【発明の詳細な説明】
本発明は、Mo又はMo合金から成る構造材の
表面に、耐熱性に極めて優れているTiCから成る
薄層を被覆した原子炉用構造材に関する。
Mo又はMo合金から成る構造材は、優れた耐
熱性と耐熱衝撃性を有し、かつ、脆性が小さいと
ころから高温用構造材、高温用炉材として原子力
利用開発、航空機工業、宇宙開発、海洋開発等の
種々の分野において多用されている。
しかし、このようなMo又はMo合金から成る
耐熱性に極めて優れた構造材においても例えば高
温炉用に用い、600℃以上に大気中で加熱された
場合には表層から徐々に酸化して、表層はMo酸
化物となり、表層から徐々に脱落して構造材がや
せ細るという欠点があつた。
また、真空中においても高温下で表層から徐々
に蒸発して構造材がやせ細るため、寿命上の問題
もあつた。
本発明はかかるMo又はMo合金から成る構造
材の耐熱性をさらに向上すべくなされたもので、
Mo又はMo合金から成る構造材の表面に、TiCか
ら成る薄層が被覆されて成ることを特徴とする原
子炉用構造材を提供しようとするものである。
本発明の対象となるMo又はMo合金としては、
Mo金属粉末又はMo金属粉末と他の金属もしく
は非金属元素の粉末、例えばTi、Zr、B、V、
Re、W等との混合粉末を圧縮成型し非酸化性雰
囲気中で加熱焼結されて得られたもの、あるいは
Mo金属又はMo合金の溶解鋳造もしくは機械加
工により得られたものを使用することができる。
以下本発明の詳細を説明する。
本発明における原子炉用構造材は、Mo又は
Mo合金から成る構造材の表面に通常5μから50μ
の厚さのTiCから成る薄層が被覆されて構成され
ている。
TiCから成る薄層はプラズマ溶射法、電気めつ
き法、気相めつき法等の方法により構造材上に被
覆することができるが、気相めつき法による場合
には、他の方法による場合に比較して、より組織
の緻密な、かつ、構造材との密着性の高い薄層を
得ることができる。
また、薄層の膜厚は5μ以下の場合には、耐熱
性の向上効果が小さく、逆に50μ以上の場合に
は、薄層が構造材から剥離し易くなり、更に作業
性も低下するので、膜厚は5〜50μとするのが望
ましい。
このような原子炉用構造材は大気中および真空
中において約1500℃に加熱された場合でも、酸化
したり蒸発したりすることがなく、極めて耐熱性
の高いものとなる。また、Moは、中性子照射に
よる損傷が少なく特に原子力関連の原子炉用構造
材として好適である。
次に実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例 1
平均粒径2〜4μのMo金属粉末を1〜2ton/cm2
の圧力で加圧成型し、これをH2雰囲気中で1800
℃×5時間加熱焼結し、次いでこれを鍛造した後
圧延加工して得られた幅20mm、長さ300mm、厚さ
1mmのMo金属から成る構造材の表面にTiCから
成る膜厚約10μの薄層を気相めつき法により形成
し原子炉用構造材を得た。
なお、気相めつき法は、次式
aTiC14+bN2+cH2→dTiN+eHCl
で表わされる熱反応を利用して、図に示すよう
に、約1000℃の高温雰囲気とされた気相めつき炉
1内にMo金属から成る構造材2を載置し、この
気相めつき炉1内にTiCl4、N2、H2とから成る
混合ガス3を流しながら約5〜10時間挿通するこ
とにより行なわれた。
図において4はこのようにして形成された薄層
を示している。
こうして得られた原子炉用構造材を大気中1400
℃で1時間および真空(5×10-4mmHg)中1400
℃で10時間加熱した後の加熱減量はそれぞれ第1
表の通りであつた。
なお、第1表中比較例は、TiCを被覆しない点
を除いて実施例と同一方法で製造した同一寸法の
構造材を実施例と同一条件で加熱したときの加熱
減量であつて比較のために示したものである。
【表】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a structural material for a nuclear reactor, in which the surface of a structural material made of Mo or a Mo alloy is coated with a thin layer made of TiC, which has extremely excellent heat resistance. Structural materials made of Mo or Mo alloys have excellent heat resistance and thermal shock resistance, and are less brittle, so they are used as high-temperature structural materials and high-temperature reactor materials for nuclear power utilization development, the aircraft industry, space development, and oceanography. It is widely used in various fields such as development. However, even with such structural materials made of Mo or Mo alloys that have excellent heat resistance, if they are used in high-temperature furnaces and heated in the air to 600°C or higher, they will gradually oxidize from the surface layer, causing the surface layer to deteriorate. has the disadvantage that it becomes Mo oxide and gradually falls off from the surface layer, making the structural material thinner. Furthermore, even in a vacuum, the structural material gradually evaporates from the surface layer at high temperatures, causing thinning and thinning, resulting in problems with longevity. The present invention was made to further improve the heat resistance of structural materials made of such Mo or Mo alloy.
The object of the present invention is to provide a structural material for a nuclear reactor, which is characterized in that the surface of a structural material made of Mo or a Mo alloy is coated with a thin layer of TiC. Mo or Mo alloy that is the subject of the present invention includes:
Mo metal powder or powder of Mo metal powder and other metal or non-metal elements, such as Ti, Zr, B, V,
Those obtained by compression molding a mixed powder with Re, W, etc. and heating and sintering in a non-oxidizing atmosphere, or
Those obtained by melting and casting or machining Mo metal or Mo alloy can be used. The details of the present invention will be explained below. The structural material for a nuclear reactor in the present invention is Mo or
Usually 5μ to 50μ on the surface of structural materials made of Mo alloy.
It consists of a thin layer of TiC coated with a thickness of . Thin layers of TiC can be coated onto structural materials by plasma spraying, electroplating, vapor phase plating, etc.; It is possible to obtain a thin layer with a denser structure and higher adhesion to the structural material. In addition, if the thickness of the thin layer is less than 5μ, the effect of improving heat resistance will be small, and if it is more than 50μ, the thin layer will easily peel off from the structural material and workability will further decrease. The film thickness is preferably 5 to 50 μm. Such structural materials for nuclear reactors do not oxidize or evaporate even when heated to approximately 1500°C in the air or vacuum, making them extremely heat resistant. Moreover, Mo is less damaged by neutron irradiation and is particularly suitable as a structural material for nuclear reactors related to nuclear power. Next, the present invention will be explained in detail with reference to Examples. Example 1 Mo metal powder with an average particle size of 2 to 4μ is 1 to 2 tons/cm 2
Pressure molded at a pressure of 1800 m
℃ × 5 hours, then forged and rolled to form a structural material made of Mo metal with a width of 20 mm, a length of 300 mm, and a thickness of 1 mm.A TiC film of approximately 10 μm thickness was applied to the surface of the structural material made of Mo metal with a width of 20 mm, a length of 300 mm, and a thickness of 1 mm. A structural material for a nuclear reactor was obtained by forming a thin layer using a vapor phase plating method. The vapor phase plating method utilizes the thermal reaction expressed by the following formula: aTiC 14 +bN 2 +cH 2 →dTiN+eHCl. The structural material 2 made of Mo metal is placed inside the plating furnace 1, and the gas phase plating is inserted into the furnace 1 for about 5 to 10 hours while flowing a mixed gas 3 consisting of TiCl 4 , N 2 , and H 2 . It was. In the figure, 4 indicates the thin layer thus formed. The reactor structural material obtained in this way was placed in the atmosphere for 1400 min.
1 hour at °C and 1400 °C in vacuum (5 × 10 -4 mmHg).
The heating loss after heating at ℃ for 10 hours was the first
It was as shown in the table. In addition, the comparative example in Table 1 is the heating loss when a structural material of the same size manufactured by the same method as the example except that it is not coated with TiC is heated under the same conditions as the example. This is shown in . 【table】
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
図面は、本発明の一実施例において用いられる
気相めつき法を説明するための概略説明図であ
る。
1……気相めつき炉、2……構造材、3……混
合ガス。
The drawings are schematic explanatory diagrams for explaining the vapor phase plating method used in one embodiment of the present invention. 1... Gas phase plating furnace, 2... Structural material, 3... Mixed gas.