場合、金属製の遮熱板を取り付ける場合、あるいは外側表面にセラミックスコーティングが施される場合、がある。
【０００４】
自動車の排ガスの清浄化は、二酸化炭素の排出削減とともに、重要な技術課題の一つであり、排ガス浄化装置１０５の排ガス触媒によって低害化される。この自動車排ガス触媒は毒性気体を清浄化する一連の化学反応を、通常、常圧下において３００℃から６００℃までの温度範囲で促進する。
【０００５】
自動車排ガス触媒はエンジンから排出される高温の排ガスによって暖められることによって効率的に働くため、冷間始動時には、短時間で触媒の温度を上昇させることが重要となる。
【０００６】
エンジンから排出される排ガスの温度は、しかしながら、エキゾーストマニホールド１０２、曲り管１０３および排気チューブ１０４への伝熱・放熱によって低下し、排ガス浄化装置１０５の触媒の温度がその機能を発揮する３００℃以上に上昇するまでに、時間的に遅延を生じることが問題となっている。
【０００７】
エンジン始動時に短時間で触媒の温度を高めるために、以下の方法が提案されている。すなわち、エキゾーストマニホールド１０２は厚肉の鋳鋼が用いられていたが、薄肉ステンレス鋼管を採用することによってエキゾーストマニホールド１０２の熱容量が減少するので、排ガス浄化装置１０５での排ガスの温度の低下が抑制され、排ガスの早期清浄化が促進される。さらに、エキゾーストマニホールド１０２の軽量化による燃比の向上が可能となる。
【０００８】
しかし、薄肉ステンレス鋼管では外部への流出熱も多くなり、他の装置・機器への熱的損傷を招く恐れがある。そこで、排ガス管の断熱性を付与するものとして、内管と外管の二重管構造のエキゾーストマニホールドおよび排気チューブが提案されている。さらに、二重管の内管と外管との間の空間の大気による断熱、空間への断熱性スラグウール等の装填（特許文献１参照）、無機質繊維の織物、等を挿入した構造の多層管（特許文献２、３参照）が提案されている。排気チューブ１０４についても、排ガスの温度低下を抑制し、触媒の早期活性化を図ることができる二重管構造が提案されている（特許文献４参照）。
【０００９】
二重管構造のエキゾーストマニホールドの内管を薄肉化することによって、始動時の排ガスの温度の低下は抑制されるので、排ガス浄化装置での排ガスの清浄化は促進される。しかし、自動車の走行条件によっては、内管は１０００℃もの高温の排ガスに曝されることがあり、さらに、車体、エンジンの振動等に曝されるため、薄肉の内管には耐高温酸化性とともに内管と外管の温度差に起因する熱疲労を軽減するため、高温強度にも優れた特性が要求される（非特許文献１参照。）。従って、二重管構造のエキゾーストマニホールドの構造、端部接続方法、等が多数提案されている（特許文献５〜７参照。）。さらに、高強度薄肉管と二重管構造の排ガス部材は製造コスト上昇の要因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公昭６０−５４８０３号公報
【特許文献２】特開平４−３０９４１０号公報
【特許文献３】特開平７−１５６３２９号公報
【特許文献４】特開平８−２４６８６６号公報
【特許文献５】特開平９−３１７４６２号公報
【特許文献６】特開２０００−４５７６１号公報
【特許文献７】特開２００２−２８５８３７号公報
【特許文献８】特許第４８９６７０２号
【特許文献９】特許第４３８３４９９号
【特許文献１０】特許第４８１３５７６号
【特許文献１１】特許第６０８３７１０号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】科学技術動向  ２０１０年１２月号  pp．８−１６
【非特許文献２】SOKEIZAI, Vol.51(2010), No.12, 30-33
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように、自動車等の内燃機関の排ガス管部材には、冷間始動時における触媒の昇温遅延および定常運転時の放熱による機器の損傷、等の課題が存在し、薄肉内管や二重管構造を用いない簡便な手法でそれらの解決が望まれている。
【００１３】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、急速昇温層を含む皮膜の形成だけで、自動車の排ガス管を含む各種の処理機器あるいは構造体の急速昇温特性を長期間に亘って維持することができるだけでなく、高温腐食雰囲気において優れた耐酸化性および長寿命を有し、しかも安価に製造することができる処理機器および構造体ならびにそれらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、この発明は、
金属基材と、
上記金属基材の一方の主面上に設けられた、Ｔｉ（チタン）、Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｗ（タングステン）およびＢｉ（ビスマス）からなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層と、
を有する処理機器である。
【００１５】
この発明において、急速昇温層は、金属基材の一方の主面の少なくとも一部、好適には主たる部分、より好適には全部に設けられる。
【００１６】
金属基材は、処理機器の用途、機能等に応じて適宜選択することができる。金属基材は、具体的には、例えば、鉄鋼材料（Ｆｅ基合金）、非鉄金属材料、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択された少なくとも一種の元素とタングステン（Ｗ）とクロム（Ｃｒ）とを含有し、あるいはさらにモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）およびレニウム（Ｒｅ）からなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する合金、等であるが、これに限定されるものではない。鉄鋼材料は、例えば、軟鋼、炭素鋼、鋳鉄、鋳鋼、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１０、３１６Ｌ等）等であるが、これに限定されるものではない。非鉄金属材料は、例えば、チタン（Ｔｉ）、耐熱チタン合金（チタン−アルミニウム合金等）、銅（Ｃｕ）等であるが、これに限定されるものではない。金属基材は、処理機器の用途、機能等に応じた形状に形成され、例えば平板状、管状、箱状等に形成される。典型的な一つの例では、金属基材は、自動車の排ガス管等に用いられる金属管である。
【００１７】
急速昇温層は、急速昇温の効果を十分に得るために、好適には、上記の少なくとも一種の元素を表面組成で７原子％以上１００原子％以下含有するが、これに限定されるものではない。急速昇温層の厚さは、特に制限はなく、必要に応じて選ばれるが、厚すぎると亀裂や金属基材からの剥離が生じやすく、薄すぎると昇温特性の長時間の維持が難しいことから、一般的には、２５μｍ以上５００μｍ以下、好適には５０μｍ以上３００μｍ以下、より好適には５０μｍ以上２００μｍ以下に選ばれる。急速昇温層は、好適には、上記の少なくとも一種の元素を含有する原料粉末を含むスラリー液の金属基材の一方の主面上への塗布および加熱処理により形成されたものである。こうすることで、急速昇温層を容易に形成することができる。
【００１８】
処理機器は、好適には、金属基材と急速昇温層との間に設けられた拡散バリア層をさらに有する。拡散バリア層は、急速昇温層の構成元素が金属基材側に拡散するとともに、金属基材の構成元素が急速昇温層側に拡散するのを防止するためのものである。拡散バリア層としては、特許文献８〜１１等に提案された拡散バリアコーティングシステム（略称：ＤＢＣシステム）の拡散バリア層に代表される従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれる。このＤＢＣシステムは、拡散バリア層とリザバ層との複層構造を有し、リザバ層はＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ等を含有し、これらの金属の酸化物（Ａｌ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 ）皮膜を形成して金属基材の高温酸化を抑制し、一方、拡散バリア層はリザバ層と金属基材との間に挿入されて両者間の相互拡散を抑制する結果として、リザバ層のＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ等の濃度を長時間に亘って維持し、耐酸化性に優れたコーティングとしての機能を発揮する。このＤＢＣシステムは、ジェットエンジン、ガスタービン、ボイラー、焼却炉、等の各種金属部材に適用して優れた効果を発揮している。拡散バリア層は、具体的には、例えば、Ｗ、Ｒｅ、ＭｏおよびＮｂからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有し、さらに、Ｃｒ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有することもある合金からなる。拡散バリア層は、拡散バリアの効果を十分に得るために、好適には、例えば、Ｗ、Ｒｅ、ＭｏおよびＮｂからなる群より選択された少なくとも一種の元素を３０原子％以上５０原子％以下含有し、Ｃｒを含有する場合は１５原子％以上３５原子％以下含有し、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する場合は３０原子％以上５０原子％以下含有するが、これに限定されるものではない。拡散バリア層の厚さは、特に制限はなく、必要に応じて選ばれるが、機械的特性および長時間に亘る組織の安定性を考慮すると、好適には２５μｍ以上１５０μｍ以下、より好適には５０μｍ以上１００μｍ以下に選ばれる。
【００１９】
急速昇温層は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素に加えて、金属基材および／または拡散バリア層が含有する少なくとも一種の元素をさらに含有することもある。金属基材および／または拡散バリア層が含有する少なくとも一種の元素は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷからなる群より選択された少なくとも一種の元素である。この場合、急速昇温層は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する場合は例えば１５原子％以上５５原子％以下含有し、Ｃｒを含有する場合は例えば１５原子％以上２５原子％以下含有する。
【００２０】
処理機器は、急速昇温層上に設けられた酸化物層をさらに有することもある。この酸化物層は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｂおよびＭｏからなる群より選択された少なくとも一種の元素の酸化により形成される保護的酸化物からなる。この酸化物層は、例えば、高温の排ガス等の酸化性雰囲気に曝されることによって急速昇温層に含有される元素が選択的に酸化されることで急速昇温層の表面に形成されたものや、酸化処理等によって急速昇温層の表面に予め形成されたものである。
【００２１】
処理機器は、必要に応じて、金属基材の他方の主面上に設けられた拡散バリア層と、この拡散バリア層上に設けられた断熱層とをさらに有する。断熱層は、従来公知の遮熱コーティング（ＴＢＣ：Thermal Barrier Coating)において用いられているイットリア安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）が代表的なものであり、通常、溶射等により金属基材の表面に直接形成される。加熱・冷却を繰り返す熱サイクル酸化では、この断熱層に亀裂・剥離が発生することが課題となっているが、拡散バリア層上に断熱層を設けることにより、この課題を解決することができる。すなわち、拡散バリア層は、熱サイクル酸化時の断熱層の亀裂・剥離もまた抑制することができる。言い換えると、拡散バリア層は、原子の相互拡散を抑制する機能のみならず、応力とその分布を制御する応力緩和層としての機能も合わせ有する。この意味からは、この拡散バリア層は拡散防止層兼応力緩和層と呼ぶこともできる。
【００２２】
処理機器は、ガスや液体（溶融金属を含む）等と接触して何らかの処理を行うためのものであれば、特に限定されない。ここで、処理は、最も広義に解し、ガスや液体を加熱すること、ガスや液体を搬送（輸送）すること、ガスや液体を反応させて目的物質を成長（合成）すること、ガスや液体を貯留すること、ガスや液体を無害化すること、等、あらゆるものが含まれる。また、機器には、機械、器械、器具等、あらゆるものが含まれる。処理機器は、具体的には、例えば、自動車、オートバイ、船舶等の各種移動体の内燃機関の排ガス管、化学プラントの輸送管、反応槽、成長槽、無害化槽、等であるが、これに限定されるものではない。
【００２３】
急速昇温層、拡散バリア層および酸化物層の形成方法は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、物理的蒸着法（電子ビーム蒸着法等）、溶射法、拡散浸透法、スラリー法、化学的蒸着法、電気めっき法、電気泳動法等である。これらの中でも、スラリー法は、極めて簡便で低コストの形成方法であるだけでなく、様々な形状の金属基材のどの部位にも急速昇温層等を容易に形成することができ、例えば金属管の内周面にも容易に急速昇温層等を形成することができる。
【００２４】
また、この発明は、
金属基材と、
上記金属基材の一方の主面上に設けられた、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層と、
を有する構造体である。
【００２５】
構造体は、処理機器に加えて、処理機器に該当しない各種の構造体を含む、より広い概念である。例えば、構造体には、処理機器を支持、包囲等する部材、壁等であって、処理機器と熱的に接触しており、処理機器と同時に昇温させる必要のあるものが含まれる。この構造体の発明においては、その性質に反しない限り、上記の処理機器の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２６】
また、この発明は、
金属基材の一方の主面上にＴｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する原料粉末を含むスラリー液を塗布する工程と、
上記原料粉末の融点より高く、かつ上記金属基材の融点より低い温度で加熱することにより、上記少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層を形成する工程と、
を有する処理機器の製造方法である。
【００２７】
ここで、スラリー液を塗布した後の加熱の温度は、原料粉末等に応じて適宜選択することができるが、一般的には、例えば１１００℃以上１２５０℃以下である。この処理機器の製造方法の発明においては、その性質に反しない限り、上記の処理機器の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２８】
また、この発明は、
金属基材の一方の主面上にＴｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する原料粉末を含むスラリー液を塗布する工程と、
上記原料粉末の融点より高く、かつ上記金属基材の融点より低い温度で加熱することにより、上記少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層を形成する工程と、
を有する構造体の製造方法である。
【００２９】
この構造体の製造方法の発明においては、上記の構造体の発明および上記の処理機器の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層を含む皮膜の形成だけで、自動車の排ガス管を含む各種の処理機器あるいは構造体の急速昇温特性を長期間に亘って維持することができる。加えて、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉはいずれも高温腐食雰囲気において保護的酸化物を形成するため、金属基材の酸化を長期に亘って効果的に抑えることができ、処理機器あるいは構造体は高温腐食雰囲気において優れた耐酸化性および長寿命を有する。また、急速昇温層はスラリー液の塗布および加熱処理により容易に形成することができることから、処理機器あるいは構造体を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の第１の実施の形態による処理機器を示す断面図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態による処理機器を示す断面図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態による処理機器を示す断面図である。
【図４】この発明の第４の実施の形態による処理機器を示す断面図である。
【図５】電気炉内への試験片の挿入時および取り出し時の温度変化を測定する方法を説明するための略線図である。
【図６】昇温時の急速昇温層の表面温度の経時変化を示す略線図である。
【図７】降温時の急速昇温層の表面温度の経時変化を示す略線図である。
【図８】試料番号：断面０１の試験片の断面構造を示す図面代用写真およびこの断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。
【図９】試料番号：断面０２の試験片の断面構造を示す図面代用写真およびこの断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。
【図１０】試料番号：断面０３の試験片の断面構造を示す図面代用写真である。
【図１１】試料番号：断面０４の試験片の断面構造を示す図面代用写真である。
【図１２】試料番号：断面０５の試験片の断面構造を示す図面代用写真である。
【図１３】試料番号：断面０５の試験片の断面構造を示す図面代用写真である。
【図１４】試料番号：断面０５の試験片の断面構造を示す図面代用写真およびこの断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。
【図１５】試料番号：断面０６の試験片の断面構造を示す図面代用写真およびこの断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。
【図１６】試料番号：断面０７の試験片の断面構造を示す図面代用写真およびこの断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。
【図１７】試料番号：断面０８の試験片の断面構造を示す図面代用写真およびこの断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。
【図１８】試料番号：断面０８の試験片の断面構造を示す図面代用写真およびこの断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。
【図１９】試料番号：断面０９の試験片の断面構造を示す図面代用写真およびこの断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。
【図２０】試料番号：断面１０の試験片の断面構造を示す図面代用写真および断面における各元素の濃度分布の測定結果を示す略線図である。
【図２１】従来の自動車のエンジンの排気系統の構造の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、発明を実施するための形態（以下、単に「実施の形態」と言う。）について説明する。
【００３３】
〈第１の実施の形態〉
［処理機器］
図１Ａは第１の実施の形態による処理機器を示す。図１Ａに示すように、この処理機器においては、金属基材１０の一方の主面上に急速昇温層２０が設けられている。この急速昇温層２０は、金属基材１０の一方の主面の少なくとも一部、好適には全面に設けられる。金属基材１０は、処理機器の用途、機能等に応じて、平板状、管状（円筒状等）、円柱状、箱状等のいずれの形状であってもよいが、図１Ａにおいては一例として金属基材１０が平板状である場合が示されている。図１Ｂはこの金属基材１０が円筒状、すなわち金属管である場合を示し、この場合、この円筒状の金属基材１０、すなわち金属管の内周面上に急速昇温層２０が設けられている。
【００３４】
金属基材１０は、例えば、先に例示したものの中から、処理機器の用途、機能等、急速昇温層２０の形成方法等に応じて適宜選択することができ、鉄鋼材料、非鉄金属材料等のいずれからなるものであってもよく、炭素の含有の有無あるいは含有濃度も特に限定されない。金属基材１０の材料は、一般的には鉄鋼材料であり、具体的には、軟鋼、炭素鋼、鋳鋼、ステンレス鋼、等である。
【００３５】
急速昇温層２０は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する。この急速昇温層２０は、好適には、これらの元素を表面組成で７原子％以上１００原子％以下含有する。この急速昇温層２０中の元素は、この急速昇温層２０の内部の位置によって、概ね０．１原子％以上１００原子％以下の範囲で分布している。この急速昇温層２０は、上記の元素に加えて、金属基材１０が含有する少なくとも一種の元素、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷからなる群より選択された少なくとも一種の元素をさらに含有することもある。急速昇温層２０が、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する場合は例えば１５原子％以上５５原子％以下含有し、Ｃｒを含有する場合は例えば１５原子％以上２５原子％以下含有する。急速昇温層２０の厚さは、一般的には、２５μｍ以上５００μｍ以下、好適には５０μｍ以上３００μｍ以下、より好適には５０μｍ以上２００μｍ以下に選ばれる。
【００３６】
［処理機器の製造方法］
まず、金属基材１０を用意する。金属基材１０の形状、長さ、直径等は、製造しようとする処理機器に応じて決められる。
【００３７】
次に、金属基材１０の一方の主面上、特に金属基材１００が円筒状である場合はその内周面上に急速昇温層２０を形成する。特に急速昇温層２０をスラリー法により形成する場合は、次のようにして急速昇温層２０を形成する。すなわち、金属基材１０より融点が低い、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する原料粉末を含むスラリー液を塗布した後、上記の原料粉末の融点より高く、金属基材１０の融点より低い温度で加熱することにより、急速昇温層２０を形成する。より詳細には、例えば、原料粉末を秤量し、乳鉢で混練した後、有機溶剤とエタノールとを含むスラリー液に投入する。粉末投入後のスラリー液の粘性は、例えば、エタノール添加により調整する。このスラリー液を金属基材１０の一方の主面上に塗布する。例えば、金属基材１０の全体をスラリー液中に浸漬した後、引き上げることにより金属基材１０の表面全体にスラリー液を塗布することができる。スラリー液の塗布量は、例えば、５０ｍｇ／ｃｍ2 以上２００ｍｇ／ｃｍ2 以下、好適には１００±５０ｍｇ／ｃｍ2 （５０ｍｇ／ｃｍ2 以上１５０ｍｇ／ｃｍ2 以下）である。
【００３８】
次に、こうしてスラリー液を塗布した金属基材１０を例えば６０〜８０℃に加熱した電熱オーブンに入れて乾燥した後、加熱する。加熱方法は特に制限はないが、減圧雰囲気（油回転ポンプによる排気) および不活性ガス雰囲気の電気炉による加熱、ならびに、燃焼ガスフレームによるいわゆるフュージョン処理が望ましい。後述の実施例では、減圧雰囲気および不活性ガス（Ａｒ）雰囲気で、電気炉による加熱方法を採用した。加熱温度は例えば１１００℃以上１２５０℃以下、加熱時間は例えば３０分以上４時間以下である。加熱は、必要に応じて、後述の実施例のように、埋め込み粉末に金属基材１０を埋没した状態で行う。
【００３９】
以上により、目的とする、図１Ａまたは図１Ｂに示す処理機器が製造される。
【００４０】
以上のように、この第１の実施の形態によれば、金属基材１０の一方の主面上にＴｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する急速昇温層２０が設けられていることにより、例えば、処理機器、より具体的には金属基材１０に沿って高温のガスや液体が流れる時、これらのガスや液体の温度に追従して急速昇温層２０の温度を急速に上昇させることができる。このため、これらのガスや液体の温度の低下を防止することができる。例えば、金属基材１０が自動車の排ガス管である場合には、高温の排ガスの温度に追従して急速昇温層２０の温度を急速に上昇させることができるため、高温の排ガスは温度の低下を伴わずに排ガス浄化装置の触媒に速やかに到達し、これによって排ガスの清浄化が早期に効率的に行われる。また、特に急速昇温層２０をスラリー法により形成することにより、極めて簡便かつ安価に急速昇温層２０を形成することができ、ひいては処理機器を安価に製造することができる。また、急速昇温層２０の構成元素は酸化により保護的酸化物を形成するものであるため、急速昇温層２０の急速昇温特性を長期間に亘って維持することができるだけでなく、高温腐食雰囲気において優れた耐酸化性および長寿命を有する処理機器を実現することができる。
【００４１】
〈第２の実施の形態〉
［処理機器］
図２Ａは第２の実施の形態による処理機器を示す。図２Ａに示すように、この処理機器においては、金属基材１０の一方の主面上に急速昇温層２０が設けられ、この急速昇温層２０上に保護的酸化物からなる酸化物層３０が設けられている。酸化物層３０としては、既に挙げたものを用いることができる。金属基材１０は、処理機器の用途、機能等に応じて、平板状、管状（円筒状等）、円柱状、箱状等のいずれの形状であってもよいが、図２Ａにおいては一例として金属基材１０が平板状である場合が示されている。図２Ｂはこの金属基材１０が円筒状、すなわち金属管である場合を示し、この場合、この円筒状の金属基材１０、すなわち金属管の内周面上に急速昇温層２０が設けられ、その上に酸化物層３０が設けられている。その他のことは第１の実施の形態と同様である。
【００４２】
［処理機器の製造方法］
この処理機器の製造方法は、急速昇温層２０上に酸化物層３０を形成することを除いて第１の実施の形態による処理機器の製造方法と同様である。酸化物層３０は、例えば、高温で急速昇温層２０の酸化処理を行うことによって形成することができる。例えば、大気中で８００℃以上１１００℃以下の温度に加熱することにより急速昇温層２０の表面を酸化させて酸化物層３０を形成する。
【００４３】
この第２の実施の形態によれば、金属基材１０上に急速昇温層２０が設けられていることにより、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができることに加えて、急速昇温層２０上に保護的酸化物からなる酸化物層３０が形成されていることにより次のような利点を得ることができる。すなわち、保護的酸化物からなる酸化物層３０は耐酸化性に優れているため、急速昇温層２０を構成する元素の酸化消耗を抑制することができ、急速昇温の効果を長期に亘って維持することができる。
【００４４】
〈第３の実施の形態〉
［処理機器］
図３Ａは第３の実施の形態による処理機器を示す。図３Ａに示すように、この処理機器においては、金属基材１０の一方の主面と急速昇温層２０との間に拡散バリア層４０が設けられ、急速昇温層２０上に保護的酸化物からなる酸化物層３０が設けられている。言い換えると、金属基材１０の一方の主面上に拡散バリア層４０、急速昇温層２０および酸化物層３０が順次設けられている。拡散バリア層４０は、既に挙げたものの中から適宜選択することができる。拡散バリア層４０の厚さは、例えば、２５μｍ以上１５０μｍ以下、好適には５０μｍ以上１００μｍ以下である。金属基材１０は、処理機器の用途、機能等に応じて、平板状、管状（円筒状等）、円柱状、箱状等のいずれの形状であってもよいが、図３Ａにおいては一例として金属基材１０が平板状である場合が示されている。図３Ｂはこの金属基材１０が円筒状、すなわち金属管である場合を示し、この場合、この円筒状の金属基材１０、すなわち金属管の内周面上に拡散バリア層４０、急速昇温層２０および酸化物層３０が順次設けられている。その他のことは第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
［処理機器の製造方法］
この処理機器の製造方法は、金属基材１０上に拡散バリア層４０を形成し、その上に急速昇温層２０および酸化物層３０を順次形成することを除いて第２の実施の形態による処理機器の製造方法と同様である。酸化物層３０は、第２の実施の形態と同様に形成することができる。拡散バリア層４０は、既に挙げた形成方法により形成することができる。
【００４６】
この第３の実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態と同様な利点に加えて、金属基材１０と急速昇温層２０との間に拡散バリア層４０が設けられていることにより、次のような利点を得ることができる。すなわち、拡散バリア層４０により、金属基材１０の構成元素が急速昇温層２０側に拡散するとともに、急速昇温層２０の構成元素が金属基材１０側に拡散すること、すなわち金属基材１０と急速昇温層２０との間の相互拡散を抑制することができるため、急速昇温層２０の急速昇温の効果を維持することができるとともに、金属基材１０の特性を維持することができる。
【００４７】
〈第４の実施の形態〉
［処理機器］
図４Ａは第４の実施の形態による処理機器を示す。図４Ａに示すように、この処理機器においては、金属基材１０の一方の主面上に拡散バリア層４０、急速昇温層２０および酸化物層３０が順次設けられていることに加えて、金属基材１０の一方の主面と反対側の他方の主面上に拡散バリア層５０および断熱層６０が順次設けられている。拡散バリア層５０および断熱層６０は、既に挙げたものの中から適宜選択することができる。拡散バリア層５０の厚さは、例えば、２５μｍ以上１５０μｍ以下、好適には５０μｍ以上１００μｍ以下である。金属基材１０は、処理機器に応じて、平板状、管状（円筒状等）、円柱状、箱状等のいずれの形状であってもよいが、図４Ａにおいては一例として金属基材１０が平板状である場合が示されている。図４Ｂはこの金属基材１０が円筒状、すなわち金属管である場合を示し、この場合、この円筒状の金属基材１０、すなわち金属管の内周面（一方の主面）上に拡散バリア層４０、急速昇温層２０および酸化物層３０が順次設けられ、金属管の外周面（他方の主面）上に拡散バリア層５０および断熱層６０が順次設けられている。その他のことは第１の実施の形態と同様である。
【００４８】
［処理機器の製造方法］
この処理機器の製造方法は、金属基材１０の一方の主面上に拡散バリア層４０、急速昇温層２０および酸化物層３０を順次形成することに加えて、金属基材１０の他方の主面上に拡散バリア層５０および断熱層６０を順次形成することを除いて第３の実施の形態による処理機器の製造方法と同様である。断熱層６０は、例えば、電気泳動法、溶射、電子ビーム蒸着法等により形成することができる。
【００４９】
この第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様な利点に加えて、金属基材１０の他方の主面上に拡散バリア層５０および断熱層６０が設けられていることにより、拡散バリア層５０が断熱性も兼ね備えていることと相まって、金属基材１０の他方の主面側の断熱性の大幅な向上を図ることができ、金属基材１０の他方の主面からの放熱を効果的に抑制することができるという利点を得ることができる。例えば、金属基材１０が自動車の排ガス管である場合には、排ガス管の外周面に拡散バリア層５０および断熱層６０が設けられていることにより、排ガス管からの放熱を効果的に抑制することができ、排ガス管の周囲の機器等の熱による損傷等を防止することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例に基づいて、より詳細に説明する。
【００５１】
金属基材１０として、Ｆｅからなる直径１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの円柱状の棒（以下「試験片」と言う）を用いた。
【００５２】
上記の試験片の表面にスラリー法により以下のようにして拡散バリア層および急速昇温層を順次形成した。
【００５３】
（１）スラリー液の調製
以下の薬品を秤量混合し、スラリー液を調製した。
エタノール            ３０５ｇ
テルビネオール        ４０３ｇ
エチルセルロース        ８０ｇ
分散材                    ６ｇ
消泡材                    ６ｇ
【００５４】
（２）急速昇温層
（ａ）混合粉末含有スラリー液の調製
表１に記載の金属・合金・化合物の混合粉末を（１）で調製したスラリー液に混合し、さらに粘度調節のためのエタノールを加えて混合粉末含有スラリー液を調製した。
【００５５】
【表１】
2019163491.tif 000003
【００５６】
なお、表１に記載の［ＡＰ］は、試験片を混合粉末（１５重量％Ａｌ＋５重量％ＮＨ4 Ｃｌ＋８０重量％Ａｌ2 Ｏ3 ）中に埋没し、８００℃で２０分の加熱処理により、Ａｌを拡散浸透する処理を行うことを示す。
【００５７】
（ｂ）急速昇温層の形成
（ａ）で調製した混合粉末含有スラリー液を上記の試験片の表面に塗布・乾燥した。塗布量は１００±５０ｍｇ／ｃｍ2 とした。試料番号１、５、１４以外の各試験片は、表２に記載の埋め込み用粉末に埋没した後、１１００℃〜１２５０℃の温度で真空中で３０分〜４時間加熱処理を行うことにより、急速昇温層を形成した。試料番号１、５、１４の各試験片は、１１００℃〜１２５０℃の温度で真空中で３０分〜４時間加熱処理を行うことにより、急速昇温層を形成した。
【００５８】
【表２】
2019163491.tif 000004
【００５９】
（３）拡散バリア層
（ａ）混合粉末含有スラリー液の調製
下記の金属の混合粉末（重量％）を（１）で調製したスラリー液に混合し、さらに粘度調節のためのエタノールを加えて混合粉末含有スラリー液を調製した。
【００６０】
・７５Ｎｉ（自）＋２５Ｃｒ
・４４Ｎｉ（自）＋３３Ｗ＋１２Ｃｒ＋１１Ｍｏ
・４８Ｃｏ（自）＋４８Ｗ＋２Ｎｂ＋２Ｍｏ
ただし、Ｎｉ（自）はＮｉ基自溶性合金粉末、Ｃｏ（自）はＣｏ基自溶性合金粉末を意味し、組成（原子％）は以下の通りである。
Ｎｉ（自）：
７０．１Ｎｉ−１９．１Ｃｒ−４．７Ｓｉ−４．０Ｆｅ−１．３Ｍｎ−０．８Ｍｏ
Ｃｏ（自）：
５２．９Ｃｏ−２２．６Ｃｒ−１１．１Ｎｉ−６．９Ｓｉ−２．０Ｗ−０．２Ｍｏ
【００６１】
（ｂ）拡散バリア層の形成
（ａ）で調製した混合粉末含有スラリー液を上記の試験片の表面に塗布・乾燥した。塗布量は１００±５０ｍｇ／ｃｍ2 とした。その後、１１５０℃〜１２５０℃の温度で真空中で２時間加熱処理を行うことにより、拡散バリア層を形成した。
【００６２】
（４）温度測定
上記のようにして試験片の表面に拡散バリア層および急速昇温層からなる皮膜を形成した後、図５に示すように、その皮膜の表面に熱電対素線として直径０．５ｍｍのＫ熱電対素線をスポット溶接により接合した。また、溶接が困難であった皮膜には、直径０．３ｍｍのＮｉ細線でＫ熱電対素線を固定して、加熱・冷却時の温度測定に供した。
【００６３】
温度測定は、８００℃に保持した電気炉にＫ熱電対素線を接合または固定した試験片を室温で挿入し、温度が一定に達した後、取り出し、大気中で冷却した。高温保持時間は３５分、室温での保持時間は２５分とした。
【００６４】
蛍光Ｘ線装置（日本電子株式会社製エレメントアナライザー）を用いて、皮膜表面の元素分析を行った。本測定では、酸素、窒素、炭素、ホウ素等の軽元素の分析は行っていない。表３に各試料に対する急速昇温層の表面組成（原子％）の測定結果を示す。
【００６５】
【表３】
2019163491.tif 000005
ただし、表３中、Ａｌ（試料番号５〜８の試験片を除く）は、試験片の埋め込みに使用したＡｌ2 Ｏ3 粉末由来である。
【００６６】
表３に示した結果から、試験片に含有されているＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ等のほかに、表１に記載の混合粉末に含有されているＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｗ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｍｇ等が検出されている。
【００６７】
図６は室温から８００℃に加熱した際の急速昇温層の表面温度の時間変化を示す。表４および表５は、図６に示した結果から、室温からそれぞれ３００℃および６００℃に達するまでの時間を短時間側から順に示す。図６、表４および表５において、「Ｗ」はＫ熱電対素線をＮｉ細線で試験片に固定して温度測定を行った結果を示し、「Ｓ」はスポット溶接でＫ熱電対素線を試験片に直接接合して温度測定を行った結果を示す。
【００６８】
【表４】
2019163491.tif 000006
【００６９】
【表５】
2019163491.tif 000007
【００７０】
図６、表４および表５に示す結果から、Ｋ熱電対素線をＮｉ細線で試験片に固定して行った温度測定では、スポット溶接でＫ熱電対素線を試験片に直接接合して行った温度測定よりも、より短時間の値となっている。この原因として、加熱昇温途中で、細いＫ熱電対素線の熱容量が試験片の熱容量よりも小さいため、より速く加熱・昇温されることによるものと予想される。Ｋ熱電対素線の固定方法としてスポット溶接（Ｓ）とＮｉ細線固定（Ｗ）とでの測定結果を比較すると、表４の試料番号２３［１］および２３［２］に示すように、３００℃までの昇温時間はＳでは６６秒、Ｗでは３３秒となっている。さらに、表５に示す結果から、６００℃までの昇温でも同様の結果となっている。これらの結果から、目標の温度に到達する時間は、熱電対素線の固定方法に依存して変化することから、ＳとＷとでの値を直接比較することはできない。しかし、同一の固定方法で得られた値は、相対的に、比較は可能と考えられる。なお、表４および表５には、比較のために、試験片が、拡散バリア層および急速昇温層を形成していないＴｉ棒、３１６Ｌ棒、Ｆｅ棒である場合の結果も示した。
【００７１】
室温からそれぞれ３００℃および６００℃に昇温するまでの時間を短時間側から見て１０番以内の試料番号および急速昇温層の形成に使用した混合粉末（重量％）を対比して、表６に示す。表６に示す試料番号の試験片の急速昇温層が含有する、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群に含まれる元素の合計の表面濃度は、表３より次の通りである。試料番号４はＡｌ＋Ｓｉ＋Ｔｉ＝６９．２原子％、試料番号９はＡｌ＋Ｓｉ＝５７．３原子％、試料番号１０はＡｌ＋Ｓｉ＋Ｔｉ＝８４原子％、試料番号１１はＡｌ＋Ｓｉ＝９８．４原子％、試料番号１２はＡｌ＋Ｓｉ＋Ｔｉ＝８１．９原子％、試料番号１３はＡｌ＋Ｚｒ＋Ｗ＝４９．７原子％、試料番号１５はＡｌ＋Ｓｉ＋Ｂｉ＝１３．６原子％、試料番号１６はＡｌ＋Ｓｉ＋Ｔｉ＋Ｂｉ＝７５．９原子％、試料番号１７はＡｌ＋Ｔｉ＋Ｗ＝７６原子％、試料番号２０［２］はＡｌ＋Ｓｉ＝７．７原子％、試料番号２１はＡｌ＋Ｓｉ＋Ｍｇ＝６８．２原子％である。これらの結果から、急速昇温層が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を表面組成で７原子％以上１００原子％以下含有することが裏付けられる。
【００７２】
【表６】
2019163491.tif 000008
【００７３】
表６に示す結果から、短時間側から上位１０番以内の試験片は３００℃と６００℃とでほぼ同じであり、短時間の昇温に効果的に機能している元素は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉであることが分かる。
【００７４】
図７は、８００℃から室温に冷却した際の急速昇温層の表面温度の時間変化を示す。表７および表８は、図７に示した結果から、８００℃からそれぞれ３００℃および６００℃に達するまでの時間を短時間側から順に示す。図７、表７および表８において、上記の昇温測定で観察されたように、Ｎｉ細線でＫ熱電対素線を試験片に固定して測定した降温速度がスポット溶接でＫ熱電対素線を試験片に接合して測定した降温速度に比較して大きくなっている。この結果は、昇温過程で得られた結果と同様の理由による。
【００７５】
【表７】
2019163491.tif 000009
【００７６】
【表８】
2019163491.tif 000010
【００７７】
表９は各試験片に対して２０回サイクル酸化（室温で２５分間の保持、８００℃で３５分間の保持を繰り返す）を行った後に測定した急速昇温層の表面組成（原子％）を示す。
【００７８】
【表９】
2019163491.tif 000011
【００７９】
表９に示した結果から、検出された元素および濃度は、試験片は、Ｎｉ（自）およびＣｏ（自）に含有されている元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ：なお、Ｂは測定されず）のほかに、急速昇温層の形成のために添加した元素がそれぞれ検出される。なお、既に述べたように、今回の測定では酸素は測定できないが、後述の断面のＳＥＭ−ＥＤＸ分析に示すように、これらの元素を含む酸化物皮膜が形成されており、酸素を除いた金属原子％で示す。
【００８０】
表１０は急速昇温層に含まれている元素の中で最も濃度の高い元素を選択し、それぞれの元素の酸化前と２０サイクル酸化後の値を比較して示す。これらの元素の濃度（酸素濃度を含まず）は酸化前後で顕著な変動は見られないことから、８００℃と室温との間を２０回サイクル酸化される過程で、表面には酸化前の元素がそれらの酸化物を形成していることが分かる。
【００８１】
【表１０】
2019163491.tif 000012
【００８２】
Ｆｅからなる金属基材（試験片）上に拡散バリア層および急速昇温層を形成し、断面組織の観察および各元素の濃度分布の測定を行った。
【００８３】
表１１は、断面組織観察および各元素の濃度分布の測定のために使用した１０種類の試験片（試料番号：断面０１〜１０）と急速昇温層の形成に使用した金属・合金・化合物の混合粉末およびその組成（重量％）を示す。断面組織観察は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により行った。元素の濃度分布の測定はエネルギー分散型元素分析装置（ＥＤＡＸ）により行った。
【００８４】
【表１１】
2019163491.tif 000013
【００８５】
図８は試料番号：断面０１の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度分布、表１２は分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度の分析値を示す。
【００８６】
【表１２】
2019163491.tif 000014
【００８７】
図９は試料番号：断面０２の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度分布、表１３は分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度の分析値を示す。
【００８８】
【表１３】
2019163491.tif 000015
【００８９】
図１０は試料番号：断面０３の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における測定点０１２〜０２５、表１４はこの断面における測定点０１２〜０２５の元素の濃度の分析値を示す。
【００９０】
【表１４】
2019163491.tif 000016
【００９１】
図１１は試料番号：断面０４の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における測定点００１〜０１１、表１５はこの断面における測定点００１〜０１１の元素の濃度の分析値を示す。
【００９２】
【表１５】
2019163491.tif 000017
【００９３】
図１２は試料番号：断面０５の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における測定点００１〜０２５、表１６はこの断面における測定点００１〜０２５の元素の濃度の分析値を示す。
【００９４】
【表１６】
2019163491.tif 000018
【００９５】
図１３は試料番号：断面０５の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における測定点０２６〜０３３、表１７はこの断面における測定点０２６〜０３３の元素の濃度の分析値を示す。
【００９６】
【表１７】
2019163491.tif 000019
【００９７】
図１４は試料番号：断面０５の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度分布、表１８は分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度の分析値を示す。
【００９８】
【表１８】
2019163491.tif 000020
【００９９】
図１５は試料番号：断面０６の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度分布、表１９は分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度の分析値およびこの断面における測定点００１〜００５の元素の濃度の分析値を示す。
【０１００】
【表１９】
2019163491.tif 000021
【０１０１】
図１６は試料番号：断面０７の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度分布、表２０は分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度の分析値を示す。
【０１０２】
【表２０】
2019163491.tif 000022
【０１０３】
図１７は試料番号：断面０８の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度分布、表２１は分析線ＬＧ１に沿っての元素の濃度の分析値およびこの断面における測定点００１〜００４の元素の濃度の分析値を示す。
【０１０４】
【表２１】
2019163491.tif 000023
【０１０５】
図１８は試料番号：断面０８の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における分析線ＬＧ２に沿っての元素の濃度分布、表２２は分析線ＬＧ２に沿っての元素の濃度の分析値およびこの断面における測定点００５の元素の濃度の分析値を示す。
【０１０６】
【表２２】
2019163491.tif 000024
【０１０７】
図１９は試料番号：断面０９の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における分析線ＬＧ２に沿っての元素の濃度分布、表２３は分析線ＬＧ２に沿っての元素の濃度の分析値を示す。
【０１０８】
【表２３】
2019163491.tif 000025
【０１０９】
図２０は試料番号：断面１０の試験片の断面組織のＳＥＭ写真およびこの断面における分析線に沿っての元素の濃度分布、表２４は分析線に沿っての元素の濃度の分析値を示す。
【０１１０】
【表２４】
2019163491.tif 000026
【０１１１】
各試験片の断面における各元素の濃度分布の測定で得られた各元素の濃度の最小値および最大値（原子％）は下記の通りである。
【０１１２】
（試料番号：断面０１）（図８）
Ｏ：０．０〜０．１
Ａｌ：０．０〜０．２
Ｓｉ：２．１〜８．８
Ｔｉ：０．０〜０．２
Ｃｒ：１３．０〜１５．５
Ｍｎ：０．５〜１．０
Ｆｅ：２．９〜９．９
Ｃｏ：０．２〜１．９
Ｎｉ：３．１〜６８．６
【０１１３】
（試料番号：断面０２）（図９）
Ｏ：０．０〜０．１
Ａｌ：３３．９〜４９．３
Ｓｉ：１．１〜４．１
Ｃｒ：１５．５〜６３．６
Ｍｎ：０．０〜３．３
Ｆｅ：２．２〜５４．９
Ｃｏ：０．６〜２．１
Ｎｉ：３．１〜６８．６
Ｍｏ：０．０〜０．３
Ｗ：０．４〜２．１
【０１１４】
（試料番号：断面０３）（図１０）
Ｏ：０．０〜１．８
Ａｌ：０．２〜１．０
Ｓｉ：０．４〜３３．６
Ｃｒ：１．４〜３．５
Ｍｎ：０．０〜０．４
Ｆｅ：０．８〜８．２
Ｃｏ：０．０〜９．３
Ｎｉ：２１．０〜２６．３
Ｎｂ：０．０〜１．６
Ｍｏ：０．０〜２．３
Ｗ：０．２〜３６．１
【０１１５】
（試料番号：断面０４）（図１１）
Ｏ：０．０〜２．０
Ａｌ：０．７〜１．６
Ｓｉ：０．７〜１．０
Ｔｉ：４８．３〜６４．２
Ｃｒ：２．４〜５．４
Ｍｎ：０．０〜０．２
Ｆｅ：４．９〜１０．０
Ｃｏ：４．５〜９．４
Ｎｉ：２１．０〜２６．３
Ｎｂ：０．０〜０．２
Ｍｏ：０．０〜０．５
Ｗ：０．７〜１．４
【０１１６】
（試料番号：断面０５）（図１２）
Ｏ：０．０〜３．３
Ａｌ：０．０〜０．５４
Ｓｉ：０．２〜５．０
Ｃｒ：１．１〜１９．７
Ｍｎ：０．０〜１．３
Ｆｅ：０．１〜６．０
Ｃｏ：１．２〜１５．０
Ｎｉ：２．８〜６６．１
Ｃｕ：０．０〜２．９
Ｎｂ：０．０〜０．２
Ｍｏ：０．０〜１．５
Ａｇ：０．０〜８６．７
Ｗ：０．４〜２．０
Ｂｉ：０．０〜１．７
【０１１７】
（試料番号：断面０５）（図１３）
Ｏ：０．０〜９．１
Ａｌ：０．０〜０．２
Ｓｉ：０．０〜４．７
Ｃｒ：０．８〜８２．１
Ｍｎ：０．０〜６．０
Ｆｅ：０．０〜７．２
Ｃｏ：０．１〜１．９
Ｎｉ：０．０〜６５．６
Ｃｕ：０．０〜８７．６
Ｎｂ：０．０〜０．１
Ｍｏ：０．０〜３．３
Ａｇ：０．０〜９５．０
Ｗ：０．０１〜０．０２
Ｂｉ：０．０〜４．３
【０１１８】
（試料番号：断面０５）（図１４）
Ａｌ：０．０〜０．７
Ｓｉ：０．０〜１２．４
Ｃｒ：０．０〜８６．５
Ｍｎ：０．０〜６．３
Ｆｅ：０．０〜６．８
Ｃｏ：０．０〜２．７
Ｎｉ：０．０〜６５．８
Ｎｂ：０．０〜０．４
Ｍｏ：０．０〜１２．２
Ａｇ：０．０〜９７．６
Ｗ：０．０〜２．２
Ｂｉ：０．０〜６９．７
【０１１９】
（試料番号：断面０６）（図１５）
Ｏ：０．０〜１．７
Ａｌ：０．１４〜０．７１
Ｓｉ：０．４〜２３．１
Ｃｒ：１３．９〜１６．９
Ｍｎ：０．０〜０．１
Ｆｅ：６．０〜５４．２７
Ｃｏ：３．９〜１１．５
Ｎｉ：１．４〜３１．２２
Ｇｅ：１．７〜１３．６
Ｎｂ：０．０〜２．２
Ｍｏ：０．０〜２．６
Ａｇ：０．１〜０．８
Ｓｎ：０．０〜５２．８
Ｗ：０．４〜２０．１
【０１２０】
（試料番号：断面０７）（図１６）
Ａｌ：０．０〜０．３
Ｓｉ：０．９〜３．１
Ｃｒ：１３．９〜１６．９
Ｍｎ：０．０〜０．７
Ｆｅ：１７．１〜２５．６
Ｃｏ：１．２〜１５．０
Ｎｉ：２７．６〜３３．４
Ｇｅ：１２．４〜２０．２
Ｎｂ：０．０〜０．４
Ｍｏ：０．３〜０．６
Ｗ：０．０〜０．８
【０１２１】
（試料番号  断面０８）（図１７）
Ｏ：０．０〜２４．６
Ａｌ：０．０〜０．７２
Ｓｉ：０．０〜３．８
Ｔｉ：０．０〜１．３
Ｃｒ：０．０〜１．３
Ｍｎ：０．０〜０．３
Ｆｅ：０．９〜３７．６
Ｃｏ：０．１〜２４．３
Ｎｉ：２．１〜１５．２
Ｃｕ：０．０〜１．２
Ｎｂ：０．２〜３．２
Ｍｏ：０．４〜３．７
Ｈｆ：０．０〜０．４
Ｗ：０．０〜２．０
【０１２２】
（試料番号：断面０８）（図１８）
Ｏ：０．０〜９．２
Ａｌ：０．０〜６．０
Ｓｉ：０．０〜８．２
Ｔｉ：０．０〜１．３
Ｃｒ：０．０〜３５．９
Ｍｎ：０．０〜１．４
Ｆｅ：０．１〜４２．９
Ｃｏ：０．０〜２１．８
Ｎｉ：１．２〜２８．８
Ｃｕ：０．０〜０．７
Ｚｒ：０．０〜９０．０
Ｎｂ：０．０〜４．８
Ｍｏ：０．１〜３．７
Ｈｆ：０．０〜０．４
Ｗ：０．０〜５．５
【０１２３】
（試料番号：断面０９）（図１９）
Ｏ：１．６〜１３．２
Ｍｇ：７０．１〜９７．５
Ｓｉ：０．１〜０．５
Ｃｒ：０．０〜０．１
Ｍｎ：０．０〜０．２
Ｆｅ：０．１〜０．５
Ｃｏ：０．０〜０．４
Ｎｉ：０．２〜２４．４
Ｎｂ：０．０〜０．１
Ｍｏ：０．０〜０．４
Ｗ：０．０〜０．７
【０１２４】
（試料番号：断面１０）（図２０）
Ｏ：１．６〜４２．６
Ｍｇ：３１．３〜５３．５
Ａｌ：０．０〜０．１
Ｓｉ：０．１〜０．４
Ｃｒ：２．８〜１９．６
Ｍｎ：０．０〜０．２
Ｆｅ：０．０〜０．７
Ｃｏ：０．０〜０．９
Ｎｉ：２．１〜６１．６
Ｎｂ：０．０〜０．３
Ｍｏ：０．０〜０．８
Ｗ：０．０〜１．８
【０１２５】
以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…金属基材、２０…急速昇温層、３０…酸化物層、４０…拡散バリア層、５０…拡散バリア層、６０…断熱層
【図１】
2019163491.tif 000027
【図２】
2019163491.tif 000028
【図３】
2019163491.tif 000029
【図４】
2019163491.tif 000030
【図５】
2019163491.tif 000031
【図６】
2019163491.tif 000032
【図７】
2019163491.tif 000033
【図８】
2019163491.tif 000034
【図９】
2019163491.tif 000035
【図１０】
2019163491.tif 000036
【図１１】
2019163491.tif 000037
【図１２】
2019163491.tif 000038
【図１３】
2019163491.tif 000039
【図１４】
2019163491.tif 000040
【図１５】
2019163491.tif 000041
【図１６】
2019163491.tif 000042
【図１７】
2019163491.tif 000043
【図１８】
2019163491.tif 000044
【図１９】
2019163491.tif 000045
【図２０】
2019163491.tif 000046
【図２１】
2019163491.tif 000047
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月20日(2018.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、
上記金属基材の一方の主面上に設けられた、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を表面組成で７原子％以上１００原子％以下含有し、上記元素は内部の位置によって０．１原子％以上１００原子％以下の範囲で分布し、または、ＡｌとＴｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素とを表面組成で７原子％以上１００原子％以下含有し、Ａｌおよび上記元素は内部の位置によって０．１原子％以上１００原子％以下の範囲で分布する急速昇温層と、
を有し、ガスもしくは液体を加熱し、ガスもしくは液体を輸送し、ガスもしくは液体を反応させて目的物質を合成し、ガスもしくは液体を貯留し、または、ガスもしくは液体を無害化する処理機器。
【請求項２】
上記処理機器は、移動体の内燃機関の排ガス管、化学プラントの輸送管、反応槽、成長槽または無害化槽である請求項１記載の処理機器。
【請求項３】
上記急速昇温層は、ＡｌとＳｉとＴｉとを含有し、または、ＡｌとＳｉとを含有し、または、ＡｌとＺｒとＷとを含有し、または、ＡｌとＳｉとＢｉとを含有し、または、ＡｌとＳｉとＴｉとＢｉとを含有し、または、ＡｌとＴｉとＷとを含有し、または、ＡｌとＳｉとＭｇとを含有する請求項１または２記載の処理機器。
【請求項４】
上記急速昇温層の厚さは２５μｍ以上５００μｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項５】
上記金属基材と上記急速昇温層との間に設けられた、Ｗ、Ｒｅ、ＭｏおよびＮｂからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する合金からなる拡散バリア層をさらに有する請求項１〜４のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項６】
上記急速昇温層上に設けられた、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｗ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｂおよびＭｏからなる群より選択された少なくとも一種の元素の酸化により形成される保護的酸化物からなる酸化物層をさらに有する請求項１〜５のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項７】
上記急速昇温層は、上記金属基材および／または上記拡散バリア層が含有する少なくとも一種の元素をさらに含有する請求項１〜６のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項８】
上記金属基材および／または上記拡散バリア層が含有する少なくとも一種の元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷからなる群より選択された少なくとも一種の元素である請求項７記載の処理機器。
【請求項９】
上記急速昇温層は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する場合は１５原子％以上５５原子％以下含有し、Ｃｒを含有する場合は１５原子％以上２５原子％以下含有する請求項８記載の処理機器。
【請求項１０】
上記金属基材の他方の主面上に設けられた、Ｗ、Ｒｅ、ＭｏおよびＮｂからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有する合金からなる拡散バリア層と、
上記拡散バリア層上に設けられたＹＳＺからなる断熱層と、
をさらに有する請求項１〜９のいずれか一項記載の処理機器。
【請求項１１】
金属基材の一方の主面上に、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素、または、ＡｌとＴｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素とを含有する原料粉末を含むスラリー液を塗布する工程と、
上記金属基材の一方の主面上に上記スラリー液を塗布したものを、上記原料粉末の融点より高く、かつ上記金属基材の融点より低い温度で加熱することにより、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素、または、ＡｌとＴｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素とを含有する急速昇温層を形成する工程と、
を有する、ガスもしくは液体を加熱し、ガスもしくは液体を輸送し、ガスもしくは液体を反応させて目的物質を合成し、ガスもしくは液体を貯留し、または、ガスもしくは液体を無害化する処理機器の製造方法。
【請求項１２】
上記原料粉末は、ＡｌおよびＳｉのみ含有し、または、Ｂｉ2 Ｏ3 、ＮｉおよびＴｉのみ含有し、または、Ｓｉ、ＴｉおよびＮｉのみ含有し、または、ＴｉおよびＮｉのみ含有し、または、Ｂｉ2 Ｏ3 のみ含有し、または、Ｍｇ、ＡｌおよびＳｉのみ含有し、または、ＮｉおよびＺｒのみ含有し、または、ＳｉおよびＮｉのみ含有し、または、Ｔｉ、ＮｉおよびＷのみ含有し、または、Ｔｉ、ＮｉおよびＳｉＣのみ含有する請求項１１記載の処理機器の製造方法。
【請求項１３】
上記金属基材の一方の主面上に上記スラリー液を塗布したものを埋め込み用粉末に埋没した後、真空中において１１００℃〜１２５０℃の温度で３０分〜４時間加熱処理を行うことにより上記急速昇温層を形成し、上記埋め込み用粉末は、上記原料粉末がＡｌおよびＳｉのみ含有する場合はＡｌおよびＡｌ2 Ｏ3 のみ含有し、上記原料粉末がＢｉ2 Ｏ3 、ＮｉおよびＴｉのみ含有する場合はＴｉおよびＡｌ2 Ｏ3 のみ含有し、上記原料粉末がＳｉ、ＴｉおよびＮｉのみ含有する場合はＴｉおよびＡｌ2 Ｏ3 のみ含有し、上記原料粉末がＴｉおよびＮｉのみ含有する場合はＴｉおよびＡｌ2 Ｏ3 のみ含有し、上記原料粉末がＢｉ2 Ｏ3 のみ含有する場合はＡｌ2 Ｏ3 のみ含有し、上記原料粉末がＭｇ、ＡｌおよびＳｉのみ含有する場合はＭｇおよびＭｇＯのみ含有し、ＮｉおよびＺｒのみ含有する場合はＴｉおよびＡｌ2 Ｏ3 のみ含有し、ＳｉおよびＮｉのみ含有する場合はＳｉおよびＡｌ2 Ｏ3 のみ含有し、上記原料粉末がＴｉ、ＮｉおよびＷのみ含有する場合はＴｉおよびＡｌ2 Ｏ3 のみ含有し、上記原料粉末がＴｉ、ＮｉおよびＳｉＣのみ含有する場合はＴｉおよびＡｌ2 Ｏ3 のみ含有する請求項１２記載の処理機器の製造方法。
【請求項１４】
金属基材と、
上記金属基材の一方の主面上に設けられた、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素を表面組成で７原子％以上１００原子％以下含有し、上記元素は内部の位置によって０．１原子％以上１００原子％以下の範囲で分布し、または、ＡｌとＴｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素とを表面組成で７原子％以上１００原子％以下含有し、上記元素は内部の位置によって０．１原子％以上１００原子％以下の範囲で分布する急速昇温層と、
を有する構造体。
【請求項１５】
金属基材の一方の主面上に、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素、または、ＡｌとＴｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素とを含有する原料粉末を含むスラリー液を塗布する工程と、
上記金属基材の一方の主面上に上記スラリー液を塗布したものを、上記原料粉末の融点より高く、かつ上記金属基材の融点より低い温度で加熱することにより、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素、または、ＡｌとＴｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＷおよびＢｉからなる群より選択された少なくとも一種の元素とを含有する急速昇温層を形成する工程と、
を有する構造体の製造方法。