(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成にハフニウムを含んでいるＮｉ基超合金の表面処理方法であって、
拡散処理を行うと前記ハフニウムを含む析出物が存在する場合がある前記Ｎｉ基超合金の表面にＮｉ層を形成した後、前記拡散処理を行うことを特徴とするＮｉ基超合金の表面処理方法。
【請求項２】
めっきにより、前記拡散処理後における表面付近での前記析出物の存在を防げる厚みの前記Ｎｉ層を形成することを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基超合金の表面処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の表面処理方法により表面に拡散被膜が形成されていることを特徴とするＮｉ基超合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｎｉ基超合金の表面処理方法、及びＮｉ基超合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば航空機のガスタービンエンジンに用いられる、Ｎｉ（ニッケル）基超合金の耐高温酸化性を向上させることを目的として、Ｎｉ基超合金の表面にアルミニウム（Ａｌ）などの物質を拡散させて拡散被膜を形成する表面処理方法が知られている。Ｎｉ基超合金の表面に拡散被膜を形成する方法としては、例えば、被膜材料となる粉末中にＮｉ基超合金からなる物体を埋め込んでそれらを加熱する方法（Pack Cementation）や、被膜材料となる粉末が配置された処理空間内において粉末の上方に上記物体を配置して加熱する、いわゆるAbove-Pack法などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Ｎｉ基超合金に上記拡散処理を行うと、その表面や表面付近に、合金に含まれる物質を主体とする析出物が存在する場合がある。特に、Ｎｉ基超合金にＨｆ（ハフニウム）が含まれている場合、上記拡散処理により、Ｈｆを含む析出物が表面付近に存在しやすい。
【０００４】
Ｎｉ基超合金では、こうした析出物が表面付近に存在すると、高温酸化雰囲気中において、析出物が存在する箇所で著しい局部酸化を示しやすい。こうした局部酸化は、耐高温酸化性の低下につながりやすい。
【０００５】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、表面付近の析出物の存在による局部酸化を防止し、Ｎｉ基超合金の耐高温酸化性を向上させることができる表面処理方法、及び高い耐高温酸化性を有するＮｉ基超合金を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の組成にハフニウムを含んでいるＮｉ基超合金の表面処理方法は、拡散処理を行うと前記ハフニウムを含む析出物が存在する場合がある前記Ｎｉ基超合金の表面にＮｉ層を形成した後、前記拡散処理を行うことを特徴とする。この場合において、めっきにより、前記拡散処理後における表面付近での前記析出物の存在を防げる厚みの前記Ｎｉ層を形成するとよい。上記のＮｉ基超合金の表面処理方法によれば、Ｎｉ基超合金の表面にＮｉ層を形成した後、拡散処理を行うことにより、Ｎｉ基超合金の表面に、析出物が存在しない拡散被膜の層を生じさせることが可能となる。そのため、高温酸化雰囲気中において、析出物の存在による局部酸化を防止し、Ｎｉ基超合金の耐高温酸化性を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明のＮｉ基超合金は、上記表面処理方法により表面に拡散被膜が形成されていることを特徴とする。
上記のＮｉ基超合金によれば、表面に析出物が存在しない拡散被膜の層が形成されていることから、高い耐高温酸化性を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明のＮｉ基超合金の表面処理方法は、Ｎｉ基超合金の表面に、Ｎｉ層を形成した後、拡散処理を行う。
図１は、上記表面処理方法によってＮｉ基超合金に拡散被膜を形成する様子の一例を模式的に示している。
図１（ａ）において、本発明のＮｉ基超合金は、Ｎｉ（ニッケル）を主基材とするものであり、Ｎｉを主基材の一部として含む超合金、例えばＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金や、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｒ系合金なども含むものとする。
【０００９】
図１（ｂ）において、本例では、めっき法により、Ｎｉ基超合金の母材１０の表面に、Ｎｉめっき層１１を形成する。めっき法としては、電気めっき、化学反応を用いた化学めっき（無電解めっきを含む）、真空空間を利用する真空めっき（真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなど）、熔融めっき法などが挙げられるが、簡素な装置で所望のめっき厚を得られるなどの点から電気めっきを好ましく用いることができる。また、めっき層１１の厚みは、後述する拡散処理後における表面付近での析出物の存在を防げるように、例えば５〜２０μｍ程度に定められる。
【００１０】
図１（ｃ）において、Ｎｉめっき層が形成されたＮｉ基超合金を拡散処理し、Ｎｉ基超合金の母材１０の表面に拡散被膜１２を形成する。拡散処理法としては、公知の種々の技術を用いることができ、例えば前述したPack-Cementation法、Above-Pack法などを用いてもよい。また、本例では、上記拡散被膜１２として、アルミニウム（Ａｌ）を主体とするＡｌ拡散皮膜を形成する。この場合、Ｎｉ基超合金の母材１０の表面に、Ｎｉ−Ａｌ層１３を含むＡｌ拡散被膜１２（コーティング層）が形成される。
【００１１】
本例では、アルミ拡散処理に先立って、Ｎｉ基超合金の母材１０の表面にＮｉめっき層１１を形成しているため、拡散被膜１２の表面及び表面付近に、母材１０の含有物質を主体とする析出物がほとんど存在しない。これは、拡散処理時において、Ｎｉめっき層１１にＡｌが拡散する一方、Ｎｉめっき層１１へ母材１０からの含有物質が拡散しないなどの理由が考えられる。そのため、高温酸化雰囲気中において、Ｎｉ基超合金の表面付近での析出物の存在による局部酸化が防止され、Ｎｉ基超合金の耐高温酸化性を向上させることができる。なお、Ｎｉめっきは比較的低コストで実施可能であることから、本例では、大幅なコスト増を招くことなく上記効果を得ることができる。
【００１２】
【実施例】
次に、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗ、及びＮｉ（残部）と不可避的不純物からなるＮｉ基超合金（ＭａｒＭ２４７）を用い、これにＡｌ拡散処理による表面処理を行った。上記Ｎｉ基超合金の組成比を以下に示す。
【００１３】
Ｎｉ基超合金（ＭａｒＭ２４７）の組成比
Ｃｒ：８．０３重量％
Ｃｏ：９．３９重量％
Ｍｏ：０．５０重量％
Ｔａ：３．１６重量％
Ｈｆ：１．５０重量％
Ｔｉ：０・７３重量％
Ａｌ：５．６０重量％
Ｗ  ：９．４７重量％
Ｎｉ：ｂａｌ．（残部）
【００１４】
表面処理は、（１）Ｎｉめっきを行わずにＡｌ拡散処理を行う場合（比較例）、（２）Ｎｉめっきを行った後にＡｌ拡散処理を行う場合（実施例）、の２種類を実施した。Ａｌ拡散処理の処理条件、及びＮｉめっきの処理条件はそれぞれ以下の通りである。
【００１５】
「Ａｌ拡散処理の処理条件」
・拡散用粉末
Ａｌ粉末：１０重量％
活性材  ：ＮＨ4Ｆ
Ａｌ2０3：ｂａｌ．（残部）
・上記拡散用粉末中に試料を埋没、１０５０℃−４時間の加熱処理の後、真空中で１０５０℃−２時間の拡散処理を行った。
【００１６】
「Ｎｉめっきの処理条件」
・めっき液組成（水溶液）
ＮｉＳＯ4       ：７．５％
ホウ酸          ：１．５％
塩化アンモニウム：１．５％
電流密度        ：２．５ｍＡ／ｃｍ2
・上記めっき液を用いて、室温にてＮｉめっき処理（電気めっき）を行い、１０μのＮｉめっき層を成膜した。
【００１７】
上記表面処理後の試料について、表面組織の状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察を行った。その結果、Ｎｉめっき処理を行わなかった試料（比較例）では、表面付近にＨｆを主成分とする析出物が観察されたのに対し、拡散処理に先立ってＮｉめっき処理を行った試料（実施例）では、表面付近に析出物は観察されなかった。ＳＥＭによる各試料の表面付近の断面写真を図２（比較例）及び図３（実施例）に示す。
【００１８】
次に、上記各試料の耐高温酸化性を評価するために、１２７３Ｋ、Ａｉｒ−３０％Ｈ2Ｏの雰囲気中に５００時間（１．８×１０3ｋｓ）各試料を配し、試料表面の最大侵食深さを調べた。この試験結果を図４に示す。なお、この図４には、上記各試料（比較例、及び実施例）に加えて、（３）Ｎｉ基超合金基材、（４）めっき処理を行わずに９７３ＫでＡｌ拡散処理した試料、（５）Ｐｔめっき処理後にＡｌ拡散処理した試料の各試料について、上記雰囲気中での最大侵食深さを調べた結果を示している。
【００１９】
図４から明らかなように、アルミ拡散処理に先立ってＮｉめっき層を形成した実施例の試料は、他の試料に比べて最大侵食深さが浅く、高温酸化雰囲気中において、高い耐高温酸化性を有することが分かった。したがって、アルミ拡散処理に先立って、Ｎｉ基超合金の母材の表面にＮｉめっき層を形成することにより、Ｎｉ基超合金の耐高温酸化性を向上させることができることが分かった。
【００２０】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＮｉ基超合金の表面処理方法によれば、Ｎｉ基超合金の表面にＮｉ層を形成した後、拡散処理を行うことにより、表面付近の析出物の存在による局部酸化を防止し、Ｎｉ基超合金の耐高温酸化性を向上させることができる。
また、本発明のＮｉ基超合金は、表面付近に局部酸化の原因となる析出物がほとんど存在しないことから、高い耐高温酸化性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の表面処理方法の一例をを模式的に示す図である。
【図２】  Ｎｉめっき処理を行わずにＡｌ拡散処理を行った場合（比較例）のＳＥＭによる表面付近の断面写真を示す図である。
【図３】  Ｎｉめっき処理を行った後にＡｌ拡散処理を行った場合（実施例）のＳＥＭによる表面付近の断面写真を示す図である。
【図４】  耐高温酸化性の評価試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
１０  Ｎｉ基超合金（母材）
１１  Ｎｉめっき層
１２  拡散被膜（コーティング層）
１３  Ｎｉ−Ａｌ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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