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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