JPH02207985A - 高耐食性異材接合材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ｚｒ系材料またはＴｉ系材料と、ステンレス
鋼との接合材およびその製造方法に関する。なお、本明
細書においてＺｒ系材料とは、工業用純ＺｒまたはＺｒ
合金を言い、Ｔｉ系材料とは、工業用純ＴｌまたはＴｉ
合金を言う。

Ｃ従来の技術〕 Ｚｒ系材料またはＴｉ系材は、高温高４度の酸に対して
高い耐食性を示すので、化学工業用プラント、酸処理プ
ラント等への広い需要が期待されている。しかし、こら
れの材料は、汎用の高耐食性材料であるステンレス鋼と
比べて著しく高価である。このため、腐食環境の過酷な
部分にのみこれらの材料を使用し、他の部分はステンレ
ス鋼で置き換えられることが有利となる。

このようにＺｒ系材料またはＴｉ系材料を部分的に使用
する場合、これらの材料とステンレス鋼との接合が必要
になる。しかし、両者の溶融溶接は極めて難しく、現場
での直接接合は困難である。

そのため、通常は、第１図に示すような異材継手１Ｇが
使用される。これは、接合しようとするＺｒ系材料また
はＴｋ系材料からなる部材１１と、ステンレス鋼からな
る部材１２とを拡散接合、ｔＪＪ着、摩擦接合等の非溶
融溶接法で予め接合したものである。これを用いれば、
接合しようとするＺｒ系材料またはＴＩ系材料２１とス
テンレス鋼２２との接合は、同種材料の接合となり、Ｔ
ＩＧ接合等の溶融溶接の使用により現場でも比較的簡単
に行うことが可能となる。

しかしながら、拡散接合、爆着、摩擦接合等でＺｒ系材
料またはＴｉ系材料とステンレス鋼とを接合すると、非
溶融溶接法で接合されているにもかかわらず、接合界面
で金属間化合物の生成がおこり、耐食性が著しく劣化す
る。その結果、前述の異材継手ｌＯにあっては、それ自
体の接合部１３で腐食が進む。このようなＺｒ系材料ま
たはＴｉ系材料とステンレス鋼との接合部腐食に対する
対策としては、両者の間にβ型Ｚｒ合金またはβ型Ｔ１
合金を介在させる方法（特開昭６１−５２９６６号公報
）と、Ｔａを介在させる方法（特開昭６２−２２０２９
１号公報）等が公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

いずれの対策も、Ｚｒ系材料またはＴｉ系材料とステン
レス鋼とを直接接合する場合に比べれば、金属間化合物
の生成を大幅に押さえることができる。しかし、金属間
化合物の生成を完全に防止できるわけではない０例えば
Ｔａを介在させる方法にあっては、通常の接合条件の場
合にも接合界面部にわずかではあるが金属間化合物が形
成され、接合を高温で長時間かけて行うと、金属間化合
物の顕著な生成が認められる。したがって、これらの対
策も接合部が硝酸等の腐食性の高い溶液に直接さられた
場合には、腐食を押さえることができない、また、Ｔａ
からなるインサート材を介在させる場合にあっては、イ
ンサート材が高価につくことも問題になる。

本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、金属
間化合物に起因する接合部腐食を低コストで確実に防止
することができる異材接合材およびその製造方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

Ｚｒ系材料またはＴｉ系材料とステンレス鋼との接合部
で腐食が完全に防止できないのは、非溶融溶接法を採用
しても、また接合部にインサート材を介在させても、接
合界面部での金属間化合物の生成を完全に抑え得ないこ
とが原因である。しかし、接合部が腐食溶液に直接さら
されることがなければ、接合界面部に金属間化合物が生
成しても、接合部の腐食は確実に防止される。

また、この考えに沿って接合部周囲をコーティングする
にしても、コーテイング材そのものが優れた耐食性を持
たなければならず、しかもコーティング時に高温加熱を
必要としないことが重要である。コーティング時に接合
材が高温に加熱されると、接合界面において金属間化合
物の成長がおこり、接合部の機械的性質が低下する。ま
た、コーテイング材自体が低コストなことも重要でる。

本発明者らは、このような要求に対し、セラミックによ
る接合部コーティングを企画し、種々のセラミック系コ
ーテイング材についてその適性を検討した結果、窒化珪
素が特に有効なことを知見した。すなわち、窒化珪素は
、第１にＴａ等の高耐食性材料と比べて低コストである
。第２にＴｌＣ１ＳｉＣ，ＴｉＮ等と比べて硝酸に対す
る耐食性が高い、第３に、コーティングに際してＴｉＣ
。

ＳｉＣ，ＴｉＮ等はどの基材加熱温度を必要としない、
したがって、接合部を窒化珪素でコーティングした接合
材にあっては、硝酸溶液中でも接合部が溶液から確実に
隔離され、接合部の腐食が防止されるとともに、コーテ
ィングにともなう接合部の機械的強度低下が抑止される
。更に、ここにおける腐食防止は、接合界面部における
金属間化合物の有無に関係なく達成されるので、接合部
にＴａ等の高価なインサート材を介在させる必要がなく
、窒化珪素自体も低コストであるために、経済性に著し
く優れる。

本発明の接合材は、Ｚｒ系材料またはＴｉ系材料とステ
ンレス鋼との接合部周囲に、接合部を覆うように窒化珪
素が１μｍ以上の厚みにコーティングされた高耐食性異
材接合材であり、接合部の耐食性に優れるだけでなく、
その機械的強度が優れ、経済性にも優れる。

また、本発明の製造方法は、接合部の機械的強度低下が
生じることなく上記接合材を製造する方法で、上記コー
ティングを行うにあたり、基材温度を８００°Ｃ以下に
制限する方法である。

〔作　　用〕

本発明において、接合部にコーティングする窒化珪素の
膜厚を１ａｍとしたのは、膜厚が１μｍ未満では窒化珪
素膜の局部的な欠陥により、この部分を起点として腐食
が進行するからである。膜厚の上限は特に定めないが、
６μｍを超えると、窒化珪素膜と基材との間の熱膨張差
から窒化珪素膜が剥離する場合があるので、最大膜厚と
しては６μｍ以下が望ましい。

窒化珪素をコーティングする場合、窒化珪素膜の密着性
向上のためには、コーティング時の基材温度を高くする
ことが望ましいが、基材温度が８００°Ｃを超えると、
Ｔｉ系材料またはＺｒ系材料とステンレス鋼との間の接
合界面において、金属間化合物の成長がおこる。この成
長は、接合部が窒化珪素でコーティングされているので
、耐食性の観点からは大きな問題になることはないが、
接合部の機械的性質、特に曲げ性に対しては著しい性質
低下を発生させるので、コーティングの時の基材温度は
８００°Ｃ以下に制限する必要がある。

コーティング方法は特に限定しないが、低い基材温度で
効率よくコーティングできる方法がよく、この観点から
プラズマＣＶＤ法が好適である。プラズマＣＶＤ法は、
高周波によりプラズマを発生させてコーティングを行う
方法で、通常のＣＶＤ法（化学気相蒸着法）と比べて基
材温度の低下が可能であり、ａ　ｏ　ｏ　”ｃ以下でも
窒化珪素の確実なコーティングを可能ならしめる。

なお、Ｚｒ系材料またはＴｉ系材料とステンレス鋼との
接合は、熱間圧延等による拡散接合、爆着、摩擦接合等
の慣用の非溶融接合法で行い、必要あらば接合部にＴａ
等のインサート材を介在させることが可能である。

〔実施例） 以下に本発明の実施例を述べる。

第１表に示す工業用線Ｚｒ、Ｚｒ合金、工業用線Ｔｌ、
ＴＩ合金と、第２表に示す２種類のステンレス鋼とを熱
間圧延法（加熱温度９００°Ｃ１圧下比４）により非溶
融接合して異材接合材とした。

一部のものについては、接合部にＴａからなるインサー
ト材を介在させた。

そして、製造された異材接合材より第２図に示す寸法の
試験片を採取し、その接合部１３が露出している面を含
む全表面に窒化珪素（ＳｉｉＮ４）、ＴｉｃＳＳｉＣ，
Ｔ１ＮｅＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法で種々の厚みにコ
ーティングした。

しかる後、試験片を８　Ｎ　ＨＮ　Ｏｘ　＋０．２　ｇ
　／　４２Ｃｒ”沸ａ！溶液中に４８時間浸漬し、この
時の腐食速度を測定するとともに、試験片を切断して光
学顕微鏡で接合界面部の腐食深さを測定した。測定後、
高耐食性を有すると認められた試験片については、更に
半径１５ｍｍの曲げ試験を行って、接合部の機械的性質
を評価した。結果を第３表に示す０曲げ試験結果は○（
割れ有り）、×（割れなし）で表わしている。

第　　１ 表 （ｗｔ％） 第　　２ 表（ｗｔ％） Ｎ１１１〜６は工業用純ジルコンと５ＵＳ３０４Ｌ鋼と
の接合材で、接合部の露出する面はプラズマＣＶＤ法に
よりＳｉ、Ｎ、がコーティングされている。Ｎｌ１１で
はＳｔ３Ｎｍの膜厚が１μｍに達していないために、腐
食が進行している。患２では膜厚が６μｍを超え、コー
テイング膜が局部的に剥離した。漱３〜６では膜厚が適
正で、全体的な腐食だけでなく接合界面での腐食も抑制
されている。ただし、Ｎａ６についてはコーティング時
の基材加熱温度が８００°Ｃを超えたために、曲げ試験
で接合部に割れが生じた。

１４１１７〜１２は、他の組合せになる接合材で、いず
れも接合部が適正厚みのＳｉ、Ｎ、でコーティングされ
、且つコーティング時の基材温度が５００°Ｃに制限さ
れている。したがって、腐食は抑制され、接合部の機械
的強度も高い。

石１３〜１５は、コーテイング材としてＴｉＣ１ＳｉＣ
，ＴｉＮを使用した接合材であり、コーテイング膜の腐
食が著しく、接合部の保慢が不可能である。耐食性が不
十分なため、曲げ試験までは実施していないが、Ｔｉｃ
、ＳｉＣ，ＴｉＮはＳｉ、Ｎ、と比較して同じ膜厚を得
るにも高い加熱温度を必要とし、８００℃を超える加熱
温度が必要なＴｉｃにあっては、接合部の機械的強度低
下が生じていると推定される。

Ｎ［Ｌｉ２はＣＶＤ法でコーティングを行った接合材で
あり、適正なコーティングを確保するためには、１１０
０°Ｃという高い基材加熱温度が必要になり、その結果
、接合部の機械的強度低下を生じている。

Ｌｉ７．ｔｏは従来の接合材で、接合部にコーティング
が行われていないために、腐食を抑制し得ていない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発朋の接合材は、接
合部を低コストなコーテイング材で覆い、腐食原因とな
る金属間化合物の生成状況に関係なく、接合部の耐食劣
化を防止し得る。したがって、接合部にＴａ等の高価な
インサート材を介在させる必要がなく、インサート材を
介在させなくてもインサート材を介在させた場合よりも
優れた耐食性を示し、なおかつ経済性に優れる。更に、
コーティングにともなう接合部の機械的強度低下も殆ど
生じない。

また、本発明の製造方法は、接合部の機械的強度の低下
なしに上記接合材を製造することができる。

したがって、本発明は例えば異材継手、あるいはその素
材に適用して、異材継手にそのコストを高めることなく
長期間安定な耐久性を付与し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は異材継手の説明図、第２図は試験片の寸法図で
ある。 図中：ｌＯ：異材継手。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｚｒ系材料またはＴｉ系材料とステンレス鋼との接
   合部周囲に、接合部を覆うように窒化珪素が１μｍ以上
   の厚みにコーティングされていることを特徴とする高耐
   食性異材接合材。 ２、請求項１に記載のコーティングを行うにあたり、基
   材温度を８００℃以下に制限することを特徴とする高耐
   食性異材接合材の製造方法。