Inconel部品の耐食性を高めるにはどんな後処理が有効？

材料工学および腐食科学の観点から見ると、インコネル718やインコネル625などのインコネル合金は、安定したクロムリッチ酸化皮膜により本質的に優れた耐食性を有しています。しかし、この性能を完全に発揮し、製造工程で生じる影響を排除するためには、特定の後処理が不可欠です。これらの処理は、部品の表面化学、微細構造、および物理的状態を最適化することを目的としています。

耐食性向上のための重要な後処理

以下の後処理は、特に積層造形（AM）またはCNC加工によって製造されたインコネル部品の耐食性を最大化するために重要です。

1. 熱処理（微細構造の安定化）

熱処理はインコネルにとって基本的な工程であり、応力除去と均一で安定した組織形成という2つの目的を持ちます。

• 応力除去および溶体化処理： 機械加工やDMLSの急速凝固によって発生する残留応力は、局所的な高エネルギー領域を形成し、応力腐食割れ（SCC）の感受性を高めます。適切な応力除去または溶体化処理により、クロム欠乏相などの不安定な二次相を溶解し、合金元素を均質化することで、均一な不動態皮膜の形成を促進します。

• 時効硬化： インコネル718のような析出硬化型合金では、γ’およびγ’’析出物を生成するための時効処理が行われます。適正な時効条件を選定することで、粒界に有害なデルタ相やラーベス相が形成されるのを防ぎ、局部電池形成による腐食進行を抑制します。

2. 熱間静水圧処理（HIP）－積層造形部品の内部健全性向上

DMLS部品においては、HIP処理がほぼ必須です。この処理では高温・高圧ガス環境下で部品を塑性変形させ、内部の気孔、ボイド、融合不足などを閉鎖します。これらの内部欠陥は、腐食性媒体を閉じ込めて局部的な腐食を引き起こす起点となるため、HIPによりそれらを除去し、局部腐食（孔食・隙間腐食）への耐性を大幅に向上させます。

3. 表面仕上げと緻密化

表面状態は耐食性の最前線です。滑らかで連続的な表面は、腐食の起点となるピットの発生を最小限に抑えます。

• 電解研磨（Electropolishing）：アノード溶解により表面の微細な凸部や不純物を選択的に除去し、鏡面のような滑らかな表面を形成します。また、表面のクロム濃度を高めることで、不動態酸化皮膜の形成および安定性を向上させます。

• サンドブラストまたはビードブラスト： マットな表面仕上げを得ると同時に、スケールや汚染物を除去します。ただし、ブラスト後は必ずパッシベーション処理を実施し、埋没粒子や表面汚染を除去して酸化皮膜を再生する必要があります。

• 機械研磨： 審美的または機能的要件に応じて、非常に滑らかな表面を得ることで腐食因子の付着を防ぎます。

4. 化学的パッシベーション

パッシベーションは、インコネル固有の耐食性を強化する重要な化学処理です。通常、硝酸などの酸化性酸溶液に部品を浸漬して実施します。この工程により：

• 加工や取り扱い時に付着した遊離鉄や異物を除去します。

• ガルバニック腐食の起点となる微細な母材粒子を溶解します。

• 合金中のクロムが酸素と反応し、より厚く均一で保護性の高い不動態酸化皮膜（Cr₂O₃）を形成します。

5. 過酷環境用の高度コーティング

化学プラントや石油・ガス産業などの過酷な環境では、追加のバリアコーティングが適用されます。

• PVDコーティング： 物理蒸着により、CrNやTiAlNなどの極めて硬く不活性なセラミック膜を形成し、耐摩耗性と耐食性を飛躍的に向上させます。

• 溶射コーティング： より厚い耐食・耐摩耗皮膜を形成し、強い侵食腐食環境にさらされる部品に適用されます。

最適な耐食性を実現するためのエンジニアリング指針

1. 確立された後処理シーケンスを設ける： 代表的なDMLSインコネル部品の推奨プロセスは「応力除去 ＞ HIP ＞ 溶体化・時効処理 ＞ 重要面の機械加工 ＞ 電解研磨または機械研磨 ＞ パッシベーション」です。

2. AM部品の内部健全性を重視： 積層造形品で鍛造材と同等の耐食性を得るためには、HIP処理は不可欠です。

3. 表面粗さ要件を明確に規定： 使用環境に応じてRa値（表面粗さ）を定義します。一般的に、Raが低い（滑らかな）ほど耐食性が向上します。

4. 試験による検証： 重要用途では、ASTM G48などの標準化された試験で孔食・隙間腐食耐性を検証することが推奨されます。