JPH05239509A - Nb−Al合金粉末の焼結体とその製造方法 - Google Patents
Nb−Al合金粉末の焼結体とその製造方法Info
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- JPH05239509A JPH05239509A JP4041627A JP4162792A JPH05239509A JP H05239509 A JPH05239509 A JP H05239509A JP 4041627 A JP4041627 A JP 4041627A JP 4162792 A JP4162792 A JP 4162792A JP H05239509 A JPH05239509 A JP H05239509A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Nb−Ti合金、とくに金属間化合物Nb3
Alを主成分とするNb−(4〜9)%Al合金の耐酸
化性を向上させる。 【構成】 Nb−(4〜9)%Al合金の粉末の焼結体
中にSiを0.05〜3.0重量%拡散させる。 Si
の拡散は、合金粉末焼結体とSi(Si発生物質を含
む)とを接触させて800〜1100℃に1〜数時間加
熱することによって行なうことができる。
Alを主成分とするNb−(4〜9)%Al合金の耐酸
化性を向上させる。 【構成】 Nb−(4〜9)%Al合金の粉末の焼結体
中にSiを0.05〜3.0重量%拡散させる。 Si
の拡散は、合金粉末焼結体とSi(Si発生物質を含
む)とを接触させて800〜1100℃に1〜数時間加
熱することによって行なうことができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐酸化性を向上させた
Nb−Al合金粉末焼結体と、その製造方法に関する。
Nb−Al合金粉末焼結体と、その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】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、Nb−Al系金属間化合物は
融点が高く、強度や耐熱性にすぐれ、比重も比較的小さ
いため、この特性を生かした用途、たとえば航空機のエ
ンジン関連材料としての利用が試みられている。
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、Nb−Al系金属間化合物は
融点が高く、強度や耐熱性にすぐれ、比重も比較的小さ
いため、この特性を生かした用途、たとえば航空機のエ
ンジン関連材料としての利用が試みられている。
【0003】Nb−Al系金属間化合物のうちNb3A
l(化学量論組成はNb−8.8%Al)は、その周辺
の、とくにNbリッチ側に広い固溶範囲をもつが、それ
らの加工性はきわめて低く、常温はもちろん高温でも塑
性加工が困難である。
l(化学量論組成はNb−8.8%Al)は、その周辺
の、とくにNbリッチ側に広い固溶範囲をもつが、それ
らの加工性はきわめて低く、常温はもちろん高温でも塑
性加工が困難である。
【0004】従って、Nb−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、必要ならば最少限の機械加工を行なって、製品とす
るほかない。精密鋳造と粉末冶金とでは、後者の方が、
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。
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、必要ならば最少限の機械加工を行なって、製品とす
るほかない。精密鋳造と粉末冶金とでは、後者の方が、
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。
【0005】この種のNb−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―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μmのオ―ダ―にある
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。
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―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μmのオ―ダ―にある
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。
【0006】しかし、既存の耐熱合金たとえばγ′析出
硬化型のNi基超合金などと比較すると、Nb−Al合
金とくにNb3Al焼結体は、延靭性が低い。 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、Nb3Al焼結体の実用化は進んでい
ない。
硬化型のNi基超合金などと比較すると、Nb−Al合
金とくにNb3Al焼結体は、延靭性が低い。 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、Nb3Al焼結体の実用化は進んでい
ない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような技術の現状を打破し、高温で酸化されにくいNb
−Al合金粉末の焼結体を提供すること、またそのよう
な焼結体を製造する適切な方法を提供することにある。
ような技術の現状を打破し、高温で酸化されにくいNb
−Al合金粉末の焼結体を提供すること、またそのよう
な焼結体を製造する適切な方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】耐高温酸化性が向上した
本発明のNb−Al合金粉末焼結体は、Alを4〜9重
量%含有し残部が実質上NbからなるNb−Al合金の
粉末を焼結してなり、焼結体中にSiを0.05〜3.
0重量%拡散させたことを特徴とする。
本発明のNb−Al合金粉末焼結体は、Alを4〜9重
量%含有し残部が実質上NbからなるNb−Al合金の
粉末を焼結してなり、焼結体中にSiを0.05〜3.
0重量%拡散させたことを特徴とする。
【0009】上記のNb−Al合金粉末焼結体の製造方
法は、Alを4〜9重量%含有し残部が実質上Nbから
なるNb−Al合金粉末の焼結体を、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、上記焼結体内に
0.05〜3.0重量%のSiを拡散させることを特徴
とする。
法は、Alを4〜9重量%含有し残部が実質上Nbから
なるNb−Al合金粉末の焼結体を、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、上記焼結体内に
0.05〜3.0重量%のSiを拡散させることを特徴
とする。
【0010】「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。
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。
【0011】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、活性化剤の使用は処理に要
する時間を短縮し、結晶組織の粗大化が避けることがで
きて好ましい。
な活性化剤が有効であって、活性化剤の使用は処理に要
する時間を短縮し、結晶組織の粗大化が避けることがで
きて好ましい。
【0012】本発明による耐高温酸化性の向上は、たと
えば航空機用エンジンの静翼のように、形状が複雑で肉
厚の薄い部分が多いNb−Al合金の粉末焼結体に適用
したとき、とくに有意義である。
えば航空機用エンジンの静翼のように、形状が複雑で肉
厚の薄い部分が多いNb−Al合金の粉末焼結体に適用
したとき、とくに有意義である。
【0013】
【作用】焼結体をつくるNb−Al合金の組成について
いえば、Nb3Al金属間化合物の化学量論組成、すな
わち重量比でNb:Al=91.2:8.8よりもNb
が少ない領域では異種の金属間化合物Nb2Alが生成
して好ましくないから、Nbが不足する組成を避けて、
Al量は多くとも9重量%までとすべきである。一方、
Nbリッチ側の固溶限はAlが4重量%近くであり、こ
れを超えるとNbが析出して高温強度の低下を招くか
ら、Al:4重量%を下限とする。
いえば、Nb3Al金属間化合物の化学量論組成、すな
わち重量比でNb:Al=91.2:8.8よりもNb
が少ない領域では異種の金属間化合物Nb2Alが生成
して好ましくないから、Nbが不足する組成を避けて、
Al量は多くとも9重量%までとすべきである。一方、
Nbリッチ側の固溶限はAlが4重量%近くであり、こ
れを超えるとNbが析出して高温強度の低下を招くか
ら、Al:4重量%を下限とする。
【0014】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。 800℃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、1
100℃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
おそれがあり、好ましくない。
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。 800℃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、1
100℃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
おそれがあり、好ましくない。
【0015】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0.05%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0.2%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。
体の重量に対して0.05%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0.2%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。
【0016】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、Nb3Al金属間化合物組
織に影響を与え、延靭性や強度を損なう危険が生じる。
Nb3AlにSiを作用させたとき、SiがNbおよ
びAlと置換し、その結果、NbAl3やAl2Siなど
の化合物が生成して、Nb3Al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3%程度に止めておくのがよいようで
ある。
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、Nb3Al金属間化合物組
織に影響を与え、延靭性や強度を損なう危険が生じる。
Nb3AlにSiを作用させたとき、SiがNbおよ
びAlと置換し、その結果、NbAl3やAl2Siなど
の化合物が生成して、Nb3Al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3%程度に止めておくのがよいようで
ある。
【0017】
【実施例】表に示す組成のNb−Al系合金を溶製し、
非酸化性雰囲気下に粉砕して100メッシュ通過の粉末
を用意した。 この粉末をプレス成形した後、成形体を
Nb製の缶に入れ、成形体の周囲にセラミックス粉末を
充填して密封し、これを1600℃でHIP処理して焼
結体とした。
非酸化性雰囲気下に粉砕して100メッシュ通過の粉末
を用意した。 この粉末をプレス成形した後、成形体を
Nb製の缶に入れ、成形体の周囲にセラミックス粉末を
充填して密封し、これを1600℃でHIP処理して焼
結体とした。
【0018】焼結体から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×時間の条件で加熱処理し
て、Si の焼結体への拡散を行なった。
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×時間の条件で加熱処理し
て、Si の焼結体への拡散を行なった。
【0019】処理後の試験片に対し、800℃において
大気中に2時間放置する酸化試験を行なった。 得られ
た酸化増量の値を、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。
大気中に2時間放置する酸化試験を行なった。 得られ
た酸化増量の値を、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。
【0020】表の結果から、Nb−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、Nb3Al金属間化合物以外の材料、すなわち
Al:4重量%以下の場合(比較例2)および9重量%
以上(比較例3)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。
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、Nb3Al金属間化合物以外の材料、すなわち
Al:4重量%以下の場合(比較例2)および9重量%
以上(比較例3)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。
【0021】本発明の方法は、Nb−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。
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。
【0022】 区 NO. Al Nb Si拡散熱処理条件 Si 酸化増量 分 [%] [%] 温度×時間 [%] [%] 1 8.8 800℃ 1時間 0.05 1.4 実 2 8.8 900℃ 1時間 0.3 1.2 3 8.8 残 部 1000℃ 1時間 1.0 1.0 施 4 8.8 1100℃ 1時間 2.8 1.1 5 7.8 900℃ 1時間 0.4 1.2 例 6 6.7 900℃ 1時間 0.3 1.0 1 8.8 − 0 4.1 比 2 3.7 残 部 1000℃ 1時間 0.8 1.0 較 3 9.5 1000℃ 1時間 1.4 1.1 例 4 8.8 700℃ 1時間 0.02 2.8
【0023】
【発明の効果】本発明のNb−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。 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。
適量のSi の拡散により、耐高温酸化性が向上してい
る。 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。
【0024】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Nb−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。
高温酸化性の向上したNb−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4〜9重量%含有し残部が実質上
NbからなるNb−Al合金の粉末を焼結してなり、焼
結体中にSiを0.05〜3.0重量%拡散させたこと
を特徴とするNb−Al合金粉末焼結体。 - 【請求項2】 Alを4〜9重量%含有し残部が実質上
NbからなるNb−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800〜110
0℃に1ないし数時間加熱することにより、上記焼結体
内に0.05〜3.0重量%のSiを拡散させることを
特徴とするNb−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、ケイ素合金またはケイ素化合物の粉末
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 |
---|---|---|---|
JP4041627A JPH05239509A (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | Nb−Al合金粉末の焼結体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4041627A JPH05239509A (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | Nb−Al合金粉末の焼結体とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05239509A true JPH05239509A (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=12613572
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4041627A Pending JPH05239509A (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | Nb−Al合金粉末の焼結体とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05239509A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112126809A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-25 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种用粉末冶金法制备NbTi合金棒材的方法 |
-
1992
- 1992-02-27 JP JP4041627A patent/JPH05239509A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112126809A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-25 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种用粉末冶金法制备NbTi合金棒材的方法 |
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