本發(fā)明涉及對(duì)低熔點(diǎn)的鋁、鉛、錫、及各合金的熔融金屬的耐熔損性優(yōu)異的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件。尤其是涉及對(duì)熔融的鋁及其合金(以下，也單純地稱為“鋁”)的耐熔損性優(yōu)異的處理部件。

背景技術(shù)：

鋁的鑄造等汲取熔融的低熔點(diǎn)金屬并運(yùn)送至模具、壓鑄機(jī)的澆包、以及去除熔融金屬池的表面漂浮的“熔渣”的扒渣等的處理部件反復(fù)浸漬于熔融金屬中。另外，保護(hù)溫度測(cè)定機(jī)器等的處理部件以直接浸漬于熔融金屬中的狀態(tài)使用。

這樣的將低熔點(diǎn)熔融金屬進(jìn)行操作或處理的處理部件中，對(duì)由鑄鐵、陶瓷形成的基材的表面涂布各種耐熱涂布劑，確保對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性。

但是，基材為鑄鐵制的情況下，由于熱膨脹·收縮，有時(shí)涂布劑發(fā)生剝離、基材發(fā)生熔損，并且熱導(dǎo)率比較高，因此澆包內(nèi)的熔融金屬的溫度容易降低，此外質(zhì)量也大，有時(shí)作業(yè)效率受損?；臑樘沾芍频那闆r下，質(zhì)脆，因此受沖擊容易折損，有時(shí)作業(yè)效率受損。

立足于此，專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中提出了：將比鑄鐵輕量、熱膨脹率和熱導(dǎo)率比較小的鈦用作基材的鈦制的處理部件。鈦如非專利文獻(xiàn)1記載的那樣與鋁反應(yīng)形成TiAl₃，為了確保對(duì)熔融鋁的耐熔損性，必需對(duì)鈦制的處理部件實(shí)施某種表面處理。

專利文獻(xiàn)1的處理部件是對(duì)基材的鈦熔融鍍覆鋁后，在大氣中實(shí)施氧化處理，將鋁的氧化物、即氧化鋁作為主要產(chǎn)物的氧化物層在基材的表面以保護(hù)層的形式形成的處理部件。但是，根據(jù)非專利文獻(xiàn)1，專利文獻(xiàn)1的處理部件的表層中，至少可以說(shuō)鈦與鋁反應(yīng)形成金屬間化合物TiAl₃。

專利文獻(xiàn)2的處理部件是對(duì)由鈦或鈦合金形成的基材進(jìn)行酸洗后浸漬于熔融鋁而在基材表面形成鋁層后，通過(guò)熱處理使至少包含TiAl、TiAl₂、TiAl₃中的TiAl₂或TiAl₃的金屬間化合物層以保護(hù)層的形式形成于表面的處理部件。

專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2的處理部件的表層形成的鈦與鋁的金屬間化合物(TiAl、TiAl₂、TiAl₃)非常脆，為沖擊下易破損的化合物。并且，這些金屬間化合物的熱膨脹系數(shù)與基材的鈦相比大至約1.5倍，因此使用時(shí)反復(fù)熱膨脹·收縮導(dǎo)致金屬間化合物層產(chǎn)生裂紋。從該裂紋浸透熔融金屬，處理部件熔損。

圖1示出在浸漬于熔融鋁的基材鈦的表面鈦與鋁反應(yīng)生成的金屬間化合物(TiAl₃)層。金屬間化合物(TiAl₃)層2產(chǎn)生裂紋4。需要說(shuō)明的是，在金屬間化合物(TiAl₃)層2之上形成熔融鋁的凝固層1。

即使向?qū)＠墨I(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2的處理部件的表面涂布耐熱性的涂布劑，金屬間化合物層也因熱膨脹·收縮而產(chǎn)生裂紋，金屬間化合物層變得易發(fā)生剝離。

為了使低熔點(diǎn)熔融金屬用的處理部件的壽命長(zhǎng)期化，必需在保護(hù)處理部件的保護(hù)層中，抑制因熱膨脹·收縮而產(chǎn)生的裂紋，或者另外抑制保護(hù)上述保護(hù)層的耐熱涂覆層的剝離，來(lái)提高上述處理部件的對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本國(guó)特開(kāi)平08-199322號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本國(guó)特開(kāi)2013-036070號(hào)公報(bào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：日本金屬學(xué)會(huì)志第64卷第2號(hào)、2000年、85～94頁(yè)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

本發(fā)明的課題在于在對(duì)低熔點(diǎn)的鋁等低熔點(diǎn)熔融金屬進(jìn)行操作或處理的處理部件(以下有時(shí)稱為“低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件”)中，抑制該處理部件的表面層的裂紋的產(chǎn)生，另外，抑制保護(hù)表面層的耐熱涂覆層的剝離來(lái)提高對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性，目的在于提供解決該課題的耐熔損性優(yōu)異的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件。

用于解決問(wèn)題的方案

本發(fā)明人等針對(duì)解決上述課題的方法進(jìn)行了深入研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將鈦用作基材，將基材在大氣的氧化氣氛中進(jìn)行熱處理，由此在基材的表面形成氧化鈦層，在該氧化鈦層之下形成由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層時(shí)，鈦?zhàn)鳛榛牡牡腿埸c(diǎn)熔融金屬處理部件對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性顯著提高。

進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，在基材的最外表面形成所需要的耐熱涂覆層時(shí)，鈦?zhàn)鳛榛牡牡腿埸c(diǎn)熔融金屬處理部件對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性進(jìn)一步提高。

本發(fā)明是基于上述見(jiàn)解做出的，其主旨如下所述。

(1)一種低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件，其中，基材由鈦形成，在基材的表面具有厚度為2～20μm的氧化鈦層，在該氧化鈦層之下具有由比基材的氧濃度高的α相形成的厚度為20～200μm的富氧層。

(2)一種低熔點(diǎn)熔融金屬用的處理部件，其中，基材由鈦形成，在基材的最外表面具有包含TiO₂、MgO、SiO₂、Al₂O₃、RE₂O₃、BN的1種或2種以上的涂覆層，在該涂覆層之下具有厚度為2～20μm的氧化鈦層，在該氧化鈦層之下具有由比基材的氧濃度高的α相形成的厚度為20～200μm的富氧層。

(3)根據(jù)前述(1)或(2)所述的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件，其中，前述氧化鈦層及富氧層為將基材在氧化氣氛中以750℃以上且低于1000℃加熱30分鐘以上且300分鐘以下形成的。

(4)根據(jù)前述(1)或(2)所述的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件，其中，前述富氧層的截面硬度呈從基材的表面?zhèn)认騼?nèi)部連續(xù)地減少的硬度分布。

(5)根據(jù)前述(1)或(2)所述的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件，其中，作為前述基材使用的鈦的500℃時(shí)的0.2％耐力為75MPa以上。

(6)根據(jù)前述(1)或(2)所述的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件，其中，作為前述基材使用的鈦包含Cu：0.5～1.5質(zhì)量％、Sn：1.5質(zhì)量％以下、Si：0.6質(zhì)量％以下，且Cu與Sn的總量為0.5～2.7質(zhì)量％、余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，可以提供基材由鈦形成、對(duì)低熔點(diǎn)的鋁等低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性優(yōu)異的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件。

附圖說(shuō)明

圖1為示出在浸漬于熔融鋁的基材鈦的表面鈦與鋁反應(yīng)生成的金屬間化合物(TiAl₃)層的圖。

圖2為示出本發(fā)明的表層截面的層結(jié)構(gòu)(表層結(jié)構(gòu))的圖。

圖3為示出本發(fā)明的表層截面的組織(表層組織)的圖。

圖4為示出本發(fā)明的表層截面的其它層結(jié)構(gòu)(表層結(jié)構(gòu))的圖。

圖5為示出本發(fā)明的表層截面的其它組織(表層組織)的圖。

圖6為示出本發(fā)明的表層部的截面中的硬度分布的圖。

圖7為示出在基材鈦的表面形成的鈦與“焊料”的反應(yīng)層的圖。

具體實(shí)施方式

低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件(以下，有時(shí)僅稱為“處理部件”)通過(guò)與低熔點(diǎn)熔融金屬的接觸，溫度的上升與下降的反復(fù)而反復(fù)熱膨脹·收縮，因此處理部件的表面層產(chǎn)生裂紋、處理部件對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性降低。

本發(fā)明人等針對(duì)即使受到反復(fù)的熱膨脹·收縮也能維持優(yōu)異耐熔損性的處理部件進(jìn)行了深入研究。

其結(jié)果，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)：作為基材使用鈦，將基材在大氣等氧化氣氛中進(jìn)行熱處理，在基材表面形成氧化鈦層，在該氧化鈦層之下形成由比鈦的氧濃度更高的α相形成的富氧層時(shí)，基材即使反復(fù)熱膨脹·收縮，對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬的耐性高的氧化鈦層能夠抑制裂紋的產(chǎn)生，進(jìn)而能夠提高在上述氧化鈦層之上形成的耐熱涂覆層的密合性、即耐剝離性。

基于上述見(jiàn)解的本發(fā)明的低熔點(diǎn)熔融金屬用處理部件(以下有時(shí)稱為“本發(fā)明處理部件”)：

(i)基材由鈦形成，在基材的表面具有厚度為2～20μm的氧化鈦層，在該氧化鈦層之下具有由比基材的氧濃度高的α相形成的厚度為20～200μm的富氧層。

(ii)另外，基材由鈦形成，在基材的最外表面具有包含TiO₂、MgO、SiO₂、Al₂O₃、RE₂O₃及BN的1種或2種以上的涂覆層，在該涂覆層之下具有厚度為2～20μm的氧化鈦層，在該氧化鈦層之下具有由比基材的氧濃度高的α相形成的厚度為20～200μm的富氧層。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的低熔點(diǎn)熔融金屬用處理部件對(duì)例如低熔點(diǎn)的鋁、鉛、錫、及各合金的熔融金屬的耐熔損性優(yōu)異，可反復(fù)浸漬于這些熔融金屬中，另外，可以以浸漬于這些熔融金屬中的狀態(tài)直接使用。作為本發(fā)明的低熔點(diǎn)熔融金屬用處理部件的一個(gè)例子，示例出汲取熔融的低熔點(diǎn)金屬運(yùn)送至模具、壓鑄機(jī)的澆包、去除熔融金屬池的表面漂浮的“熔渣”的扒渣等的處理部件、保護(hù)溫度測(cè)定機(jī)器等的處理部件。以下，針對(duì)本發(fā)明處理部件進(jìn)行說(shuō)明。

圖2示出本發(fā)明的表層截面的層結(jié)構(gòu)(表層結(jié)構(gòu))。如圖2所示，從與鋁等低熔點(diǎn)熔融金屬接觸的一側(cè)起，為包含氧化鈦層5、由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層6、及基材鈦7的表層結(jié)構(gòu)。

圖3示出本發(fā)明的表層截面的組織(表層組織)。如圖3所示，與圖2所示的表層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，能夠識(shí)別出氧化鈦層5的組織、由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層6的組織、及基材鈦7的組織這樣的表層截面的組織。

圖2所示的表層結(jié)構(gòu)及圖3所示的表層組織能夠通過(guò)將基材鈦在大氣等氧化氣氛中以所需要的溫度加熱(熱處理)所需要的時(shí)間來(lái)形成(對(duì)此在后文敘述)。

氧化鈦層主要包含TiO₂(二氧化鈦)，TiO₂之外還可以含有TiO、Ti₂O₃、Ti₂O₅等鈦價(jià)數(shù)不同的氧化鈦。

為了確保耐熔損性，氧化鈦層的厚度設(shè)為2～20μm。氧化鈦層的厚度變薄至不足2μm時(shí)，與對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬進(jìn)行操作或處理的裝置的周邊器具(例如，夾具、工具)摩擦?xí)r，有時(shí)氧化鈦層產(chǎn)生缺失、缺陷，因此氧化鈦層的厚度設(shè)為2μm以上。優(yōu)選為5μm以上。

另一方面，氧化鈦層的厚度變得比20μm更厚時(shí)，低熔點(diǎn)熔融金屬的操作或處理時(shí)氧化鈦層有時(shí)剝離，因此氧化鈦層的厚度設(shè)為20μm以下。優(yōu)選為15μm以下。

即使處理部件反復(fù)熱膨脹·收縮，通過(guò)基材鈦的表層結(jié)構(gòu)及表層組織就能顯著抑制表層部的裂紋的產(chǎn)生。這是因?yàn)椋?a)氧化鈦層不易于鋁等低熔點(diǎn)熔融金屬反應(yīng)、且(b)氧化鈦層、由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層、及基材鈦的熱膨脹系數(shù)比鑄鐵、TiAl₃小且為相互接近值。

富氧層為固溶了氧的鈦或鈦合金，存在于氧化鈦層與基材鈦之間，對(duì)熱膨脹·收縮起到緩沖層的作用，抑制基材鈦的表層部的裂紋的產(chǎn)生。

將基材鈦在大氣等氧化氣氛中進(jìn)行熱處理，基材鈦的表層部形成氧化鈦層、和由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層，該情況下，富氧層的厚度設(shè)為20～200μm。

富氧層的厚度設(shè)為不足20μm時(shí)，其之上形成的氧化鈦層的厚度有未達(dá)到2μm的情況，因此富氧層的厚度設(shè)為20μm以上。優(yōu)選為30μm以上。

另一方面，富氧層的厚度超過(guò)200μm時(shí)，氧化鈦層的厚度有時(shí)超過(guò)20μm，因此富氧層的厚度設(shè)為200μm以下。優(yōu)選為150μm以下。

氧化鈦層的厚度為5～15μm，其之下的由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層的厚度為30～150μm時(shí)，氧化鈦層穩(wěn)定、與富氧層密合且不易剝離，因此更顯著地抑制裂紋的產(chǎn)生。

將基材鈦在大氣等氧化氣氛中進(jìn)行熱處理時(shí)的條件優(yōu)選為加熱溫度：750℃以上且低于1000℃、加熱時(shí)間：30分鐘以上且300分鐘以下。加熱溫度低于750℃時(shí)，難以高效地形成氧化鈦層和其之下的富氧層，因此加熱溫度優(yōu)選為750℃以上。更優(yōu)選為800℃以上。

加熱溫度為1000℃以上時(shí)，在加熱時(shí)基材鈦?zhàn)冃?，因此為了抑制變形，加熱溫度?yōu)選低于1000℃。更優(yōu)選為900℃以下。

為了形成所需要的厚度的氧化鈦層和富氧層，對(duì)于加熱時(shí)間在考慮加熱溫度下進(jìn)行設(shè)定。從熱處理效率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選30～300分鐘、更優(yōu)選為50～180分鐘。

圖4示出本發(fā)明的表層截面的其它層結(jié)構(gòu)(表層結(jié)構(gòu))。圖4所示的表層結(jié)構(gòu)為在圖2所示的表層結(jié)構(gòu)的氧化鈦層5的表面形成特定的涂覆層8、進(jìn)一步提高對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性的結(jié)構(gòu)。

從與鋁等低熔點(diǎn)熔融金屬接觸的表面?zhèn)绕?，表層結(jié)構(gòu)包含：包含TiO₂、MgO、SiO₂、Al₂O₃、RE₂O₃、BN的1種或2種以上的涂覆層8、氧化鈦層5、由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層6、及基材鈦。

對(duì)于圖4所示的層結(jié)構(gòu)，將基材鈦在大氣等氧化氣氛中進(jìn)行熱處理形成圖2所示的表層結(jié)構(gòu)后，將包含TiO₂、MgO、SiO₂、Al₂O₃、RE₂O₃、BN的1種或2種以上的涂布劑進(jìn)行涂布·干燥便能夠形成。需要說(shuō)明的是，RE₂O₃為稀土元素的Y、La、Lu等的氧化物，也可以為稀土元素的混合物(混合稀土金屬，misch metal)的氧化物。

圖5示出本發(fā)明的表層截面的其它組織(表層組織)。圖5所示的組織中，與圖4示出的層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，能夠識(shí)別出各層的組織。

圖5所示的表層組織中，可知涂覆層8與之前在基材鈦的表面形成的氧化鈦層5之間未發(fā)現(xiàn)空隙，兩層的密合性高。即，本發(fā)明處理部件中，涂覆層與氧化鈦層的密合性高、難以剝離，并且對(duì)鋁等低熔點(diǎn)熔融金屬穩(wěn)定，因此進(jìn)一步提高對(duì)低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性。

本發(fā)明處理部件中，由比基材的氧濃度高的α相形成的厚度為20～200μm的富氧層的截面硬度優(yōu)選呈從基材的表面?zhèn)认騼?nèi)部的基材鈦連續(xù)地減少的硬度分布。

氧化鈦層之下的富氧層的截面硬度呈上述硬度分布，證明了成分組成、機(jī)械特性從基材的表面?zhèn)认騼?nèi)部的基材鈦連續(xù)地變化，各層間的界面強(qiáng)度優(yōu)異。因此，通過(guò)氧化鈦層之下的富氧層的截面硬度呈上述硬度分布，能夠提高對(duì)于氧化鈦層與涂覆層的裂紋產(chǎn)生的耐性、耐剝離性。

圖6示出本發(fā)明的表層部的截面的硬度分布。為對(duì)本發(fā)明處理部件的表層部的截面負(fù)載25gf測(cè)定的維氏硬度的從表面向深度方向的硬度分布。從圖6可知，形成厚度為約70μm的由氧濃度高的α相形成的富氧層，越近表面?zhèn)扔捕仍礁撸殡S著距表面的深度變深，硬度連續(xù)地降低。

需要說(shuō)明的是，富氧層是將基材鈦在大氣等氧化氣氛中進(jìn)行熱處理而形成的，因此圖6啟示了截面硬度高的一側(cè)的氧濃度也高。

熔融鋁的溫度為650～700℃，低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件反復(fù)暴露于高溫環(huán)境。因此，為了抑制上述處理部件的輕量化、變形，對(duì)于基材優(yōu)選使用500℃時(shí)的0.2％耐力為75MPa以上的鈦或鈦合金。

例如，反復(fù)向熔融鋁的浸漬、提拉至大氣的澆包的內(nèi)部的溫度平時(shí)達(dá)不到650～700℃，因此立足于此，用于規(guī)定基材的耐力的基準(zhǔn)溫度設(shè)為500℃。

基材的耐力設(shè)為比最通用的工業(yè)用純鈦2種(JISH4600)的500℃時(shí)的0.2％耐力高20％以上的75MPa以上。由此，與使用工業(yè)用純鈦2種相比，約20％的輕量化成為可能。更優(yōu)選為高約100％以上的120MPa以上。

作為基材使用的鈦優(yōu)選如下的鈦：包含Cu：0.5～1.5質(zhì)量％、Sn：1.5質(zhì)量％以下、Si：0.6質(zhì)量％以下，且Cu與Sn的總量為0.5～2.7質(zhì)量％，余量為Ti及不可避的雜質(zhì)。Cu：0.5質(zhì)量％以上能夠確保500℃時(shí)的0.2％耐力：75MPa以上。

處理部件能用冷壓、彎曲加工來(lái)制造，最通用的工業(yè)用純鈦2種(JIS H4600)的室溫拉伸試驗(yàn)的伸長(zhǎng)率為23％以上，基材鈦也具有如此的伸長(zhǎng)率時(shí)，可以認(rèn)為成形性變得良好，加工商的加工變得容易。

因此，為了確?；拟佒?3％以上的室溫拉伸試驗(yàn)的伸長(zhǎng)率，優(yōu)選的是：基材鈦中的Cu：1.5質(zhì)量％以下、Sn：1.5質(zhì)量％以下、Si：0.6質(zhì)量％以下，且Cu與Sn的總量：2.7質(zhì)量％以下。

進(jìn)而，為了將500℃時(shí)的0.2％耐力穩(wěn)定地確保為120MPa以上，優(yōu)選的是：基材鈦中的Cu：0.5～1.5質(zhì)量％、Sn：0.5～1.5質(zhì)量％、Si：超過(guò)0.1～0.6質(zhì)量％，且Cu與Sn的總量：1.0～2.7％。

實(shí)施例

接著，針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，實(shí)施例中的條件是為了確認(rèn)本發(fā)明的實(shí)施可能性及效果而采用的一條件例，本發(fā)明不限定于該一條件例。本發(fā)明只要在不超出本發(fā)明的主旨、達(dá)成本發(fā)明的目的，則可以采用各種條件。

(實(shí)施例1)

表1示出基材鈦的成分組成(質(zhì)量％)、500℃時(shí)的0.2％耐力(MPa)、及室溫時(shí)的拉伸試驗(yàn)時(shí)的伸長(zhǎng)率(％)。這些基材鈦是對(duì)用真空電弧溶解制造的特定成分組成的鑄錠實(shí)施熱鍛和熱軋，接著以750℃實(shí)施30分鐘的退火，之后，加工成40mm×40mm的板，對(duì)表面用#600研磨進(jìn)行精磨而成的。

將取自表1所示的基材鈦、實(shí)施了表2所示的熱處理的試驗(yàn)片、進(jìn)而被覆了表3所示的涂布劑的試驗(yàn)片供于后述的曝露試驗(yàn)A評(píng)價(jià)耐熔損性。

[曝露試驗(yàn)A]

將試驗(yàn)片在熔融鋁中浸漬8小時(shí)、浸漬后、提拉至大氣中，將上述工序作為1個(gè)循環(huán)，實(shí)施3個(gè)循環(huán)。熔融鋁約700℃。需要說(shuō)明的是，對(duì)于熔融鋁使用最通用的壓鑄用鋁合金JIS H5302的ADC12(Al-Si-Cu系)。

將經(jīng)曝露試驗(yàn)A的試驗(yàn)片的表層截面埋入樹脂、進(jìn)行研磨、蝕刻，制作觀察試樣。用光學(xué)顯微鏡對(duì)觀察試樣的約10mm長(zhǎng)度進(jìn)行觀察，為了把握耐熔損性的程度，評(píng)價(jià)與熔融鋁的反應(yīng)層的厚度(最大)和裂紋的有無(wú)。對(duì)于用涂布劑形成涂覆層的試驗(yàn)片，評(píng)價(jià)涂覆層的剝離的有無(wú)。

表2示出反應(yīng)層的厚度(最大)和裂紋的有無(wú)。為基材本身的比較例No.1、3、14及20，和即使在大氣中進(jìn)行熱處理、氧化鈦層也不足光學(xué)顯微鏡的觀察極限的1μm的比較例No.4、15及21中，與熔融鋁的反應(yīng)層非常厚、達(dá)500μm以上，其層內(nèi)觀察到大量的裂紋。

在大氣中以1000℃進(jìn)行加熱，形成了30μm的氧化鈦層的比較例No.13中，觀察到局部的氧化鈦層的剝離，另外，觀察到最大厚度500μm左右的凸?fàn)畹姆磻?yīng)層。

與此相對(duì)，以大氣中的熱處理從基材的表面?zhèn)绕鹦纬闪搜趸亴印⒂杀然牡难鯘舛雀叩摩料嘈纬傻母谎鯇?、及基材鈦的表層結(jié)構(gòu)的發(fā)明例No.2、5～12、16～19及22～39中，氧化鈦層和富氧層的厚度分別為2～20μm和20～200μm，且與熔融鋁的反應(yīng)層的厚度抑制到20μm以下(上述最大厚度500μm的25分之1以下)，得到高耐熔損性。

但是，發(fā)明例No.12中，氧化鈦層的厚度為17μm、其之下的富氧層的厚度略厚為126μm，因此氧化鈦層的一部分產(chǎn)生裂紋，另外，反應(yīng)層也產(chǎn)生1條裂紋。因此，可知氧化鈦層的優(yōu)選厚度和富氧層的優(yōu)選厚度分別為2～10μm和20～100μm。需要說(shuō)明的是，針對(duì)在大氣中實(shí)施了熱處理的發(fā)明例，對(duì)基材鈦的表面用X射線衍射進(jìn)行分析時(shí)，檢測(cè)出TiO₂(二氧化鈦)的衍射峰。

接著，針對(duì)在試驗(yàn)片形成了各種涂覆層的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

表3中示出向涂布劑混合的TiO₂、MgO、SiO₂、Al₂O₃、RE₂O₃、BN的粉末的質(zhì)量比(％)。將混合有TiO₂、MgO、SiO₂、Al₂O₃、RE₂O₃、BN的1種或2種以上的粉末、水溶性丙烯酸系分散劑、及水的涂布劑涂布于試驗(yàn)片，以約300℃進(jìn)行干燥。需要說(shuō)明的是，這些粉末原料也包含不可避免地混入的成分。

此處，使用了水溶性丙烯酸系分散劑，但分散劑不限于水溶性丙烯酸系。粉末原料使用粒徑為亞微米級(jí)的微粉末。

向表2所示的試驗(yàn)片涂布表3所示的涂布劑并進(jìn)行干燥，供于曝露試驗(yàn)A。針對(duì)經(jīng)曝露試驗(yàn)A的試驗(yàn)片，觀察與熔融鋁的反應(yīng)層的厚度(最大)和涂覆層的剝離的有無(wú)。

表4示出試驗(yàn)片的水準(zhǔn)(表2的No(序號(hào))和涂覆層)、及與熔融鋁的反應(yīng)層的厚度(最大)和涂覆層的剝離的有無(wú)。

通過(guò)在大氣中的熱處理，從表面?zhèn)绕鹦纬裳趸亴?、由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層、基材鈦的表層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而，在氧化鈦層之上形成了所需要的涂覆層的發(fā)明例No.51、53～65及67～92中，反應(yīng)層的厚度薄至不足光學(xué)顯微鏡的觀察極限的1μm(反應(yīng)層基本未形成)、也無(wú)涂覆層的剝離、耐熔損性極優(yōu)異。

另一方面，在為基材本身的鈦形成有涂覆層的比較例No.52及66中，基材鈦與涂覆層的熱膨脹·收縮量之差較大，因此涂覆層產(chǎn)生剝離、形成基材與熔融鋁的反應(yīng)層。

從表2和表4所示的曝露試驗(yàn)A的結(jié)果可知，表1所示的500℃時(shí)的0.2％耐力為75MPa以上的基材的編號(hào)A03和B01～17，進(jìn)而室溫時(shí)的伸長(zhǎng)率為23％以上的編號(hào)B01～03、B05、B06、B08、B09、及B11～15，也得到了與本發(fā)明處理部件的表層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的效果所相同的效果。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

(實(shí)施例2)

接著，以下的曝露試驗(yàn)B的結(jié)果即與“焊料”的反應(yīng)層和裂紋的有無(wú)示于表5。

[曝露試驗(yàn)B]

將試驗(yàn)片在熔融的Sn-Pd系焊料(60％Sn-40％Pd)中浸漬8小時(shí)、浸漬后、提拉至大氣中，將上述工序作為1個(gè)循環(huán)，實(shí)施6個(gè)循環(huán)。熔融焊料的溫度設(shè)為約200℃。

將經(jīng)曝露試驗(yàn)B的試驗(yàn)片的表層截面埋入樹脂制的觀察臺(tái)、進(jìn)行研磨、蝕刻，制作觀察試樣。用光學(xué)顯微鏡對(duì)觀察試樣的約10mm長(zhǎng)度進(jìn)行觀察，為了把握耐熔損性的程度，評(píng)價(jià)與“焊料”反應(yīng)生成的反應(yīng)層的厚度(最大)、和裂紋的有無(wú)。

以大氣中的熱處理，從表面?zhèn)绕鹦纬闪搜趸亴?、由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層、基材鈦的表層結(jié)構(gòu)的發(fā)明例No.102、105及119中，反應(yīng)層的厚度非常小、為2μm以下、不足基材本身的比較例101、103及117中的反應(yīng)層的厚度(28μm和27μm)的10分之1，顯示對(duì)“焊料”優(yōu)異的耐熔損性。

需要說(shuō)明的是，基材本身如圖7所示，焊料(Sn-Pb系)9與基材鈦11之間形成具有厚度的反應(yīng)層10。

形成了涂覆層的發(fā)明例No.106～116及120～126中，反應(yīng)層的厚度薄至不足光學(xué)顯微鏡的觀察限界的1μm(反應(yīng)層基本未形成)，顯示對(duì)“焊料”優(yōu)異的耐熔損性。需要說(shuō)明的是，曝露試驗(yàn)B中，“焊料”的溫度低至約200℃，因此反應(yīng)層內(nèi)未觀察到裂紋。

[表5]

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如前所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供基材由鈦形成、對(duì)低熔點(diǎn)的鋁等低熔點(diǎn)熔融金屬的耐熔損性優(yōu)異的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件。本發(fā)明的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件輕量、且耐久性優(yōu)異，可以用于鋁的鑄造等、汲取低熔點(diǎn)的熔融金屬、運(yùn)送至模具、壓鑄機(jī)的澆包、去除熔融金屬池的表面漂浮的“熔渣”的扒渣等的處理部件。

并且，使用本發(fā)明的低熔點(diǎn)熔融金屬處理部件時(shí)，熔融金屬保溫性升高，作業(yè)效率提高。因此，本發(fā)明在產(chǎn)業(yè)上的貢獻(xiàn)是極其顯著的。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1 熔融鋁合金的凝固層

2 鈦與鋁的金屬間化合物(TiAl₃)層

3 基材鈦

4 裂紋

5 氧化鈦層

6 由比基材的氧濃度高的α相形成的富氧層

7 基材鈦

8 涂覆層

9 焊料(Sn-Pb系)

10 基材鈦與“焊料”的反應(yīng)層

11 基材鈦