JP3056306B2 - Titanium-based composite material and method for producing the same - Google Patents
Titanium-based composite material and method for producing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、チタン合金マトリック
ス中に硬質粒子を分散させたチタン基複合材料およびそ
の製造方法に関し、より詳しくは、剛性、高温強度、耐
摩耗性等の特性に優れ、耐熱部品、耐摩耗部品等の各種
部品として好適なチタン基複合材料およびその製造方法
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a titanium-based composite material in which hard particles are dispersed in a titanium alloy matrix, and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a titanium-based composite material having excellent properties such as rigidity, high-temperature strength, and wear resistance. The present invention relates to a titanium-based composite material suitable as various components such as heat-resistant components and wear-resistant components, and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】チタン合金は、超強力鋼や高力アルミ合
金等より高い比強度、比靱性を有するため、航空機やレ
ーシングカー等の強度部品等に利用されている。2. Description of the Related Art Titanium alloys have higher specific strength and specific toughness than super-strong steel, high-strength aluminum alloys and the like, and are therefore used for strength parts such as aircraft and racing cars.
【０００３】最近では、さらに該チタン合金の耐熱性、
剛性、耐摩耗性等の特性を改善するため、該チタン合金
中に硬質粒子を分散させた複合材が開発されている。こ
の分散粒子としては、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＣ、ＴｉＢ
2 等の粒子が使用されている。Recently, the heat resistance of the titanium alloy has been further increased.
In order to improve properties such as rigidity and wear resistance, a composite material in which hard particles are dispersed in the titanium alloy has been developed. The dispersed particles include TiC, TiN, SiC, TiB
Second class particles are used.
【０００４】このＴｉ基複合材料として、例えば、チタ
ン粉末と強化用母合金粉末とＴｉＣ粉末とを出発原料と
し、混合・成形・焼成・ＨＩＰ処理によって製造される
ＴｉＣ粒子が分散したチタン基複合材料、および粉末合
金積層材の製造方法『Titanium Carbide/Titanium Allo
y Composite and Process for Powder Metal Claddin
g』（米国特許第 4,731,115号）が提案されている。こ
のようにして得られた合金組成物は、高いヤング率と優
れた耐摩耗性を示すとしている。[0004] As this Ti-based composite material, for example, a titanium-based composite material in which TiC particles produced by mixing, molding, firing and HIP processing using titanium powder, reinforcing alloy powder and TiC powder as starting materials is dispersed. Titanium Carbide / Titanium Allo
y Composite and Process for Powder Metal Claddin
g "(U.S. Pat. No. 4,731,115). The alloy composition thus obtained is said to exhibit high Young's modulus and excellent wear resistance.
【０００５】また、上記米国特許第 4,731,115号と同様
にＴｉＣ粒子を分散させたチタン基複合材料であるが、
マトリックス合金をβチタン相とすることを特徴とした
「高耐摩耗チタン合金材」（特開平2-129330号公報）が
提案されている。該チタン合金材は、マトリックスをβ
相とすることにより、通常のα＋β型チタン合金をマト
リックスとしたものに比べ耐摩耗性が著しく向上すると
している。A titanium-based composite material in which TiC particles are dispersed as in US Pat. No. 4,731,115,
A “high wear-resistant titanium alloy material” characterized by using a β-titanium phase as a matrix alloy has been proposed (JP-A-2-129330). The titanium alloy material has a matrix β
It is stated that the use of the phase significantly improves wear resistance as compared with a matrix using a normal α + β type titanium alloy as a matrix.
【０００６】また、上記米国特許第 4,731,115号と同様
の粉末冶金法を活用してチタン合金中にＴｉＢ2 粒子を
分散させたチタン基複合材料、および粉末合金積層材の
製造方法『Titanium Diboride/Titanium Alloy Metal M
atrix Microcomposite and Process for Powder Metal
Cladding』（米国特許第 4,968,348号）が提案されてい
る。このようにして得られた合金組成物は、強度、剛
性、耐摩耗性に優れているとしている。Also, a titanium-based composite material in which TiB 2 particles are dispersed in a titanium alloy by utilizing the same powder metallurgy method as in the above-mentioned US Pat. No. 4,731,115, and a method of manufacturing a powder alloy laminate “Titanium Diboride / Titanium” Alloy Metal M
atrix Microcomposite and Process for Powder Metal
Cladding (US Pat. No. 4,968,348) has been proposed. The alloy composition thus obtained is said to be excellent in strength, rigidity and wear resistance.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記米
国特許第 4,731,115号に開示されている合金組成物は、
高剛性、耐摩耗性を有するものとしているが、ＨＩＰ処
理を前提にしているなどにより、製造コストが高いとい
う問題点を有している。また、この合金組成物は、(1)
ＴｉＣ粒子は、チタンマトリックスＦＲＭの複合繊維と
して注目されているＳｉＣと比較すれば、マトリックス
と反応しにくい性質を有しているが、チタン合金マトリ
ックスは相当量の炭素を固溶するため（特にα相の場合
顕著）、延性が大きく低下してしまう、(2) ＴｉＣ粒子
とチタン合金マトリックスの界面は非整合であること
と、炭素がマトリックスに固溶しやすいことから、オス
トワルト成長による粒子の粗大化が起こりやすい、とい
う問題を有している。さらに、この合金組成物は、複合
粒子／マトリックス間の反応や粒子の成長を抑制するた
めに低温で固化させる（低温・高圧ＨＩＰなど）ことが
必要であり、さもなくば延性の低下を受け入れて、剛性
のみの特長を活かすなど使用範囲が限定されるという問
題を有している。このように、ＴｉＣ粒子はＳｉＣなど
と比較すれば、チタン合金に対する相性は遥かに優れて
いるが、必ずしも最適とは言い難い。However, the alloy composition disclosed in the aforementioned U.S. Pat. No. 4,731,115 does not
Although it is assumed to have high rigidity and abrasion resistance, it has a problem that the manufacturing cost is high due to the premise of the HIP processing and the like. In addition, this alloy composition comprises (1)
TiC particles have a property that they are less likely to react with the matrix as compared with SiC, which has attracted attention as a composite fiber of titanium matrix FRM, but the titanium alloy matrix dissolves a considerable amount of carbon (particularly α (2) The interface between the TiC particles and the titanium alloy matrix is inconsistent and carbon is easily dissolved in the matrix, so that coarse particles are formed by Ostwald ripening. There is a problem that conversion is likely to occur. Further, the alloy composition needs to be solidified at a low temperature (such as low-temperature / high-pressure HIP) in order to suppress the reaction between the composite particles / matrix and the growth of the particles, otherwise, it is necessary to accept a decrease in ductility. In addition, there is a problem that the range of use is limited, for example, by taking advantage of only the rigidity. As described above, the compatibility of the TiC particles with the titanium alloy is far superior to that of the SiC or the like, but is not always optimal.
【０００８】また、前記特開平2-129330号で提案された
ＴｉＣ粒子分散型複合材料は、マトリックスをβチタン
合金とすることで、耐摩耗性と延性とを両立させること
に成功し、この分野において注目されている。しかしな
がら、この複合材料も製造コストが著しく高いという問
題を有している。また、(1) βチタン合金は、α＋βチ
タン合金よりもヤング率が大幅に低いため、たとえ強化
粒子を多量に分散させても、通常のα＋β合金なみの剛
性しか得られない、(2) βチタン合金は、本質的にクリ
ープ特性に劣るため、たとえ強化粒子を分散させても耐
熱部品としての適用は著しく制限される、などの問題を
有していた。In addition, the TiC particle-dispersed composite material proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-129330 succeeded in achieving both wear resistance and ductility by using a β-titanium alloy as a matrix. Has attracted attention. However, this composite material also has a problem that the production cost is extremely high. Also, (1) β-titanium alloy has a much lower Young's modulus than α + β-titanium alloy, so that even if a large amount of reinforcing particles are dispersed, only the same rigidity as ordinary α + β alloy can be obtained. Titanium alloys have inherently inferior creep properties, and thus have had the problem that their application as heat-resistant components is severely limited even if dispersed reinforcing particles.
【０００９】また、前記米国特許第 4,968,348号で開示
されたＴｉＢ2 粒子分散型複合材料では、ＴｉＢ2 が高
温においてチタン合金と熱力学的に平衡できないため、
この複合材を製造するためには、反応が起こりにくい低
温で、しかも高圧下で焼結させることが前提となる。こ
のため、製造コストが著しく高くなってしまうという問
題点を有している。In the TiB 2 particle-dispersed composite material disclosed in US Pat. No. 4,968,348, TiB 2 cannot thermodynamically equilibrate with a titanium alloy at a high temperature.
In order to produce this composite material, it is premised that the sintering is performed at a low temperature where reaction does not easily occur, and under a high pressure. For this reason, there is a problem that the manufacturing cost is significantly increased.
【００１０】そこで、本発明者らは、上述の如き従来技
術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験
を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems of the prior art, and have conducted various systematic experiments. As a result, the present invention has been accomplished.
【００１１】（発明の目的）本発明の目的は、強度、延
性、剛性、耐摩耗性、耐熱性に優れた安価なチタン基複
合材料およびその製造方法を提供するにある。(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide an inexpensive titanium-based composite material having excellent strength, ductility, rigidity, abrasion resistance and heat resistance, and a method for producing the same.
【００１２】本発明者らは、上述の従来技術の問題に対
して、以下のことに着眼した。すなわち、チタン合金と
本質的に反応しにくい成分からなる強化粒子を選定し、
これを微細かつ多量にチタン合金マトリックス中に分散
させる方法を採ることが、マトリックスの靭性や延性を
低下させずに、強度、耐摩耗性、剛性、耐熱性を向上さ
せた複合材料を得るために不可欠であることに着眼し
た。The present inventors have focused on the following with respect to the above-mentioned problems of the prior art. In other words, strengthening particles consisting of components that are essentially difficult to react with the titanium alloy are selected,
Taking a method of dispersing this in a fine and large amount in a titanium alloy matrix is necessary to obtain a composite material with improved strength, wear resistance, rigidity, heat resistance without reducing the toughness and ductility of the matrix. Focused on being essential.
【００１３】そこで、まずチタン基複合材料の強化相を
選定するに当たって、強化相に求められる基本要因を、
以下の点に絞って詳細に検討した。 (1) 強度、剛性、耐摩耗性、耐熱性などの機械的性質に
優れていること。 (2) チタン合金マトリックス／強化相界面の結合強度が
高いこと。 (3) 複合材料製造温度においてマトリックスのチタン合
金と熱力学的に平衡できること。 (4) チタン合金マトリックスに固溶して、マトリックス
を変質、劣化させないこと。Therefore, when selecting the reinforcing phase of the titanium-based composite material, the basic factors required for the reinforcing phase are as follows.
The following points were examined in detail. (1) Excellent mechanical properties such as strength, rigidity, wear resistance and heat resistance. (2) High bonding strength at the titanium alloy matrix / reinforced phase interface. (3) Able to thermodynamically equilibrate with the matrix titanium alloy at the composite material production temperature. (4) Do not form a solid solution with the titanium alloy matrix to alter or deteriorate the matrix.
【００１４】従来技術では、上記基本要因の中で主に
(1) と(2) にのみ注目して強化相が選ばれ、(3),(4) に
ついてはあまり考慮されておらず、これらに問題に対し
ては、反応の起こりにくい低温で成形する、あるいは強
化相の表面をコーティングして反応を抑える、などで対
処しようとする考え方が一般的であった。しかし、素粉
末混合焼結法によってチタン基複合材料を得ようとする
場合は、製造温度が極めて高いために、上記(3),(4)の
性質も選定の際の不可欠な要素となる。In the prior art, among the above basic factors,
The strengthening phase was selected by focusing only on (1) and (2), and (3) and (4) were not taken into account so much. In general, the idea is to coat the surface of the reinforcing phase to suppress the reaction. However, when a titanium-based composite material is to be obtained by the elemental powder mixed sintering method, the properties described in (3) and (4) above are also indispensable factors in the selection because the production temperature is extremely high.
【００１５】以上のような観点から、チタン合金の強化
相として、前記の米国特許第 4,731,115号や特開平2-12
9330号に用いられたＴｉＣを考えると、上記性質の(4)
に抵触していることが分かる。すなわち、ＴｉＣ粒子と
マトリックスとが反応して炭素がマトリックス中に拡散
固溶し、マトリックスの延性を低下させてしまうことか
ら、強化相としてＴｉＣが不適であることが分かる。ま
た、前記米国特許第 4,968,348号に用いられたＴｉＢ2
を考えると、上記性質の(3) に抵触していることが分か
る。すなわち、ＴｉＢ2 はチタン合金と熱力学的に平衡
できない。In view of the above, as the strengthening phase of the titanium alloy, US Pat. No. 4,731,115 and JP-A No. 2-12
Considering the TiC used in No. 9330, (4)
Is found to be in conflict. That is, since the TiC particles react with the matrix and carbon diffuses into the matrix to form a solid solution and lowers the ductility of the matrix, it is understood that TiC is not suitable as the reinforcing phase. In addition, TiB 2 used in the above-mentioned US Pat. No. 4,968,348 is used.
Considering the above, it is found that the above property (3) is violated. That is, TiB 2 cannot be thermodynamically equilibrated with the titanium alloy.
【００１６】ＴｉＣやＴｉＢ2 よりもチタン合金マトリ
ックスの複合材料に適した強化相としては、イットリウ
ムや希土類金属の酸化物が考えられる。これらの粒子を
分散させた合金は、急冷凝固粉末合金として最近注目さ
れ、次世代の軽量耐熱材料として有望視されている。し
かし、粉末の製造にコストがかかり過ぎること、大量に
粒子を分散させることが難しいこと、固化技術が困難な
こと、など製造上問題となる点が多い。As a strengthening phase more suitable for a composite material of a titanium alloy matrix than TiC or TiB 2, an oxide of yttrium or a rare earth metal can be considered. An alloy in which these particles are dispersed has recently attracted attention as a rapidly solidified powdered alloy, and is considered promising as a next-generation lightweight heat-resistant material. However, there are many problems in production, such as excessive production cost of powder, difficulty in dispersing a large amount of particles, and difficulty in solidification technology.
【００１７】そこで、前記(1) 〜(4) の基本要因を満足
する強化相として、ＴｉＢが好適であることを見いだし
た。すなわち、ＴｉＢは、αならびにβチタン合金マト
リックスと広い温度範囲で熱力学的に平衡し、しかも硼
素はα、βいずれのマトリックスにもほとんど固溶しな
い。また、ＴｉＢ／チタンマトリックス界面は整合性の
高い低指数面で構成されるため、界面強度が高いものと
予想される。さらに、硼素はチタン合金の焼結を促進さ
せるという特筆すべき効果があることを見いだした。こ
のことから、無加圧焼結のみの安価な工程で高密度なチ
タン基複合材料が得られる可能性の高いことに着目し、
本発明を成すに至った。Therefore, it has been found that TiB is suitable as a strengthening phase satisfying the above-mentioned basic factors (1) to (4). That is, TiB equilibrates thermodynamically with the α and β titanium alloy matrices over a wide temperature range, and boron hardly forms a solid solution with either the α or β matrix. Further, since the TiB / titanium matrix interface is constituted by a low index surface having high consistency, it is expected that the interface strength is high. In addition, boron has been found to have a notable effect of accelerating the sintering of titanium alloys. From this, we focused on the high possibility that a high-density titanium-based composite material could be obtained by an inexpensive process using only pressureless sintering.
The present invention has been accomplished.
【００１８】[0018]
【００１９】（第１発明）第１発明のチタン基複合材料
は、α型、α＋β型あるいはβ型チタン合金からなるマ
トリックスと、該マトリックス中に分散した体積比で５
〜５０％のＴｉＢ固溶体とからなることを特徴とする。(First Invention) The titanium-based composite material of the first invention comprises a matrix composed of an α-type, α + β-type or β-type titanium alloy and a volume ratio of 5 dispersed in the matrix.
-50% of TiB solid solution.
【００２０】（第２発明）第２発明のチタン基複合材料
の製造方法は、チタン粉末と，少なくとも２種以上の金
属元素を含む強化用物質粉末と，硼素を含む物質粉末と
を混合・成形すると共に、該成形体を無加圧で焼成する
ことにより、チタン合金からなるマトリックス中に体積
比で５〜５０％のＴｉＢ固溶体が分散したチタン基複合
材料を得ることを特徴とするチタン基複合材料の製造方
法。(Second Invention) A method of manufacturing a titanium-based composite material according to a second invention is a method of mixing and molding a titanium powder, a reinforcing material powder containing at least two or more metal elements, and a material powder containing boron. And sintering the compact without pressure to obtain a titanium-based composite material in which a TiB solid solution having a volume ratio of 5 to 50% is dispersed in a matrix made of a titanium alloy. Material manufacturing method.
【００２１】[0021]
【作用】第１発明のチタン基複合材料および第２発明の
チタン基複合材料の製造方法が優れた効果を発揮するメ
カニズムについては、未だ必ずしも明らかではないが、
次のように考えられる。The mechanism by which the method for producing the titanium-based composite material of the first invention and the method for producing the titanium-based composite material of the second invention exhibit excellent effects is not necessarily clear.
It is considered as follows.
【００２２】（第１発明の作用）本第１発明のチタン基
複合材料は、α型、α＋β型あるいはβ型チタン合金か
らなるマトリックスと、該マトリックス中に分散したＴ
ｉＢ固溶体の強化相とからなる。この基質チタン合金成
分中に分散したＴｉＢ固溶体は、チタン合金とは反応せ
ず、また高温で使用してもチタン合金への固溶がほとん
どなく、かつ変態も起こさないため特性が安定してい
る。その理由は、該ＴｉＢ固溶体はβチタンマトリック
スと極めて整合性の高い界面を構成しており、しかも前
記のように、硼素はチタン合金中にはほとんど固溶しな
いことから、高温で加熱した場合のオストワルト成長に
起因する粒成長速度が著しく小さいためと考えられる。
この性質は、該複合材料を製造する際にも極めて有効に
作用する。すなわち、本発明による複合材料は、製造時
にたとえ高温で長時間焼結を行っても（α型、α＋β
型、β型チタン合金いずれであっても、焼結は通常該合
金のβ転移温度以上、すなわちβ単相領域にて行われ
る）、強化相とマトリックスとが全く反応せず、しかも
強化粒子の粗大化が起こりにくいことを意味しており、
これは複合材料の製造上極めて好都合な性質である。(Function of the First Invention) The titanium-based composite material of the first invention comprises a matrix composed of an α-type, α + β-type or β-type titanium alloy, and a T dispersed in the matrix.
and a strengthening phase of iB solid solution. The TiB solid solution dispersed in the matrix titanium alloy component does not react with the titanium alloy, and hardly dissolves in the titanium alloy even when used at a high temperature and does not undergo transformation, so that its characteristics are stable. . The reason is that the TiB solid solution forms an interface with extremely high consistency with the β-titanium matrix, and, as described above, boron hardly forms a solid solution in the titanium alloy. This is probably because the grain growth rate due to Ostwald growth is extremely low.
This property also works extremely effectively when producing the composite material. That is, the composite material according to the present invention can be produced even if it is sintered at a high temperature for a long time (α type, α + β
Sintering is usually performed at or above the β transition temperature of the alloy, that is, in the β single phase region, regardless of whether the reinforcing phase and the matrix are reacted at all, and the reinforcing particles This means that coarsening is unlikely to occur,
This is a very advantageous property in the production of composite materials.
【００２３】また、ＴｉＢ粒子のチタン合金マトリック
ス中における分散量が、体積比で５〜５０％の範囲であ
る。該分散量が５％未満では、粒子分散強化の効果が小
さく、５０％を越えると粒子が粗大化し、合金材料の靭
性が低下する恐れがある。The dispersion amount of the TiB particles in the titanium alloy matrix is in the range of 5 to 50% by volume. If the amount of dispersion is less than 5%, the effect of strengthening the particle dispersion is small, and if it exceeds 50%, the particles become coarse and the toughness of the alloy material may be reduced.
【００２４】以上のことから、本第１発明のチタン合金
は、延性および靱性が低下しにくく、室温から高温まで
の強度、剛性、耐熱性、耐摩耗性等の特性が向上したチ
タン基複合材料となっているものと考えられる。From the above, the titanium alloy according to the first aspect of the present invention is a titanium-based composite material in which ductility and toughness are not easily reduced and properties such as strength, rigidity, heat resistance and wear resistance from room temperature to high temperature are improved. It is considered that it has become.
【００２５】（第２発明の作用）本第２発明のチタン基
複合材料の製造方法は、チタン粉末と、少なくとも２種
以上の金属元素を含む強化用物質粉末と、硼素を含む物
質粉末とを混合・成形すると共に、該成形体を無加圧で
焼成してなる。(Function of the Second Invention) The method for producing a titanium-based composite material according to the second invention comprises the steps of combining a titanium powder, a reinforcing material powder containing at least two or more metal elements, and a boron-containing material powder. The mixture is molded and molded, and the molded body is fired without pressure.
【００２６】このように、チタン粉末と、少なくとも２
種以上の金属元素を含む強化用物質粉末と、硼素を含む
物質粉末とを混合・成形すると共に、得られた成形体を
無加圧で焼成すると、前記強化用物質粉末と硼素物質粉
末中に含まれる硼素以外の元素とは、チタン粉末中に拡
散・固溶し、硼素はチタンと反応してＴｉＢ粒子を形成
する。このような冶金反応と平行してチタン粉末の焼結
が進行し、最終的には、強化成分が均一固溶したチタン
合金マトリックス中にＴｉＢ粒子が均一に分散した緻密
な複合材料となる。Thus, the titanium powder and at least 2
While mixing and molding a material powder for strengthening containing at least one kind of metal element and a material powder containing boron, the obtained molded body is fired under no pressure, whereby the material powder for strengthening and the boron material powder are mixed. Elements contained other than boron are diffused and dissolved in titanium powder, and boron reacts with titanium to form TiB particles. In parallel with such metallurgical reaction, sintering of the titanium powder proceeds, and finally, a dense composite material in which TiB particles are uniformly dispersed in a titanium alloy matrix in which a reinforcing component is uniformly dissolved.
【００２７】このとき、硼素が僅かでも含まれるとチタ
ンの焼結が著しく促進され、また強化相であるＴｉＢ粒
子は、チタン粉末と硼素含有物質粉末との反応によっ
て、マトリックス中に生成される。これらの特徴は、以
下に述べるように、複合材料の製造コスト低減のため
に、極めて有効に作用する。At this time, if a small amount of boron is contained, sintering of titanium is remarkably promoted, and TiB particles as a reinforcing phase are formed in the matrix by a reaction between the titanium powder and the boron-containing substance powder. These features work very effectively to reduce the cost of manufacturing composite materials, as described below.
【００２８】通常、この種の複合材料は、マトリックス
合金に強化相そのものを添加・複合して製造される。こ
のため、強化相の量が或る程度以上に多くなると、必然
的にマトリックス合金の焼結性が著しく阻害されてしま
う。従って、緻密な複合材料を得るためには、何らかの
塑性変形処理（例えば、熱間押出し、熱間鍛造、等）や
加圧処理（例えば、ＨＩＰ処理、ホットプレス、等）等
を必要とし、これら後処理のため製造コストを大幅に引
き上げる要因となっていた。Usually, this type of composite material is produced by adding and reinforcing a reinforcing phase itself to a matrix alloy. Therefore, when the amount of the reinforcing phase is increased to a certain degree or more, the sinterability of the matrix alloy is inevitably impaired. Therefore, in order to obtain a dense composite material, some plastic deformation treatment (for example, hot extrusion, hot forging, etc.) and pressure treatment (for example, HIP treatment, hot pressing, etc.) are required, and these This was a factor that greatly increased the production cost due to post-processing.
【００２９】これに対して、本発明によるチタン基複合
材料の製造方法では、強化相そのものを添加するのでは
なく、硼素源として添加された粉末とチタン粉末とを反
応させることにより、初めて強化相としてマトリックス
中に形成させること、ならびに、理由は明らかではない
が、硼素がチタンの焼結を著しく促進する効果があるこ
との相乗効果により、単に無加圧で焼成するのみによっ
て、多量の強化相を分散させた場合でも、ほぼ真密度の
緻密な複合材料を得ることができる。これより、極めて
安価にチタン基複合材料の製造が可能となる。On the other hand, in the method for producing a titanium-based composite material according to the present invention, instead of adding the strengthening phase itself, the powder added as a boron source is reacted with the titanium powder, and the strengthening phase is first obtained. As a synergistic effect of the fact that boron has the effect of significantly promoting the sintering of titanium, although the reason is not clear, a large amount of reinforcing phase can be obtained simply by firing without pressure. Is dispersed, a dense composite material with almost true density can be obtained. This makes it possible to manufacture a titanium-based composite material at extremely low cost.
【００３０】以上のように、本第２発明のチタン基複合
材料の製造方法により、極めて安価で、かつ延性および
靱性が低下しにくく、しかも得られるチタン基複合材料
はチタン合金からなるマトリックス中に体積比で５〜５
０％のＴｉＢ固溶体が分散したものであるため、室温か
ら高温までの強度、剛性、耐摩耗性等の特性が向上した
チタン基複合材料が得られるものと考えられる。As described above, according to the method for producing a titanium-based composite material of the second invention, the titanium-based composite material is extremely inexpensive, hardly deteriorates in ductility and toughness, and the obtained titanium-based composite material is contained in a matrix composed of a titanium alloy. 5-5 by volume ratio
Since 0% TiB solid solution is dispersed, it is considered that a titanium-based composite material having improved properties such as strength, rigidity, and wear resistance from room temperature to high temperature can be obtained.
【００３１】[0031]
【００３２】（第１発明の効果）本第１発明によるＴｉ
Ｂ分散型チタン合金マトリックス複合材料は、従来のチ
タン基複合材料に比べ、強度、延性、耐摩耗性、剛性、
耐熱性に優れた複合材料である。(Effect of the First Invention) The Ti according to the first invention
B-dispersed titanium alloy matrix composite material has strength, ductility, abrasion resistance, rigidity,
It is a composite material with excellent heat resistance.
【００３３】（第２発明の効果）本第２発明のチタン基
複合材料の製造方法により、各種チタン基マトリックス
中に微細なＴｉＢ粒子が分散した、強度、延性、剛性、
耐摩耗性、耐熱性に優れたチタン基複合材料を得ること
ができる。また、従来この種の複合材料の製造方法に比
べて、安価で高性能な複合材料を得ることができる。(Effects of the Second Invention) According to the method for producing a titanium-based composite material of the second invention, fine TiB particles are dispersed in various titanium-based matrices to obtain strength, ductility, rigidity, and the like.
A titanium-based composite material having excellent wear resistance and heat resistance can be obtained. In addition, compared to a conventional method of manufacturing a composite material of this type, it is possible to obtain a low-cost and high-performance composite material.
【００３４】[0034]
【実施例】以下に、第１発明および第２発明をさらに具
体的にした具体例（発明）について説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific examples (inventions) of the first and second inventions will be described below.
【００３５】まず、本第１発明の具体例（第１具体例）
のチタン基複合材料について、以下に説明する。First, a specific example of the first invention (first specific example)
Hereinafter, the titanium-based composite material will be described.
【００３６】本第１具体例のチタン基複合材料は、α
型、α＋β型あるいはβ型チタン合金からなるマトリッ
クスと，該マトリックス中に分散した体積比で５〜５０
％のＴｉＢ固溶体とからなる複合材料であって、基質合
金成分であるチタン合金としては、純チタン、あるいは
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、
Ｔｉ６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−
２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ
合金等、実用チタン合金であればどのようなものでもよ
い。The titanium-based composite material of the first specific example has α
, Α + β or β type titanium alloy, and a volume ratio of 5-50 dispersed in the matrix.
% TiB solid solution, and the titanium alloy as a base alloy component is pure titanium or Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al,
Ti6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-6Al-
2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-6V-2Sn
Any practical titanium alloy such as an alloy may be used.
【００３７】ＴｉＢ固溶体は、硬質粒子として基質合金
成分中に分散してなるものである。ＴｉＢ固溶体は、Ｔ
ｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＣ等とは異なり、チタン固溶体
（α、βいずれの場合でも）中にはほとんど固溶せず、
従ってチタン合金中に硼素が５０ppm 程度でも含まれる
と安定なＴｉＢ固溶体として存在する。しかも、ＴｉＢ
固溶体は、室温から１６００℃以上の高温までの広い温
度範囲においてチタン固溶体と熱力学的に平衡関係にあ
り、また、ＴｉＢ固溶体とチタン固溶体との界面は極め
て整合性の高い安定な低指数面で構成され界面強度も高
い。従って、ＴｉＢ固溶体はチタン合金に対する複合強
化相として好ましい性質を有している。The TiB solid solution is one which is dispersed as hard particles in the matrix alloy component. TiB solid solution is T
Unlike iC, TiN, SiC, etc., it hardly forms a solid solution in titanium solid solution (in either case of α and β),
Therefore, if boron is contained in the titanium alloy even at about 50 ppm, it exists as a stable TiB solid solution. Moreover, TiB
The solid solution is in thermodynamic equilibrium with the titanium solid solution over a wide temperature range from room temperature to a high temperature of 1600 ° C. or higher, and the interface between the TiB solid solution and the titanium solid solution has a highly consistent and stable low index surface. It is composed and has high interface strength. Therefore, the TiB solid solution has a preferable property as a composite strengthening phase for a titanium alloy.
【００３８】該ＴｉＢ固溶体は、平均粒径が２０μｍ以
下で、かつ微細な粒状、枝状、針状等の形態で基質チタ
ン合金中に存在させることが好適である。これらの形態
とすることにより、複合材料の靭性を向上させることが
できる。The TiB solid solution preferably has an average particle diameter of 20 μm or less and is present in the base titanium alloy in the form of fine particles, branches, needles, or the like. With these forms, the toughness of the composite material can be improved.
【００３９】従って、平均粒径２０μｍ以下のＴｉＢ固
溶体粒子が，体積比で５〜５０％チタン合金マトリック
ス中に均一に分散したチタン基複合材料とすることによ
り、強度、延性、剛性、耐摩耗性、耐熱性により優れた
チタン基複合材料とすることができる。Therefore, the strength, ductility, rigidity, and abrasion resistance are improved by forming a titanium-based composite material in which TiB solid solution particles having an average particle diameter of 20 μm or less are uniformly dispersed in a titanium alloy matrix of 5 to 50% by volume. Thus, a titanium-based composite material having excellent heat resistance can be obtained.
【００４０】次に、本第２発明のチタン基複合材料の製
造方法の具体例（第２具体例）について説明する。Next, a specific example (second specific example) of the method for producing a titanium-based composite material of the second invention will be described.
【００４１】本第２具体例のチタン基複合材料の製造方
法は、チタン粉末と，少なくとも２種以上の金属元素を
含む強化用物質粉末と，硼素を含む物質粉末とを混合・
成形すると共に、該成形体を無加圧で焼成することによ
り、チタン合金からなるマトリックス中に体積比で５〜
５０％のＴｉＢ固溶体が分散したチタン基複合材料を得
ることを特徴とする。The method for producing a titanium-based composite material according to the second embodiment includes mixing titanium powder, a reinforcing material powder containing at least two or more metal elements, and a boron-containing material powder.
By molding and sintering the molded body without pressure, a volume ratio of 5 to 5 in a matrix made of a titanium alloy is obtained.
A titanium-based composite material in which 50% of a TiB solid solution is dispersed is obtained.
【００４２】第２発明のチタン基複合材料の製造方法
は、基本的にチタン粉末と強化用粉末とを混合、成形す
ると共に該成形体を無加圧で焼成することにより該複合
材料を製造するに際し、強化用成分の添加形態を特定す
ることによって、マトリックスおよび強化相の組織を制
御する方法である。In the method for producing a titanium-based composite material according to the second aspect of the present invention, the composite material is produced by basically mixing and molding a titanium powder and a reinforcing powder and firing the molded body without pressure. At this time, the structure of the matrix and the reinforcing phase is controlled by specifying the addition form of the reinforcing component.
【００４３】本発明のチタン基複合材料を製造する方法
としては、溶解・鋳造法、あるいは粉末冶金法等、どの
様な方法でもよい。なお、前記溶解・鋳造法の場合、硬
質粒子の均一分散が難しく、また硬質粒子が粗大化しや
すいことがあるので、粉末冶金法を用いることが好まし
い。この粉末冶金法では、微細なＴｉＢ粒子を多量かつ
均一にチタン合金中に分散することができる。The method for producing the titanium-based composite material of the present invention may be any method such as a melting / casting method or a powder metallurgy method. In the case of the melting / casting method, it is difficult to uniformly disperse the hard particles, and the hard particles may be easily coarsened. Therefore, it is preferable to use the powder metallurgy method. In this powder metallurgy method, fine TiB particles can be dispersed in a large amount and uniformly in a titanium alloy.
【００４４】前記粉末冶金法の中でも合金粉末法では、
合金粉末を作製する際に硼素を添加しておけば、ＨＩＰ
成形後に微細なＴｉＢ固溶体粒子が均一に分散したチタ
ン基複合材料が得られる。ただし、チタン合金に対して
硼素を５mass％以上添加すると、合金材料の融点が２０
００℃以上となってしまうので、合金材料の粉末の製造
が困難になるおそれがある。従って、合金粉末法では、
ＴｉＢ固溶体粒子の分散量に限界があり、また、製造コ
ストも著しく高くなる。Among the powder metallurgy methods, in the alloy powder method,
If boron is added when preparing the alloy powder, HIP
After molding, a titanium-based composite material in which fine TiB solid solution particles are uniformly dispersed is obtained. However, when 5 mass% or more of boron is added to the titanium alloy, the melting point of the alloy material becomes 20%.
Since the temperature is higher than 00 ° C., it may be difficult to manufacture the alloy material powder. Therefore, in the alloy powder method,
There is a limit to the amount of TiB solid solution particles dispersed, and the production cost is significantly increased.
【００４５】一方、粉末冶金法の中でも、チタン粉末と
強化用母合金粉末とを混合し、成形、焼成する素粉末混
合法を用いれば、硼素の添加量は、理論的には最大１８
％（ＴｉＢとしてほぼ１００％）まで可能であり、ま
た、合金粉末法よりもはるかに低コストでチタン基複合
材料を製造できるので好適である。On the other hand, among powder metallurgy methods, if an elemental powder mixing method in which titanium powder and a strengthening master alloy powder are mixed, molded and fired is used, the amount of boron to be added is up to 18 in theory.
% (Approximately 100% as TiB), and a titanium-based composite material can be produced at a much lower cost than the alloy powder method, which is preferable.
【００４６】ここで、チタン粉末は、一般に純チタン粉
末と呼ばれるものであり、どのような種類のものであっ
てもよい。例えば、（ａ）ナトリウム還元法スポンジチ
タンの副産物であるスポンジファイン、（ｂ）マグネシ
ウム還元法スポンジチタンを水素化→粉砕→脱水素して
製造される水素化・脱水素チタン粉末、（ｃ）マグネシ
ウム還元法スポンジチタンを、一旦溶解して不純物を除
去した後、水素化→粉砕→脱水素して製造される極低塩
素チタン粉末の３種類が代表的なものである。Here, the titanium powder is generally called pure titanium powder, and may be of any type. For example, (a) sponge fine which is a by-product of sodium reduction sponge titanium, (b) hydrogenated / dehydrogenated titanium powder produced by hydrogenating, pulverizing and dehydrogenating magnesium reduced sponge titanium, (c) magnesium Three types of ultra-low chlorine titanium powders produced by temporarily dissolving the reduced titanium sponge to remove impurities and then hydrogenating → pulverizing → dehydrogenating are typical.
【００４７】次に、本第２発明のチタン基複合材料の製
造方法の他の具体例（第３具体例）について説明する。Next, another specific example (third specific example) of the method for producing the titanium-based composite material of the second invention will be described.
【００４８】本第３具体例のチタン基複合材料の製造方
法は、チタン粉末と，少なくとも２種以上の金属元素か
らなる固溶体強化用母合金粉末と，硼素粉末とを混合・
成形すると共に、該成形体を無加圧で焼成することによ
り、チタン合金からなるマトリックス中に体積比で５〜
５０％のＴｉＢ固溶体が分散したチタン基複合材料を得
ることを特徴とする。The method for producing a titanium-based composite material according to the third embodiment includes mixing titanium powder, a solid solution strengthening master alloy powder comprising at least two or more metal elements, and boron powder.
By molding and sintering the molded body without pressure, a volume ratio of 5 to 5 in a matrix made of a titanium alloy is obtained.
A titanium-based composite material in which 50% of a TiB solid solution is dispersed is obtained.
【００４９】固溶体強化用母合金粉末は、チタン合金マ
トリックスを強化するために添加するものであるが、プ
ラズマ溶解あるいはアーク溶解等によって作製されたイ
ンゴットを機械的に粉砕することにより安価に製造でき
るものが好ましい。したがって、容易に粉砕しうる組成
のものがよい。具体的には、Ａｌ−Ｖ，Ａｌ−Ｖ−Ｆ
ｅ，Ａｌ−Ｓｎ−Ｚｒ−Ｍｏ，Ａｌ−Ｖ−Ｓｎ，Ａｌ−
Ｆｅ等からなる基本組成合金などが適している。また、
硼素粉末は、非晶質粉末の形態や硼素クリスタルを機械
的に粉砕して得られた粉末の形態で添加するなどの方法
がある。The solid solution strengthening master alloy powder is added to strengthen the titanium alloy matrix, and can be manufactured at low cost by mechanically pulverizing an ingot produced by plasma melting or arc melting. Is preferred. Therefore, a composition that can be easily pulverized is preferable. Specifically, Al-V, Al-VF
e, Al-Sn-Zr-Mo, Al-V-Sn, Al-
A basic composition alloy made of Fe or the like is suitable. Also,
The boron powder may be added in the form of an amorphous powder or a powder obtained by mechanically pulverizing a boron crystal.
【００５０】前記チタン粉末、強化用母合金粉末、硼素
粉末を所定割合で混合し、成形し、該成形体を無加圧で
焼成することにより、チタンの焼結が進行すると共に、
固溶体強化用成分はチタン中に拡散・合金化し、硼素は
チタンと結合して微細なＴｉＢ固溶体となってマトリッ
クス中に分散し、チタン合金からなるマトリックス中に
体積比で５〜５０％のＴｉＢ固溶体が分散したチタン基
複合材料を得ることができる。The titanium powder, the strengthening mother alloy powder, and the boron powder are mixed at a predetermined ratio, molded, and fired under no pressure, whereby sintering of titanium progresses.
The solid solution strengthening component is diffused and alloyed in titanium, and boron is combined with titanium to form a fine TiB solid solution and dispersed in the matrix, and the TiB solid solution having a volume ratio of 5 to 50% in the titanium alloy matrix. Can be obtained.
【００５１】さらに、添加した硼素は、チタン粉末の焼
結を促進する効果があるので、安価な無加圧焼結のまま
でも、高密度の複合材料を得ることができる。Further, the added boron has an effect of accelerating the sintering of the titanium powder, so that a high-density composite material can be obtained even if it is inexpensive without pressure sintering.
【００５２】次に、本第２発明のチタン基複合材料の製
造方法の他の具体例（第４具体例）について説明する。Next, another specific example (fourth specific example) of the method for producing the titanium-based composite material of the second invention will be described.
【００５３】本第４具体例のチタン基複合材料の製造方
法は、チタン粉末と，少なくとも２種以上の金属元素と
硼素とからなる強化用母合金粉末とを混合・成形すると
共に、該成形体を無加圧で焼成することにより、チタン
合金からなるマトリックス中に体積比で５〜５０％のＴ
ｉＢ固溶体が分散したチタン基複合材料を得ることを特
徴とする。The method for producing a titanium-based composite material according to the fourth specific example comprises mixing and molding a titanium powder and a strengthening master alloy powder comprising at least two or more metal elements and boron. Is fired under no pressure, so that 5 to 50% by volume of T
A titanium-based composite material in which an iB solid solution is dispersed is obtained.
【００５４】強化用母合金粉末は、チタン合金マトリッ
クスを固溶体強化すると共に、ＴｉＢ粒子を形成させる
ための硼素源として添加するものである。したがって、
チタンに対する固溶体強化元素、例えば、Ａｌ，Ｖ，Ｓ
ｎ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｆe 等と硼素とを含有し、かつ溶解→
機械的粉砕が容易な組成のものが好ましい。The strengthening master alloy powder strengthens the titanium alloy matrix in a solid solution and is added as a boron source for forming TiB particles. Therefore,
Solid solution strengthening elements for titanium, eg, Al, V, S
Contains n, Zr, Mo, Fe, etc. and boron and dissolves →
Those having a composition that is easily mechanically pulverized are preferred.
【００５５】前記チタン粉末と強化用母合金粉末とを所
定割合で混合し、成形、焼成することにより、チタンの
焼結が進行すると共に、固溶体強化用成分はチタン中に
拡散・合金化し、硼素はチタンと結合して微細なＴｉＢ
固溶体となってマトリックス中に分散し、チタン合金か
らなるマトリックス中に体積比で５〜５０％のＴｉＢ固
溶体が分散したチタン基複合材料を得ることができる。The titanium powder and the strengthening mother alloy powder are mixed at a predetermined ratio, molded and fired, whereby sintering of the titanium proceeds, and the solid solution strengthening component is diffused and alloyed into the titanium to form boron. Is fine TiB combined with titanium
It is possible to obtain a titanium-based composite material in which a solid solution is dispersed in a matrix and a TiB solid solution having a volume ratio of 5 to 50% is dispersed in a matrix made of a titanium alloy.
【００５６】さらに、この方法によれば、硼素含有粉末
がチタンと反応する際に、硼素以外の成分のチタンへの
固溶反応と、ＴｉＢ粒子の生成反応とが同時に進行す
る。このため、前記第３具体例のような、硼素粉末とチ
タン粉末の直接反応に比べて反応が緩やかであり、か
つ、カーケンドール効果にともなうボイドも発生しにく
い等の理由により、より緻密化が進行し易いという特徴
を有している。Further, according to this method, when the boron-containing powder reacts with titanium, the solid solution reaction of components other than boron in titanium and the reaction of forming TiB particles proceed simultaneously. For this reason, the densification is further increased because the reaction is slower than the direct reaction between the boron powder and the titanium powder as in the third specific example, and a void accompanying the Kirkendall effect is hardly generated. It has the characteristic that it can easily proceed.
【００５７】次に、本第２発明のチタン基複合材料の製
造方法の他の具体例（第５具体例）について説明する。Next, another specific example (fifth specific example) of the method for producing the titanium-based composite material of the second invention will be described.
【００５８】本第５具体例のチタン基複合材料の製造方
法は、チタン粉末と，少なくとも２種以上の金属元素か
らなる固溶体強化用母合金粉末と， IＶａ，Ｖａ，ＶI
a，ＶIII 属元素の硼化物粉末１種以上とを混合・成形
すると共に、該成形体を無加圧で焼成することにより、
チタン合金からなるマトリックス中に体積比で５〜５０
％のＴｉＢ固溶体が分散したチタン基複合材料を得るこ
とを特徴とする。The method for producing a titanium-based composite material according to the fifth embodiment includes a titanium powder, a solid-solution strengthening master alloy powder comprising at least two or more metal elements, IVA, Va, VI
a, by mixing and molding at least one boride powder of a Group VIII element, and sintering the compact without pressure,
5 to 50 by volume in a matrix composed of titanium alloy
% Of TiB solid solution is obtained.
【００５９】一般に安価な素粉末混合法焼結チタン合金
に使用可能な強化用母合金粉末は、Ｔｉ−６Ａｌ−４
Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６
Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２.5Ｓ
ｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ等によって代表される
α型あるいはα＋β型チタン合金用のみである。その理
由は、母合金粉末を製造する際に以下のような問題を生
じるためである。すなわち、代表的なβ型チタン合金
は、いずれもＡｌの含有量が低く、また遷移金属元素を
多く含んでいることなどの理由から、母合金の延性が高
く、安価な粉砕法で微粉末化することが困難である。た
だし、一部の合金系では二種類以上の母合金を併用する
ことにより粉砕が可能な場合もないことはない。例え
ば、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金ではＦｅ−Ｖ系
母合金とＡｌ−Ｖ系母合金とを用いることにより、安価
な粉砕法で添加用の粉末を製造することができる。しか
し、これはごく一部のnearβ型チタン合金系に限られる
ことであって、通常のβ型チタン合金系では粉砕法以外
の高価な方法で母合金を製造しなければならなかった。In general, a strengthening master alloy powder which can be used for an inexpensive powder-mixed sintered titanium alloy is Ti-6Al-4.
V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-6
Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2.5S
n, only for α-type or α + β-type titanium alloys typified by Ti-6Al-6V-2Sn and the like. The reason is that the following problems occur when manufacturing the master alloy powder. In other words, the typical β-type titanium alloy has a high ductility of the master alloy and is pulverized by an inexpensive pulverization method because of the low content of Al and the high content of transition metal elements. Is difficult to do. However, in some alloy systems, pulverization is not always possible by using two or more kinds of mother alloys in combination. For example, in the case of a Ti-10V-2Fe-3Al alloy, by using an Fe-V-based master alloy and an Al-V-based master alloy, powder for addition can be manufactured by an inexpensive pulverization method. However, this is limited to only a part of the near β-type titanium alloy system, and the ordinary β-type titanium alloy system had to produce the mother alloy by an expensive method other than the pulverization method.
【００６０】これに対し、本具体例のように前記ＩＶ
ａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶIII 属元素の硼化物粉末の形で硼
素を添加することにより、硼素と同時にβ安定化作用を
有する元素をも添加することが可能になる。これより、
本質的に組織制御が多彩なβマトリックスのチタン基複
合材料の製造を可能にすることができる。On the other hand, as in the present embodiment, the IV
By adding boron in the form of boride powders of elements a, Va, VIa, and VIII, it becomes possible to add an element having a β-stabilizing action together with boron. Than this,
In essence, microstructural control can allow for the production of a variety of β-matrix titanium-based composites.
【００６１】すなわち、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶIII
属元素の硼化物粉末の形で硼素を添加しても、同様に硼
素は焼結過程でチタンと反応して微細なＴｉＢ粒子を形
成すると共に、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶIII 属元素は
チタンマトリックス中に固溶する。ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩ
ａ、ＶIII 属元素のうちチタンを除く大部分はチタン合
金に対してβ安定化作用を有する成分であり、この方法
によりマトリックス合金の組織を制御することも同時に
可能となるなどの特有の利点を奏することができる。That is, IVa, Va, VIa, VIII
Similarly, when boron is added in the form of a boride powder of a group element, boron reacts with titanium in the sintering process to form fine TiB particles, and the group IVa, Va, VIa, and VIII elements form a titanium matrix. Solid solution inside. IVa, Va, VI
a, Most of the Group VIII elements other than titanium are components having a β-stabilizing effect on the titanium alloy, and this method has the unique advantages that the structure of the matrix alloy can be controlled at the same time. Can play.
【００６２】本具体例で用いられる固溶体強化用母合金
粉末は、第３具体例と同様のものを用いることができ
る。また、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶIII 属元素の硼化
物粉末は、どのようなものでも利用可能であり、一般に
微粉末の形で市販されているものが入手が容易である。The solid solution strengthening mother alloy powder used in this embodiment can be the same as that used in the third embodiment. In addition, any boride powder of a group IVa, Va, VIa, or VIII element can be used, and those generally available in the form of fine powder are easily available.
【００６３】上記のチタン粉末と強化用母合金粉末と上
記の硼化物粉末とを所定割合で混合し、成形、焼成する
ことにより、チタンの焼結が進行すると共に、固溶体強
化用粉末の各成分はチタン中に拡散・合金化し、また、
硼化物中の硼素はチタンと結合して微細なＴｉＢ固溶体
となってマトリックス中に分散すると共に、硼化物中の
ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶIII 属元素はチタン中に拡散
・合金化する。その理由は、上記各硼化物はＴｉＢを除
いてチタン合金とは熱力学的に平衡できず、しかも、こ
れら硼化物の標準生成自由エネルギーの絶対値が、チタ
ン硼化物のそれよりも一般に小さいからである。The titanium powder, the strengthening master alloy powder, and the boride powder are mixed at a predetermined ratio, molded, and fired, whereby sintering of titanium progresses and each component of the solid solution strengthening powder. Is diffused and alloyed in titanium, and
Boron in the boride combines with titanium to form a fine TiB solid solution and disperses in the matrix, and elements IVa, Va, VIa and VIII in the boride diffuse and alloy into titanium. The reason is that the borides cannot be thermodynamically equilibrated with the titanium alloy except for TiB, and the absolute value of the standard free energy of formation of these borides is generally smaller than that of titanium borides. It is.
【００６４】一方、これらＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶII
I 属元素の多くは、チタンに合金化するとβ相を安定化
させる作用を有する。このことは、母合金の粉砕が困難
なため制限されていたβ合金をも該チタン基複合材料の
マトリックスとして利用し得ることを意味している。On the other hand, these IVa, Va, VIa, VII
Many Group I elements have the effect of stabilizing the β phase when alloyed with titanium. This means that the β alloy, which had been limited due to the difficulty in grinding the master alloy, can be used as the matrix of the titanium-based composite material.
【００６５】本発明のチタン基複合材料の高強度化は、
マトリックス合金の強化とＴｉＢ粒子複合化による強化
の相乗効果によるものである。一般に強度レベルが高く
なるほど、残留空孔の機械的性質におよぼす影響が顕著
に現れるようになる。したがって、残留空孔の量を極力
減少させ、また、その大きさもできるだけ小さくするこ
とが必要となる。残留空孔の量は成形体密度と焼結性に
依存し、また、残留空孔の大きさは、原料粉末の粒径、
粉末の充填性、焼結性などが関係している。チタン粉末
の粒径が大きすぎると、残留空孔は粗大化しやすく、ま
た、強化用粉末の粒径が大き過ぎると、焼結性が低下す
るため十分な焼結体密度が得られない。したがって、チ
タン粉末の最大粒径は１５０μm以下、強化用粉末の平
均粒径は１０μm以下が、それぞれ好ましい。The high strength of the titanium-based composite material of the present invention is as follows.
This is due to the synergistic effect of the strengthening of the matrix alloy and the strengthening of the composite TiB particles. In general, the higher the strength level, the more pronounced the effect on the mechanical properties of the residual vacancies. Therefore, it is necessary to reduce the amount of residual vacancies as much as possible, and to reduce the size as much as possible. The amount of residual pores depends on the density and sinterability of the compact, and the size of the residual pores depends on the particle size of the raw material powder,
The powder filling property, sintering property and the like are related. If the particle size of the titanium powder is too large, the residual pores are likely to be coarsened. If the particle size of the reinforcing powder is too large, the sinterability is reduced, and a sufficient sintered body density cannot be obtained. Therefore, the maximum particle size of the titanium powder is preferably 150 μm or less, and the average particle size of the reinforcing powder is preferably 10 μm or less.
【００６６】以上、第３具体例〜第５具体例により、極
めて安価に、延性および靱性が低下しにくく、しかも室
温から高温までの強度、剛性、耐摩耗性等の特性が向上
したチタン基複合材料を得ることができる。As described above, according to the third to fifth embodiments, the titanium-based composite is extremely inexpensive, hardly deteriorates in ductility and toughness, and has improved properties such as strength, rigidity and wear resistance from room temperature to high temperature. Material can be obtained.
【００６７】次に、本第２発明のチタン基複合材料の製
造方法の他の具体例（第６具体例）について説明する。Next, another specific example (sixth specific example) of the method for producing the titanium-based composite material of the second invention will be described.
【００６８】本第６具体例のチタン基複合材料の製造方
法は、チタン粉末と強化用粉末とからなる原料粉末を準
備する工程（原料粉末準備工程）と、前記原料粉末のう
ちチタン粉末を加圧すると共にこすり合わせ，原料粉末
の充填密度を所定値とするための工程（粉末加工工程）
と、前記原料粉末を混合する工程（原料粉末混合工程）
と、前記混合粉末を成形する工程（成形工程）と、前記
成形体を無加圧で焼成する工程（焼結工程）と、からな
るチタン基複合材料の製造方法である。The method for producing a titanium-based composite material according to the sixth specific example includes a step of preparing a raw material powder composed of a titanium powder and a reinforcing powder (raw material powder preparing step), and adding titanium powder among the raw material powders. Step of pressing and rubbing to set the packing density of the raw material powder to a predetermined value (powder processing step)
And a step of mixing the raw material powder (raw material powder mixing step)
And a step of molding the mixed powder (molding step) and a step of firing the molded body without pressure (sintering step).
【００６９】第６具体例のチタン基複合材料の製造方法
は、前記粉末加工工程に特徴を有する製造方法である。
本加工工程において、チタン粉末にある程度の加圧を行
うと共にチタン粉末をこすり合わせ、チタン粉末の充填
率（充填密度）を所定値とする。この工程により、チタ
ン粉末に加工を行うと共にこすり合わせることにより変
形を与えると、チタン粉末個々の粒子の突起部が潰され
て表面が平滑化する。これにより、粉末の流動性が向上
して原料粉末の粒子間における空隙が微細化し、充填密
度が向上する。この粉末を成形、焼結すると残留空孔は
著しく微細化する。そのため、粉末の流動性が向上し、
所望の充填密度とすることができる。The method for producing a titanium-based composite material according to the sixth specific example is a production method characterized by the powder processing step.
In this processing step, a certain degree of pressure is applied to the titanium powder, and at the same time, the titanium powder is rubbed, so that the filling rate (filling density) of the titanium powder is set to a predetermined value. In this step, when the titanium powder is processed and rubbed to be deformed, the protrusions of the individual particles of the titanium powder are crushed and the surface is smoothed. Thereby, the fluidity of the powder is improved, the voids between the particles of the raw material powder are fined, and the packing density is improved. When this powder is molded and sintered, the residual pores are extremely fine. Therefore, the fluidity of the powder is improved,
A desired packing density can be obtained.
【００７０】一般に塩素含有量の高いチタン粉末を使用
した焼結チタン合金には、焼結後、たとえＨＩＰ処理を
施しても粗大な空孔が残留することが知られている。こ
のため、塩素含有量を下げることが、焼結チタン合金の
機械的性質向上のための必須条件と考えられてきた。し
かし、高塩素チタン粉末を使用した場合に粗大な空孔が
形成されるのは、塩素そのものではなく、ＮａＣｌ，Ｍ
ｇＣｌ2 等の粗大な介在物粒子が存在するためである。
したがって、安価な高塩素チタン粉末であっても、本具
体例のように上記の加工処理を施すことにより、粗大介
在物が破砕・微粉化された状態でチタン粉末と均一に混
合される。これより、高塩素チタン粉末使用材では避け
られないと考えられてきた粗大残留空孔は、除去するこ
とができる。It is generally known that, after sintering, coarse pores remain in a sintered titanium alloy using a titanium powder having a high chlorine content even if a HIP treatment is performed. For this reason, reducing the chlorine content has been considered as an essential condition for improving the mechanical properties of the sintered titanium alloy. However, when high chlorine titanium powder is used, coarse pores are formed not by chlorine itself but by NaCl, M
This is because coarse inclusion particles such as gCl 2 exist.
Therefore, even with inexpensive high-chlorine titanium powder, by performing the above-described processing as in this specific example, the coarse inclusions are uniformly mixed with the titanium powder in a crushed / pulverized state. As a result, coarse residual vacancies, which have been considered inevitable in a material using high chlorine titanium powder, can be removed.
【００７１】また、粉末の充填密度は、粉末の粒度分布
と粒子形状とによって左右される。すなわち、粗大粒子
の空隙を満たすのに最適な粒度を有する中小粒子が適量
存在するような粒度分布が望ましいが、たとえ粒度分布
が最適であっても、粉末の流動性が悪いと粉末の充填率
は向上しない。スポンジファインの場合、粉末の形状は
ポーラスかつ不定形であって流動性が著しく悪いため、
充填密度は１．５ｇ／cm3 程度である。また、水素化・
脱水素チタン粉末の場合は、粉砕粉末のため角張った形
状をしており、スポンジファインと比べると若干優れて
はいるが、通常のアトマイズ粉末などと比較すると流動
性は著しく劣っており、せいぜい２．０ｇ／cm3 程度で
ある。このような状態のままで原料粉末を成形しても、
粒子間の摩擦力のため粒子はほとんど移動できず、その
まま変形を受けるので、成形体中には粗大空孔が形成さ
れやすい。さらに、この成形体を焼成した場合、焼結体
中にも粗大空孔は受け継がれ、破壊の起点となりやす
い。成形圧力を上げて密度を向上させても、焼結体中の
残留空孔を微細化させることは困難である。これらの粉
末の流動性を向上させるためには、本加工工程により粉
末の形状を変化させ、上記所定値の充填密度を有するよ
うにする必要がある。The packing density of the powder depends on the particle size distribution and the particle shape of the powder. That is, it is desirable that the particle size distribution is such that an appropriate amount of small and medium particles having an optimal particle size to fill the voids of the coarse particles is present. Does not improve. In the case of sponge fine, the powder shape is porous and amorphous, and the fluidity is extremely poor,
The packing density is about 1.5 g / cm 3 . In addition, hydrogenation
The dehydrogenated titanium powder has a square shape due to the pulverized powder, and is slightly superior to sponge fine, but has a remarkably inferior fluidity to ordinary atomized powder and the like. It is about 0.0 g / cm 3 . Even if the raw material powder is molded in such a state,
The particles hardly move due to the frictional force between the particles and are deformed as they are, so that coarse pores are easily formed in the molded body. Furthermore, when this molded body is fired, the coarse pores are inherited in the sintered body, and are likely to be a starting point of destruction. Even if the density is improved by increasing the molding pressure, it is difficult to make the residual pores in the sintered body fine. In order to improve the fluidity of these powders, it is necessary to change the shape of the powders in this processing step so that the powders have the above-mentioned predetermined density.
【００７２】本加工工程において、現在市販されている
チタン粉末に対して１５％以上、より望ましくは、チタ
ン粉末としてスポンジファインを用いる場合は３０％以
上、水素化・脱水素チタン粉末または極低塩素チタン粉
末を用いる場合は２０％以上、それぞれ充填密度を向上
させるように、チタン粉末に変形を与えることが好適で
ある。In this processing step, 15% or more of titanium powder currently on the market, more preferably 30% or more when sponge fine is used as titanium powder, hydrogenated / dehydrogenated titanium powder or extremely low chlorine When using titanium powder, it is preferable to give a deformation to the titanium powder so as to increase the packing density by 20% or more.
【００７３】この充填密度は、２．０ｇ／cm3 〜３．０
ｇ／cm3 であることが好適である。充填密度がこの数値
範囲内の場合、適度な流動度およびタップ密度を有する
ものとすることができる。該充填密度が２．０ｇ／cm3
未満の場合は、粗大空孔を完全には消失させることがで
きないため、チタン基複合材料の強度や延性を十分に向
上させることができず、また、３．０ｇ／cm3 を越える
場合には粉末の成形性が著しく低下するため共に好まし
くない。The packing density is from 2.0 g / cm 3 to 3.0 g / cm 3.
g / cm 3 is preferred. When the packing density is within this numerical range, it is possible to have an appropriate fluidity and tap density. The packing density is 2.0 g / cm 3
If it is less than 3, coarse pores cannot be completely eliminated, so that the strength and ductility of the titanium-based composite material cannot be sufficiently improved, and if it exceeds 3.0 g / cm 3 , Both are not preferable because the powder formability is significantly reduced.
【００７４】なお、チタン粉末としてスポンジファイン
を用いる場合は、粉末の充填密度が２．０ｇ／cm3 〜
２．５ｇ／cm3 となるように、また、水素化・脱水素チ
タン粉末または極低塩素チタン粉末を用いる場合は、粉
末の充填密度が２．３ｇ／cm3 〜３．０ｇ／cm3 となる
ように、それぞれ加工を加えることが好ましい。これに
より、破壊の起点となりうる粗大空孔を消失させること
ができ、最大でも１０μｍ程度の独立空孔とすることが
できる。これより、機械的性質、特に、強度と延性とが
大幅に向上する。When the sponge fine is used as the titanium powder, the packing density of the powder is 2.0 g / cm 3 or more.
As will be 2.5 g / cm 3, In the case of using a hydrogenation-dehydrogenation titanium powder or an extremely low chlorine titanium powder, the packing density of the powder is between 2.3g / cm 3 ~3.0g / cm 3 Therefore, it is preferable to add processing to each. As a result, coarse pores that can be a starting point of destruction can be eliminated, and independent pores having a maximum size of about 10 μm can be obtained. This greatly improves the mechanical properties, especially the strength and ductility.
【００７５】なお、前記加工処理は、チタン粉末のみに
与えた方が粉末の汚染を避けることができるので好まし
いが、場合によってはチタン粉末と強化用粉末とを混合
した混合物に行っても、強度、延性、剛性、耐摩耗性、
耐熱性に優れた、極めて安価なチタン基複合材料を得る
ことができる。It is preferable that the above-mentioned processing is performed only on titanium powder because contamination of the powder can be avoided. However, in some cases, the processing is performed on a mixture of titanium powder and reinforcing powder. , Ductility, rigidity, wear resistance,
An extremely inexpensive titanium-based composite material having excellent heat resistance can be obtained.
【００７６】前記加工を与える方法としては次のような
方法がある。すなわち、この工程は粉末表面の突起部を
平滑にする、あるいはスポンジファインのような凝集粉
末を壊砕する程度の軽度な加工であり、例えば、鋼球を
含むボールミルやアトライター中に原料粉末を投入し
て、ごく短時間（１〜２０min.）撹拌する方法などによ
り行う。このような処理により、チタン粉末はこすり会
うと共に、その突起部が加圧され平坦化する。なお、繰
り返し述べるように、チタン粉末粒子を粉砕微細化させ
たり、著しい加工硬化を生じさせるような強加工を与え
ることは、圧縮性が低下し、また、酸素量も増加するた
め避けなければならない。As a method for giving the above-mentioned processing, there is the following method. In other words, this process is a mild process that smoothes the projections on the powder surface or crushes agglomerated powder such as sponge fine.For example, the raw material powder is put into a ball mill or attritor containing steel balls. It is performed by a method such as charging and stirring for a very short time (1 to 20 min.). By such a treatment, the titanium powder is rubbed, and the protruding portion is pressed and flattened. As described repeatedly, it is necessary to avoid pulverizing and refining the titanium powder particles or giving a strong work such as to cause remarkable work hardening, since the compressibility is reduced and the oxygen amount is also increased. .
【００７７】前記のように、チタン粉末を加圧すると共
にこすり合わせる加工を施し、原料粉末の充填密度を所
定値とすることにより、残留空孔を孤立微細化すること
が可能となり、その結果、強度、延性、耐摩耗性、剛
性、耐熱性の優れたチタン基複合材料が得られるものと
考えられる。As described above, the titanium powder is pressed and rubbed, and the filling density of the raw material powder is set to a predetermined value, whereby the residual pores can be isolated and finely divided. It is considered that a titanium-based composite material having excellent ductility, abrasion resistance, rigidity and heat resistance can be obtained.
【００７８】従って、本第６具体例のチタン基複合材料
の製造方法により、不純物を多く含む安価なチタン粉末
を原料として用いても、コストアップを招くＨＩＰ処理
や熱間加工処理を一切行わずに、焼結のみで、極めて高
価な溶製法で得られたチタン基複合材料をも上回る強
度、延性、剛性、耐摩耗性、耐熱性に優れたチタン基複
合材料を得ることができる。このため、焼結材料本来の
コストメリットが十分発揮でき、コスト最優先の自動車
用部品等の量産品にもチタン基複合材料を適用すること
が可能になる。Therefore, according to the method for producing a titanium-based composite material of the sixth embodiment, even if an inexpensive titanium powder containing a large amount of impurities is used as a raw material, no HIP treatment or hot working treatment that would increase the cost is performed. In addition, a sintering alone can provide a titanium-based composite material having excellent strength, ductility, rigidity, wear resistance, and heat resistance that exceeds that of a titanium-based composite material obtained by an extremely expensive smelting method. For this reason, the original cost merit of the sintered material can be sufficiently exhibited, and the titanium-based composite material can be applied to mass-produced products such as automobile parts where the highest priority is given to cost.
【００７９】本第６具体例のチタン基複合材料の製造方
法は、前記第２発明、第２具体例〜第５具体例のチタン
基複合材料の製造方法と組合せることが好適であり、そ
れぞれの特徴的構成の特有の効果に加えて、第６具体例
の加工工程の特有の効果をされに相乗的に奏することが
できるので、より望ましい。The method for producing a titanium-based composite material according to the sixth embodiment is preferably combined with the method for producing a titanium-based composite material according to the second invention and the second to fifth embodiments. In addition to the specific effect of the characteristic configuration of the above, the specific effect of the processing step of the sixth specific example can be synergistically exerted.
【００８０】第２具体例〜第６具体例の原料粉末混合工
程における前記原料粉末の混合は、ボールミル、Ｖ型混
合機等の装置を用いる等、どのような混合方法でもよ
い。The mixing of the raw material powders in the raw material powder mixing step of the second to sixth specific examples may be performed by any mixing method such as using a device such as a ball mill or a V-type mixer.
【００８１】第２具体例〜第６具体例の成形工程におい
て、前記加工を施した原料粉末を成形する方法として
は、金型プレス成形、ＣＩＰ（冷間静水圧プレス）成形
などの方法がある。In the molding steps of the second to sixth specific examples, as a method of molding the processed raw material powder, there are methods such as die press molding and CIP (Cold Isostatic Press) molding. .
【００８２】第２具体例〜第６具体例の焼結工程におい
て、前記成形体を焼成する。焼成温度および焼成時間
は、焼結体の緻密化、合金組成の均質化、ＴｉＢ粒子の
分散状態、焼成炉の耐久性、経済性等を考慮すると、１
２００〜１４００℃、４〜５０時間の範囲が望ましい。
また、焼成雰囲気としては、チタン合金は雰囲気ガス
（酸素、窒素、水素、その他還元性のガス）と反応しや
すいため、１０-3torr以下の高真空中、あるいはアルゴ
ン、ヘリウム等の高純度不活性ガス中とするのがよい。In the sintering steps of the second to sixth embodiments, the compact is fired. The sintering temperature and the sintering time are determined in consideration of the densification of the sintered body, the homogenization of the alloy composition, the dispersion state of the TiB particles, the durability of the sintering furnace, the economic efficiency, and the like.
A range of 200 to 1400 ° C. for 4 to 50 hours is desirable.
In addition, the firing atmosphere is such that a titanium alloy easily reacts with an atmosphere gas (oxygen, nitrogen, hydrogen, or other reducing gas), so that a high vacuum of 10 −3 torr or less, or a high purity impurity such as argon or helium is used. It is good to be in active gas.
【００８３】以下に、本発明の実施例を説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
【００８４】第１実施例 −１００メッシュのチタン粉末（Ｔｉ：９９.6％、Ｏ：
0.１％、Ｃｌ：0.１％）６７０ｇと、平均粒径７μｍの
Ａｌ−４０％Ｖ粉末７０ｇと、平均粒径２μｍの硼素粉
末８.3ｇとを、アトライタ中にて１０分間混合した。次
いで、この混合粉末をＣＩＰにて圧力４ton ／cm2 で成
形し、得られた成形体を１０-5torrの真空中、１３００
℃で１６時間焼成した。これによりＴｉとＡｌとＶとの
チタン合金中に平均粒径５μｍの板状ＴｉＢが５．９vo
l ％分散したチタン合金材料が得られた（試料番号：
１）。 Example 1-100 mesh titanium powder (Ti: 99.6%, O:
(0.1%, Cl: 0.1%), 670 g, 70 g of Al-40% V powder having an average particle diameter of 7 μm, and 8.3 g of boron powder having an average particle diameter of 2 μm were mixed in an attritor for 10 minutes. . Next, this mixed powder was molded by CIP at a pressure of 4 ton / cm 2 , and the obtained molded product was vacuumed at 10 -5 torr to 1300
Calcination was carried out for 16 hours at ℃. Thereby, 5.9 vo of plate-like TiB having an average particle size of 5 μm was contained in the titanium alloy of Ti, Al and V.
l% dispersed titanium alloy material was obtained (sample number:
1).
【００８５】第２実施例 原料として、第１実施例と同様な純チタン粉末６６７ｇ
と、Ａｌ−４０％Ｖ粉末６６ｇと、硼素粉末１６．５ｇ
とを使用し、第１実施例と同様な条件で混合、成形、焼
成を行った。これにより、ＴｉとＡｌとＶとのチタン合
金中に平均粒径１０μｍの板状ＴｉＢが１1.６８vol ％
分散したチタン基複合材料が得られた（試料番号：
２）。得られたチタン基複合材料の金属組織を示すＳＥ
Ｍ（走査型電子顕微鏡）写真（倍率：１０００倍）を、
図１に示す。図１より明らかのごとく、本実施例により
得られたチタン基複合材料は、微細なＴｉＢ粒子が均一
に分散し、残留空孔が殆どない緻密な組織であることが
分かる。 Second Embodiment As a raw material, 667 g of pure titanium powder similar to that of the first embodiment was used.
, Al-40% V powder 66 g, and boron powder 16.5 g
, And were mixed, molded and fired under the same conditions as in the first example. Thus, in the titanium alloy of Ti, Al and V, 1.68 vol% of plate-like TiB having an average particle size of 10 μm was contained.
A dispersed titanium-based composite material was obtained (sample number:
2). SE showing the metal structure of the obtained titanium-based composite material
M (scanning electron microscope) photograph (magnification: 1000 times)
As shown in FIG. As is clear from FIG. 1, the titanium-based composite material obtained in this example has a dense structure in which fine TiB particles are uniformly dispersed and hardly has any residual voids.
【００８６】第３実施例 原料として、第１実施例と同様な純チタン粉末６６０ｇ
と、Ａｌ−４０％Ｖ粉末６０ｇと、硼素粉末２８．５ｇ
とを使用し、第１実施例と同様な条件で混合、成形、焼
成を行った。これにより、ＴｉとＡｌとＶとのチタン合
金中に平均粒径１０μｍの板状ＴｉＢが２０．２２vol
％分散したチタン基複合材料が得られた（試料番号：
３）。 Third Embodiment As a raw material, 660 g of pure titanium powder similar to that of the first embodiment was used.
, 60 g of Al-40% V powder, and 28.5 g of boron powder
, And were mixed, molded and fired under the same conditions as in the first example. Thereby, in the titanium alloy of Ti, Al and V, 20.22 vol.
% Dispersed titanium-based composite material (sample number:
3).
【００８７】第４実施例 原料として、第１実施例と同様な純チタン粉末５９９ｇ
と、Ａｌ−４０％Ｖ粉末６０ｇと、平均粒径１μｍのＴ
ｉＢ2 粉末９１．８ｇとを使用し、第１実施例と同様な
条件で混合、成形、焼成を行った。これにより、Ｔｉと
ＡｌとＶとのチタン合金中に平均粒径１０μｍの板状Ｔ
ｉＢが２１．０３vol ％分散したチタン基複合材料が得
られた（試料番号：４）。 Fourth Embodiment As a raw material, 599 g of pure titanium powder similar to that of the first embodiment was used.
, 60 g of Al-40% V powder, and T having an average particle size of 1 μm.
Using 91.8 g of iB 2 powder, mixing, molding and firing were performed under the same conditions as in the first example. Thereby, a plate-like T having an average particle size of 10 μm
A titanium-based composite material in which iB was dispersed by 21.03 vol% was obtained (sample number: 4).
【００８８】第５実施例 原料として、第１実施例と同様な純チタン粉末６６９ｇ
と平均粒径７μｍのＡｌ−３８％Ｖ−９．８Ｂ粉末７７
ｇとを使用し、第１実施例と同様な条件で混合、成形、
焼成を行った。これにより、ＴｉとＡｌとＶとのチタン
合金中に平均粒径５μｍの板状ＴｉＢが５．２vol ％分
散したチタン基複合材料が得られた（試料番号：５）。 Fifth Embodiment As a raw material, 669 g of pure titanium powder similar to that of the first embodiment was used.
And Al-38% V-9.8B powder 77 having an average particle size of 7 μm
g, mixing and molding under the same conditions as in the first embodiment.
The firing was performed. As a result, a titanium-based composite material in which 5.2 vol% of plate-like TiB having an average particle size of 5 μm was dispersed in a titanium alloy of Ti, Al and V was obtained (sample number: 5).
【００８９】第６実施例 原料として、第１実施例と同様な純チタン粉末６２０ｇ
と、平均粒径７μｍのＡｌ−４０％Ｖ粉末６３ｇと、平
均粒径２μｍのＣｒＢ粉末３３ｇとを使用し、第１実施
例と同様な条件で混合、成形、焼成を行った。これによ
り、ＴｉとＡｌとＶとＣｒとのチタン合金中に平均粒径
１０μｍの板状ＴｉＢが１０．２vol％分散したチタン
基複合材料が得られた（試料番号：６）。 Sixth Embodiment As a raw material, 620 g of pure titanium powder similar to that of the first embodiment was used.
Using 63 g of an Al-40% V powder having an average particle diameter of 7 μm and 33 g of a CrB powder having an average particle diameter of 2 μm, mixing, molding, and firing were performed under the same conditions as in the first example. As a result, a titanium-based composite material in which 10.2 vol% of plate-like TiB having an average particle size of 10 μm was dispersed in a titanium alloy of Ti, Al, V, and Cr was obtained (sample number: 6).
【００９０】第１比較例 原料として、第１実施例と同様な純チタン粉末６３０ｇ
と、Ａｌ−４０％Ｖ粉末７０ｇとを使用し、第１実施例
と同様な条件で混合、成形、焼成を行った。これによ
り、ＴｉとＡｌとＶとのチタン合金のみからなり、硬質
粒子が分散していない比較用チタン基複合材料が得られ
た（試料番号：Ｃ１）。 First Comparative Example As a raw material, 630 g of pure titanium powder similar to that of the first example was used.
And 70 g of an Al-40% V powder, and were mixed, molded and fired under the same conditions as in the first example. As a result, a comparative titanium-based composite material comprising only a titanium alloy of Ti, Al, and V and having no hard particles dispersed therein was obtained (sample number: C1).
【００９１】第２比較例 原料として、第１実施例と同様な純チタン粉末６３０ｇ
と、Ａｌ−４０％Ｖ粉末７０ｇと、平均粒径２０μｍの
ＴｉＣ粉末７０ｇとを使用し、第１実施例と同様な条件
で混合、成形、焼成を行った。これにより、ＴｉとＡｌ
とＶとのチタン合金中に平均粒径４０μｍの粒状ＴｉＣ
が９．４５vol ％分散した比較用チタン基複合材料が得
られた（試料番号：Ｃ２）。 Second Comparative Example As a raw material, 630 g of pure titanium powder similar to that of the first example was used.
Using 70 g of Al-40% V powder and 70 g of TiC powder having an average particle diameter of 20 μm, mixing, molding, and firing were performed under the same conditions as in the first example. Thereby, Ti and Al
TiC having an average particle size of 40 μm in a titanium alloy of V and V
Was dispersed in 9.45 vol% to obtain a comparative titanium-based composite material (sample number: C2).
【００９２】第３比較例 原料として、第１実施例と同様な純チタン粉末６３０ｇ
と、Ａｌ−４０％Ｖ粉末７０ｇと、平均粒径１μｍのＴ
ｉＣ粉末７０ｇとを使用し、第１実施例と同様な条件で
混合、成形、焼成を行った。これにより、 ＴｉとＡｌと
Ｖとのチタン合金中に平均粒径１０μｍの粒状ＴｉＣが
８．８４vol ％分散した比較用チタン基複合材料が得ら
れた（試料番号：Ｃ３）。 Third Comparative Example As a raw material, 630 g of pure titanium powder similar to that of the first example was used.
, 70 g of Al-40% V powder, and T having an average particle size of 1 μm.
Using 70 g of iC powder, mixing, molding and firing were performed under the same conditions as in the first example. As a result, a comparative titanium-based composite material in which 8.84 vol% of particulate TiC having an average particle size of 10 μm was dispersed in a titanium alloy of Ti, Al and V was obtained (sample number: C3).
【００９３】性能評価試験 上記第１実施例〜第６実施例および第１比較例〜第３比
較例のチタン基複合材料について、ピンオンディスク摩
耗試験機にて摩耗特性（相手材Ｓ４５Ｃ焼ならし材、無
潤滑、試験荷重２kg／cm2 、摺動速度０．５ｍ／ｓ）
を、また、ヤング率と引張特性を常温および６００℃
で、それぞれ測定した。その結果を、表１および表２に
示す。 Performance Evaluation Test For the titanium-based composite materials of the first to sixth examples and the first to third comparative examples, the wear characteristics (the mating material S45C normalization) were measured with a pin-on-disk wear tester. Material, non-lubricated, test load 2kg / cm 2 , sliding speed 0.5m / s)
And Young's modulus and tensile properties at room temperature and 600 ° C.
, Respectively. The results are shown in Tables 1 and 2.
【００９４】[0094]
【表１】 [Table 1]
【００９５】[0095]
【表２】 [Table 2]
【００９６】表１および表２より明らかなように、本実
施例のチタン基複合材料は、比較例のものに比べて耐摩
耗性、ヤング率、引張特性がいずれも優れていることが
分かる。As is clear from Tables 1 and 2, the titanium-based composite material of this example is superior in all of the abrasion resistance, Young's modulus, and tensile properties to those of the comparative example.
【図１】本発明の第２実施例において得られたチタン基
複合材料の断面の金属組織を示すＳＥＭ写真図（倍率：
１０００倍）である。FIG. 1 is an SEM photograph showing a metal structure of a cross section of a titanium-based composite material obtained in a second example of the present invention (magnification:
1000 times).
１ ・・・ ＴｉＢ ２ ・・・ チタン合金マトリックス 1 ... TiB 2 ... titanium alloy matrix
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 1/00 - 32/00 B22F 1/00 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C22C 1/00-32/00 B22F 1/00
Claims (6)
合金からなるマトリックスと、該マトリックス中に分散
した体積比で５〜５０％のＴｉＢ固溶体とからなること
を特徴とするチタン基複合材料。1. A titanium-based composite material comprising a matrix composed of an α-type, α + β-type, or β-type titanium alloy, and a TiB solid solution having a volume ratio of 5 to 50% dispersed in the matrix. .
属元素を含む強化用物質粉末と、硼素を含む物質粉末と
を混合・成形すると共に、該成形体を無加圧で焼成する
ことにより、チタン合金からなるマトリックス中に体積
比で５〜５０％のＴｉＢ固溶体が分散したチタン基複合
材料を得ることを特徴とするチタン基複合材料の製造方
法。2. A titanium powder, a reinforcing material powder containing at least two or more metal elements, and a material powder containing boron are mixed and molded, and the molded body is fired without pressure, A method for producing a titanium-based composite material, comprising obtaining a titanium-based composite material in which a TiB solid solution having a volume ratio of 5 to 50% is dispersed in a matrix made of a titanium alloy.
共に擦り合わせ、原料粉末の充填密度を２．０ｇ／cm ３
〜３．０ｇ／cm ３ とすることを特徴とする請求項２記載
のチタン基複合材料の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein before the molding, the titanium powder is pressed and rubbed so that the packing density of the raw material powder is 2.0 g / cm 3.
Method for producing a titanium-based composite material according to claim 2, characterized in that the to 3.0 g / cm 3.
り、前記成形前に該チタン粉末を加圧すると共に擦り合
わせ、原料粉末の充填密度を２．０ｇ／cm ３ 〜２．５ｇ
／cm ３ とすることを特徴とする請求項３記載のチタン基
複合材料の製造方法。 4. The titanium powder is a sponge fine.
Before pressing, the titanium powder is pressed and rubbed together.
To make the packing density of the raw material powder 2.0 g / cm 3 to 2.5 g.
/ Cm 3 / titanium base according to claim 3,
Manufacturing method of composite material.
粉末または極低塩素チタン粉末であり、前記成形前に該
チタン粉末を加圧すると共に擦り合わせ、原料粉末の充
填密度を２．３ｇ／cm ３ 〜３．０ｇ／cm ３ とすることを
特徴とする請求項３記載のチタン基複合材料の製造方
法。 5. The method according to claim 1, wherein the titanium powder is hydrogenated / dehydrogenated titanium.
Powder or ultra-low chlorine titanium powder,
Titanium powder is pressed and rubbed together to fill the raw material powder.
To the Hama density 2.3g / cm 3 ~3.0g / cm 3
The method for producing a titanium-based composite material according to claim 3, wherein
Law.
ると共に擦り合わせ該チタン粉末に対して１５％以上充15% or more of the titanium powder
填密度を向上させるように、チタン粉末に変形を与えるDeform titanium powder to improve packing density
ことを特徴とする請求項２記載のチタン基複合材料の製3. The production of a titanium-based composite material according to claim 2, wherein
造方法。Construction method.
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Cited By (1)
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