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JP2007327349A - Member for feed pump and method for manufacturing same - Google Patents

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JP2007327349A
JP2007327349A JP2006157205A JP2006157205A JP2007327349A JP 2007327349 A JP2007327349 A JP 2007327349A JP 2006157205 A JP2006157205 A JP 2006157205A JP 2006157205 A JP2006157205 A JP 2006157205A JP 2007327349 A JP2007327349 A JP 2007327349A
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JP
Japan
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amorphous film
film
base material
feed pump
average roughness
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Pending
Application number
JP2006157205A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Harada
良夫 原田
Takema Teratani
武馬 寺谷
Shigeru Adachi
慈 足立
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.)
Tocalo Co Ltd
Original Assignee
Tocalo Co Ltd
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Publication date
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  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a member for a feed pump manufacturable at low cost and having hard film with excellent corrosion resistance and adhesiveness on a surface thereof, and a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: An impeller 1 is provided with a roughly bell shape cylindrical part and a blade part formed around the same. Partially enlarged section part 11 near a surface of the impeller 1 is provided with metal base material 12, and amorphous film 13 formed on a surface of the base material 12 by high frequency plasma CVD method. A thickness of the amorphous film is preferably 1-50μm. Hardness thereof is preferably HV 700-2800. An arithmetic mean roughness Ra of surface of the amorphous film is preferably 0.5μm or less and ten point average roughness Rz is preferably 2.0 or less. A ratio of hydrogen atoms in the amorphous film is preferably in a range of 10-50 atom%, the rest being composed of carbon atoms. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、優れた耐食性と防汚性とを有する送液ポンプ用部材及びその製造方法に関するものである。特に、本発明は、各種の形式、構造及び性能を有するポンプが取り扱う液体(例えば、海水、工業用水(冷却水)、純水、上下水道水、酸、アルカリ、有機溶媒、化学プロセス及び医科学用の薬液、石油精製及び石油化学プロセス用石油系液体など)を送液するのに用いられる送液ポンプ用用部材及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a liquid feed pump member having excellent corrosion resistance and antifouling properties and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to liquids handled by pumps having various types, structures and performances (for example, seawater, industrial water (cooling water), pure water, water and sewage water, acids, alkalis, organic solvents, chemical processes, and medical science). The present invention relates to a member for a feed pump used for feeding a chemical solution for use in petroleum, a petroleum-based liquid for petroleum refining and petrochemical processes, and a method for producing the same.

一般に送液用のポンプは水力機会として分類すると概略次のように整理することができる。
(1)うず巻ポンプ(ボリュートポンプ、タービンポンプ、プロペラポンプ)
(2)軸流ポンプ(可動翼プロペラポンプ)
(3)往復ポンプ(ピストンポンプ、プランジャーポンプ)
(4)回転ポンプ(ギヤホンプ、ベーンポンプ)
(5)特殊ポンプ(摩擦ポンプ、気泡ポンプ、ジェットポンプ)
In general, liquid pumps can be roughly classified as follows when classified as hydraulic opportunities.
(1) Spiral pump (volute pump, turbine pump, propeller pump)
(2) Axial flow pump (movable blade propeller pump)
(3) Reciprocating pump (piston pump, plunger pump)
(4) Rotary pump (gear pump, vane pump)
(5) Special pump (friction pump, bubble pump, jet pump)

一方これらのポンプ類は送液の種類と目的によって種々に呼称されているが、送液の種類によって分類すると下記のようになる。
(1)水および水溶液(純水、工業用水(冷却用)、上下水道水、海水、酸、アルカリ)
(2)各種プロセス用液(化学工業における無機および有機系液体)
(3)石油系液体(原油、精製油、精製残渣油)
(4)医科学、製薬用液体(生理的食塩水、合成薬液、点滴、注射用薬液など)
これらの送液はそれぞれ、物理化学的性質が異なるとともに送液量および揚程が相違するため大小さまざまなポンプが適用されている。
On the other hand, these pumps are variously named according to the type and purpose of liquid feeding, and are classified as follows according to the type of liquid feeding.
(1) Water and aqueous solutions (pure water, industrial water (for cooling), water and sewage water, seawater, acid, alkali)
(2) Various process liquids (inorganic and organic liquids in the chemical industry)
(3) Petroleum liquid (crude oil, refined oil, refined residue oil)
(4) Medical science, pharmaceutical fluids (physiological saline, synthetic drug solution, infusion, injection solution, etc.)
Since these liquid feeds have different physicochemical properties and have different liquid feed amounts and lifts, various types of pumps are applied.

送液の種類によるポンプ部材腐食損傷を材料別にみると、それぞれの目標に応じて、鋳鉄、鋳鋼、各種ステンレス鋼、TiおよびTi合金などが適用され、またこれらの部材の表面に各種の表面処理皮膜を形成して、耐食性および耐キャビテーション・エロージョン性を向上させることが行われている。例えば、下記特許文献1、2には、送液による腐食を防止するため、Niめっき、WCサーメットによる溶射皮膜の技術について開示されている。また、下記特許文献3においては、フッ化不動態処理の技術、下記特許文献4には、耐スラリーエロージョン用としての溶射被膜の技術、下記特許文献5には、キャビテーション・エロージョン防止のためのNi基、Co基溶接肉盛などの技術が開示されている。   When looking at the corrosion damage of pump parts by type of liquid by material, cast iron, cast steel, various stainless steels, Ti and Ti alloys, etc. are applied according to each target, and various surface treatments are applied to the surface of these members A film is formed to improve corrosion resistance and cavitation erosion resistance. For example, the following Patent Documents 1 and 2 disclose a technique of thermal spray coating by Ni plating and WC cermet in order to prevent corrosion due to liquid feeding. Further, in Patent Document 3 below, fluorination passivation treatment technology, in Patent Document 4 below, a sprayed coating technology for anti-slurry erosion, and in Patent Document 5 below, Ni for preventing cavitation and erosion. Techniques such as base and Co base welding overlay are disclosed.

特開2004−036555号公報JP 2004-036555 A 特開2004−019490号公報JP 2004-019490 A 特開2001−288555号公報JP 2001-288555 A 特開2004−010974号公報JP 2004-010974 A 特開2003−247084号公報JP 2003-247084 A

しかしながら、上記特許文献1〜5に代表される現行の送液ポンプ用には、次に示すような腐食防食上の課題がある。   However, the current liquid feed pumps represented by Patent Documents 1 to 5 have the following problems in corrosion and corrosion prevention.

(1) 送液によるポンプ部材の腐食を抑制するために、高級な耐食性材料を使用すると著しくコストアップとなり、経済的でない。 (1) Use of a high-grade corrosion-resistant material to suppress corrosion of the pump member due to liquid feeding increases the cost significantly and is not economical.

(2) 従来技術による電気めっき皮膜や溶射皮膜の施工は無処理の基材に比較すると耐食性および耐エロージョン性は向上するものの、その性能は十分ではない。またこれらの表面処理皮膜の施工は、ポンプ部材の形状によっては施工が困難であるうえ、たとえ成膜できたとしても、皮膜の性能が十分でなく、期待したような成果は得られていない。具体的には、電気めっきではポンプ部材の凸部形状に過剰に積層される反面、狭隘な部分には成膜できない。また、溶射法でも電気めっきと同様な影響があるほか、溶射角度が45度以下のところには、たとえ成膜できたとしても密着力が低く、所期の目的を達成することができない。 (2) Although the electroplating film and the thermal spray coating according to the prior art are improved in corrosion resistance and erosion resistance as compared with an untreated substrate, the performance is not sufficient. Further, the application of these surface treatment films is difficult depending on the shape of the pump member, and even if a film can be formed, the performance of the film is not sufficient, and the expected results are not obtained. Specifically, in electroplating, it is excessively stacked on the convex shape of the pump member, but it cannot be formed on a narrow portion. In addition, the thermal spraying method has the same effect as electroplating, and even when the thermal spray angle is 45 degrees or less, even if a film can be formed, the adhesion is low, and the intended purpose cannot be achieved.

(3) 各種の表面処理皮膜を形成した部材を組み込んだポンプでは、ポンプ基材と表面処理皮膜の電位が異なるため、電位の卑な基材部が電気化学的に腐食が促進され、却って大きな腐食損傷を招くことがある(一般に電食と呼ばれている現象)。 (3) In a pump incorporating a member on which various surface treatment films are formed, the pump base material and the surface treatment film have different potentials. It can lead to corrosion damage (a phenomenon commonly called electric corrosion).

(4) 各種の表面処理皮膜を施工したポンプ部材では常に皮膜のはく離が問題となっており、用途によっては、はく離した皮膜によって次のような障害が発生することがある。
(a)はく離した皮膜が混入することによる医薬品用液の品質低下。
(b)比重の大きい金属皮膜のはく離による高速回転インペラー、ローター、などのバランス崩れによるポンプ運転の停止。
(4) Peeling of the coating is always a problem in pump members with various surface treatment coatings, and depending on the application, the following failures may occur due to the peeling coating.
(A) Degradation of pharmaceutical solution quality due to contamination of the peeled film.
(B) The pump operation is stopped due to the imbalance of the high-speed rotating impeller, rotor, etc. due to the peeling of the metal film having a large specific gravity.

(5) 送液中に大量の固形異物(例えばパルプ、オイルスラッジなど)が混入していると、これらの異物が、ポンプ部材であるインペラー、ローターなどの回転部に付着して回転運動を妨げ、長期間にわたる安定運転ができなくなることがある。 (5) If a large amount of solid foreign matter (for example, pulp, oil sludge, etc.) is mixed in the liquid feeding, these foreign matter adheres to the rotating parts such as impellers and rotors that are pump members, preventing rotational movement. , Stable operation over a long period of time may not be possible.

(6) 医薬品、超純水を送液とするポンプではポンプ部材から溶出する僅かな金属成分によっても製品を著しく汚染するなどの品質上の問題がある。 (6) In a pump that uses pharmaceuticals and ultrapure water as a pump, there is a quality problem such that the product is significantly contaminated by a small amount of metal components eluted from the pump member.

そこで、本発明は、安価で製造でき、優れた耐食性及び密着性を有する硬質の膜を表面に有する送液ポンプ用用部材及びその製造方法を提供するものである。   Therefore, the present invention provides a member for a liquid feed pump that can be manufactured at low cost and has a hard film having excellent corrosion resistance and adhesion on the surface, and a method for manufacturing the same.

本発明の送液ポンプ用部材は、基材の表面に、直接または下塗り膜を介して、炭素と水素とを主成分とするアモルファス状膜を被覆したものである。   The member for a liquid feed pump of the present invention is obtained by coating an amorphous film mainly composed of carbon and hydrogen on the surface of a base material directly or through an undercoat film.

本発明の送液ポンプ用部材においては、前記アモルファス状膜の厚さが1μm〜50μmの範囲にあることが好ましい。   In the liquid feed pump member of the present invention, it is preferable that the amorphous film has a thickness in the range of 1 μm to 50 μm.

本発明の送液ポンプ用部材においては、前記アモルファス状膜の硬さがHV700〜2800の範囲にあることが好ましい。   In the liquid feed pump member of the present invention, the hardness of the amorphous film is preferably in the range of HV700 to 2800.

本発明の送液ポンプ用部材においては、前記アモルファス状膜の表面の算術平均粗さRaが0.5μm以下、且つ、十点平均粗さRzが2.0μm以下であることが好ましい。   In the liquid feed pump member of the present invention, the arithmetic average roughness Ra of the surface of the amorphous film is preferably 0.5 μm or less and the ten-point average roughness Rz is preferably 2.0 μm or less.

本発明の送液ポンプ用部材においては、前記アモルファス状膜における炭素原子の割合が90原子%〜50原子%、水素原子の割合が10原子%〜50原子%の範囲で組成されているものであるとともに、前記アモルファス状膜に対する該炭素原子及び該水素原子の組成割合が100原子%以下であることが好ましい。   In the liquid feed pump member of the present invention, the amorphous film has a carbon atom ratio of 90 atomic% to 50 atomic% and a hydrogen atom ratio of 10 atomic% to 50 atomic%. In addition, the composition ratio of the carbon atoms and the hydrogen atoms to the amorphous film is preferably 100 atomic% or less.

本発明の送液ポンプ用部材においては、前記基材が、鋳鉄、鋳鋼、Ti、Alの単体およびその合金、炭素を含み、クロムを必須成分とする構造用鋼、並びにNiとCrとを必須成分とするステンレス鋼およびNi基合金のうちから選ばれる1種の金属材料であることが好ましい。   In the liquid feed pump member of the present invention, the base material is essentially composed of cast iron, cast steel, a simple substance of Ti, Al and alloys thereof, structural steel containing carbon and having chromium as an essential component, and Ni and Cr. One metal material selected from stainless steel and Ni-base alloy as components is preferable.

本発明の送液ポンプ用部材においては、前記下塗り膜が、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siの単体またはそれらの合金から選ばれる1種以上の膜厚0.1μm〜3μmの膜であることが好ましい。   In the liquid feed pump member of the present invention, the undercoat film has a thickness of 0.1 μm to 3 μm of one or more kinds selected from a simple substance of Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, Si or an alloy thereof. A membrane is preferred.

本発明の送液ポンプ用部材においては、C、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siの単体またはそれらの合金から選ばれる1種以上の元素を、前記基材の表面部に注入することによって形成された注入層をさらに有するこことが好ましい。   In the liquid feed pump member of the present invention, one or more elements selected from C, Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, Si, or an alloy thereof are injected into the surface portion of the substrate. It is preferable to further have an injection layer formed by doing so.

本発明の送液ポンプ用部材においては、前記基材の表面の算術平均粗さRaが2.0μm以下、十点平均粗さRzが8.0μmであることが好ましい。   In the liquid feed pump member of the present invention, the arithmetic average roughness Ra of the surface of the substrate is preferably 2.0 μm or less, and the ten-point average roughness Rz is preferably 8.0 μm.

本発明の送液ポンプ用部材の製造方法は、基材の表面の算術平均粗さRaが2.0μm以下、十点平均粗さRzが8.0μm以下となるように加工する基材表面加工工程と、前記基材上に、炭素と水素とを主成分とするアモルファス状膜を被覆形成するアモルファス状膜被覆工程とを有するものである。   In the method for producing a member for a liquid feed pump according to the present invention, the substrate surface processing is performed so that the arithmetic average roughness Ra of the substrate surface is 2.0 μm or less and the ten-point average roughness Rz is 8.0 μm or less. And an amorphous film coating step of coating and forming an amorphous film mainly composed of carbon and hydrogen on the base material.

本発明の送液ポンプ用部材の製造方法においては、加工された前記基材の表面部に、C、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siから選ばれる元素の注入層を形成する工程を、前記基材表面加工工程と前記アモルファス状膜被覆工程との間に有することが好ましい。   In the method for manufacturing a liquid feed pump member of the present invention, an injection layer of an element selected from C, Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, and Si is formed on the surface portion of the processed base material. It is preferable to have a step between the substrate surface processing step and the amorphous film coating step.

別の観点として、本発明の送液ポンプ用部材の製造方法は、基材の表面の算術平均粗さRaが2.0μm以下、十点平均粗さRzが8.0μm以下となるように加工する基材表面加工工程と、加工された前記基材の表面上に、C、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siから選ばれる単体またはそれらの合金からなる下塗り膜を被覆形成する下塗り膜被覆工程と、前記下塗り膜の表面上に、炭素と水素を主成分とするアモルファス状膜を被覆形成するアモルファス状膜被覆工程とを有する。   As another aspect, the method for producing a member for a liquid feed pump according to the present invention is processed so that the arithmetic average roughness Ra of the surface of the substrate is 2.0 μm or less and the ten-point average roughness Rz is 8.0 μm or less. A base material surface processing step to be performed, and an undercoat film made of a simple substance selected from C, Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, and Si or an alloy thereof is formed on the surface of the processed base material. An undercoat film coating step, and an amorphous film coating step of coating an amorphous film mainly composed of carbon and hydrogen on the surface of the undercoat film.

本発明の送液ポンプ用部材に形成した炭素と水素を主成分とするアモルファス状膜は、緻密で化学的に安定な性質を有しているので、酸、アルカリ、各種のプロセス用無機及び有機質の液体に対して優れた耐食性を発揮する。また、上述のアモルファス状膜は硬質な膜であるため、送液に含まれている異物類と接触しても傷が発生しがたい。さらに、このアモルファス状膜は、表面が比較的平滑であるため、異物類の付着も困難であるなどの効果が期待できる。したがって、本発明の送液ポンプ用部材は、僅かな金属成分の混入を忌避する液状の医薬品や、超純水用ポンプとして安心して利用できることが期待され、ポンプの運転期間の延長に加え補修費、交換費の低減などによって工業生産の向上、生産コストの削減に大きく貢献することが期待できる。   Since the amorphous film mainly composed of carbon and hydrogen formed on the liquid feed pump member of the present invention has a dense and chemically stable property, it is acid, alkali, inorganic and organic for various processes. Exhibits excellent corrosion resistance against liquids. Further, since the above-described amorphous film is a hard film, it is difficult to cause scratches even when it comes into contact with foreign substances contained in the liquid feeding. Furthermore, since this amorphous film has a relatively smooth surface, it can be expected to have an effect that it is difficult to adhere foreign substances. Therefore, the liquid pump member according to the present invention is expected to be used with confidence as a liquid medicine that avoids the contamination of a small amount of metal components and as a pump for ultrapure water. In addition to extending the operation period of the pump, repair costs It can be expected to greatly contribute to the improvement of industrial production and the reduction of production costs by reducing exchange costs.

加えて、本発明の送液ポンプ用部材の製造方法によれば、複雑な形状のローター、ケーシングなどの送液ポンプ用部材に対しても均等な成膜が可能である。つまり、形状の異なる様々な送液ポンプ用部材に対して、均等な皮膜を形成させることが可能となる。   In addition, according to the method for producing a member for a liquid feed pump of the present invention, uniform film formation is possible even for a member for a liquid feed pump such as a rotor or casing having a complicated shape. In other words, it is possible to form uniform coatings on various liquid feed pump members having different shapes.

以下に、本発明の実施形態に係るインペラー(送液ポンプ用部材の1つ)及びその製造方法について説明する。   Below, the impeller (one of the members for liquid feeding pumps) which concerns on embodiment of this invention, and its manufacturing method are demonstrated.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るインペラーを示す斜視図である。図2は、図1に係るインペラーの表面付近の一部拡大断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing an impeller according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the vicinity of the surface of the impeller according to FIG.

インペラー1は、略釣り鐘状の筒部1aと、その周囲に形成された羽根部1b、1c、1dとを備えている。そして、インペラー1の表面付近の一部拡大断面部分11は、金属製の基材12と、この基材12の表面に形成されたアモルファス状膜13とを備えている。   The impeller 1 includes a substantially bell-shaped cylindrical portion 1a and blade portions 1b, 1c, and 1d formed around the cylindrical portion 1a. The partially enlarged cross-sectional portion 11 near the surface of the impeller 1 includes a metal base 12 and an amorphous film 13 formed on the surface of the base 12.

基材12としては、鋳鉄、鋳鋼、Ti、Alの単体およびその合金、炭素を含み、クロムを必須成分とする構造用鋼、NiとCrとを必須成分とするステンレス鋼およびNi基合金等が挙げられる。特に、鋳鉄、鋳鋼は、多量の炭素を含むとともに、ミクロ的には菊花状、片状、球状となって偏析するとともに、FeC(セメンタイト)と共存していることから、アモルファス状膜13とは良好な密着性をしめすので、ミクロ組織的視野からも綴密な状態のアモルファス状膜13とできる。また、基材12の表面の算術平均粗さRaは2.0μm以下、十点平均粗さRzは8.0μmである。 Examples of the base material 12 include cast iron, cast steel, simple elements of Ti and Al and alloys thereof, structural steel containing carbon and containing chromium as an essential component, stainless steel and Ni-based alloy containing Ni and Cr as essential components, and the like. Can be mentioned. In particular, cast iron and cast steel contain a large amount of carbon, microscopically segregate into chrysanthemum, flakes, and spheres, and coexist with Fe 3 C (cementite). Since it shows good adhesion, the amorphous film 13 can be formed in a dense state from a microstructural view. The arithmetic average roughness Ra of the surface of the substrate 12 is 2.0 μm or less, and the ten-point average roughness Rz is 8.0 μm.

アモルファス状膜13は、炭素と水素とを主成分とするものであり、厚さが1μm〜50μmの範囲にある。特に5〜20μmが好適である。1μmより薄い膜では耐食性、耐摩耗性が十分ではなく、また50μmより厚い皮膜では、成膜に長時間を要する一方、皮膜性能について格段の向上が認められないので、生産コストの上昇を招き、得策ではない。   The amorphous film 13 is mainly composed of carbon and hydrogen, and has a thickness in the range of 1 μm to 50 μm. 5-20 micrometers is especially suitable. A film thinner than 1 μm does not have sufficient corrosion resistance and wear resistance, and a film thicker than 50 μm takes a long time to form a film. On the other hand, no significant improvement in film performance is observed, leading to an increase in production cost. It's not a good idea.

また、アモルファス状膜13の硬さは、マイクロビッカース硬さでHV700〜2800の範囲にある。鋳鉄・鋳鋼の硬さ(HV130〜200)に比較すると格段に硬く、優れたキャビテーション・エロージョン性を発揮する。   The hardness of the amorphous film 13 is in the range of HV700 to 2800 in terms of micro Vickers hardness. Compared to the hardness of cast iron and cast steel (HV 130 to 200), it is extremely hard and exhibits excellent cavitation and erosion properties.

さらに、アモルファス状膜13においては、炭素原子の割合が90原子%〜50原子%、水素原子の割合が10原子%〜50原子%の範囲で組成されているものであるとともに、アモルファス状膜13に対する該炭素原子及び該水素原子の組成割合が100原子%以下となるように調整されている。なお、アモルファス状膜13は、水素含有量10原子%〜50原子%で、残りが炭素から構成されるものが好適である。さらに、水素含有量が10原子%〜35原子%のアモルファス状膜13とすれば、送液ポンプ用部材の大部分は、大きな熱膨張や、機械的変形を受けることが少なく、人工ダイヤモンド膜に比較すると軟質ではあるものの、成膜時に発生する皮膜の残留応力が小さくなるため、より密着性、延性に優れるものとなる。なお、水素含有量10原子%未満のアモルファス状膜は、成膜時に大きな内部応力を発生するため、厚膜(10μm以上)の形成が困難であり、また、硬質であるものの、延性に乏しく、僅かな基材の変形によって剥離する傾向がみられる。一方、水素含有量が50原子%より大きくなると、アモルファス状膜13の硬さおよび機械的強度が低下するので好ましくない。   Further, the amorphous film 13 is composed of carbon atoms in a range of 90 atomic% to 50 atomic%, hydrogen atoms in a range of 10 atomic% to 50 atomic%, and the amorphous film 13. The composition ratio of the carbon atom and the hydrogen atom with respect to is adjusted to be 100 atomic% or less. The amorphous film 13 preferably has a hydrogen content of 10 atomic% to 50 atomic% and the remainder is made of carbon. Furthermore, if the amorphous film 13 having a hydrogen content of 10 atomic% to 35 atomic% is used, most of the liquid feed pump member is less susceptible to large thermal expansion and mechanical deformation, and the artificial diamond film is formed. Although it is soft in comparison, the residual stress of the film generated at the time of film formation becomes small, so that the adhesion and ductility are further improved. Note that an amorphous film having a hydrogen content of less than 10 atomic% generates a large internal stress at the time of film formation, so that it is difficult to form a thick film (10 μm or more), and although it is hard, it has poor ductility. There is a tendency to peel off due to slight deformation of the substrate. On the other hand, if the hydrogen content is larger than 50 atomic%, the hardness and mechanical strength of the amorphous film 13 are lowered, which is not preferable.

また、アモルファス状膜13の表面の算術平均粗さRaは0.5μm以下、且つ、十点平均粗さRzは2.0μm以下である。したがって、平滑面であるので、固形の異物類は物理的に付着し難い状態となっている。   Further, the arithmetic average roughness Ra of the surface of the amorphous film 13 is 0.5 μm or less, and the ten-point average roughness Rz is 2.0 μm or less. Therefore, since it is a smooth surface, solid foreign substances are in a state where it is difficult to physically adhere.

このようなアモルファス状膜13は、緻密であるうえ、酸、アルカリ、などの水溶液中に浸漬してもまったく腐食されず、気孔が無いため、基材の気孔部分のみが優先的に腐食されて顕在化する孔食の発生がない。また、基材12表面に形成されるアモルファス状膜13は、400℃未満で使用される。なぜなら、400℃以上では、二酸化炭素や水に分解されてしまうことがあるからである。なお、比重が約1.7〜1.8程度であるため、高速回転するインペラー1に、例え、上述の分解や剥離が発生したとしても、その回転に影響を与えることがほとんどないので、バランスを崩すことがなく、安定したポンプの運転を続けることができる。また、炭素と水素とを主成分とするアモルファス状態の表面は、通常親油性(疎水性)を示すが、一変形例として、NやSiを注入させて親水性に変化させることで、送液の種類によって表面機能を制御して用いることができる。   Such an amorphous film 13 is dense and is not corroded at all even when immersed in an aqueous solution of acid, alkali, etc., and has no pores, so that only the pores of the substrate are preferentially corroded. There is no occurrence of pitting corrosion. The amorphous film 13 formed on the surface of the substrate 12 is used at less than 400 ° C. This is because at 400 ° C. or higher, it may be decomposed into carbon dioxide or water. In addition, since the specific gravity is about 1.7 to 1.8, even if the above-described disassembly or separation occurs in the impeller 1 that rotates at high speed, the rotation hardly affects the rotation. The stable pump operation can be continued without breaking In addition, the amorphous surface mainly composed of carbon and hydrogen is usually oleophilic (hydrophobic). However, as a modification, N or Si is injected to change the surface to hydrophilic. The surface function can be controlled and used depending on the type.

次に、インペラー1の製造方法について工程ごとに説明する。   Next, the manufacturing method of the impeller 1 is demonstrated for every process.

(1:基材表面の仕上げ工程)
アモルファス状膜13を形成するための基材12表面においては、機械的、化学的および電気化学的方法によって、算術平均粗さRaが2.0μm以下、十点平均粗さRzが8.0μm以下の状態となるように仕上げる。このような表面仕上げを行わないと、基材13表面は粗いので、突起物などが存在する場合がある。従って、基材12表面に形成するアモルファス状膜13の厚さが10μmと比較的薄い場合、突起物のある部分のアモルファス状膜13が早期に破壊されたり、腐食発生の起点となったりすることがある。
(1: Finishing process of substrate surface)
On the surface of the base material 12 for forming the amorphous film 13, the arithmetic average roughness Ra is 2.0 μm or less and the ten-point average roughness Rz is 8.0 μm or less by mechanical, chemical and electrochemical methods. Finish to the state of. If such surface finishing is not performed, the surface of the base material 13 is rough, and thus projections and the like may exist. Therefore, when the thickness of the amorphous film 13 formed on the surface of the base material 12 is relatively thin as 10 μm, the amorphous film 13 in the portion where the protrusion is present may be destroyed at an early stage or may be a starting point of corrosion. There is.

機械的に研磨する場合は細粒の#600の研磨ベルトを用いて算術平均粗さRaを1〜3μm程度にしたあと、ラッピング加工やバフ研磨によって表面の突起物を除去し、十点平均粗さRzを1.5以下に仕上げることができる。また、細粒の研磨ベルト加工を終えた面を化学研磨法(例えば硝酸、塩酸、リン酸などの混合液)またはこれらの研磨液中で基材12を陽極として電解研磨法を適用すれば算術平均粗さRaが0.1μm、十点平均粗さRzが0.5μm以下の程度の鏡面が得られ、特に好適な前処理面を形成できる。ただし、アモルファス状膜13の厚さが10μm〜50μmの場合には、機械的研磨(Raが1μm〜3μm、Rzが4μm〜8μm)だけでも密着性および性能のよいアモルファス状膜13が形成されるとともに、アモルファス状膜の表面粗さが、基材の粗さの影響を受けがたくなって、平滑化する傾向があるので、このときは特に仕上げ程度を規定しなくともよい。   When mechanically polishing, the arithmetic average roughness Ra is set to about 1 to 3 μm using a fine-grained # 600 polishing belt, and then surface projections are removed by lapping or buffing to obtain a ten-point average roughness. The thickness Rz can be finished to 1.5 or less. In addition, if the surface after finishing the fine abrasive belt is subjected to a chemical polishing method (for example, a mixed solution of nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, etc.) or an electrolytic polishing method is applied in these polishing solutions using the substrate 12 as an anode, arithmetic A mirror surface having an average roughness Ra of 0.1 μm and a ten-point average roughness Rz of 0.5 μm or less is obtained, and a particularly suitable pretreatment surface can be formed. However, when the thickness of the amorphous film 13 is 10 μm to 50 μm, the amorphous film 13 having good adhesion and performance can be formed only by mechanical polishing (Ra is 1 μm to 3 μm, Rz is 4 μm to 8 μm). At the same time, the surface roughness of the amorphous film is not easily affected by the roughness of the base material and tends to be smoothed.

(2:アモルファス状膜の形成工程)
次に、上述の仕上げ工程を経た基材12表面にアモルファス状膜を形成する工程について説明する。図3は、アモルファス状膜を形成するための装置の概略構成図である。この装置は、接地された反応容器2と、この反応容器2内部空間とそれぞれバルブ7a、バルブ7bを介して接続されている成膜用の有機系ガス導入装置(図示せず)及び反応容器を真空引きする真空装置(図示せず)と、反応容器2内の所定の位置に配設されるインペラー1の基材12に接続する導体3に、高周波電流などを印加する導入端子9を介して高電圧パルスを印加するための高電圧パルス発生電源4と、導入端子9を介して導体3に高周波を印加し、インペラー1の基材12周囲にプラズマを発生させるプラズマ発生用電源5と、パルスおよび高周波の印加を一つの導体3で共用するために、高電圧パルス発生電源4及びプラズマ発生用電源5との間に設けられるとともに、高電圧導入部9と電気的に接続されている重乗装置6と、反応容器2及び地表と電気的に接続されているアース線8とを備えている。
(2: Amorphous film formation process)
Next, the process of forming an amorphous film on the surface of the substrate 12 that has undergone the above-described finishing process will be described. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an apparatus for forming an amorphous film. This apparatus includes a grounded reaction vessel 2, an organic gas introduction device (not shown) for film formation and a reaction vessel connected to the internal space of the reaction vessel 2 via valves 7a and 7b, respectively. Via a lead device 9 for applying a high-frequency current to a vacuum device (not shown) for evacuation and a conductor 3 connected to a base material 12 of an impeller 1 disposed at a predetermined position in the reaction vessel 2. A high voltage pulse generating power source 4 for applying a high voltage pulse, a plasma generating power source 5 for applying a high frequency to the conductor 3 through the introduction terminal 9 and generating plasma around the base material 12 of the impeller 1, and a pulse In addition, in order to share the application of high frequency with one conductor 3, it is provided between the high voltage pulse generating power source 4 and the plasma generating power source 5, and is electrically connected to the high voltage introducing unit 9. Device 6 , And a ground wire 8 connected reaction vessel 2 and the surface electrical.

上述の構成の装置を用いてアモルファス状膜13を基材12表面に形成するには、被処理体としての基材12を所定の位置に設置し、真空装置を稼動させ、バルブ7bを介して反応容器2中の空気を排出させたあと、ガス導入装置によってバルブ7aを介して有機系の炭化水素ガスを反応容器2に導入する。   In order to form the amorphous film 13 on the surface of the base material 12 using the apparatus having the above-described configuration, the base material 12 as an object to be processed is installed at a predetermined position, the vacuum apparatus is operated, and the valve 7b is used. After the air in the reaction vessel 2 is discharged, an organic hydrocarbon gas is introduced into the reaction vessel 2 through the valve 7a by a gas introduction device.

ここで、本実施形態において使用できる炭化水素ガスの種類について説明する。反応容器2内に導入するガスの種類は下記の通りであり、炭素と水素とからなる有機系の炭化水素およびこれにB、Si、O、Clなどが付加されたものである。   Here, the kind of hydrocarbon gas which can be used in this embodiment is demonstrated. The types of gases introduced into the reaction vessel 2 are as follows, and are organic hydrocarbons composed of carbon and hydrogen and B, Si, O, Cl, etc. added thereto.

(1)常温(18℃)で気相状態
CH、CHCH、C、CHCHCH、CHCHCHCH
(2)常温で液相状態
CH、CCHCH、C(CH、CH(CHCH、C12、CCl
(3)有機Si化合物(液相)
(CO)Si、(CHO)Si、(CHSi、[(CH)Si]
常温で気相状態のものは、そのままの状態で反応容器2に導入できるが、液相状態の化合物はこれを加熱してガス化させ、この蒸気を反応容器2中へ供給する。アモルファス状膜13中の炭素含有量を多くするには、炭化水素ガス中のC/H比を多くし、逆の場合には水素含有量の大きいガスを用いることによって、アモルファス状膜13のC/Hの比を制御することができる。なお、有機Si化合物を用いてアモルファス状膜を形成すると、この膜中にSiが混入することがあるが、Siは炭素と強く結合しているので本実施形態において使用するための妨げとはならない。
(1) Gas phase state at room temperature (18 ° C.) CH 4 , CH 2 CH 2 , C 2 H 2 , CH 3 CH 2 CH 3 , CH 3 CH 2 CH 2 CH 3
(2) Liquid phase at normal temperature C 6 H 5 CH 3 , C 6 H 5 CH 2 CH, C 6 H 4 (CH 3 ) 2 , CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 , C 6 H 12 , C 6 H 5 Cl
(3) Organic Si compound (liquid phase)
(C 2 H 5 O) 4 Si, (CH 3 O) 4 Si, (CH 3 ) 4 Si, [(CH) 3 Si] 2 O
A compound in a gas phase at normal temperature can be introduced into the reaction vessel 2 as it is, but a compound in a liquid phase is heated to gasify it, and this vapor is supplied into the reaction vessel 2. In order to increase the carbon content in the amorphous film 13, the C / H ratio in the hydrocarbon gas is increased, and in the opposite case, by using a gas having a large hydrogen content, the C content of the amorphous film 13 is increased. The ratio of / H can be controlled. Note that when an amorphous film is formed using an organic Si compound, Si may be mixed into the film, but since Si is strongly bonded to carbon, it does not hinder the use in this embodiment. .

上述のように炭化水素ガスを反応容器2に導入後、プラズマ発生用電源5からの高周波電力を基材12に印加する。反応容器2は、アース線8によって電気的に中性状態にあるため、基材12は、相対的に負の電位を有することとなる。このため印加によって発生する、導入ガスのプラズマ中の+イオンは負に帯電した基材12の形状に沿って発生する特徴がある。さらに高電圧パルス発生源4からの高電圧パルス(負の高電圧パルス)を基材12に印加し、プラズマ中の+イオンを基材12の表面に衝撃的に誘引させることができる。この操作によって基材12の表面に均等な厚さのアモルファス状膜13を形成することができる。このプラズマ中では下記(1)〜(4)に示すような現象が発生し、最終的には炭素と水素とを主成分とするアモルファス状膜13が、基材12表面に形成されるものと考えている。   After introducing the hydrocarbon gas into the reaction vessel 2 as described above, high frequency power from the plasma generating power source 5 is applied to the substrate 12. Since the reaction vessel 2 is in an electrically neutral state by the ground wire 8, the base material 12 has a relatively negative potential. For this reason, + ions in the plasma of the introduced gas generated by the application are characterized by being generated along the shape of the negatively charged substrate 12. Further, a high voltage pulse (negative high voltage pulse) from the high voltage pulse generation source 4 can be applied to the base material 12 to positively attract + ions in the plasma to the surface of the base material 12. By this operation, an amorphous film 13 having a uniform thickness can be formed on the surface of the substrate 12. In this plasma, the following phenomena (1) to (4) occur, and finally an amorphous film 13 mainly composed of carbon and hydrogen is formed on the surface of the substrate 12. thinking.

(1)導入されたガス(炭化水素)のイオン化(ラジカルと呼ばれる活性な中性粒子も存在する)。
(2)ガスから変化したイオンおよびラジカルは、負の電圧が印加された基材12表面に衝撃的に衝突する。
(3)衝突時の衝撃によって結合エネルギーの小さいC−H間が切断され、CとHとがスパッタ現象を伴いながら、重合反応をはじめ、高分子化する。
(4)基材12表面にCとHとを含んだアモルファス状膜13が形成される。
(1) Ionization of introduced gas (hydrocarbon) (active neutral particles called radicals also exist).
(2) The ions and radicals changed from the gas collide impactively with the surface of the substrate 12 to which a negative voltage is applied.
(3) C—H having a low binding energy is cut by an impact at the time of collision, and C and H are polymerized, including a polymerization reaction, accompanied by a sputtering phenomenon.
(4) An amorphous film 13 containing C and H is formed on the surface of the substrate 12.

なお、パルス幅を1μSec〜10mSec、パルス数を1〜複数回としたパルスの繰り返しも可能である。また、プラズマ発生用電源5の高周波電力の出力周波数は数十kHz〜数GHzの範囲で変化させることができる。以上のような方針でアモルファス状膜13を形成する方法を、ここでは高周波プラズマCVD法と呼ぶこととする。   Note that it is possible to repeat the pulse with a pulse width of 1 μSec to 10 mSec and a pulse number of 1 to multiple times. Further, the output frequency of the high frequency power of the plasma generating power source 5 can be changed in the range of several tens of kHz to several GHz. The method of forming the amorphous film 13 with the above policy is referred to herein as a high frequency plasma CVD method.

ここで、図3に示した構成の装置によって形成されたアモルファス状膜の膜厚の均等性について説明する。   Here, the uniformity of the film thickness of the amorphous film formed by the apparatus having the configuration shown in FIG. 3 will be described.

炭化水素ガスをプラズマによって励起させると、ガス分子が分解するとともに活性化し、最終的には炭素と水素を主成分とするアモルファス状の固形物が析出する。この固形物が多量に堆積するとやがて膜状となって基材の表面を被覆することとなる。しかし、プラズマエネルギーのみの作用で形成されるアモルファス状膜の形成は、炭化水素ガスの雰囲気濃度によって析出量が異なるため、複雑な形状の部材にアモルファス状膜を形成する場合にはその濃度を均等に保つことができず、したがって、形成されるアモルファス状膜の厚さもまた不均等な状態である。   When hydrocarbon gas is excited by plasma, gas molecules are decomposed and activated, and finally an amorphous solid mainly composed of carbon and hydrogen is deposited. When a large amount of this solid matter is deposited, it eventually becomes a film and covers the surface of the substrate. However, the formation of an amorphous film formed by the action of only plasma energy has a different deposition amount depending on the atmospheric concentration of the hydrocarbon gas. Therefore, when forming an amorphous film on a member with a complicated shape, the concentration is equalized. Therefore, the thickness of the formed amorphous film is also uneven.

これに対して、本実施形態では、上記の成膜機構の欠点を解消するため、被処理皮膜を相対的に負の電位に設定(正の電位として処理容器を設定)して、電気化学的な環境を構成する一方、この機構を利用して、被処理基材に対して高周波電流を負荷することとした。このような状態で、炭化水素ガスを流通させると、プラズマの作用によって励起された炭化水素ガス分子は、原子やラジカルに解離するとともに、それぞれが正イオンに帯電して、負の電位の被処理基体の表面に対して、電気化学的に引きつけられ、アモルファス状の固形物を析出することとなる。この場合には従来法による炭化水素ガスの濃度の支配を受けないため、複雑形状の被処理体においても、負の電位を示すところには炭化水素ガスから励起された正イオンが移動できるので最終的には均等な膜厚のアモルファス膜の形成が可能となる。またポンプに接合するための配管類の内部に対しても成膜させることができる。例えば、図4に示すS字型やT字型をした被処理基材14の表面にアモルファス状膜15を形成することも可能である。つまり、大きく湾曲したS字型、直角部を有するT字型の被処理基材14に対しても均等なアモルファス状膜15の形成が可能であり、被処理基材14の全表面を腐食性の物質から保護することができる。   On the other hand, in this embodiment, in order to eliminate the disadvantages of the film forming mechanism, the film to be processed is set to a relatively negative potential (the processing container is set as a positive potential), and electrochemical On the other hand, a high-frequency current was loaded on the substrate to be treated using this mechanism. When hydrocarbon gas is circulated in such a state, hydrocarbon gas molecules excited by the action of plasma dissociate into atoms and radicals, and each is charged to a positive ion, so that the negative potential is processed. It is attracted electrochemically to the surface of the substrate to deposit an amorphous solid. In this case, since it is not controlled by the concentration of the hydrocarbon gas by the conventional method, positive ions excited from the hydrocarbon gas can move to places having a negative potential even in an object having a complicated shape. Therefore, it is possible to form an amorphous film having a uniform thickness. In addition, a film can be formed on the inside of piping for joining to the pump. For example, the amorphous film 15 can be formed on the surface of the substrate 14 to be processed having an S shape or a T shape shown in FIG. In other words, the uniform amorphous film 15 can be formed even on the T-shaped substrate 14 having a large curved S-shape or right-angled portion, and the entire surface of the substrate 14 is corrosive. Can be protected from.

本実施形態のインペラー1表面に形成されている炭素と水素とを主成分とするアモルファス状膜13は、緻密で化学的に安定な性質を有しているので、酸、アルカリ、各種のプロセス用無機及び有機質の液体に対して優れた耐食性を発揮する。また、アモルファス状膜13は基材12に比べ硬質な膜であるため、送液に含まれている異物類と接触しても傷が発生しがたい。さらに、このアモルファス状膜13は、表面が比較的平滑であるため、異物類の付着も困難であるなどの効果が期待できる。したがって、本実施形態のインペラー1は、僅かな金属成分の混入を忌避する液状の医薬品や、超純水用のポンプ部材として、安心して利用できることが期待され、ポンプの運転期間の延長に加え補修費、交換費の低減などによって工業生産の向上、生産コストの削減に大きく貢献することが期待できる。   Since the amorphous film 13 mainly composed of carbon and hydrogen formed on the surface of the impeller 1 of the present embodiment has a dense and chemically stable property, it is used for acids, alkalis, and various processes. Excellent corrosion resistance to inorganic and organic liquids. Further, since the amorphous film 13 is a hard film compared to the base material 12, it is difficult to cause scratches even if it comes into contact with foreign substances contained in the liquid feeding. Furthermore, since the amorphous film 13 has a relatively smooth surface, it can be expected to have an effect that it is difficult to attach foreign substances. Therefore, the impeller 1 of the present embodiment is expected to be used with confidence as a liquid medicine that avoids the contamination of a small amount of metal components and as a pump member for ultrapure water, and is repaired in addition to extending the operation period of the pump. It can be expected to greatly contribute to the improvement of industrial production and the reduction of production cost by reducing costs and replacement costs.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係るインペラーについて説明する。なお、第1実施形態の符合11、13の部位と、本実施形態の符合21、23の部位とは順に対応しており、その説明を省略することがある。図5は、本発明の第2実施形態に係るインペラーの表面付近の一部拡大断面図である。
Second Embodiment
Next, an impeller according to a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the part of the codes | symbols 11 and 13 of 1st Embodiment and the part of the codes | symbols 21 and 23 of this embodiment respond | correspond in order, The description may be abbreviate | omitted. FIG. 5 is a partially enlarged sectional view of the vicinity of the surface of the impeller according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態のインペラーの形状は、図示しないが、第1実施形態のインペラー1と同様のものである。本実施形態のインペラーにおける表面付近の一部拡大断面部分21は、基材22と、この基材22の表面に形成されたアモルファス状膜23とを備えてなる。   Although the shape of the impeller of this embodiment is not shown, it is the same as the impeller 1 of the first embodiment. A partially enlarged cross-sectional portion 21 in the vicinity of the surface of the impeller of this embodiment includes a base material 22 and an amorphous film 23 formed on the surface of the base material 22.

基材22は、基材主部22aと、基材主部22aの表面上(基材22の表面部)に形成された注入層22bとを有する。注入層22bは、C、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siから選ばれる1種以上の元素を、基材22の表面部に注入することによって形成されたものである。なお、一変形例として、注入層22bとアモルファス状膜23との間に金属薄膜を形成してもよい。   The base material 22 has the base material main part 22a and the injection layer 22b formed on the surface of the base material main part 22a (surface part of the base material 22). The injection layer 22 b is formed by injecting one or more elements selected from C, Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, and Si into the surface portion of the base material 22. As a modification, a metal thin film may be formed between the injection layer 22 b and the amorphous film 23.

次に、本実施形態に係るインペラーの製造方法について説明する。なお、基材22表面の仕上げ工程及びアモルファス状膜23の形成工程は、第1実施形態と同様であるので簡略化した説明とし、基材22の注入層22bの形成工程について詳細に説明する。   Next, a method for manufacturing the impeller according to the present embodiment will be described. In addition, since the finishing process of the base material 22 surface and the formation process of the amorphous film 23 are the same as those in the first embodiment, the description will be simplified, and the formation process of the injection layer 22b of the base material 22 will be described in detail.

まず、第1実施形態において説明した図3の装置を用いて、高電圧パルス発生源4の出力電圧を変化させることによって、基材22表面に対して金属をふくめたイオン注入を実施して注入層22bを形成する。そして、注入層22bの表面に第1実施形態と同様にしてアモルファス状膜23を形成する。   First, by using the apparatus of FIG. 3 described in the first embodiment, by changing the output voltage of the high voltage pulse generation source 4, ion implantation including metal is performed on the surface of the base material 22 for implantation. Layer 22b is formed. Then, an amorphous film 23 is formed on the surface of the injection layer 22b in the same manner as in the first embodiment.

なお、上述した一変形例において、注入層22bとアモルファス状膜23との間に金属薄膜を形成する場合にも、図3の装置は用いることができる。例えば、以下の(1)〜(4)の条件で、基材22表面部又は表面上の各層の形成に使用できる。
(1)基材22表面部にイオン注入を重点的に行う場合:10〜40kV
(2)イオン注入と金属薄膜形成とを行う場合:5〜20kV
(3)基材22上に金属薄膜形成を行う場合:数百V〜数kV
(4)基材22上にスパッタリングなどで金属薄膜形成を重点的に行う場合:数百V〜数kV
したがって基材22表面部又は表面上にCr、Si、Ta、Nb、Tiなどの炭素と化学的親和力の強い金属イオン注入や金属の薄膜を形成した後、その上にアモルファス状膜23を積層させることが可能である。
In the modification described above, the apparatus shown in FIG. 3 can also be used when a metal thin film is formed between the injection layer 22 b and the amorphous film 23. For example, it can be used for forming each layer on the surface of the base material 22 or the surface under the following conditions (1) to (4).
(1) When ion implantation is focused on the surface of the base material 22: 10 to 40 kV
(2) When ion implantation and metal thin film formation are performed: 5 to 20 kV
(3) When forming a metal thin film on the substrate 22: several hundred V to several kV
(4) When metal thin film formation is focused on the base material 22 by sputtering or the like: several hundred V to several kV
Therefore, after forming a metal ion implantation or metal thin film having a strong chemical affinity with carbon such as Cr, Si, Ta, Nb, Ti on the surface or the surface of the base material 22, the amorphous film 23 is laminated thereon. It is possible.

上記構成によれば、第1実施形態と同様の効果を奏すると共に、注入層22bを介して基材22上にアモルファス状膜23が形成されているので、単に基材22表面に形成するよりもアモルファス状膜23の密着性が増す。したがって、より破壊されたり剥離したりしにくいアモルファス状膜23を有するインペラー及びその製造方法を提供できる。   According to the above configuration, the same effect as that of the first embodiment is achieved, and the amorphous film 23 is formed on the base material 22 via the injection layer 22b. The adhesion of the amorphous film 23 is increased. Accordingly, it is possible to provide an impeller having an amorphous film 23 that is more difficult to break or peel off and a method for manufacturing the impeller.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係るインペラーについて説明する。なお、第1実施形態の符合11〜13の部位と、本実施形態の符合31〜33の部位とは順に対応しており、その説明を省略することがある。図6は、本発明の第3実施形態に係るインペラーの表面付近の一部拡大断面図である。
<Third Embodiment>
Next, an impeller according to a third embodiment of the present invention will be described. In addition, the site | part of the codes | symbols 11-13 of 1st Embodiment and the site | parts of the codes | symbols 31-33 of this embodiment respond | correspond in order, The description may be abbreviate | omitted. FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of the vicinity of the surface of the impeller according to the third embodiment of the present invention.

本実施形態のインペラーの形状は、図示しないが、第1実施形態のインペラー1と同様のものである。本実施形態のインペラーにおける表面付近の一部拡大断面部分31は、金属製の基材32と、この基材32の表面に形成されたアンダーコート34(下塗り膜)と、このアンダーコート34の表面に形成されたアモルファス状膜33とを備えてなる。   Although the shape of the impeller of this embodiment is not shown, it is the same as the impeller 1 of the first embodiment. In the impeller of this embodiment, a partially enlarged cross-sectional portion 31 near the surface includes a metal base 32, an undercoat 34 (undercoat film) formed on the surface of the base 32, and the surface of the undercoat 34. And an amorphous film 33 formed on the substrate.

アンダーコート34は、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siの単体またはそれらの合金から選ばれる1種以上の膜厚0.1〜3μmの膜である。   The undercoat 34 is a film having a film thickness of 0.1 to 3 μm of at least one selected from a simple substance of Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, and Si or an alloy thereof.

次に、本実施形態に係るインペラーの製造方法について説明する。なお、基材32表面の仕上げ工程及びアモルファス状膜33の形成工程は、第1実施形態と同様であるので簡略化した説明とし、アンダーコート34の形成工程について詳細に説明する。   Next, a method for manufacturing the impeller according to the present embodiment will be described. In addition, since the finishing process of the base material 32 surface and the formation process of the amorphous film 33 are the same as those in the first embodiment, the description will be simplified and the formation process of the undercoat 34 will be described in detail.

まず、第1実施形態と同様にして基材32表面を仕上げ処理し、この基材32表面に、電気めっき法、CVD法またはPVD法から選ばれる1種以上の方法を用いて、アンダーコート34を形成する。そして、アンダーコート34の表面に第1実施形態と同様にしてアモルファス状膜33を形成する。   First, the surface of the base material 32 is finished in the same manner as in the first embodiment, and the undercoat 34 is applied to the surface of the base material 32 using one or more methods selected from an electroplating method, a CVD method, and a PVD method. Form. Then, an amorphous film 33 is formed on the surface of the undercoat 34 in the same manner as in the first embodiment.

上記構成によれば、第1実施形態と同様の効果を奏すると共に、アンダーコート34を介して基材32上にアモルファス状膜33が形成されているので、単に基材32表面に形成するよりもアモルファス状膜33の密着性が増す。したがって、より破壊されたり剥離したりしにくいアモルファス状膜33を有するインペラー及びその製造方法を提供できる。   According to the above configuration, the same effect as that of the first embodiment is achieved, and the amorphous film 33 is formed on the base material 32 via the undercoat 34. Therefore, the amorphous film 33 is simply formed on the surface of the base material 32. The adhesion of the amorphous film 33 is increased. Therefore, it is possible to provide an impeller having an amorphous film 33 that is more difficult to break or peel off, and a method for manufacturing the impeller.

以下、実施例を示しながら、本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

(実施例1)
この実施例では下記Al基材の表面に形成したアモルファス状膜の水素含有量、基材の曲げ変形に対する抵抗及びその後の耐食性の変化について調査した。
・ 基材及び試験片
Al(JIS H 4000規定 1085)を基材とし、これから寸法:幅15mm×長さ70mm×厚さ1.8mmの試験片を作製した。
(2)アモルファス状膜の形成方法およびその性状
試験片の全面にわたってアモルファス状の膜を1.5μm厚さに形成したが、この際アモルファス状膜中の水素含有量を5原子%〜50原子%(残部は炭素)の範囲に制御したものを形成した。
(3)試験方法および条件
アモルファス状膜を形成した試験片を90°に曲げ、変形を与え、曲げ部のアモルファス状膜の外観状況を20倍の拡大鏡で観察した。その後、上述の試験片をJIS Z 2371規定の塩水噴霧試験において96時間曝露させた。
(4)試験結果
下記表1は以上の内容及び試験結果を要約したものである。この結果から明らかなように、アモルファス状膜中の水素含有量が少なく、炭素含有量の多いもの(No.1、No.2)では90°の曲げ変形を与えると、アモルファス状膜がはく離又は部分的にはく離した。これらのはく離試験片を塩水噴霧試験片に供すると基材のAlが腐食され、多量の白さびが発生し、耐食性を完全に消失していることが判明した。これに対して水素含有量が10原子%以上〜50原子%(No.3〜No.8)のアモルファス状膜は、曲げ変形によっても剥離せず、塩水噴霧試験にも耐え優れた耐食性を維持していることが確認された。
Example 1
In this example, the hydrogen content of the amorphous film formed on the surface of the Al base material described below, the resistance to bending deformation of the base material, and the subsequent change in corrosion resistance were investigated.
-Base material and test piece Al (JIS H 4000 regulations 1085) was used as a base material, and from this, a test piece having dimensions: width 15 mm x length 70 mm x thickness 1.8 mm was prepared.
(2) Amorphous film formation method and its properties An amorphous film having a thickness of 1.5 μm was formed over the entire surface of the test piece. At this time, the hydrogen content in the amorphous film was 5 to 50 atomic%. What was controlled to the range of (the remainder is carbon) was formed.
(3) Test Method and Conditions The test piece on which the amorphous film was formed was bent at 90 °, deformed, and the appearance of the amorphous film at the bent portion was observed with a 20 × magnifier. Then, the above-mentioned test piece was exposed for 96 hours in the salt spray test of JIS Z 2371.
(4) Test results Table 1 below summarizes the above contents and test results. As is apparent from the results, when the amorphous film has a low hydrogen content and a high carbon content (No. 1, No. 2), when the bending deformation of 90 ° is applied, the amorphous film peels or Partially peeled off. When these peeling test pieces were used for salt spray test pieces, it was found that the base Al was corroded, a large amount of white rust was generated, and the corrosion resistance was completely lost. In contrast, the amorphous film having a hydrogen content of 10 atomic% to 50 atomic% (No. 3 to No. 8) does not peel off even by bending deformation, and withstands salt spray tests and maintains excellent corrosion resistance. It was confirmed that

Figure 2007327349
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(実施例2)
この実施例では本発明に係るアモルファス状膜の基本的な防食性能を調査するために、基材として汎用度の高いSS400鋼とAlとを用い、これにアモルファス状膜を下記表2に示したように直接膜厚0.5μm〜50μmの範囲内で形成させた。また腐食性の環境として、高湿度、塩水噴霧、5%HSO、5%NaOHなど腐蝕特性の異なる雰囲気中に曝露して耐食性を調査した。
(1)基材及び試験片
基材として、SS400鋼、Al(JIS H 4000規定 No.1070)の2種類を用い、それぞれから幅30mm×長さ50mm×厚さ2mmの試験片を作製した。
(2)アモルファス状膜の形成と厚さ
図3の装置を用い、アモルファス状膜を試験片の全面にわたって0.5μm〜50μmの範囲の厚さに形成したものを準備した。
(3)腐蝕試験条件
腐食試験条件として次に示す各条件を選択した。
(a) 高湿度雰囲気:恒温恒湿槽を用いて30℃、相対湿度90%の雰囲気中に試験片を曝露した。(200h)
(b) 塩水噴霧:JIS Z 2371規定の塩水噴霧試験方法によって96hの試験を行った。
(c) 5%HSO浸漬:5%HSO水溶液中(20〜25℃)に100h浸漬した。
(d) 5%NaOH浸漬:5%NaOH水溶液中(30〜35℃)に100h浸漬した。
(4)評価方法
腐食試験結果の評価は試験前後における試験片表面の変化及びHSO、NaOH水溶液の色調の変化を目視観察により実施した。なお、比較用の試験片として無処理状態のSS400鋼とAlとを同じ条件で腐食試験を供した。
(5)腐食試験結果
下記表2は以上の内容及び試験結果を要約したものである。この結果から無処理のSS400鋼試験片は5%NaCl浸漬を除く全ての試験雰囲気(No.1,3,5)において、赤さびを発生したり、溶解(No.5)したりした。また、Alの無処理試験片(No.2,4,6,8)では、高湿度雰囲気中以外の条件で白さびを発生(No.4)するとともに、酸(No.6)、アルカリ(No.8)によっても水素ガスを発生しながら溶解した。これに対して、アモルファス状膜を形成した試験片では、基材質の種類に関係なく、優れた耐食性を発揮し、膜厚1μm以上では全ての腐食環境において十分な耐食抵抗を示した。ただ、膜厚0.5μmでは高湿度雰囲気及びアルカリ水溶液浸漬では赤さびの発生を抑制するが、塩水噴霧、硫酸浸漬では僅かながら赤さびや白さびの発生が認められた。以上の結果から、アモルファス状膜の有効防食作用は膜厚0.5μm〜50μmの範囲において認められ、特に1μm〜50μmの範囲が好適であることが判明した。
(Example 2)
In this example, in order to investigate the basic anticorrosion performance of the amorphous film according to the present invention, SS400 steel and Al having a high versatility were used as a base material, and the amorphous film was shown in Table 2 below. Thus, the film thickness was directly formed in the range of 0.5 μm to 50 μm. Further, as a corrosive environment, the corrosion resistance was investigated by exposing to an atmosphere having different corrosion characteristics such as high humidity, salt spray, 5% H 2 SO 4 , and 5% NaOH.
(1) Base material and test piece As a base material, the test piece of width 30mm x length 50mm x thickness 2mm was produced from SS400 steel and Al (JIS H 4000 regulations No. 1070), respectively.
(2) Formation and Thickness of Amorphous Film Using the apparatus shown in FIG. 3, an amorphous film having a thickness ranging from 0.5 μm to 50 μm was prepared over the entire surface of the test piece.
(3) Corrosion test conditions The following conditions were selected as the corrosion test conditions.
(A) High humidity atmosphere: The test piece was exposed in an atmosphere of 30 ° C. and 90% relative humidity using a constant temperature and humidity chamber. (200h)
(B) Salt spray: A 96-h test was conducted by the salt spray test method specified in JIS Z 2371.
(C) 5% H 2 SO 4 immersion: It was immersed in a 5% H 2 SO 4 aqueous solution (20 to 25 ° C.) for 100 hours.
(D) 5% NaOH immersion: It was immersed in a 5% NaOH aqueous solution (30 to 35 ° C.) for 100 hours.
(4) Evaluation method The evaluation of the corrosion test results was carried out by visual observation of changes in the surface of the test piece before and after the test and changes in the color tone of the H 2 SO 4 and NaOH aqueous solutions. In addition, as a test piece for comparison, an untreated SS400 steel and Al were subjected to a corrosion test under the same conditions.
(5) Corrosion test results Table 2 below summarizes the above contents and test results. From this result, the untreated SS400 steel test piece generated red rust or dissolved (No. 5) in all test atmospheres (No. 1, 3, 5) except 5% NaCl immersion. Moreover, in the untreated test piece of Al (No. 2, 4, 6, 8), white rust was generated (No. 4) under conditions other than in a high humidity atmosphere, and acid (No. 6), alkali ( No. 8) also dissolved while generating hydrogen gas. On the other hand, the test piece in which the amorphous film was formed exhibited excellent corrosion resistance regardless of the type of the base material, and showed sufficient corrosion resistance in all corrosive environments when the film thickness was 1 μm or more. However, when the film thickness was 0.5 μm, the occurrence of red rust was suppressed in a high humidity atmosphere and immersion in an alkaline aqueous solution, but slight rust and white rust were observed in salt spray and sulfuric acid immersion. From the above results, it was found that the effective anticorrosive action of the amorphous film was observed in the range of 0.5 μm to 50 μm, and in particular, the range of 1 μm to 50 μm was suitable.

Figure 2007327349
Figure 2007327349

(実施例3)
この実施例では本発明にかかるアモルファス状膜の綴密性を調査するため、以下のように、JIS H 8645に規定されているフェロキシル試験を行って、アモルファス状膜の微細な貫通気孔の有無を調査した。
(Example 3)
In this example, in order to investigate the tightness of the amorphous film according to the present invention, a ferroxyl test defined in JIS H 8645 is performed as follows to check whether there are fine through-pores in the amorphous film. investigated.

(1)基材
FC200の基材(寸法幅50mm×長さ70mm×厚さ7mm)とした。
(2)アモルファス状膜の形成と厚さ
上記基材の全面に、アモルファス状膜を下記表3に示したように0.5μm〜8μmの範囲の厚さにそれぞれ施工して本実施例に係る各試験片を形成した。
(3)他の比較例の試験片
他の比較例として、FC200基材から製作した上述の基材と同寸法の試験片を用い、基材の表面に電気めっき法によって、Ni,Crをそれぞれ15μmの厚さに被覆した試験片、及び、溶射法によって50mass%Ni−50mass%Cr合金を100μm厚さに形成させた試験片を準備した。
(4)フェロキシル試験方法
フェロキシル試験として、具体的には、次に示すような方法を用いた。すなわち、ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム10g及び塩化ナトリウム15gを1リットルの蒸留水に溶解し、これを分析用のろ紙に十分含浸させる。その後、このろ紙を試験片表面に貼付し、30分間静置した後、ろ紙を剥がして、ろ紙面での青色斑点の有無を目視判定した。これはアモルファス状膜に貫通気孔が存在するとフェロキシル試験液が浸透し、鉄基材界面に達して鉄イオンを生成させ、これにヘキサシアノ(皿)酸カリウム塩が反応して、ろ紙の表面に青色斑点を生成することによって判定することができるものである。
(5)フェロキシル試験結果
下記表3は以上の内容及び試験結果を要約したものである。この結果から明らかなように、比較例として示したアモルファス状膜の膜厚の薄い0.5μm、0.8μm(No.1、No.2)のもの、Niめっき膜(No.6〜8)、Crめっき膜(No.9〜11)および溶射皮膜試験片(No.12〜14)に、少数或いは多数の青色斑点の発生が認められた。これに対し、本発明に係るアモルファス状膜(膜厚が1.0μm以上のもの(No.3〜5))では、青色斑点の発生はまったく認められず、貫通気孔が無く、綴密性に富み、腐食成分の浸入を防ぐ作用に優れていることが確認された。
(1) Base material It was set as the base material of FC200 (dimensions width 50mm x length 70mm x thickness 7mm).
(2) Formation and thickness of amorphous film As shown in Table 3 below, an amorphous film is applied to the entire surface of the base material to have a thickness in the range of 0.5 μm to 8 μm. Each specimen was formed.
(3) Test piece of other comparative example As another comparative example, Ni and Cr were respectively applied to the surface of the base material by electroplating using a test piece having the same dimensions as the base material manufactured from the FC200 base material. A test piece coated to a thickness of 15 μm and a test piece in which a 50 mass% Ni-50 mass% Cr alloy was formed to a thickness of 100 μm by a thermal spraying method were prepared.
(4) Feroxyl test method Specifically, the following method was used as the ferroxyl test. That is, 10 g of potassium hexacyanoferrate (III) and 15 g of sodium chloride are dissolved in 1 liter of distilled water, and this is sufficiently impregnated in a filter paper for analysis. Thereafter, the filter paper was affixed to the surface of the test piece and allowed to stand for 30 minutes, and then the filter paper was peeled off to visually determine the presence or absence of blue spots on the filter paper surface. This is because, when there are through pores in the amorphous membrane, the ferroxyl test solution penetrates, reaches the iron substrate interface and generates iron ions, and this reacts with potassium hexacyano (dish) acid, and blue on the surface of the filter paper. It can be determined by generating spots.
(5) Feroxyl test results Table 3 below summarizes the above contents and test results. As is apparent from the results, the amorphous films shown as comparative examples having a thin film thickness of 0.5 μm, 0.8 μm (No. 1, No. 2), Ni plating films (No. 6 to 8) In the Cr plating film (Nos. 9 to 11) and the sprayed coating specimens (Nos. 12 to 14), the occurrence of a few or many blue spots was observed. On the other hand, in the amorphous film according to the present invention (with a film thickness of 1.0 μm or more (No. 3 to 5)), no blue spots are observed, there are no through pores, and the tightness is improved. It has been confirmed that it is rich and has an excellent effect of preventing the intrusion of corrosive components.

Figure 2007327349
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(実施例4)
この実施例ではSS400鋼およびSUS304鋼基材を用い、アモルファス状膜の形成に先駆けて、基材表面に各種元素のイオンを注入した場合の耐食性と曲げ加工の影響とを調査した。
(1)基材
幅15mm×長さ60mm×厚さ1.5mmの大きさのSS400鋼を供試基材とした。
(2)イオン注入装置、注入イオン元素の種類とアモルファス状膜の厚さ
イオン注入装置としては、図1に開示した高周波プラズマCVD装置を用いた。注入イオン元素には、注入イオン濃度が1cmあたり1×1014〜1×1016の原子濃度C,Ti,W,Nb,Ta,Cr,Al,Siを用いた。上記基材に形成するアモルファス状膜の厚さは10μmとした。
(3)試験条件
下記(a)、(b)の試験を、本実施例の各試験片について行った。
(a) 5%HC1水溶液中に24h浸漬(20℃〜25℃)
(b) 10%NaOH水溶液中に96h浸漬(20℃〜25℃)
また、本実施例では、腐食試験後の試験片を90°に曲げ、曲げられた部分のアモルファス状膜のはく雛の有無を調査した。
(4)比較例の試験片
比較例の試験片として、SS400鋼を無処理の状態で腐食試験に供した。
(5)腐食試験結果
下記表4は以上の内容及び試験結果を要約したものである。この結果から明らかなように、比較例のSS400鋼(No.10)は、5%HCl水溶液浸漬試験において多量の赤錆を発生し、既に脱落している赤錆も観察された。ただし、10%NaOH浸漬試験(No.9)では、殆ど変化が認められなかった。これに対して、アモルファス状膜を形成させた試験片を90°に曲げ、曲げられた部分を拡大鏡で観察した結果、イオン注入を実施した試験片では、アモルファス状膜のはく離は認められなかったが、イオン注入をしない試験片(No.9)では、わずかながらアモルファス状膜のはく離がみとめられた。この結果から、本実施例で用いたような炭素との結合力の強い元素をイオン注入することによってアモルファス状膜の密着性が一段と向上することが判明した。
Example 4
In this example, SS400 steel and SUS304 steel base materials were used, and prior to the formation of the amorphous film, the corrosion resistance when the ions of various elements were implanted into the base material surface and the influence of bending were investigated.
(1) Base material SS400 steel having a size of width 15 mm x length 60 mm x thickness 1.5 mm was used as a test base material.
(2) Ion Implantation Device, Kind of Implanted Ion Element and Amorphous Film Thickness As the ion implantation device, the high-frequency plasma CVD device disclosed in FIG. 1 was used. As the implanted ion element, atomic concentrations C, Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, and Si having an implanted ion concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 per 1 cm 2 were used. The thickness of the amorphous film formed on the substrate was 10 μm.
(3) Test conditions The following tests (a) and (b) were performed on each test piece of this example.
(A) Immersion in 5% HC1 aqueous solution for 24 hours (20 ° C to 25 ° C)
(B) 96 hours immersion in a 10% NaOH aqueous solution (20 ° C. to 25 ° C.)
Further, in this example, the test piece after the corrosion test was bent at 90 °, and the presence or absence of the strips of the amorphous film in the bent portion was examined.
(4) Test piece of comparative example As a test piece of a comparative example, SS400 steel was used for the corrosion test in an untreated state.
(5) Corrosion test results Table 4 below summarizes the above contents and test results. As is clear from this result, the SS400 steel (No. 10) of the comparative example generated a large amount of red rust in the 5% HCl aqueous solution immersion test, and red rust that had already dropped off was also observed. However, almost no change was observed in the 10% NaOH immersion test (No. 9). In contrast, the test piece on which the amorphous film was formed was bent at 90 °, and the bent part was observed with a magnifying glass. As a result, no peeling of the amorphous film was observed in the ion-implanted test piece. However, in the test piece (No. 9) in which no ion implantation was performed, the amorphous film was slightly peeled off. From this result, it was found that the adhesion of the amorphous film was further improved by ion implantation of an element having a strong binding force with carbon as used in this example.

Figure 2007327349
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(実施例5)
この実施例では、SS400銅およびSUS304鋼基材の表面にアモルファス状膜の形成に先駆けて、各種の金属薄膜を形成した場合の耐食性と、基材の曲げ加工時における膜の密着性を調査した。
(1)基材
幅15mm×長さ60mm×厚さ1.5mmのSS400鋼を基材とした。
(2)本実施例で用いた薄膜形成装置、薄膜の種類、及びアモルファス状膜の厚さ
薄膜形成装置として、図1に開示した高周波プラズマCVD装置を用いて、Ti,W,Nb,Ta,Cr,Al,Siのうちいずれか1つの薄膜(厚さ2μm)を基材の表面に形成し、その上に厚さ10μmのアモルファス状膜を形成し、試験片とした。
(3)腐食試験条件
実施例4と同じ条件で実施した。ただし、本実施例では、腐食試験後の試験片を90°曲げ、曲げられた部分のアモルファス状膜のはく雛の有無も調査した。
(4)比較例の試験片
比較例の試験として、無処理のSS400鋼を用いた。
(5)腐食試験結果
下記表5は以上の内容及び試験結果を要約したものである。この結果から明らかなように、比較例のSS400鋼(No.9)は耐食性に乏しい。5%HCl水溶液によって著しく腐食され、多量の赤さびを発生するとともに、赤さびの脱落も観察された。これに対して、アモルファス状膜を形成した試験片(No.1〜8)は金属薄膜の施工の有無に拘わらず、優れた耐食性を示した。なお、腐食試験後の試験片について90°曲げ加工をおこない、拡大鏡を用いて曲げられた部分のアモルファス状膜のはく離状況を確認した結果、薄膜のない試験片(No.8)ではわずかながらアモルファス状膜のはく離が認められたが、他の試験片にはまったく以上は認められなかった。以上のことから、供試したアンダーコート用の薄膜は、アモルファス状膜の密着性向上に効果を発揮することが判明した。
(Example 5)
In this example, prior to the formation of an amorphous film on the surface of SS400 copper and SUS304 steel substrate, the corrosion resistance when various metal thin films were formed and the adhesion of the film during bending of the substrate were investigated. .
(1) Base material SS400 steel having a width of 15 mm, a length of 60 mm, and a thickness of 1.5 mm was used as a base material.
(2) Thin film forming apparatus used in this example, thin film type, and amorphous film thickness As the thin film forming apparatus, the high frequency plasma CVD apparatus disclosed in FIG. 1 was used, and Ti, W, Nb, Ta, A thin film (thickness 2 μm) of any one of Cr, Al, and Si was formed on the surface of the base material, and an amorphous film having a thickness of 10 μm was formed thereon to obtain a test piece.
(3) Corrosion test condition It carried out on the same conditions as Example 4. However, in this example, the specimen after the corrosion test was bent by 90 °, and the presence or absence of the strips of the amorphous film in the bent portion was also investigated.
(4) Test piece of comparative example As a test of a comparative example, untreated SS400 steel was used.
(5) Corrosion test results Table 5 below summarizes the above contents and test results. As is apparent from the results, the comparative example SS400 steel (No. 9) has poor corrosion resistance. It was significantly corroded by a 5% HCl aqueous solution to generate a large amount of red rust, and rust loss was also observed. On the other hand, the test pieces (Nos. 1 to 8) on which the amorphous film was formed showed excellent corrosion resistance regardless of whether or not the metal thin film was applied. The test piece after the corrosion test was bent at 90 °, and the peeling state of the amorphous film in the bent portion was confirmed using a magnifying glass. As a result, the test piece without a thin film (No. 8) was slightly. Peeling of the amorphous film was observed, but none of the other specimens was observed at all. From the above, it was found that the undercoat thin film tested was effective in improving the adhesion of the amorphous film.

Figure 2007327349
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(実施例6)
本実施例は、石油精製プラントの脱硫用装置に配設されている高揚程用高速回転ポンプの本発明に係るアモルファス状膜を適用したインペラーの効果を、無処理の部材とともに比較検討したものである。
(Example 6)
This example is a comparative study of the effect of an impeller to which an amorphous film according to the present invention is applied to a high-speed rotary pump for high heads installed in a desulfurization apparatus of an oil refinery plant, together with an untreated member. is there.

供試ポンプの名称:市販のサンダインポンプと呼ばれる高速多段遠心ポンプ
供試部材名:インデューサ、インペラー(いずれも材質はステンレス鋳鋼SCS13)
送液の種類:硫黄化合物、スラッジを含む重質油
アモルファス状膜の厚さ:20μm
Name of test pump: High-speed multistage centrifugal pump called commercially available sandine pump Test member name: Inducer, impeller (both are made of cast stainless steel SCS13)
Type of liquid feed: Thickness of heavy oil amorphous film containing sulfur compound and sludge: 20 μm

上記のポンプを実プラントで使用したところ、無処理のインペラーはいずれも1週間程度の運転においてキャビテーション、エロージョンの作用を受けて壊食現象を起こし、形状自体が変化し、ポンプ性能が20〜25%低下するとともにスラッジが多量に付着した。これに対して、本発明に係るアモルファス状膜を形成したインペラーは8週間の運転に耐え、またスラッジの付着も極めて少なくポンプ性能を長期間にわたって維持していることを確認した。尚、インペラーの材質をTi,Ti合金に変更しても最大稼働時間は約2週間であった。なお、インデューサと呼ばれる送液ポンプ用部材においても同様の結果であった。   When the above pump was used in an actual plant, all untreated impellers were subjected to the effects of cavitation and erosion during operation for about one week, causing erosion, changing the shape itself, and pump performance of 20 to 25 % And a large amount of sludge adhered. On the other hand, it was confirmed that the impeller formed with the amorphous film according to the present invention withstands the operation for 8 weeks and has very little sludge adhesion and maintains the pump performance for a long period of time. Even if the material of the impeller was changed to Ti or Ti alloy, the maximum operation time was about 2 weeks. The same result was obtained for a member for a liquid feed pump called an inducer.

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態においては、インペラーを示したが、他の送液ポンプ用部材(例えば、ローター、ケーシングなど)においても基材表面に同様の膜を形成でき、このような送液ポンプ用部材も送液ポンプの一部材として用いることができる。また、第3実施形態における基材32においては、第2実施形態における注入層22bと同様の層が、アンダーコート34との接触面側に形成されていてもよい。   The present invention can be changed in design without departing from the scope of the claims, and is not limited to the above-described embodiments and examples. For example, in each of the above embodiments, an impeller has been shown. However, a similar film can be formed on the surface of a substrate also in other liquid feed pump members (for example, a rotor, a casing, etc.). A member can also be used as one member of a liquid feed pump. Moreover, in the base material 32 in 3rd Embodiment, the layer similar to the injection layer 22b in 2nd Embodiment may be formed in the contact surface side with the undercoat 34. FIG.

本発明の第1実施形態に係るインペラーを示す斜視図である。1 is a perspective view showing an impeller according to a first embodiment of the present invention. 図1のインペラーの表面付近の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of the surface vicinity of the impeller of FIG. 図1のインペラーの製造工程において使用する装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the apparatus used in the manufacturing process of the impeller of FIG. 本発明の第1実施形態に係る方法で、S字型およびT字型をした基材に対し、アモルファス状膜を形成した場合の膜厚分布状況を説明するために用いた模式図である。It is the schematic diagram used in order to demonstrate the film thickness distribution situation at the time of forming an amorphous film | membrane with respect to the S-shaped and T-shaped base material by the method which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るインペラーの表面付近の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of the surface vicinity of the impeller which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るインペラーの表面付近の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of the surface vicinity of the impeller which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 インペラー
1a 筒部
1b、1c、1d 羽根部
2 反応容器
3 導体
4 高電圧パルス発生源
5 プラズマ発生用電源
6 重乗装置
7a、7b バルブ
8 アース線
9 導入端子
12、14、22、32 基材
11、21、31 (インペラーの表面付近の)一部拡大部分
13、15、23、33 アモルファス状膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impeller 1a Cylinder part 1b, 1c, 1d Blade | wing part 2 Reaction container 3 Conductor 4 High voltage pulse generation source 5 Power supply for plasma generation 6 Double device 7a, 7b Valve 8 Ground wire 9 Introduction terminal 12, 14, 22, 32 groups Material 11, 21, 31 Partially enlarged portion (near the impeller surface) 13, 15, 23, 33 Amorphous film

Claims (12)

基材の表面に、直接または下塗り膜を介して、炭素と水素とを主成分とするアモルファス状膜を被覆したことを特徴とする送液ポンプ用部材。   A member for a liquid feed pump, characterized in that an amorphous film mainly composed of carbon and hydrogen is coated on the surface of a base material directly or through an undercoat film. 前記アモルファス状膜の厚さが1μm〜50μmの範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の送液ポンプ用部材。   2. The liquid feed pump member according to claim 1, wherein a thickness of the amorphous film is in a range of 1 μm to 50 μm. 前記アモルファス状膜の硬さがHV700〜2800の範囲にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の送液ポンプ用部材。   The liquid pump member according to claim 1 or 2, wherein the hardness of the amorphous film is in a range of HV700 to 2800. 前記アモルファス状膜の表面の算術平均粗さRaが0.5μm以下、且つ、十点平均粗さRzが2.0μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の送液ポンプ用部材。   4. The arithmetic average roughness Ra of the surface of the amorphous film is 0.5 μm or less, and the ten-point average roughness Rz is 2.0 μm or less. 5. Liquid feed pump member. 前記アモルファス状膜における炭素原子の割合が90原子%〜50原子%、水素原子の割合が10原子%〜50原子%の範囲で組成されているものであるとともに、前記アモルファス状膜に対する該炭素原子及び該水素原子の組成割合が100原子%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の送液ポンプ用部材。   The amorphous film has a composition in which the ratio of carbon atoms is in the range of 90 atomic% to 50 atomic%, the ratio of hydrogen atoms is in the range of 10 atomic% to 50 atomic%, and the carbon atoms with respect to the amorphous film. And the composition ratio of this hydrogen atom is 100 atomic% or less, The member for liquid feeding pumps of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 前記基材が、鋳鉄、鋳鋼、Ti、Alの単体およびその合金、炭素を含み、クロムを必須成分とする構造用鋼、並びにNiとCrとを必須成分とするステンレス鋼およびNi基合金のうちから選ばれる1種の金属材料であることを特徴とする請求項1〜5に記載の送液ポンプ用部材。   The base material is cast iron, cast steel, simple substance of Ti, Al and alloys thereof, structural steel containing carbon and containing chromium as an essential component, and stainless steel and Ni-based alloy containing Ni and Cr as essential components The liquid feed pump member according to claim 1, wherein the liquid feed pump member is a metal material selected from the group consisting of: 前記下塗り膜が、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siの単体またはそれらの合金から選ばれる1種以上の膜厚0.1μm〜3μmの膜であることを特徴とする請求項1〜6に記載の送液ポンプ用部材。   The undercoat film is a film having a film thickness of 0.1 μm to 3 μm of at least one selected from a simple substance of Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, Si or an alloy thereof. The member for liquid feeding pumps of ~ 6. C、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siの単体またはそれらの合金から選ばれる1種以上の元素を、前記基材の表面部に注入することによって形成された注入層をさらに有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の送液ポンプ用部材。   It further has an injection layer formed by injecting one or more elements selected from simple substances of C, Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, and Si or alloys thereof into the surface portion of the substrate. The member for liquid feeding pumps of any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. 前記基材の表面の算術平均粗さRaが2.0μm以下、十点平均粗さRzが8.0μmであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の送液ポンプ用部材。   The liquid feed pump according to any one of claims 1 to 8, wherein an arithmetic average roughness Ra of the surface of the substrate is 2.0 µm or less, and a ten-point average roughness Rz is 8.0 µm. Materials. 基材の表面の算術平均粗さRaが2.0μm以下、十点平均粗さRzが8.0μm以下となるように加工する基材表面加工工程と、
前記基材上に、炭素と水素とを主成分とするアモルファス状膜を被覆形成するアモルファス状膜被覆工程とを有することを特徴とする送液ポンプ用部材の製造方法。
Substrate surface processing step for processing so that the arithmetic average roughness Ra of the surface of the substrate is 2.0 μm or less and the ten-point average roughness Rz is 8.0 μm or less,
A method for producing a member for a liquid feed pump, comprising: an amorphous film coating step of coating an amorphous film mainly composed of carbon and hydrogen on the base material.
加工された前記基材の表面部に、C、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siから選ばれる元素の注入層を形成する工程を、前記基材表面加工工程と前記アモルファス状膜被覆工程との間に有することを特徴とする請求項10記載の送液ポンプ用部材の製造方法。   The step of forming an injection layer of an element selected from C, Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, and Si on the surface portion of the processed base material includes the base material surface processing step and the amorphous film. The method for producing a member for a liquid feeding pump according to claim 10, wherein the method is provided between the coating step and the coating step. 基材の表面の算術平均粗さRaが2.0μm以下、十点平均粗さRzが8.0μm以下となるように加工する基材表面加工工程と、
加工された前記基材の表面上に、C、Ti、W、Nb、Ta、Cr、Al、Siから選ばれる単体またはそれらの合金からなる下塗り膜を被覆形成する下塗り膜被覆工程と、
前記下塗り膜の表面上に、炭素と水素を主成分とするアモルファス状膜を被覆形成するアモルファス状膜被覆工程とを有することを特徴とする送液ポンプ用部材の製造方法。
Substrate surface processing step for processing so that the arithmetic average roughness Ra of the surface of the substrate is 2.0 μm or less and the ten-point average roughness Rz is 8.0 μm or less,
An undercoat film coating step for coating an undercoat film made of a simple substance selected from C, Ti, W, Nb, Ta, Cr, Al, and Si or an alloy thereof on the surface of the processed base material;
A method for producing a liquid feed pump member, comprising: an amorphous film coating step of coating an amorphous film mainly composed of carbon and hydrogen on the surface of the undercoat film.
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