钛材料及其生产和排气管制造技术

（１）一种由纯钛或钛合金基底和在其上形成的有不小于１μｍ的厚度且包含不低于９０质量％的铝或铝和硅的含铝层组成的钛材料。（２）一种由纯钛或钛合金基底和在其上形成的有不小于１μｍ的厚度和包含不低于９０质量％的铝或铝和硅的含铝层组成的、在含铝层和基底之间插有Ａｌ－Ｔｉ金属互化物层的钛材料。（３）一种如（１）限定的钛材料，其中基底包含０．５－１０质量％的铝。（４）一种如（１）限定的钛材料，其中基底的与含铝层接触的表面包含２０－５０原子％的氮。（５）一种如（１）限定的钛材料，其中氮化铝层形成在基底和含铝层之间的界面中。（６）一种用于两或四轮车辆的由上面限定的钛材料制成的排气管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛材料、其生产方法和一种排气管。更特别地，本专利技术涉及一种制造两或四轮车辆的排气管的钛材料。
技术介绍
由于它们的比普通钢铁高的比强度，钛合金正进入交通领域，特别是需要减少重量的汽车。一种实现减重的正研究的方式是用钛合金排气管代替流行的不锈钢排气管。不幸地，排气管变热部分高于500℃，在这样高温下钛合金(无特殊处理)发生迅速氧化，造成耐用性问题。已经提出一些想法改进钛合金的抗氧化性。它们包括包铝的钛合金材料(日本专利公开第平10-99976号)、气相沉积镀Al-Ti合金的方法(日本专利公开第平6-88208号)、用PVD形成TiCrAlN膜的方法(日本专利公开第平9-256138号)。不幸地，包覆涉及复杂过程，导致高生产成本和低的经济。另外，气相沉积和PVD存在着在排气管内部形成抗氧化膜的困难。
技术实现思路
考虑前述完成本专利技术。本专利技术的目的是提供一种有良好的抗氧化性的钛材料和由其制备的排气管，其能够解决上述现有技术涉及的问题。本专利技术的钛材料由纯钛或钛合金的基底和不薄于1μm和包含不低于90质量％的铝或铝和硅的铝层组成。铝层可以直接或它们之间插入Al-Ti金属互化物层间接地形成在基底上。在使用中间层的情况中，Al-Ti金属互化物应优选为Al3Ti，该层厚度平均地不小于0.5μm并且不大于1.5μm。本专利技术的钛材料可以具体化为基底是包含0.5-10质量％的量的铝的钛合金。在这种情况中，基底可以是基本上由铝和钛组成的钛合金。本专利技术的钛材料可以具体化为基底的与含铝层接触的表面层包含20-50原子％的氮。本专利技术的钛材料可以具体化为氮化铝的中间层形成在基底和含铝层之间。本专利技术的钛材料可以具体化为用热浸镀形成含铝层。本专利技术的钛材料可以具体化为含铝层有如下定义的限定的厚度变化。当在含铝层上以钛材料的纵向选择的三个点(间隔14mm)测定厚度时，中间点的厚度和外边两个点的厚度的差不大于中间点的厚度的30％。用热浸镀(涉及将基底浸在熔融金属的镀浴中)形成含铝层得到这种方式构造的钛材料。在这种情况中，应该以1-20cm/s的速率将基底从镀浴中拉起。用热浸镀(涉及将基底浸在熔融金属的镀浴中)形成含铝层的这样方式可以生产本专利技术的钛材料，然后用硬颗粒进行喷丸处理。由本专利技术的钛材料制成的排气管也在本专利技术的范围内。本专利技术的钛材料有优越的抗氧化性，能容易地应用到内部有复杂形状的管子上。因此，它有作为两或四轮汽车的耐用排气管的材料的用途。由上述钛材料制成的本专利技术的排气管在重量上轻，有良好的抗氧化性，产生改进的耐用性。本专利技术的生产方法赋予了钛材料优异的抗氧化性。附图的简要说明附图说明图1是表示属于本专利技术的一个方案的在钛基底和含铝层之间形成中间Al3Ti层的钛材料的照片。具体实施例方式本专利技术的第一方面包括由纯钛或钛合金的基底和不薄于1μm的包含不低于90质量％的铝或铝和硅的含铝层组成的钛材料。产生抗氧化剂行为的含铝层赋予钛材料改进的抗氧化性。对于贡献抗氧化性的含铝层，它应该是形成在纯钛或钛合金的基底上的不薄于1μm和包含不低于90质量％的铝或“铝和硅”的层的形式。其原因是高铝含量的铝或铝合金在高温氧化气氛中优先地形成致密氧化铝(它有大的形成自由能负值)，这种氧化铝起防止进一步氧化的保护膜的作用。顺便提及，硅是改进抗氧化性的元素，因此包含在含铝层中的硅改进其抗氧化性。在硅包含在含铝层中的情况中，铝和硅的总量应该不低于含铝层的90质量％。含铝层(或抗氧化性改进层)应该包含不低于90质量％的铝或铝和硅。任何低于90质量％的量不足以产生所需的抗氧化性效果。在含铝层包含硅的情况中，硅的量应该优选为铝和硅的总量(100质量％)的1-20质量％。在低于1质量％时，硅不产生改进抗氧化性的效果。在硅的含量高于20质量％时，将难以用热浸镀形成含铝层。因此，最需要硅占铝和硅的总量的约10％。含铝层(由单独的铝或铝和硅组成)不可避免地包含除铝和硅的其它元素。它们包括镁、铜、铁等(来源于热浸镀)和钛(来源于由纯钛或钛合金组成的基底)。含铝层应该有不薄于1μm的厚度；否则，它将有引起基底氧化的针孔。对厚度没有上限，原因如下只要含铝层没有针孔，它能得到与厚度成比例的更好的抗氧化效果。但是，过分厚的层使得基底的加工性差。因此，适当的厚度应该为低于约100μm。顺便提及，根据沿钛材料的横截面在任意个点(比如说，三点)测量的平均值确定含铝层的厚度。含铝层优选用能在复杂形状(例如管的内部)上形成均匀层的相当经济的热浸镀形成。热浸镀具有另一个在浸渍在熔融铝中期间减小基底(纯钛或钛合金)表面上的自然氧化物膜的优点，由此改进基底和含铝层之间的粘附。热浸镀优选在浴温为700-800℃和浸渍时间为5-20分钟下进行。但是这个条件随基底的种类和热容量变化。另外，用包含薄铝片(aluminum flake)的有机涂料涂布基底也可以在基底上形成含铝层。如上述，属于本专利技术第一方面的钛材料有优越的抗氧化性，能用允许容易地经济地在复杂形状(例如管内部)上形成抗氧化性改进层的热浸镀生产。换句话说，它帮助解决常规技术的问题，表现出显著的抗氧化性。如果纯钛或钛合金(此后共同称为钛)的基底被含铝层紧紧地覆盖，则需要清理氧化物膜的基底表面。钛通常由几十个纳米厚的自然氧化物膜覆盖。将钛浸渍在高温熔融铝中由表示的还原反应除去氧化物膜。简单的浸渍不能提供足够的粘附。在这种情况下，通过重复浸渍在熔融铝的镀浴中得到良好的粘附，因为这样的重复浸渍由钛和熔融铝之间的反应形成Al-Ti金属互化物。换句话说，如果基底先覆盖一层Al-Ti金属互化物，然后在其上形成含铝层，可以得到基底和含铝层之间的高粘附。可以采用例如将基底浸渍在熔融铝中使得自然氧化物膜和熔融铝反应完成通过还原除去自然氧化物膜。因此，如果基底浸渍在熔融铝中足够长的时间，自然氧化物膜被还原除去，然后形成一层Al-Ti金属互化物。本专利技术的第二方面包括由纯钛或钛合金的基底和在其上形成的不薄于1μm的包含不低于90质量％的铝或铝和硅的含铝层组成的、它们之间插入Al-Ti金属互化物中间层的钛材料。和本专利技术的第一方面的钛材料相比，本专利技术第二方面的钛材料在基底和含铝层之间的粘附上更好。换句话说，中间层保证了牢固的粘附，粘附失败最小。当Al-Ti金属互化物为Al3Ti时得到优异粘附的发现产生了本专利技术的第三方面。这样，根据本专利技术的第三方面，本专利技术的第二方面限定的钛材料的特征在于Al-Ti金属互化物(在Al-Ti金属互化物层中)为Al3Ti。这个钛材料由于上述原因表现出显著的粘附。顺便提及，Al-Ti金属互化物包括Ti3Al、TiAl和Al3Ti。前两者脆弱，所以如果它们出现在基底(纯钛或钛合金的)和含铝层之间的界面中，它们产生有缺陷的粘附。已经知道一种用薄铝片包覆钛板然后经用于固相反应的热处理在界面中形成金属互化物改进粘附的方法。但是这个常规方法使得在界面中形成Ti3Al和TiAl，由此产生有缺陷的粘附。本专利技术的第三方面需要Al3Ti层形成在基底(钛)上或基底和含铝层之间的界面中。本专利技术人根据需要成功地形成了Al3Ti层。换句话说，他们成功地采用热浸镀方法并适当控制浸渍时间和浴温，在基底和含铝层之间的界面中形成了单独由Al3Ti(没有Ti3Al和TiAl)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛材料，包括：纯钛或钛合金的基底；和，至少部分地形成在基底表面上的含铝层，所述的含铝层的厚度不小于１μｍ且其中的铝含量或铝和硅的总含量不低于９０质量％。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本兼司，漆原亘，屋敷贵司，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]