(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース金属である第１金属と第１金属とは異なる第２金属とを含有する超合金部品の表面の酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、
前記酸化膜は、前記ベース金属の酸化物と、前記第２金属の酸化物とを含み、
前記酸化膜除去方法は、
前記超合金部品を加熱チャンバーの内部に配置する工程と、
前記加熱チャンバーの内部に、還元ガス雰囲気または真空雰囲気を作る工程と、
前記還元ガス雰囲気または前記真空雰囲気が維持された状態で前記加熱チャンバーの内部を加熱することにより、前記酸化膜内に存在する前記ベース金属の酸化物を、前記ベース金属に還元する還元工程と、
前記還元工程の後、前記超合金部品に酸溶液を適用する酸処理工程と
を具備し、
前記酸処理工程は、
前記ベース金属を溶解することと、
前記還元工程により還元されずに残った前記第２金属の酸化物を、前記溶解されたベース金属とともに、前記超合金部品から分離することと
を含む
酸化膜除去方法。
【請求項２】
前記還元工程の前に、前記酸処理工程は実施されない
請求項１に記載の酸化膜除去方法。
【請求項３】
前記ベース金属は、ニッケルまたはコバルトである
請求項１または２に記載の酸化膜除去方法。
【請求項４】
前記第２金属の酸化物は、前記ベース金属の酸化物よりも熱力学的安定性の大きな金属酸化物である
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項５】
前記第２金属は、アルミニウム、チタン、クロムのうちの少なくとも１つを含む
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項６】
前記第２金属は、アルミニウムを含む
請求項５に記載の酸化膜除去方法。
【請求項７】
前記酸溶液は、塩酸を含む
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項８】
前記超合金部品は、クラックを含み、
前記酸化膜は、前記クラックの表面に形成された酸化膜を含む
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項９】
前記クラックを物理的に拡大する工程を含まない
請求項８に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１０】
フッ化物イオン洗浄工程を含まない
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の酸化膜除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化膜除去方法、特に、超合金の表面の酸化膜を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機エンジン、タービン、または、プラント等の構成部品は、高温環境あるいは高応力環境で使用される場合がある。高温環境あるいは高応力環境で使用される部品を、超合金材料で構成することが知られている。
【０００３】
超合金部品を補修する際には、前工程として、超合金部品の表面の酸化膜を除去することが知られている。酸化膜除去工程としては、フッ化物イオン洗浄（ＦＩＣ：Ｆｌｕｏｒｉｄｅ  Ｉｏｎ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ）が公知である。しかし、フッ化物イオン洗浄で用いられるフッ化水素ガス等は、毒性が強いことが知られている。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、金属製品の洗浄方法が記載されている。特許文献１に記載の方法は、ハロゲン化物を用いて、超合金部品の表面酸化物を除去することを含む。
【０００５】
また、特許文献２には、超合金物品の清掃修理方法が記載されている。特許文献２に記載の方法は、超合金部品の割れ目に存在する酸化物を、ガス状活性フッ化物イオンを用いて還元することを含む。
【０００６】
また、特許文献３には、フッ化物イオン洗浄を代替する方法が記載されている。特許文献３に記載の方法は、狭いクラックを拡げる工程と、酸溶液により金属酸化物の一部を除去する工程と、高温真空雰囲気でのクリーニングまたは高温水素雰囲気でのクリーニングにより金属酸化物の一部を除去する工程とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平７−９１６６２号公報
【特許文献２】米国特許第４０９８４５０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１１／０１２０９７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、毒性の強いガス状フッ化物を用いなくても、超合金の表面の酸化膜を効果的に除去することができる酸化膜除去方法を提供することにある。
【０００９】
この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。
【００１１】
いくつかの実施形態における酸化膜除去方法は、ベース金属である第１金属と第１金属とは異なる第２金属とを含有する超合金部品（１）の表面の酸化膜（２０）を除去する酸化膜除去方法である。前記酸化膜（２０）は、前記ベース金属の酸化物と、前記第２金属の酸化物とを含む。前記酸化膜除去方法は、前記超合金部品（１）を加熱チャンバー（５０）の内部に配置する工程と、前記加熱チャンバー（５０）の内部に、還元ガス雰囲気または真空雰囲気を作る工程と、前記還元ガス雰囲気または前記真空雰囲気が維持された状態で前記加熱チャンバー（５０）の内部を加熱することにより、前記酸化膜（２０）内に存在する前記ベース金属の酸化物を、前記ベース金属に還元する還元工程と、前記還元工程の後、前記超合金部品（１）に酸溶液を適用する酸処理工程とを具備する。前記酸処理工程は、前記ベース金属を溶解することと、前記還元工程により還元されずに残った前記第２金属の酸化物を、前記溶解されたベース金属とともに、前記超合金部品から分離することとを含む。
【００１２】
上記酸化膜除去方法において、前記還元工程の前に、前記酸処理工程は実施されなくてもよい。
【００１３】
上記酸化膜除去方法において、前記ベース金属は、ニッケルまたはコバルトであってもよい。
【００１４】
上記酸化膜除去方法において、前記第２金属の酸化物は、前記ベース金属の酸化物よりも熱力学的安定性の大きな金属酸化物であってもよい。
【００１５】
上記酸化膜除去方法において、前記第２金属は、アルミニウム、チタン、クロムのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００１６】
上記酸化膜除去方法において、前記第２金属は、アルミニウムを含んでいてもよい。
【００１７】
上記酸化膜除去方法において、前記酸溶液は、塩酸を含んでいてもよい。
【００１８】
上記酸化膜除去方法において、前記超合金部品（１）は、クラック（３）を含んでいてもよい。前記酸化膜（２０）は、前記クラックの表面に形成された酸化膜を含んでいてもよい。
【００１９】
上記酸化膜除去方法において、前記クラック（３）を物理的に拡大する工程を含まなくてもよい。
【００２０】
上記酸化膜除去方法において、フッ化物イオン洗浄工程を含まなくてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、毒性の強いガス状フッ化物を用いなくても、超合金の表面の酸化膜を効果的に除去することができる酸化膜除去方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、超合金部品の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図２】図２は、ニッケル酸化物が、ニッケルに還元された後の超合金部品を模式的に示す概略断面図である。
【図３】図３は、塩酸溶液適用中の超合金部品１を模式的に示す概略断面図である。
【図４】図４は、塩酸溶液適用中の超合金部品１を模式的に示す概略断面図である。
【図５】図５は、超合金部品の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図６】図６は、還元処理装置の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図７】図７は、酸処理装置の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図８】図８は、酸化膜除去の手順を示すフローチャートである。
【図９Ａ】図９Ａは、実施形態の酸化膜除去方法の有効性を示す実験結果を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施形態の酸化膜除去方法の有効性を示す実験結果を示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、実施形態の酸化膜除去方法の有効性を示す実験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施形態に係る酸化膜除去方法に関して、添付図面を参照して説明する。
【００２４】
（重要な用語の定義）
本明細書において、「超合金」とは、高温環境（例えば、摂氏８００℃以上）において、使用可能（換言すれば、強度を維持可能）な合金を意味する。
【００２５】
本明細書において、「ベース金属」とは、合金に含まれる金属成分のうち、最も含有率（重量％）が高い金属を意味する。
【００２６】
（酸化膜除去方法の概要）
一例として、ベース金属であるニッケル（Ｎｉ）と、アルミニウム（Ａｌ）とを含有する超合金部品の表面の酸化膜を除去する方法について説明する。
【００２７】
図１は、超合金部品１の一例を模式的に示す概略断面図である。超合金部品１は、母材１０と、酸化膜２０とを含む。酸化膜２０は、例えば、超合金部品１が、高温環境下で、空気（酸素）と接触することにより形成された酸化膜である。なお、図１において、母材１０と酸化膜２０との境界が、明確に描かれている。しかし、現実的には、母材１０と酸化膜との境界は、必ずしも、明確であるとは限らない。
【００２８】
母材１０は、ベース金属と第２金属とを含む超合金である。図１に記載の例では、ベース金属は、ニッケルであり、第２金属は、アルミニウムである。
【００２９】
酸化膜２０は、ベース金属の酸化物と、第２金属の酸化物とを含む。図１に記載の例では、ベース金属の酸化物は、ニッケル酸化物（例えば、ＮｉＯ）である。また、第２金属の酸化物は、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）である。図１には、ニッケル酸化物がリッチな領域２２（換言すれば、ニッケル酸化物の濃度が相対的に高い領域）が、白三角の記号によって模式的に示されている。また、図１には、アルミニウム酸化物がリッチな領域２４（換言すれば、アルミニウム酸化物の濃度が相対的に高い領域）が白丸の記号によって模式的に示されている。
【００３０】
図１に記載の超合金部品１を、高温の還元ガス雰囲気内、または、高温の真空雰囲気内に配置すると、ニッケル酸化物は、ニッケルに還元される。図２は、ニッケル酸化物が、ニッケルに還元された後の超合金部品１を模式的に示す概略断面図である。
【００３１】
図２において、還元によりニッケルがリッチとなった領域３２が、黒三角の記号によって模式的に示されている。なお、図２には図示されていないが、アルミニウム酸化物がリッチな領域２４に存在するニッケル酸化物も、ニッケルに還元されている。
【００３２】
他方、アルミニウム酸化物は、熱力学的に安定な化合物であるため、高温の還元ガス雰囲気内、または、高温の真空雰囲気内に配置されても、酸化物である状態が維持される。このため、アルミニウム酸化物は、ニッケル酸化物よりも還元されにくい。
【００３３】
図２に記載の超合金部品１に塩酸溶液を適用すると、ニッケルがリッチな領域３２は、塩酸溶液によって溶解される（より、具体的には、ニッケルがリッチな領域におけるニッケルは、塩酸溶液によって溶解される）。また、ニッケルの溶解により生成された空洞（あるいは、通路）には、塩酸溶液が浸透する。その結果、ニッケルがリッチな領域３２以外の領域におけるニッケル（例えば、アルミニウム酸化物がリッチな領域２４に存在するニッケル）も、塩酸溶液によって溶解される。
【００３４】
図３は、塩酸溶液適用中の超合金部品１を模式的に示す概略断面図である。図３を参照すると、ニッケルがリッチな領域３２は、溶解によって消失し、空洞４２（あるいは通路）が生成されていることが把握される。また、空洞４２を起点として、より細かな空洞４３（あるいは、通路）が生成されていることが把握される。空洞４２および空洞４３の存在により、酸化膜２０のある部分と酸化膜２０の他の部分との間の結合力、および、酸化膜２０と母材１０との間の結合力は減少する。
【００３５】
図４は、塩酸溶液適用中の超合金部品１を模式的に示す概略断面図であり、図３に示される状態から、更に時間が経過した後の状態を示す図である。図４を参照すると、酸化膜２０と母材１０との間の結合力の減少等に起因して、アルミニウム酸化物（または、アルミニウム酸化物がリッチな領域２４）が、溶解されたニッケルとともに、超合金部品１（または、母材１０）から分離されることが把握される。
【００３６】
なお、図１に記載の超合金部品に、塩酸溶液を適用しても、ニッケル酸化物がニッケルよりも塩酸溶液に対して難溶性であるため、図３に示されるような空洞４２または空洞４３が形成されにくい。これに対して、実施形態では、塩酸溶液の適用の前に、ベース金属の酸化物をベース金属に還元しているため、図３に示されるような空洞４２または空洞４３が形成されやすい。その結果、図４に示されるように、還元が困難なアルミニウム酸化物を、超合金部品１（または、母材１０）から分離することが可能となる。
【００３７】
図１乃至図４に記載の例では、毒性の強いガス状フッ化物を用いなくても、超合金の表面の酸化膜を効果的に除去することが可能である。
【００３８】
図１乃至図４に記載の例では、ベース金属がニッケルである場合について説明した。しかし、ベース金属は、ニッケルに限定されない。ベース金属は、例えば、コバルトであってもよい。
【００３９】
図１乃至図４に記載の例では、超合金部品１に含有される第２金属がアルミニウムである場合について説明した。しかし、第２金属は、アルミニウムに限定されない。第２金属は、クロム、あるいは、チタンであってもよい。代替的に、第２金属は、アルミニウム、チタン、クロムのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。例えば、第２金属は、アルミニウムとクロムとを含んでいてもよい。
【００４０】
図１乃至図４に記載の例では、酸溶液が、塩酸溶液である場合について説明した。しかし、酸溶液は、塩酸溶液に限定されず任意である。酸溶液は、ベース金属を溶解可能な溶液であればどのような種類の酸溶液であってもよい。また、酸溶液は、混酸（例えば、塩酸と硝酸との混酸）であってもよい。
【００４１】
（酸化膜除去方法のより詳細な説明）
図５乃至図８を参照して、実施形態の酸化膜除去方法についてより詳細に説明する。
【００４２】
（超合金部品）
図５は、超合金部品１の一例を模式的に示す概略断面図である。超合金部品１の表面には、酸化膜２０が形成されている。酸化膜２０は、超合金部品１の表面の全体に形成されていてもよいし、超合金部品１の表面の一部に形成されていてもよい。
【００４３】
超合金部品１は、例えば、クラック３を有する超合金部品である。図５に記載の例では、クラック３の表面にも酸化膜２０が形成されている。
【００４４】
超合金部品１のベース金属は、例えば、ニッケルである。換言すれば、超合金部品１に含まれる金属成分のうち、最も重量含有率の高い第１金属は、例えば、ニッケルである。超合金部品１は、ニッケル基超合金部品（換言すれば、ニッケルの含有率が５０重量％以上である超合金部品）であってもよい。超合金部品１には、合金成分として、例えば、アルミニウムが含有されている。換言すれば、超合金部品１に含まれる金属成分のうち、第１金属と異なる第２金属は、例えば、アルミニウムである。
【００４５】
超合金部品１の表面の酸化膜には、ベース金属（例えば、ニッケル）の酸化物と、第２金属（例えば、アルミニウム）の酸化物とが含まれる。
【００４６】
（還元処理装置）
図６は、還元処理装置５の一例を模式的に示す概略断面図である。還元処理装置５は、例えば、本体部５１と、開閉扉５２と、加熱装置５３と、温度センサ５４と、制御装置５５と、ガス供給管５６と、第１バルブ５７と、ガス排出管５８と、第２バルブ５９とを備える。
【００４７】
本体部５１は、被処理物である超合金部品１を収容する。開閉扉５２は、本体部５１の開口部を開放または閉鎖する。本体部５１と開閉扉５２とは、超合金部品１を還元処理する際の加熱チャンバー５０（より具体的には、加熱用密閉チャンバー）として機能する。
【００４８】
加熱装置５３は、加熱チャンバー５０を加熱する装置である。換言すれば、加熱装置５３は、加熱チャンバー内あるいは加熱チャンバー内に配置される超合金部品１を加熱する装置である。温度センサ５４は、加熱チャンバー内の温度または超合金部品１の温度を測定するセンサである。温度センサ５４により取得されたデータは、制御装置５５に伝達される。制御装置５５は、温度センサ５４から受け取るデータに基づいて、加熱装置５３を制御する。制御装置５５が、加熱装置５３を制御することにより、加熱チャンバー内の温度または超合金部品１の温度が所望の温度に維持される。
【００４９】
ガス供給管５６は、加熱チャンバー５０内に還元ガスを供給する。第１バルブ５７は、ガス供給管５６の流路に配置され、当該流路を開放または閉鎖する。還元ガスは、例えば、水素ガスである。なお、還元処理装置５が、真空雰囲気で還元処理を行う装置である場合には、ガス供給管５６および第１バルブ５７は、省略されてもよい。
【００５０】
ガス排出管５８は、加熱チャンバー５０内の気体（ガス）を加熱チャンバー外に排出する。ガス排出管５８は、例えば、真空ポンプ（図示されず）に接続されている。第２バルブ５９は、ガス排出管５８の流路に配置され、当該流路を開放または閉鎖する。
【００５１】
（酸処理装置）
図７は、酸処理装置６の一例を模式的に示す概略断面図である。酸処理装置６は、例えば、液槽６０を備える。液槽６０には、酸溶液６２が充填される。液槽６０の内部には、被処理物である超合金部品１が配置される。
【００５２】
（酸化膜除去の手順）
次に、図８を参照して、酸化膜除去の手順について説明する。図８は、酸化膜除去の手順を示すフローチャートである。
【００５３】
第１ステップＳ１において、ベース金属であるニッケル（第１金属）と、アルミニウム（ニッケルとは異なる第２金属）とを含有する超合金部品１を、加熱チャンバー５０の内部に配置する。
【００５４】
なお、超合金部品１の表面には、酸化膜２０が形成されている。また、当該酸化膜２０には、ニッケル酸化物（ベース金属の酸化物）と、アルミニウム酸化物（第２金属の酸化物）とが含まれている。
【００５５】
第２ステップＳ２において、加熱チャンバー５０の内部に、還元ガス雰囲気または真空雰囲気を作る。
【００５６】
還元ガス雰囲気を作る場合には、例えば、まず、加熱チャンバー５０内の気体を、ガス排出管５８を介して、脱気する。その後、ガス供給管５６を介して、加熱チャンバー５０内に、還元ガスを供給すればよい。還元ガスは、例えば、水素（Ｈ２）ガスである。還元ガスが水素ガスである場合、加熱チャンバー５０内に供給する水素のグレードは、例えば、Ｇ１相当（換言すれば、水素の純度が、９９．９９９９９体積％以上のガス）である。還元ガスが水素ガスである場合、還元ガス導入後の加熱チャンバー５０内の露点は、例えば、マイナス８０℃以下である。
【００５７】
代替的に、真空雰囲気を作る場合には、加熱チャンバー５０内の気体を、ガス排出管５８を介して、脱気する。脱気により、加熱チャンバー５０内の圧力を、例えば、１０−３Ｐａ台以下にする。
【００５８】
第３ステップＳ３は、ベース金属の酸化物をベース金属に還元する還元工程である。第３ステップＳ３において、還元ガス雰囲気または真空雰囲気が維持された状態で前記加熱チャンバー５０内を加熱する。加熱チャンバー内の温度は、例えば、８００℃以上、１０００℃以上、１１００℃以上（特に、真空雰囲気を用いる場合）、あるいは、１２００℃以上に維持される。また、加熱チャンバー内の温度は、超合金部品を構成する超合金の融点以下に維持される。加熱処理時間は、例えば、１５分以上２４時間以下、３０分以上２４時間以下、あるいは、６０分以上２４時間以下である。例えば、加熱チャンバー内の温度は１０００℃以上超合金の融点以下、加熱処理時間は３０分以上３００分以下である。
【００５９】
還元工程である第３ステップＳ３の実施により、超合金部品１の表面酸化膜に含まれる酸化物のうち、ニッケル酸化物（ベース金属の酸化物）が、ニッケル（ベース金属）に還元される。第３ステップＳ３の実施後、超合金部品１は、加熱チャンバー５０から取り出される。
【００６０】
第４ステップＳ４は、酸処理工程である。第４ステップＳ４において、超合金部品１に酸溶液を適用する。超合金部品１への酸溶液の適用は、例えば、液槽６０内の酸溶液６２に、超合金部品１を浸漬することによって行われる。
【００６１】
ベース金属がニッケルである場合、酸溶液は、塩酸を含むことが好ましい。ニッケルは、塩酸への溶解性が高いからである。酸溶液には、塩化鉄（ＩＩＩ）（ＦｅＣｌ３）が含有されていてもよい。塩化鉄（ＩＩＩ）は、塩酸の酸化力を増強する。代替的に、あるいは、付加的に、酸溶液には、硝酸が含まれていてもよい。酸溶液は、例えば、塩酸と、塩化鉄（ＩＩＩ）と、硝酸とを含む溶液であってもよい。
【００６２】
酸溶液の温度は、例えば、１０℃以上４０℃以下、１０℃以上３０℃以下、あるいは、２０℃以上３０℃以下である。
【００６３】
酸処理工程の処理時間（換言すれば、超合金部品１を酸溶液に浸漬する時間）は、例えば、２０分以上１８０分以下、３０分以上１８０分以下、または、４０分以上１８０分以下である。
【００６４】
酸処理工程である第４ステップＳ４の実施により、超合金部品１の表層部に存在するニッケル（ベース金属）は、酸溶液によって溶解される。換言すれば、還元工程によって、酸化膜２０内のニッケル酸化物（ベース金属の酸化物）から生成されたニッケル（ベース金属）は、酸溶液によって溶解される。
【００６５】
また、酸処理工程である第４ステップＳ４の実施により、還元工程により還元されずに残ったアルミニウム酸化物（第２金属の酸化物）が、溶解されたベース金属とともに、超合金部品１から分離される。第４ステップＳ４の実施後、超合金部品１は、酸溶液から取り出されて、洗浄（例えば、水洗浄）される。
【００６６】
以上のステップにより、超合金部品１から酸化膜２０が効果的に除去される。
【００６７】
なお、上記ステップにより処理される超合金部品１は、例えば、クラック３を有する超合金部品である。図５に記載の例では、クラック３の表面にも酸化膜２０が形成されている。クラック３の表面の酸化膜除去には、研磨等の物理的な方法の適用が困難な場合がある。このような場合、実施形態の酸化膜除去方法が効果的である。実施形態の酸化膜除去方法を用いる場合、クラック３を研磨等により物理的に拡大する工程が不要である。
【００６８】
上記ステップにより処理される超合金部品１が、クラック３を有する超合金部品である場合、実施形態の酸化膜除去方法を実施した後（換言すれば、上述の第１ステップ乃至第４ステップを実施した後）、クラック３を補修してもよい。クラック３の補修は、例えば、クラック３に、ろう材を充填することにより実施される。ろう材としては、例えば、超合金部品１のベース金属を主材料とするろう材を用いることが可能である。例えば、超合金部品１のベース金属がニッケルである場合には、ニッケル基のろう材を用い、超合金部品１のベース金属がコバルトである場合には、コバルト基のろう材を用いることが可能である。
【００６９】
超合金部品１は、例えば、８００℃以上の高温環境で使用された超合金部品であってもよい。高温環境で使用される超合金部品には、熱疲労によりクラック等が生じやすい。また、超合金部品の表面の酸化膜は、高温環境に曝されることにより、酸に対する溶解性が低下する。このため、酸処理のみによって、酸化膜を除去することが困難となる場合がある。このような場合、実施形態の酸化膜除去方法が効果的である。
【００７０】
超合金部品１の表面の酸化膜２０に、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、または、クロム酸化物が含まれていてもよい。アルミニウム酸化物、チタン酸化物、および、クロム酸化物は、ニッケル酸化物よりも還元することが困難な酸化物である。アルミニウム酸化物、チタン酸化物、および、クロム酸化物は、上述の第３ステップである還元工程によって、還元されない。このため、超合金部品１の表面の酸化膜２０に、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、または、クロム酸化物が含まれている場合、還元工程の後に酸処理工程を実施する実施形態の酸化膜除去方法が効果的である。
【００７１】
なお、金属酸化物の熱力学的安定性は、例えば、１２００℃において、大きい順に、Ａｌ２Ｏ３＞ＴｉＯ２＞Ｃｒ２Ｏ３＞ＣｏＯ＞ＮｉＯである。このため、一般的に、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、クロム酸化物、コバルト酸化物、ニッケル酸化物の順に、還元することがより困難である。
【００７２】
アルミニウム酸化物等を除去するために、ガス状フッ化物（例えば、ＨＦガス）等の強力な還元剤が用いられる場合がある。しかし、ガス状フッ化物は、毒性が強い。また、ガス状フッ化物は、超合金の結晶間の界面にダメージを与える場合がある。さらに、還元処理後に残留したガス状フッ化物により、超合金部品が腐食する場合がある。加えて、ガス状フッ化物の適用には、特殊な専用設備が必要である。これに対して、実施形態の酸化膜除去方法によれば、アルミニウム酸化物等を還元することなく除去することが可能である。このため、ガス状フッ化物等の強力な還元剤の使用を回避または低減することが可能である。
【００７３】
図９Ａ乃至図９Ｃは、実施形態の酸化膜除去方法の有効性を示す実験データである。
【００７４】
実験には、ベース金属がニッケルであり、アルミニウム、および、クロムを含有する超合金試料を使用した。実験においては、まず、超合金試料を大気中で酸化させた。
【００７５】
酸化後の超合金試料の表層部の状態を、Ｘ線光電子分光法を用いて分析した。図９Ａは、分析結果を示すグラフである。図９Ａのグラフにおいて、横軸は、超合金試料の表面からの深さ（ナノメートル）を示し、縦軸は、検出強度（検出された光電子の個数）を示す。
【００７６】
図９Ａを参照すると、超合金試料の表層部（試料の表面からの深さ０ｎｍから深さ１６００ｎｍまでの領域）には、ニッケル酸化物、アルミニウム酸化物、および、クロム酸化物が形成されていることが把握される。また、試料の表面からの深さ０ｎｍから深さ８００ｎｍまでの領域には、金属ニッケルはほとんど存在していないことが把握される。
【００７７】
次に、上述の酸化後の超合金試料を、上述の第３ステップＳ３により還元処理した。そして、還元処理後の超合金試料の表層部の状態を、Ｘ線光電子分光法を用いて分析した。図９Ｂは、分析結果を示すグラフである。図９Ｂのグラフにおいて、横軸は、超合金試料の表面からの深さ（ナノメートル）を示し、縦軸は、検出強度（検出された光電子の個数）を示す。
【００７８】
図９Ｂを参照すると、超合金試料の表層部（試料の表面からの深さ０ｎｍから深さ１６００ｎｍまでの領域）には、アルミニウム酸化物、および、クロム酸化物が存在していることが把握される。換言すれば、アルミニウム酸化物、および、クロム酸化物は、還元処理によって、あまり還元されていないことが把握される。
【００７９】
また、図９Ｂを参照すると、試料の表面からの深さ０ｎｍから深さ８００ｎｍまでの領域には、金属ニッケルが存在することが把握される。換言すれば、試料の表面からの深さ０ｎｍから深さ８００ｎｍまでの領域に存在していたニッケル酸化物が、金属ニッケルに還元されたことが把握される。また、試料の表面からの深さ８００ｎｍから深さ１６００ｎｍまでの領域において、ニッケル酸化物がほとんど観測されなかったことから、試料の表面からの深さ８００ｎｍから深さ１６００ｎｍまでの領域に存在していたニッケル酸化物も、金属ニッケルに還元されたことが把握される。
【００８０】
以上のとおり、実施形態の還元工程では、ベース金属の酸化物であるニッケル酸化物は、効果的に還元され、アルミニウム酸化物およびクロム酸化物は、効果的に還元されないことが実証された。
【００８１】
次に、上述の還元処理後の超合金試料を、上述の第４ステップＳ４により酸処理した。そして、酸処理後の超合金試料の表層部の状態を、Ｘ線光電子分光法を用いて分析した。図９Ｃは、分析結果を示すグラフである。図９Ｃのグラフにおいて、横軸は、超合金試料の表面からの深さ（ナノメートル）を示し、縦軸は、検出強度（検出された光電子の個数）を示す。
【００８２】
図９Ｃを参照すると、超合金試料の表層部（試料の表面からの深さ０ｎｍから深さ１６００ｎｍまでの領域）には、アルミニウム酸化物、および、クロム酸化物がほとんど存在していないことが把握される。このことから、還元処理後に存在していた超合金試料の表層部の酸化膜が、酸処理後には、消失したことが把握される。なお、アルミニウム酸化物は、酸溶液に対して難溶性である。このため、酸化膜の消失は、アルミニウム酸化物の溶解に起因するものではないと推察される。酸化膜の消失は、酸化膜内のニッケルが溶解することにより、アルミニウム酸化物（およびクロム酸化物）が超合金試料に結合するための足場を失ったことに起因するものと推察される。
【００８３】
以上のとおり、還元処理後に酸処理を実行することにより、酸化膜が効果的に除去されることが実証された。
【００８４】
なお、酸化膜は、例えば、超合金部品が、高温環境下で、空気（酸素）と接触することにより形成された酸化膜である。そして、酸化膜は、高温環境に曝されると、酸に対して溶けにくくなる。このため、酸化膜を効果的に除去するためには、酸処理の前に還元処理が実行されることが好ましい。いくつかの実施形態では、酸処理前に還元処理が実行されている。このため、いくつかの実施形態では、酸処理後に還元処理を実行する場合と比較して、酸化膜がより効果的に除去される。
【００８５】
本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態又は変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態又は変形例にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１    ：超合金部品
３    ：クラック
５    ：還元処理装置
６    ：酸処理装置
１０  ：母材
２０  ：酸化膜
２２  ：ニッケル酸化物がリッチな領域
２４  ：アルミニウム酸化物がリッチな領域
３２  ：ニッケルがリッチな領域
４２  ：空洞
４３  ：空洞
５０  ：加熱チャンバー
５１  ：本体部
５２  ：開閉扉
５３  ：加熱装置
５４  ：温度センサ
５５  ：制御装置
５６  ：ガス供給管
５７  ：第１バルブ
５８  ：ガス排出管
５９  ：第２バルブ
６０  ：液槽
６２  ：酸溶液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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