(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌを含有する合金表面に、ショットブラスト又はショットピーニングによって機械的応力を付与し、格子欠陥を発生させ、表面層でのＡｌに対する酸素の拡散係数を増大させ、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜の生成を促進させるアルミ合金の耐高温酸化処理方法であり、
前記ショットブラスト又はショットピーニングによる加工時間は１面当り１０秒以上であることを特徴とするアルミ合金の耐高温酸化処理方法。
【請求項２】
Ａｌを含有する合金は、ＴｉＡｌ合金である請求項１のアルミ合金の耐高温酸化処理方法。
【請求項３】
Ａｌを含有する合金のＡｌ含有量は３１ｍａｓｓ％〜３９ｍａｓｓ％である請求項１、又は請求項２のアルミ合金の耐高温酸化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムを合金成分として含有するアルミ合金、例えばＴｉＡｌ合金の高温での耐酸化性を向上させるアルミ合金の耐高温酸化処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
密度が小さく、高温での比強度が大きい材料としてＴｉＡｌ合金があり、ＴｉＡｌ合金は、例えば、航空機用エンジンのタービンブレードに用いられる。
【０００３】
ＴｉＡｌ合金が、高温下で使用される場合は、まずＡｌが酸化し、表面にＡｌ2 Ｏ3 皮膜が形成されるが、ＴｉＡｌ合金中のＡｌの拡散係数は大きくない為にＴｉＡｌ合金中のＡｌ含有量が減少してＴｉが酸化し、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜よりＴｉＯ2 皮膜が優先的に形成される。又、ＴｉＯ2 皮膜は、多孔質で緻密性に欠け、Ｏイオンの透過を許すので、Ｔｉの酸化が進行する。
【０００４】
前記Ａｌ2 Ｏ3 皮膜は緻密で、耐酸化性に優れるが、上記した様に、ＴｉＡｌ合金の場合は、ＴｉＯ2 皮膜が優先的に形成され、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜が耐酸化膜として機能する迄に成長しない。
【０００５】
尚、ＴｉＡｌ合金のＡｌ含有量を増大させる、或はＡｌ拡散処理等によりＡｌ濃度を大きくすることで、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜生成量が増大して、耐酸化性が向上されるが、機械的強度が低下し、強度を要求する部位での使用が制限される。
【０００６】
又、特許文献１では、アルミナより標準生成自由エネルギの絶対値の低い酸化化合物を含む状態でショットピーニングすることによりＴｉ、Ａｌ以外の合金酸化層を形成して耐酸化性を向上させることが示されている。
【０００７】
特許文献１に示される方法では、適切な第３元素金属層の付与が必要となり、処理工程が複雑となり、適用材料も限定されるという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１２１２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、高温下で、有効な耐酸化性のＡｌ2 Ｏ3 皮膜が形成できない程度にＡｌ含有量が少ないＴｉＡｌ合金に於いて、簡単な処理で、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜の成長を促進させ、耐酸化性を増大させようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、Ａｌを含有する合金表面に、機械的応力を付与し、格子欠陥を発生させ、表面層でのＡｌに対する酸素の拡散係数を増大させ、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜の生成を促進させるアルミ合金の耐高温酸化処理方法に係るものである。
【００１１】
又本発明は、Ａｌを含有する合金は、ＴｉＡｌ合金であるアルミ合金の耐高温酸化処理方法に係るものである。
【００１２】
又本発明は、機械的応力は、ショットブラスト又はショットピーニングによって付与され、加工時間は１面当り１０秒以上であり、又Ａｌを含有する合金のＡｌ含有量は３１ｍａｓｓ％〜３９ｍａｓｓ％であるアルミ合金の耐高温酸化処理方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ａｌを含有する合金表面に、機械的応力を付与し、格子欠陥を発生させ、表面層でのＡｌに対する酸素の拡散係数を増大させ、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜の生成を促進させるので、簡単な表面加工によりＡｌ含有率の少ないＡｌ合金の耐酸化性を向上させ得るという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１５】
Ａｌを含有する合金、例えばＴｉＡｌ合金に於いて、強度が要求され、Ａｌ含有量が少なく（Ａｌ含有量４０ｍａｓｓ％以下）、緻密なＡｌ2 Ｏ3 皮膜を形成できないＴｉＡｌ合金、例えば、Ａｌ含有量３１ｍａｓｓ％〜３９ｍａｓｓ％のＴｉＡｌ合金の高温（８５０℃〜１０００℃）での耐酸化性を向上させる。
【００１６】
Ａｌの含有量が少なく、高温で緻密なＡｌ2 Ｏ3 皮膜を形成できないＴｉＡｌ合金（以下ＴｉＡｌ合金と称す）の表面に、ショットブラスト、ショットピーニング等の方法により表面層に、機械的応力を与え応力付加層を形成する。
【００１７】
機械的応力が与えられることで、ＴｉＡｌ合金に転位等の格子欠陥が生じる。転位等の格子欠陥では原子の拡散が容易となり、又ＡｌはＴｉに対して熱力学的に酸化し易い為、高温状態ではＴｉＯ2 皮膜よりＡｌ2 Ｏ3 皮膜が優先して成形され、ＴｉＡｌ合金表面には緻密なＡｌ2 Ｏ3 皮膜が形成される。該Ａｌ2 Ｏ3 皮膜は酸素の透過を抑制し、耐酸化性が向上する。
【００１８】
尚、ショットブラストで応力付加層を形成する場合、被加工物の表面が鋳造したまま、或は鏡面研磨した状態、即ち母材が露出した状態で、アルミナ等の粒子を用いて、１面当り１０秒以上、最大で６０秒程度の加工を実施する。尚、１０秒以上としたのは、Ａｌ2 Ｏ3 皮膜を形成する為に必要な応力付加層が得られることから、又最大６０秒程度としたのは、加工時間に対して応力付加層の形成が略飽和することによる。
【００１９】
図１（Ａ）、図１（Ｂ）はＴｉＡｌ合金を高温時で酸化させた場合の、模式図を示しており、表面層に応力付加層を形成しない場合の酸化状態が図１（Ａ）に示され、合金母材１の表面にはＴｉＯ2 皮膜２が形成され、該ＴｉＯ2 皮膜２は多孔性であり、非酸化保護膜であるので、時間と共にＴｉの酸化が進行し、前記ＴｉＯ2 皮膜２が増大し、やがて剥離する。
【００２０】
これに対し、図１（Ｂ）に示される様に、表面層に応力付加層３を形成した場合では、該応力付加層３表面に緻密なＡｌ2 Ｏ3 皮膜４が形成される。該Ａｌ2 Ｏ3 皮膜４は、酸素を透過しない酸化保護膜であり、Ｔｉの酸化を抑制する。
【００２１】
次に、Ｔｉ−４８ａｔ％Ａｌ−Ｍｏ（＜２ａｔ％）−Ｖ−（＜２ａｔ％）−Ｓｉ（＜１ａｔ％）合金を用い、大気−水蒸気（１０％）雰囲気中で、９２０℃、１５時間加熱した場合、アルミナ等の粒子を用いて、１面当り１０秒ショットブラスト加工した場合とショットブラスト加工しなかった場合の、スケール剥離による母材の重量変化を図２に示す。
【００２２】
図２中、実線はショットブラスト加工したもの、破線はショットブラスト加工しなかったものを示している。図示される様に、ショットブラスト加工したものは、ショットブラスト加工しなかったものに対して重量変化が大幅に少なくなっており、本発明を実施した場合の酸化抑制効果が顕著であることを示している。
【００２３】
図３は、酸素１０％、炭酸ガス７％、水蒸気６％、残窒素の雰囲気で、８５０℃で５時間加熱し、１時間冷却で、総加熱を１００時間とした場合の耐酸化性を評価したものであり、酸化による重量増加を示したものである。図示される様に、ショット加工材の方が非ショット加工材に比べ重量増加が著しく少なく、耐酸化性が向上したことが分る。
【００２４】
尚、本発明は、ＴｉＡｌ合金に限らず、Ａｌを含有する合金に対して実施することで、酸化抑制効果が発揮される。例えば、ＮｉＡｌ合金では、Ａｌの含有率が３ｗｔ％〜１７ｗｔ％に於いては、緻密なＡｌ2 Ｏ3 皮膜は形成されないが、本発明を実施することで緻密なＡｌ2 Ｏ3 皮膜が形成される様になり、酸化抑制効果が発揮される。その他、同様な作用によりＣｒＡｌ合金にも実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）は表面層に応力付加層を形成しない場合の酸化状態を示す模式図、（Ｂ）は表面層に応力付加層を形成した場合の酸化状態を示す模式図である。
【図２】高温加熱時のショットブラスト加工材料と、非ショットブラスト加工材料のスケール剥離による母材の重量変化を示す線図である。
【図３】高温加熱時のショットブラスト加工材料と、非ショットブラスト加工材料の重量変化を示す線図である。
【符号の説明】
【００２６】
１              合金母材
２              ＴｉＯ2 皮膜
３              応力付加層
４              Ａｌ2 Ｏ3 皮膜
【図１】
0005251025.tif 000002
【図２】
0005251025.tif 000003
【図３】
0005251025.tif 000004