JP2580689B2 - Ｔｉ−Ａｌ合金粉末焼結体およびその製造方法 - Google Patents
Ｔｉ−Ａｌ合金粉末焼結体およびその製造方法Info
- Publication number
- JP2580689B2 JP2580689B2 JP63071134A JP7113488A JP2580689B2 JP 2580689 B2 JP2580689 B2 JP 2580689B2 JP 63071134 A JP63071134 A JP 63071134A JP 7113488 A JP7113488 A JP 7113488A JP 2580689 B2 JP2580689 B2 JP 2580689B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- powder
- temperature
- alloy
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、耐酸化性を改善したTi−Al合金粉末焼結体
に関し、その製造方法をも包含する。
に関し、その製造方法をも包含する。
最近、金属とセラミックスとの中間領域の性質をもっ
た材料として、種々の金属間化合物が注目されている。
その中で、Ti−Al系金属間化合物は比重が小さく、強度
や耐食性にすぐれているため、この特性を生かした用
途、たとえば航空機や自動車のエンジン関連材料として
の利用が試みられている。 Ti−Al系金属間化合物のうちTi Al（化学量論組成はT
i−36％Al）は、その周辺の、とくにAlリッチ側に広い
固溶範囲をもつが、そうした合金の中で常温で多少とも
塑性加工ができるのは、Al36％近辺の組成のものに限ら
れ、Alが40％を超えると、常温はもちろん高温でも塑性
加工が困難になる。 従って、比較的AlリッチのTi−Al合金は通常の鋳造−
熱間加工により製品をつくることができず、精密鋳造や
粉末冶金により最終製品またはそれに近い形状のものを
得て、必要ならば最小限の機械加工を行なって、製品と
するほかない。精密鋳造にくらべ、粉末冶金の方が、組
織の微細化が容易であり、強度を要求される部品の製造
技術としては適している。 この種のTi−Al系合金の焼結体は、通常、溶湯噴霧法
によって得た合金粉末を原料とし、合成樹脂などをバイ
ンダーとする射出成形とそれに続く焼結によって製造す
るか、またはHIP（熱間静水圧プレス）、熱間押出しな
どの熱間成形技術によって製造されている。形状の複雑
な製品は、前者の製法によることになる。いずれにして
も、それらの焼結体は、組織がもとの粉末の粒度を反映
して数十μのオーダーの微細なものであるため、鋳造品
より機械的性質がすぐれている。 しかし、既存の耐熱合金たとえばγ′折出硬化型のNi
基超合金などと比較すると、Ti−Al合金とくにTi Al焼
結体は、延靱性が低い。また、高温における耐酸化性が
不十分である。これらのことが原因となって、Ti Al焼
結体の実用化は進んでいない。 発明者らは、Ti Al金属間化合物を中心とする組成のT
i−Al合金の焼結体に、適量のSiおよびＢを添加するこ
とによって延靱性を改善することに成功し、すでに提案
した（特願昭61−260124号）。
た材料として、種々の金属間化合物が注目されている。
その中で、Ti−Al系金属間化合物は比重が小さく、強度
や耐食性にすぐれているため、この特性を生かした用
途、たとえば航空機や自動車のエンジン関連材料として
の利用が試みられている。 Ti−Al系金属間化合物のうちTi Al（化学量論組成はT
i−36％Al）は、その周辺の、とくにAlリッチ側に広い
固溶範囲をもつが、そうした合金の中で常温で多少とも
塑性加工ができるのは、Al36％近辺の組成のものに限ら
れ、Alが40％を超えると、常温はもちろん高温でも塑性
加工が困難になる。 従って、比較的AlリッチのTi−Al合金は通常の鋳造−
熱間加工により製品をつくることができず、精密鋳造や
粉末冶金により最終製品またはそれに近い形状のものを
得て、必要ならば最小限の機械加工を行なって、製品と
するほかない。精密鋳造にくらべ、粉末冶金の方が、組
織の微細化が容易であり、強度を要求される部品の製造
技術としては適している。 この種のTi−Al系合金の焼結体は、通常、溶湯噴霧法
によって得た合金粉末を原料とし、合成樹脂などをバイ
ンダーとする射出成形とそれに続く焼結によって製造す
るか、またはHIP（熱間静水圧プレス）、熱間押出しな
どの熱間成形技術によって製造されている。形状の複雑
な製品は、前者の製法によることになる。いずれにして
も、それらの焼結体は、組織がもとの粉末の粒度を反映
して数十μのオーダーの微細なものであるため、鋳造品
より機械的性質がすぐれている。 しかし、既存の耐熱合金たとえばγ′折出硬化型のNi
基超合金などと比較すると、Ti−Al合金とくにTi Al焼
結体は、延靱性が低い。また、高温における耐酸化性が
不十分である。これらのことが原因となって、Ti Al焼
結体の実用化は進んでいない。 発明者らは、Ti Al金属間化合物を中心とする組成のT
i−Al合金の焼結体に、適量のSiおよびＢを添加するこ
とによって延靱性を改善することに成功し、すでに提案
した（特願昭61−260124号）。
従って、つぎの課題は、Ti−Al合金の焼結体の耐高温
酸化性の向上である。本発明の目的は、この課題を解決
し、高温で酸化されにくいTi−Al合金粉末焼結体と、そ
の製造方法を提供することにある。
酸化性の向上である。本発明の目的は、この課題を解決
し、高温で酸化されにくいTi−Al合金粉末焼結体と、そ
の製造方法を提供することにある。
耐高温酸化性が向上した本発明のTi−Al合金粉末焼結
体は、Alを30〜45重量％含有し残部が実質上Tiからなる
Ti−Al合金の粉末を焼結してなり、焼結体中にSiを0.3
〜5.0重量％拡散させたことを特徴とする。 上記のTi−Al合金粉末焼結体の製造方法は、Alを30〜
45重量％含有し残部が実質上TiからなるTi−Al合金の粉
末焼結体を、SiまたはSiを発生する物質と接触させて、
温度800〜1100℃に１ないし数時間加熱することによ
り、上記焼結体に0.3〜5.0重量％のSiを拡散させること
を特徴とする。 「Siを発生する物質」とは、上記の処理温度におい
て、揮発、分解その他の機構によりSiが生成し、それが
焼結体に与えられるような物質であれば、何でもよい。
フェロシリコンの粉末などがその例であって、焼結体を
その中に埋没させ、不活性ガスで保護した雰囲気中で加
熱すれば、拡散を行なうことができる。 Siの拡散には、塩化アンモニウムのような活性化剤が
有効であって、処理に要する時間を短縮することができ
るから、結晶組織の粗大化が避けられて好ましい。 本発明による耐高温酸化性の向上は、たとえばターボ
チャージャーのホイールのように、形状が複雑で肉厚の
薄い部分が多いTi−Al合金粉末焼結体に適用したとき、
とくに有意義である。
体は、Alを30〜45重量％含有し残部が実質上Tiからなる
Ti−Al合金の粉末を焼結してなり、焼結体中にSiを0.3
〜5.0重量％拡散させたことを特徴とする。 上記のTi−Al合金粉末焼結体の製造方法は、Alを30〜
45重量％含有し残部が実質上TiからなるTi−Al合金の粉
末焼結体を、SiまたはSiを発生する物質と接触させて、
温度800〜1100℃に１ないし数時間加熱することによ
り、上記焼結体に0.3〜5.0重量％のSiを拡散させること
を特徴とする。 「Siを発生する物質」とは、上記の処理温度におい
て、揮発、分解その他の機構によりSiが生成し、それが
焼結体に与えられるような物質であれば、何でもよい。
フェロシリコンの粉末などがその例であって、焼結体を
その中に埋没させ、不活性ガスで保護した雰囲気中で加
熱すれば、拡散を行なうことができる。 Siの拡散には、塩化アンモニウムのような活性化剤が
有効であって、処理に要する時間を短縮することができ
るから、結晶組織の粗大化が避けられて好ましい。 本発明による耐高温酸化性の向上は、たとえばターボ
チャージャーのホイールのように、形状が複雑で肉厚の
薄い部分が多いTi−Al合金粉末焼結体に適用したとき、
とくに有意義である。
焼結体をつくるTi−Al合金の組成についていえば、Ti
Al金属間化合物の化学量論組成、すなわち重量比でTi:
Al＝64:36よりもAlが少ない領域では異種の金属間化合
物Ti3Alが生成して好ましくないから、あまりTiリッチ
となる組成を避けて、Alを少なくとも30重量％存在させ
るべきである。一方、Alリッチ側の固溶限は1300℃で60
重量％近くの組成まであるが、やはり別の金属間化合物
であるTiAl3が析出して脆化を招くから、Al:45重量％を
上限とする。 焼結体をSiに接触させた状態で加熱すると、Siが焼結
体の表層部に浸透し拡散して、一部は化合物をつくり、
一部は固溶する。拡散の量は温度と時間によって決定さ
れ、加熱温度800〜1100℃はこれに好適な範囲である。8
00℃未満では拡散に長時間を必要として実際的でないば
かりか、焼結体内のSi濃度勾配が不安定であって、焼結
部材を800℃近い温度で使用した場合に、それが変動し
やすい。他方、1100℃を超える高温では拡散量が多くな
りすぎて、焼結体の表層部がSiで被覆されたような状態
になる。やはり、焼結部材を高温で使用したときに一部
溶解するおよれがあり、好ましくない。 好適な拡散が行なわれた場合、Siが焼結体の重量に対
して0.3％以上添加されれば、多くの場合、表層部に耐
高温酸化性を改善するに足りる濃度のSiが存在すること
になる。同じSi含有量であっても、それぞれの焼結体の
比表面積の大小に応じて、表層部におけるSi濃度が異な
ることはいうまでもないが、本発明がとくにその意義を
発揮する、複雑な形での薄肉の、従って比表面積が大き
い焼結体においても、表層のSiが１％またはそれ以上存
在すれば、耐高温酸化性の向上が実現する。 一方、Siの量が過剰になって10％近くなると、前記し
たように表層部に多量存在するようになるほか、内部に
も浸透して、Ti Al金属間化合物組織に影響を与え、延
靱性や強度を損なう危険が生じる。Ti AlにSiを作用さ
せたとき、SiがTiおよびAlと置換し（このとき、SiはAl
よりもTiの方に多く置換するといわれている）、その結
果、TiAl3やAl2Siなどの化合物が生成して、Ti Al相中
に混在するようになるからである。とくに比表面積の大
きな焼結体でない限り、Si量は５％程度に止めておくの
がよいようである。
Al金属間化合物の化学量論組成、すなわち重量比でTi:
Al＝64:36よりもAlが少ない領域では異種の金属間化合
物Ti3Alが生成して好ましくないから、あまりTiリッチ
となる組成を避けて、Alを少なくとも30重量％存在させ
るべきである。一方、Alリッチ側の固溶限は1300℃で60
重量％近くの組成まであるが、やはり別の金属間化合物
であるTiAl3が析出して脆化を招くから、Al:45重量％を
上限とする。 焼結体をSiに接触させた状態で加熱すると、Siが焼結
体の表層部に浸透し拡散して、一部は化合物をつくり、
一部は固溶する。拡散の量は温度と時間によって決定さ
れ、加熱温度800〜1100℃はこれに好適な範囲である。8
00℃未満では拡散に長時間を必要として実際的でないば
かりか、焼結体内のSi濃度勾配が不安定であって、焼結
部材を800℃近い温度で使用した場合に、それが変動し
やすい。他方、1100℃を超える高温では拡散量が多くな
りすぎて、焼結体の表層部がSiで被覆されたような状態
になる。やはり、焼結部材を高温で使用したときに一部
溶解するおよれがあり、好ましくない。 好適な拡散が行なわれた場合、Siが焼結体の重量に対
して0.3％以上添加されれば、多くの場合、表層部に耐
高温酸化性を改善するに足りる濃度のSiが存在すること
になる。同じSi含有量であっても、それぞれの焼結体の
比表面積の大小に応じて、表層部におけるSi濃度が異な
ることはいうまでもないが、本発明がとくにその意義を
発揮する、複雑な形での薄肉の、従って比表面積が大き
い焼結体においても、表層のSiが１％またはそれ以上存
在すれば、耐高温酸化性の向上が実現する。 一方、Siの量が過剰になって10％近くなると、前記し
たように表層部に多量存在するようになるほか、内部に
も浸透して、Ti Al金属間化合物組織に影響を与え、延
靱性や強度を損なう危険が生じる。Ti AlにSiを作用さ
せたとき、SiがTiおよびAlと置換し（このとき、SiはAl
よりもTiの方に多く置換するといわれている）、その結
果、TiAl3やAl2Siなどの化合物が生成して、Ti Al相中
に混在するようになるからである。とくに比表面積の大
きな焼結体でない限り、Si量は５％程度に止めておくの
がよいようである。
表に示す組成のTi−Al系合金を溶製し、溶湯噴霧法に
より粉末化して、60メッシュ通過の粉末を用意した。こ
の粉末を軟鋼製の缶に封入して1100℃でHIP処理し、缶
を取除いて再度1300℃でHIP処理することにより、焼結
体とした。 焼結体から引張試験片および酸化試験片を採取し、金
属ケイ素粉末：アルミナ粉末＝1:9（重量比）の混合物
に微量の塩化アンモニウムを添加したものの中に埋没さ
せ、保護雰囲気下に種々の温度×時間を条件で加熱処理
して、Siの焼結体への拡散を行なった。 処理後の試験片に対し、900℃において、引張試験と
大気中20時間放置の酸化試験とを行なった。得られた高
温引張強度と酸化増量の値を、合金組成、Si拡散処理の
条件（温度，時間）およびSi拡散量とともに、表にまと
めて示す。 表の結果から、Ti−Al合金粉末焼結体に適量のSiを拡
散させたものは、耐高温酸化性が向上することがわか
る。Siの拡散による耐酸化性向上の効果は、Ti Al
（γ）金属間化合物以外の材料、すなわちAl:30重量％
以下の場合（比較例２）および45重量％以上（比較例
６）にも認められるが、これらの場合には焼結体の脆化
が著しく、実用的な焼結部材が得られない。 本発明の方法は、Ti−Al合金粉末中にあらかじめ固溶
強化元素などを適宜含有させたものの焼結体についても
適用でき、表層のSi化合物生成により耐酸化性が向上す
ることが確認された。
より粉末化して、60メッシュ通過の粉末を用意した。こ
の粉末を軟鋼製の缶に封入して1100℃でHIP処理し、缶
を取除いて再度1300℃でHIP処理することにより、焼結
体とした。 焼結体から引張試験片および酸化試験片を採取し、金
属ケイ素粉末：アルミナ粉末＝1:9（重量比）の混合物
に微量の塩化アンモニウムを添加したものの中に埋没さ
せ、保護雰囲気下に種々の温度×時間を条件で加熱処理
して、Siの焼結体への拡散を行なった。 処理後の試験片に対し、900℃において、引張試験と
大気中20時間放置の酸化試験とを行なった。得られた高
温引張強度と酸化増量の値を、合金組成、Si拡散処理の
条件（温度，時間）およびSi拡散量とともに、表にまと
めて示す。 表の結果から、Ti−Al合金粉末焼結体に適量のSiを拡
散させたものは、耐高温酸化性が向上することがわか
る。Siの拡散による耐酸化性向上の効果は、Ti Al
（γ）金属間化合物以外の材料、すなわちAl:30重量％
以下の場合（比較例２）および45重量％以上（比較例
６）にも認められるが、これらの場合には焼結体の脆化
が著しく、実用的な焼結部材が得られない。 本発明の方法は、Ti−Al合金粉末中にあらかじめ固溶
強化元素などを適宜含有させたものの焼結体についても
適用でき、表層のSi化合物生成により耐酸化性が向上す
ることが確認された。
本発明のTi−Al合金粉末焼結体は、適量のSiの拡散に
より、耐高温酸化性が向上している。一方で、高温強度
は実質上影響を受けないから、この焼結体は、常温から
1000℃までの高温で使用する機械構造部材として有用で
ある。 本発明の製造方法によれば、このような耐高温酸化性
の向上したTi−Al合金粉末焼結体を、常用の装置を用い
て容易に製造することができる。
より、耐高温酸化性が向上している。一方で、高温強度
は実質上影響を受けないから、この焼結体は、常温から
1000℃までの高温で使用する機械構造部材として有用で
ある。 本発明の製造方法によれば、このような耐高温酸化性
の向上したTi−Al合金粉末焼結体を、常用の装置を用い
て容易に製造することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】Alを30〜45重量％含有し残部が実質上Tiか
らなるTi−Al合金の粉末を焼結してなり、焼結体中にSi
を0.3〜5.0重量％拡散させたことを特徴とするTi−Al合
金粉末焼結体。 - 【請求項２】Alを30〜45重量％含有し残部が実質上Tiか
らなるTi−Al合金の粉末焼結体を、SiまたはSiを発生す
る物質と接触させて温度800〜1100℃に１ないし数時間
加熱することにより、上記焼結体に0.3〜5.0重量％のSi
を拡散させることを特徴とするTi−Al粉末焼結体の製造
方法。 - 【請求項３】SiまたはSiを発生する物質として金属ケイ
素の粉末ケイ素合金または化合物の粉末を使用して実施
する請求項２の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63071134A JP2580689B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Ｔｉ−Ａｌ合金粉末焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63071134A JP2580689B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Ｔｉ−Ａｌ合金粉末焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01246330A JPH01246330A (ja) | 1989-10-02 |
| JP2580689B2 true JP2580689B2 (ja) | 1997-02-12 |
Family
ID=13451802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63071134A Expired - Lifetime JP2580689B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Ｔｉ−Ａｌ合金粉末焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2580689B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2492054A (en) * | 2011-06-13 | 2012-12-26 | Charles Malcolm Ward-Close | Adding or removing solute from a metal workpiece and then further processing |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP63071134A patent/JP2580689B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01246330A (ja) | 1989-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5595616A (en) | Method for enhancing the oxidation resistance of a molybdenum alloy, and a method of making a molybdenum alloy | |
| EP0738782B1 (en) | Iron aluminide useful as electrical resistance heating elements | |
| US4849168A (en) | Ti-Al intermetallics containing boron for enhanced ductility | |
| JPH06256872A (ja) | チタニウム基質複合物およびその製造方法 | |
| US3672849A (en) | Cermet-type alloy coating on metal base | |
| JP5703272B2 (ja) | 耐摩耗性材料 | |
| US3690849A (en) | Cermet-type alloy | |
| CN106457380B (zh) | 用于改善机械性质的具有硅添加物的铝合金粉末制剂 | |
| JPS62109941A (ja) | 冷間加工を受けたアルミニウム化三ニツケル基合金組成物とその製法 | |
| JPS63235438A (ja) | 金属間化合物およびその用途 | |
| US3666436A (en) | Cermet-type alloy and method of making same | |
| JP2002003977A (ja) | ＴｉＢ粒子強化Ｔｉ２ＡｌＮｂ金属間化合物基複合材料とその製造方法 | |
| JP3006120B2 (ja) | Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法 | |
| JP2743720B2 (ja) | ＴｉＢ２ 分散ＴｉＡｌ基複合材料の製造方法 | |
| US3690875A (en) | Method of making a cermet-type alloy | |
| JPH02197535A (ja) | 金属間化合物の製法 | |
| JPS62109934A (ja) | 室温特性を改善するためのアルミニウム化三ニッケル基組成物の処理方法 | |
| JP2580689B2 (ja) | Ｔｉ−Ａｌ合金粉末焼結体およびその製造方法 | |
| JPS63312901A (ja) | 耐熱性高力ａ１合金粉末及びそれを用いたセラミック強化型耐熱ａ１合金複合材料 | |
| JPH0735554B2 (ja) | Ｔｉ−Ａｌ系粉末冶金用合金 | |
| JP3743019B2 (ja) | Ｆｅ，Ｖを含む精密鋳造用チタンアルミナイド | |
| JPS60125345A (ja) | 高耐熱、耐摩耗性アルミニウム合金及びその製造法 | |
| JPH01205041A (ja) | 繊維強化アルミニウム合金複合材 | |
| JPH05239509A (ja) | Ｎｂ−Ａｌ合金粉末の焼結体とその製造方法 | |
| JPH03199358A (ja) | 高靭性ＴｉＡｌ金属間化合物系Ｔｉ合金材の製造法 |