特開 2023-157290 耐硫酸腐食性被覆部材、耐硫酸腐食性被覆部材の製造方法、及び水素製造ＩＳプロセス装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023157290

(43)【公開日】2023-10-26

(54)【発明の名称】耐硫酸腐食性被覆部材、耐硫酸腐食性被覆部材の製造方法、及び水素製造ＩＳプロセス装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 26/00 20060101AFI20231019BHJP

   C01B 3/02 20060101ALI20231019BHJP

   C01G 37/02 20060101ALI20231019BHJP

【ＦＩ】

C23C26/00 C

C01B3/02 D

C01G37/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022067098

(22)【出願日】2022-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】000109875

【氏名又は名称】トーカロ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】505374783

【氏名又は名称】国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】舟本 幸大

(72)【発明者】

【氏名】広田 憲亮

(72)【発明者】

【氏名】橘 幸男

【テーマコード（参考）】

4G048

4K044

【Ｆターム（参考）】

4G048AA03

4G048AB02

4G048AC08

4G048AD02

4G048AE05

4K044AA02

4K044AB03

4K044BA12

4K044BA17

4K044BA18

4K044BA19

4K044BB03

4K044BB11

4K044BC02

4K044CA24

4K044CA27

4K044CA29

4K044CA53

4K044CA62

(57)【要約】

【課題】 耐熱性及び硫酸に対する耐食性に優れる耐硫酸腐食性被覆部材を提供する。
【解決手段】 鋼製の基材と、前記基材の表面に設けられた複合酸化物皮膜とを備えた耐硫酸腐食性被覆部材であって、前記複合酸化物皮膜は、酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子と、前記各粒子の隙間に充填された酸化クロム相とを含む第１皮膜を含み、前記酸化クロム相は、更に、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含有する、耐硫酸腐食性被覆部材。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼製の基材と、
前記基材の表面に設けられた複合酸化物皮膜とを備えた耐硫酸腐食性被覆部材であって、
前記複合酸化物皮膜は、酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子と、前記各粒子の隙間に充填された酸化クロム相とを含む第１皮膜を含み、
前記酸化クロム相は、更に、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含有する、耐硫酸腐食性被覆部材。

【請求項2】

前記複合酸化物皮膜は、更に、前記第１皮膜の表面に設けられた第２皮膜を含み、
前記第２皮膜は、酸化クロムと、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物とを含有する、請求項１に記載の耐硫酸腐食性被覆部材。

【請求項3】

前記複合酸化物皮膜に含まれる酸化アルミニウム、酸化クロム、及び酸化ケイ素の組成比は、合計量を１００質量％として、酸化アルミニウムが１０質量％未満、酸化クロムが３５質量％以上、酸化ケイ素が５０質量％以上である、請求項２に記載の耐硫酸腐食性被覆部材。

【請求項4】

鋼製の基材の表面に複合酸化物皮膜が設けられた被覆部材の製造方法であって、
（１）前記基材の表面に、酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子を含むスラリーを塗布もしくは噴霧、または前記基材をそのスラリー中に浸漬した後、３５０～６００℃で焼成して、ベース皮膜を形成する工程と、
（２）前記ベース皮膜の表面に、クロム酸水溶液を塗布もしくは噴霧し、または前記基材をクロム酸水溶液中に浸漬し引き上げた後、３５０～６００℃の温度で保持することにより、前記ベース皮膜の空隙内に、酸化クロムを充填させる工程と、
を有する耐硫酸腐食性被覆部材の製造方法。

【請求項5】

（３）前記ベース皮膜の表面に、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含むクロム酸水溶液を塗布もしくは噴霧し、または前記基材をそのスラリー中に浸漬し引き上げた後、３５０～６００℃の温度で保持することにより、酸化クロムと、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物とを含有する皮膜を形成する工程、
を更に有する、請求項４に記載の耐硫酸腐食性被覆部材の製造方法。

【請求項6】

請求項１～３のいずれかに記載の耐硫酸腐食性被覆部材を備える水素製造ＩＳプロセス装置。

【請求項7】

前記耐硫酸腐食性被覆部材は、硫酸分解反応容器である請求項６に記載の水素製造ＩＳプロセス装置。

【請求項8】

前記耐硫酸腐食性被覆部材は、配管である請求項６に記載の水素製造ＩＳプロセス装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐硫酸腐食性被覆部材、耐硫酸腐食性被覆部材の製造方法、及び水素製造ＩＳプロセス装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービン、ジェットエンジン部材などの高温被曝装置の部品の素材としては、アルミニウムを含む耐熱合金からなるアンダーコートと、ＺｒＯ_２系セラミックスからなるトップコートと、両者の間に設けられた中間層とを有する皮膜を備えた熱遮蔽皮膜材が提案されている（特許文献１、２参照）。

【0003】

特許文献１では、基材の表面に、アルミニウムを含む耐熱合金からなるアンダーコートを有し、このアンダーコートの上に中間層としてＣｒ_２Ｏ_３層を有し、さらにこの中間層の上にＺｒＯ_２系セラミックスからなるトップコートを有し、中間層としてのＣｒ_２Ｏ_３層が、無水クロム酸、クロム酸アンモニウムおよび重クロム酸アンモニウムのうちから選ばれる１種または２種以上を混合した水溶液を塗布しその後焼成してえられる０．２～１０μｍ層の化学的緻密化処理膜である、熱遮蔽皮膜被覆材が提案されている。

【0004】

また、特許文献２では、基材の表面に、アルミニウムを含む耐熱合金からなるアンダーコートを有し、このアンダーコートの上にＳｉＯ_２からなる中間層を有し、さらにこの中間層の上にはＺｒＯ_２系セラミックスからなるトップコートを有し、中間層が、シリカゾル、コロイダルシリカおよび無機珪素ポリマーのうちから選ばれる１種または２種以上を混合した溶液を塗布しその後焼成して得られる０．１～１５μｍ層の化学的緻密化処理膜である、熱遮蔽皮膜被覆部材が提案されている。
これらは、耐食性及び耐熱性に優れる熱遮蔽皮膜被覆部材である。

【0005】

しかしながら、本発明者らがその皮膜内部を光学顕微鏡で観察すると、微細な気孔やき裂が観察され、この気孔やき裂は基材表面に達している場合もあることがわかった。
この微細な気孔やき裂は、各種ガス環境下であれば、ある程度母材への浸透を防ぐことはできるが、液相、特に沸騰するような溶液環境下では、皮膜自体も剥離し、母材も腐食されてしまう(例えば、非特許文献１参照)。

【0006】

ところで、現在カーボンニュートラルな社会を実現すべく、水素を使用したエネルギーシステムが各国で注目されている。特にこの水素は、化石燃料に頼る必要がなく、かつ二酸化炭素を排出しないことからクリーンなエネルギーである。
しかしながら、現在主流となっている水素製造方法は水電解プロセスであり、大量の水素を製造する上では、太陽光もしくは風力等の再生可能エネルギーだけでは到底その水電解反応に必要な電力量を確保できない。

【0007】

そこで、近年、従来の軽水炉よりも高温の熱源を有する高温ガス炉を用いた熱分解反応による水素製造が注目されている。この方法は、硫酸の熱分解による二酸化硫黄と酸素、ヨウ化水素の熱分解によるヨウ素と水素の両者の反応が組み合わさることにより、水素と酸素が原理的には半永久的に生成できるというものである(以下、ＩＳプロセスと称する)。
このＩＳプロセスは、８５０℃近い高温ガス炉の熱源のみを利用すれば、電力は一切使用せずに水素製造が可能となるプロセスであり、さらに二酸化炭素も全く発生しない。

【0008】

ただし、本プロセスの主たる課題は、硫酸、ヨウ化水素といった高温の酸性溶液を用いるため、装置、機器、配管類の構造部材が腐食してしまうことである。このことから、これまで硫酸分解反応容器には、ＳｉＣセラミックスが採用されてきた(例えば、非特許文献２参照)。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００４－２８５４２３号公報

【特許文献2】特開２００５－３４３１０７号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】田中伸幸他，“ＩＳプロセス装置材料の高温硫酸中での耐食性－Alloy 800, Alloy 600, SUSXM15J1, SiCの耐食性―，材料と環境, ｖｏｌ．５５, ｐｐ．３２０－３２４ （２００６）．

【非特許文献2】H. Noguchi et al., “R&D status of hydrogen production test using IS process test facility made of industrial structural material in JAEA”Journal of Hydrogen Energy,44, pp.12583-12592 (2019).

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

硫酸分解反応容器の素材として、ＳｉＣセラミックスを採用した場合、ＳｉＣは脆性材料であるため突発的な衝撃によるクラック発生に伴う余寿命予測が困難である。また、ＳｉＣを製造する焼結炉の寸法制約上、ＳｉＣ製の部材は、大型化が難しい、という課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明者らは、このような状況のもと鋭意検討を重ね、耐熱性及び硫酸に対する耐食性に優れた皮膜を備える、耐硫酸腐食性被覆部材を完成した。

【0013】

本発明の耐硫酸腐食性被覆部材は、
鋼製の基材と、
上記基材の表面に設けられた複合酸化物皮膜とを備えた耐硫酸腐食性被覆部材であって、
上記複合酸化物皮膜は、酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子と、上記各粒子の隙間に充填された酸化クロム相とを含む第１皮膜を含み、
上記酸化クロム相は、更に、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含有する。

【0014】

上記耐硫酸腐食性被覆部材は、上記複合酸化物皮膜を備えているため、耐熱性及び硫酸に対する耐食性に優れる。
また、上記耐硫酸腐食性被覆部材は、基材が鋼製であるため、ＳｉＣセラミックス製の部材に比べて、大型化や加工成形が容易である。

【0015】

上記耐硫酸腐食性被覆部材において、上記複合酸化物皮膜は、更に、上記第１皮膜の表面に設けられた第２皮膜を含み、
上記第２皮膜は、酸化クロムと、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物とを含有する、ことが好ましい。
この場合、耐熱性及び硫酸に対する耐食性がより良好になる。

【0016】

上記耐硫酸腐食性被覆部材において、上記複合酸化物皮膜に含まれる酸化アルミニウム、酸化クロム、及び酸化ケイ素の組成比は、合計量を１００質量％として、酸化アルミニウムが１０質量％未満、酸化クロムが３５質量％以上、酸化ケイ素が５０質量％以上である、ことが好ましい。
この場合、硫酸に対する耐食性が特に良好になる。

【0017】

本発明の耐硫酸腐食性被覆部材の製造方法は、
鋼製の基材の表面に複合酸化物皮膜が設けられた被覆部材の製造方法であって、
（１）上記基材の表面に、酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子を含むスラリーを塗布もしくは噴霧、または上記基材をそのスラリー中に浸漬した後、３５０～６００℃で焼成して、ベース皮膜を形成する工程と、
（２）上記ベース皮膜の表面に、クロム酸水溶液を塗布もしくは噴霧し、または上記基材をクロム酸水溶液中に浸漬し引き上げた後、３５０～６００℃の温度で保持することにより、上記ベース皮膜の空隙内に、酸化クロムを充填させる工程と、
を有する。

【0018】

上記耐硫酸腐食性被覆部材の製造方法は、
（３）上記ベース皮膜の表面に、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含むクロム酸水溶液を塗布もしくは噴霧し、または上記基材をそのスラリー中に浸漬し引き上げた後、３５０～６００℃の温度で保持することにより、酸化クロムと、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物とを含有する皮膜を形成する工程、
を更に有する、ことが好ましい。
これらの製造方法によれば、上記耐硫酸腐食性被覆部材を製造することができる。

【0019】

本発明の装置は、上記耐硫酸腐食性被覆部材を備える水素製造ＩＳプロセス装置である。
上記水素製造ＩＳプロセス装置は、耐熱性、及び硫酸に対する耐食性に優れる構成部材を備える。
上記構成部材としては、硫酸分解反応容器や配管が挙げられる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の耐硫酸腐食性被覆部材は、耐熱性及び硫酸に対する耐食性に優れる。
また、上記耐硫酸腐食性被覆部材は、大型化や加工成形が容易である。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る耐硫酸腐食性被覆部材の部分断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る耐硫酸腐食性被覆部材の製造方法の工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態は下記の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態に係る耐硫酸腐食性被覆部材１０の部分断面図である。
耐硫酸腐食性被覆部材１０は、ステンレス鋼製の基材１１と、基材１１の表面に設けられた複合酸化物皮膜１２を備える。

【0023】

複合酸化物皮膜１２は、酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子と、上記各粒子の隙間に充填された酸化クロム相とを含む第１皮膜５と、第１皮膜５の表面に設けられた、酸化クロムと、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物とを含有する第２皮膜６とを有する。

【0024】

第１皮膜５は、基材１１の表面に、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）粒子及び酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粒子を含むスラリー（皮膜材料）を塗布もしくは噴霧、または基材１１をそのスラリー中に浸漬した後、３５０～６００℃で焼成することによって形成されたベース皮膜２と、ベース皮膜２の空隙内に充填された酸化クロム相４とを有する。
酸化クロム相４は、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を有し、更に、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含有する。

【0025】

第２皮膜６は、第１皮膜５の表面に設けられた、酸化クロムと、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物とを含有する皮膜である。

【0026】

ステンレス鋼製の基材１１の表面に形成されたベース皮膜２は、Ａｌ_２Ｏ_３－Ｃｒ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２からなる組成を有する皮膜であり、皮膜材料の塗布等と焼成とにより形成される。形成されたベース皮膜２は非常に硬く、耐摩耗性に優れているものの、その皮膜内には微細な空隙が存在し、そのうちには基材１１に達するような経路も存在する。

【0027】

複合酸化物皮膜１２内に、このような空隙が残存すると、硫酸溶液が存在する環境下では、硫酸溶液が複合酸化物皮膜１２内を透過して、ステンレス鋼製の基材１１に容易に到達し、基材１１を腐食させてしまう。

【0028】

一方、本発明の実施形態に係る耐硫酸腐食性被覆部材１０では、ベース皮膜２の気孔やき裂を含む微細な空隙が、酸化クロム相４で充填されている。そのため、複合酸化物皮膜１２の第１皮膜５は、酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子の隙間に、酸化クロム相４が充填された状態にある。

【0029】

更に、複合酸化物皮膜１２では、酸化クロム相４で微細な空隙が充填されたベース皮膜２（第１皮膜５）の表面に、酸化クロムと、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物とを含有する、第２皮膜６が設けられている。

【0030】

複合酸化物皮膜１２は、ベース皮膜２の微細な空隙が酸化クロム相４で充填された第１皮膜５と、第１皮膜の表面に設けられた第２皮膜６とを備えているため、硫酸の侵入防止性に優れている。そのため、耐硫酸腐食性被覆部材１０は、硫酸に対する耐食性に優れる部材である。
また、この複合酸化物皮膜１２は、鋼材の熱膨張に対して追従する皮膜である。そのため、例えば、８００℃の熱衝撃試験においてもクラックの発生を抑制することができる。従って、耐硫酸腐食性被覆部材１０は、耐熱性にも優れる部材である。

【0031】

複合酸化物皮膜１２に含まれる酸化アルミニウム、酸化クロム、及び酸化ケイ素の組成比は、合計量を１００質量％として、酸化アルミニウムが１０質量％未満、酸化クロムが３５質量％以上、酸化ケイ素が５０質量％以上である、ことが好ましい。
このような組成比を有する複合酸化物皮膜１２は、硫酸に対する耐食性が非常に良好である。また、酸化クロムを３５質量％以上とすることは、空隙を埋める酸化クロム相が比較的多いことを意味し、複合酸化物皮膜１２全体を緻密な皮膜とし、耐食性を維持するのに適している。

【0032】

複合酸化物皮膜１２に含まれる酸化アルミニウム、酸化クロム、及び酸化ケイ素の組成比において、酸化アルミニウムの好ましい下限は３質量％である。また、酸化クロムの好ましい上限は５０質量％であり、酸化ケイ素の好ましい上限は６５質量％である。

【0033】

複合酸化物皮膜１２の厚さは、５０～２００μｍが好ましい。
この範囲であれば、硫酸の侵入防止性に優れるとともに、高温下であってもクラック等が発生しにくいからである。

【0034】

次に、耐硫酸腐食性被覆部材１０の製造方法について説明する。
図２は、耐硫酸腐食性被覆部材１０の製造方法の工程図である。
（ａ）まず、鋼製の基材１１に必要に応じて前処理を施す。具体的には、例えば、脱脂等を行う（図２（ａ）参照）。

【0035】

（ｂ）鋼製の基材１１表面に、酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子を含むスラリーを塗布もしくは噴霧する、または基材１１をそのスラリー中に浸漬する（図２（ｂ１）参照）。
上記スラリーは、酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子が、精製水等に懸濁した懸濁液である。
上記スラリーにおける酸化アルミニウム粒子、酸化クロム粒子及び酸化ケイ素粒子の合計含有量（質量％）は、９０～９８質量％が好ましい。

【0036】

その後、上記スラリーを３５０～６００℃の範囲内の所定の温度で、０．５～２時間の条件で焼成して、基材１１表面にベース皮膜２を形成する（図２（ｂ２）参照）。
ベース皮膜２には、上述した通り、各粒子の間に空隙が存在する。
そこで、本発明の実施形態では、後述の工程を行って、ベース皮膜２の空隙を充填する。

【0037】

（ｃ）ベース皮膜２の表面に、クロム酸水溶液を塗布もしくは噴霧する、またはベース皮膜２の形成された基材１１をクロム酸水溶液中に浸漬し、引き上げる（図２（ｃ１）参照）。
その後、ベース皮膜２を３５０～６００℃の範囲内の所定の温度で、０．５～２時間保持する。これにより、ベース皮膜２の空隙内に、酸化クロムを充填させる（図２（ｃ２）参照）。
この工程は１回のみ行ってもよいし、複数回行ってもよい。

【0038】

（ｄ）ベース皮膜２の表面に、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含む水溶液とクロム酸水溶液との混合物を塗布もしくは噴霧する、またはベース皮膜２の形成された基材１１を上記混合物に浸漬し、引き上げる（図２（ｄ１）参照）。
その後、３５０～６００℃の温度で、０．５～２時間保持する（図２（ｄ２）参照）。これにより、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含む酸化クロム相が充填された第１皮膜５を形成するとともに、第１皮膜５の表面に、酸化クロムと、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物とを含有する第２皮膜６を形成する。
この工程は１回のみ行ってもよいし、複数回行ってもよい。

【0039】

工程（ｄ）では、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含む水溶液とクロム酸水溶液の混合物を塗布、噴霧もしくはこの混合物中に浸漬した後、加熱工程（焼成工程）を行う。
これにより、工程（ｄ）では、混合物中に含まれる水分は蒸発し、クロム酸が中間体を経て酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）となり、同時にリン酸塩化合物水溶液、硼酸塩化合物水溶液、及び珪酸塩化合物水溶液が水分を放出して一部がガラス状を呈する非晶質無機物質となるため、皮膜全体が緻密化される。

【0040】

このようにして、第２皮膜６が形成される。この第２皮膜６において、水溶液から形成されたＣｒ_２Ｏ_３はきわめて微細で硬く、耐摩耗性と耐食性に優れるものである。また、これらの非晶質無機物質は、第１皮膜５の皮膜構成粒子（Ａｌ_２Ｏ_３粒子、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子、ＳｉＯ_２粒子）間の密着性や、第１皮膜５及び第２皮膜６のＣｒ_２Ｏ_３微粒子の粒子間結合力の強化に寄与する。そのため、第２皮膜６を形成することによって、硫酸の侵入を防止する効果が高められ、硫酸に対する耐食性が確保される。

【0041】

また、工程（ｄ）の際には、リン酸塩化合物、硼酸塩化合物、及び珪酸塩化合物から選択される少なくとも一つの化合物を含む水溶液とクロム酸水溶液の混合物は、その一部がベース皮膜２の空隙にも充填される。
その結果、ベース皮膜２の空隙内でも、Ｃｒ_２Ｏ_３が析出するとともに、その一部がガラス状を呈する非晶質無機物質が析出する。これによって、第１皮膜５が形成される。

【0042】

このような工程を経ることにより、耐硫酸腐食性被覆部材１０を製造することができる。
耐硫酸腐食性被覆部材１０の製造方法における施工条件をまとめると、表１の通りである。

【0043】

【表1】

【0044】

上記耐硫酸腐食性被覆部材１０は、水素製造ＩＳプロセス装置の構成部材全般（例えば、硫酸分解反応容器）として使用することができる。また、上記耐硫酸腐食性被覆部材１０は、水素製造ＩＳプロセス装置の配管として使用することもできる。

【実施例0045】

以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
ここでは、実施例及び比較例に係る評価サンプルを作製し、各サンプルの沸騰硫酸水溶液に対する耐久性を評価した。

【0046】

（実施例１）
（１）脱脂処理が施された基材（ＳＵＳ３０４鋼）１１の表面に、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子、ＳｉＯ_２粒子が、精製水に懸濁されたスラリーを塗布した。

【0047】

スラリーが塗布された基材を、加熱炉に投入し、スラリーを焼成して、基材１１上にベース皮膜２を形成した。焼成時の加熱条件は、３５０～６００℃の範囲内の所定の温度で、０．５～２時間保持する条件とした。

【0048】

（２）ベース皮膜２の形成された基材１１を、５５％クロム酸水溶液中に浸漬した後引き上げて、加熱炉に投入し、３５０～６００℃の範囲内の所定の温度で、０．５～２時間保持する条件の含侵・焼成処理を複数回繰り返してベース皮膜２の空隙に酸化クロムを充填した。

【0049】

（３）工程（２）を終えた基材１１を、リン酸塩化合物を含む５５％クロム酸水溶液中に浸漬した後引き上げて、加熱炉に投入し、３５０～６００℃の範囲内の所定の温度で、０．５～２時間保持する条件の含侵・焼成処理を複数回繰り返して、酸化クロム相４を有する第１皮膜、及び第２皮膜６を形成した。

【0050】

このような工程を経て、基材１１の表面に複合酸化物皮膜１２が形成された評価サンプルを得た。
本実施例で作製した評価サンプルにおける複合酸化物皮膜１２の厚さは、５８．３μｍであった。
複合酸化物皮膜１２の厚さは、評価サンプルを切断し、切断面を拡大観察することによって測定した。

【0051】

（実施例２）
評価サンプルにおける複合酸化物皮膜１２の厚さを９２．５μｍにした以外は、実施例１と同様にして評価サンプルを得た。

【0052】

（実施例３）
評価サンプルにおける複合酸化物皮膜１２の厚さを５６．８μｍにした以外は、実施例１と同様にして評価サンプルを得た。

【0053】

（比較例１）
（１）脱脂処理が施された基材（ＳＵＳ３０４鋼）１１の表面に、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、Ｃｒ_２Ｏ_３粒子、ＳｉＯ_２粒子が、精製水に懸濁されたスラリーを塗布した。

【0054】

スラリーが塗布された基材を、加熱炉に投入し、スラリーを焼成してベース皮膜を形成した。焼成時の加熱条件は、３５０～６００℃の範囲内の所定の温度で、０．５～２時間保持する条件とした。

【0055】

（２）ベース皮膜が形成された基材１１を、リン酸塩化合物を含む５５％クロム酸水溶液中に浸漬した後引き上げて、加熱炉に投入し、３５０～６００℃の範囲内の所定の温度で０．５～２時間保持する条件の含侵・焼成処理を複数回繰り返して、ベース皮膜表面を覆う皮膜を形成した。

【0056】

このような工程を経て、基材１１の表面に複合酸化物皮膜が形成された評価サンプルを得た。なお、本比較例で作製した評価サンプルは、複合酸化物皮膜の表層部付近のみが緻密化されており、複合酸化物皮膜の内部には、空隙が残存している。
本比較例で作製した評価サンプルにおける複合酸化物皮膜の厚さは、９４．３μｍであった。

【0057】

（比較例２）
評価サンプルにおける複合酸化物皮膜の厚さを４５．７μｍにした以外は、比較例１と同様にして評価サンプルを得た。
本比較例で作製した評価サンプルは、複合酸化物皮膜の表層部付近のみが緻密化されており、複合酸化物皮膜の内部には、空隙が残存している。

【0058】

（比較例３）
脱脂処理が施された基材（ＳＵＳ３０４鋼）１１の表面に、厚さ２８．４μｍのフッ素樹脂をスプレーコートして評価サンプルを得た。

【0059】

（比較例４）
脱脂処理が施された基材（ＳＵＳ３０４鋼）１１の表面に、厚さ２０．７μｍのアルミナ層をディップ処理で形成して評価サンプルを得た。

【0060】

（比較例５）
脱脂処理が施された基材（ＳＵＳ３０４鋼）を評価サンプルとした。

【0061】

（比較例６）
ＳｉＣ製の部材を評価サンプルとした。

【0062】

（成分分析）
実施例１～３及び比較例１、２の評価サンプルにおける複合酸化物皮膜の成分分析を行った。評価サンプルを厚さ方向に沿ってそれぞれ切断し、走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ－ＩＴ３００）を用いて断面観察を行い、ＥＤＸを用いて組成比率を分析した。結果を表２に示した。

【0063】

（硫酸溶液に対する耐久性評価）
硫酸濃度９６質量％の硫酸溶液に評価サンプルを浸漬し、硫酸共沸点温度である３２８℃で１００時間保持した。その後、浸漬前後の重量変化に基づいて腐食速度を算出した。結果を表２に示した。

【0064】

【表2】

【0065】

表２に示した通り、本発明の実施形態に係る耐硫酸腐食性被覆部材は、ＳｉＣと同程度の沸騰硫酸に対する耐食性を発揮できることが明らかとなった。
また、実施例１～３の耐硫酸腐食性被覆部材は、浸漬後の評価サンプルを観察しても、皮膜はすべて健全に残っており、明らかにＳＵＳ３０４鋼の腐食の進行を抑えていることが確認された。
また、実施例１～３の耐硫酸腐食性被覆部材は、いずれも繰り返し加熱、冷却を行っても、８００℃以下の温度域では、クラック等の破壊は生じないことが確認されている。

【産業上の利用可能性】

【0066】

上記耐硫酸腐食性被覆部材は、水素製造ＩＳプロセスで使用される装置の硫酸分解反応容器や配管として好適である。
また、上記耐硫酸腐食性被覆部材は、地熱発電用部材、石油掘削配管、排煙処理装置部材、硫酸プラント用部材としても好適である。
さらに、上記耐硫酸腐食性被覆部材は、またグラスライニングの代替材として、石油化学、熱交換器、粉体の乾燥用途等にも使用できる。

【符号の説明】

【0067】

２ ベース皮膜
４ 酸化クロム相
５ 第１皮膜
６ 第２皮膜
１０ 耐硫酸腐食性被覆部材
１１ 基材
１２ 複合酸化物皮膜

【図1】

【図2】