金属材料用耐腐蚀合金涂膜及其形成方法技术

本发明专利技术的课题在于利用低成本且具有批量生产性的简单的形成方法来提供赋予金属材料的表面优异的耐腐蚀性的合金涂膜。本发明专利技术的耐腐蚀合金涂膜，其是在金属材料的表面形成的膜，其中，该耐腐蚀合金涂膜含有Ni、Cr、Si作为必须成分，并且具有0.1～1000μm的厚度，其中，Cr的含有比率为1～50重量％，Si的含有比率为0.1～30重量％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术的课题在于利用低成本且具有批量生产性的简单的形成方法来提供赋予金属材料的表面优异的耐腐蚀性的合金涂膜。本专利技术的耐腐蚀合金涂膜，其是在金属材料的表面形成的膜，其中，该耐腐蚀合金涂膜含有Ni、Cr、Si作为必须成分，并且具有0.1～1000μm的厚度，其中，Cr的含有比率为1～50重量％，Si的含有比率为0.1～30重量％。【专利说明】
本专利技术涉及在金属材料的表面形成的、耐腐蚀性优异的合金涂膜及其形成方法、具有该膜的部件。
技术介绍
—直以来，作为要求高耐腐蚀性的结构材料或者机械部件，采用陶瓷、奥氏体系不锈钢、哈斯特洛伊镍基耐蚀耐热镍基合金(Hastelloy商标)、镍铬铁耐热耐腐蚀合金(inconel)等Ni基合金。但是，这些材料均非常昂贵，并且具有难以加工等课题。另一方面，还开发了各种提高耐腐蚀性的表面处理方法，可举出化成处理(铬酸盐、非铬酸盐)、镀敷等湿法工艺；喷镀、PVD法(物理气相生长法)、CVD法(化学气相生长法)等干法工艺。作为具体的表面处理方法之一，一直以来广泛采用对实施了镀锌的钢铁材料进行铬酸盐处理的方法。该表面处理皮膜利用伴随6价铬离子的溶出的自我修复功能而具有抑制钢铁部件的腐蚀进行的作用。但是，该防蚀效果通常比奥氏体系不锈钢、Ni基合金差，并且以近年来的环境控制为诱因，对非铬酸盐药剂的替代迅速发展。作为采用了非铬酸盐药剂的现有技术，可举出例如专利文献1(日本特开2007-262577)中公开的金属表面处理用组合物、金属表面处理方法、及金属材料。其通过使错和/或钛系的金属表面处理用组合物含有有机硅氧烷，所述有机硅氧烷为有机硅烷的缩聚物且I分子中具有至少两个氨基，并且限定锆元素和/或钛元素的含量、有机硅氧烷的含量、锆元素和/或钛元素相对于有机硅氧烷的质量比、以及缩聚率，从而能够体现出基底隐蔽性、塗膜密合性及耐腐蚀性，但是在强酸性下，该表面处理膜的耐腐蚀性和耐氧化性还称不上充分。作为采用电镀方式的现有技术，可举出例如专利文献2 (日本特开平5-179481)中公开的高耐腐蚀性镀锌-钴钢材的制造方法。该方法如下:在对钢铁材料实施酸性Zn-Co电镀时，按照使镀敷皮膜中的钴含量达到2~3％的方式将酸性镀敷浴中的钴调整成相对于锌+钴为30~85mol %的浓度，从而制造高耐腐蚀性镀锌-钴钢材，但是，所形成的表面处理膜的耐酸性和耐氧化性并不充分。此外，作为采用非电解镀方式的现有技术，可举出例如专利文献3(日本特开平6-65751)中公开的非电解复合镀敷浴及镀敷方法。该方法如下:在使镍及钨的金属盐以次磷酸盐作为还原剂析出镍-钨-磷的合金的非电解镀敷浴中添加碳化硅微粒，在被镀敷物表面分散并共析出碳化硅微粒，由此可以确保良好的耐摩耗性和耐腐蚀性，但是在较浓的无机酸溶液中耐久性不充分。作为使用PVD法的现有技术，可举出例如专利文献4 (日本特开2004-209389)中公开的抗菌防污.耐腐蚀材料。其涉及一种抗菌防污.耐腐蚀性材料及其制造方法，所述抗菌防污.耐腐蚀性材料的特征在于，使光催化性钛氧化物或氧化亚钛以粒状及板状中的至少一种形态生成并分散于在铁中添加有碳、铬、镍中至少一种物质的合金的表面及内部的至少一部分，并公开了能够利用真空蒸镀、溅镀、离子镀、离子束蒸镀等PVD法来制作钛合金。但是，利用该方法所形成的材料在强酸性下的长期耐腐蚀性不充分。作为采用了 CVD法的现有技术，可举出例如专利文献5 (日本特开平5-132777)中公开的利用化学蒸镀在金属基板表面形成娃扩散层或娃包覆型涂层(overlay coating)的方法。该方法如下:利用化学蒸镀在金属基板表面、尤其是铁或铁合金上形成硅扩散层或硅包覆型涂层，从而体现出耐腐蚀性、气体吸附性、耐吸湿性等。但是，利用该方法所形成的表面处理膜可能容易被含有氢氟酸的特殊的混酸溶液蚀刻。因此，现状是对于在腐蚀环境、尤其强酸性下使用的材料和部件而言并无廉价且耐腐蚀性、耐氧化性、加工性优异的材料，期望开发新材料。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2007-262577专利文献2:日本特开平5-179481专利文献3:日本特开平6-65751专利文献4:日本特开2004-209389专利文献5:日本特开平5-132777
技术实现思路
专利技术所要解决的课题`为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术利用低成本且具有批量生产性的简单的形成方法来提供赋予金属材料的表面优异的耐腐蚀性的合金涂膜。用于解决课题的手段本专利技术人等对于用于解决上述课题的手段进行了深入地研究，结果完成了解决上述现有技术的问题的新型的耐腐蚀性优异的合金涂膜及其形成方法。本专利技术中，尤其通过基于采用了硅化铬粒子的Ni溶液的复合镀敷处理和复合镀敷处理后的加热处理尝试了以提高耐腐蚀性为目的的镀敷膜的固溶合金化，并对其进行了深入地研究。迄今的多个复合镀敷处理的目的在于:在基体上共析出粒子，并利用硬度、润滑性、抗菌性、色调等该粒子自身具有的性质来体现功能。即，基体是含有用于活用粒子的性质的一种粘合剂的要素的物质。另一方面，就耐腐蚀性而言，在以往的复合镀敷膜的情况下，腐蚀多在基体和粒子的边界进行，完全没有能够在强酸性下等严酷的腐蚀环境中发挥充分的耐腐蚀性的涂膜。本专利技术人等发现:大幅改变迄今的复合镀敷处理的构想，能够形成耐腐蚀性优异的合金涂膜。即，在基体上共析出粒子的过程与现有技术相同，之后，主动地进行加热处理，使粒子分解、固溶，由此成功地飞跃性提高了基体的性质、尤其是其耐腐蚀性。本专利技术中使用Cr3S1、Cr5Si3、Cr3Si2、CrSi及CrSi2等娃化铬粒子,这些粒子属于高熔点化合物，其熔点非常高，为1480-1770°C。但是，本专利技术人等发现:在这些粒子被共析到Ni基体中时，这些粒子容易在600°C这样的较低加热温度下分解，并且与Ni之间形成固溶合金。此外，还明确了:所形成的N1-Cr-Si固溶合金涂膜在酸腐蚀环境下、氯离子腐蚀环境下涂膜中的Cr会促进表面的钝化，因此能够大幅地延迟腐蚀的进行，并且由于结晶粒径非常小、并且粒界的宽度也狭小，因此具有腐蚀液难以从粒界渗入的膜结构。另外，发现:在合金涂膜中，Cr及Si是有效地生成耐氧化保护皮膜的元素，形成有本专利技术合金涂膜的钢铁部件即使在1000°C的大气加热环境下，也能大幅地延迟涂膜以及基材的氧化。此外还发现:在镀敷膜与基材的界面形成扩散层，这在体现牢固的密合性的意图中非常重要，尤其当在铁系基材上形成本专利技术的合金涂膜的情况下，若因加热处理而发生硅化铬粒子的分解、固溶，则与无硅化铬粒子的情况相比，在同一加热条件下能够形成约10倍厚的主要包含镀敷膜成分的Ni及Cr和基材成分的Fe的相互扩散层(合金涂膜的一部分)(图1:本专利技术的实施例9的合金涂膜的剖面照片)。本专利技术的耐腐蚀合金涂膜能够通过对完成机械加工的物品进行例如〔复合镀敷处理+加热处理〕来形成，为了提高涂膜与基材的密合性，还可以在〔复合镀敷处理+加热处理〕后进行弯曲加工、压制成型。即，本专利技术提供以下的⑴-(8)。(I) 一种耐腐蚀合金涂膜，其是在金属材料的表面形成的膜，其中，该耐腐蚀合金涂膜含有N1、Cr、Si作为必须成分，并且具有0.1-IOOOym的厚度，其中，Ni的含有比率以膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：中田和也，中岛隆，小西知义，别府正昭，
申请(专利权)人：日本帕卡濑精股份有限公司，
类型：
国别省市：