JPH07278782A - TiAl基金属間化合物の浸炭処理方法 - Google Patents

TiAl基金属間化合物の浸炭処理方法

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JPH07278782A
JPH07278782A JP7617494A JP7617494A JPH07278782A JP H07278782 A JPH07278782 A JP H07278782A JP 7617494 A JP7617494 A JP 7617494A JP 7617494 A JP7617494 A JP 7617494A JP H07278782 A JPH07278782 A JP H07278782A
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JP
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tial
based intermetallic
intermetallic compound
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carburizing
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JP7617494A
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English (en)
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Keizo Hashimoto
敬三 橋本
Setsuo Sato
節雄 佐藤
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 TiAl基金属間化合物に炭化水素ガスによ
る浸炭処理を行い、耐摩耗性、強度等の機能を付与した
TiAl金属間化合物を安価に製造する方法を提供す
る。 【構成】 TiAl基金属間化合物の表面酸化膜を除去
した後、950℃以上1300℃以下の条件下におい
て、炭化水素ガスと反応させ、表面からの炭化反応によ
り、チタンカーバイドを生成させることを特徴とする浸
炭処理方法。浸炭処理ガスとしての炭化水素ガスとして
3 8 を用いることを特徴とする浸炭処理方法。浸炭
処理の際、保持時間を1時間以上100時間以下の範囲
において、保持時間によってチタンカーバイド反応層厚
さを制御することを特徴とする浸炭処理方法。 【効果】 本発明によりTiAl基金属間化合物の表面
を浸炭により硬化させ、耐摩耗性に優れたTiAl基金
属間化合物を安価に、かつ大量に提供できる。本発明
は、TiAl金属間化合物の表面処理方法としても広く
応用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐熱材料として有望なT
iAl基金属間化合物に関するものである。TiAl基
金属間化合物は、比強度の高い高温耐熱材料として自動
車あるいは航空機用エンジン等に応用が検討されてい
る。さらに、その表面を硬化させることにより、ベアリ
ングあるいはエンジンバルブ等の摺動部材に使用でき
る。
【0002】
【従来の技術】TiAl基金属間化合物は比重が約3.
9で、高温強度、耐クリープ特性に優れており、軽量耐
熱材料として航空機への応用を目指して研究開発がなさ
れている。しかしながら、TiAl基金属間化合物は常
温における変形能に乏しく、室温での延性改善について
多くの研究がなされてきた。最近、TiAl基金属間化
合物にMnを添加して、常温における延性を2〜3%に
改善した例が、辻本らによって報告された(特開昭61
−41740号公報)。その他、TiAl基金属間化合
物に第三元素、第四元素を添加して特性を改善した例が
報告されている(例えば、米国特許第4842819号
明細書(Cr添加)、同第4857268号明細書(V
添加))。
【0003】TiAl基金属間化合物の製造方法として
は、プラズマアーク溶解法、高周波溶解法、急冷粉末
法、自己燃焼法等が知られている。合金設計した所望の
成分を調整した合金を急冷凝固によって粉末化し、その
後HIPで成型体にした例が報告されている(米国特許
第4842819号明細書)。さらに、複合化方法とし
て、反応焼結を行ってTiB2 とAlの複合粉末を形成
し、複合粉末をTiAl等金属間化合物に添加した製造
方法が提案されている(米国特許第4751048号明
細書)。
【0004】TiAl基金属間化合物の製造方法におい
ては、TiとAlの素粉末を目標組成の割合で混合し、
その後反応焼結によってTiAl基金属間化合物を製造
する方法が広く行われている。TiAlバルク材をさら
に表面処理を行い、表面の機能を向上させる試みは耐酸
化性の改善を目指して行ったものがほとんどである。例
えば、低酸素分圧下において熱処理を行い、TiAl表
面にAl2 3 被膜をつける方法(特開平2−2944
58号公報)。また、PVDあるいはCVDによってS
iC等の被膜を形成する方法が提案されている。
【0005】さらに、Ti−Al系ベアリング材料とし
て、酸化、窒化、浸炭等硬化処理した材料が提案されて
いる(特開平3−44436号公報)が、浸炭処理方法
はグラファイト微粉充填層中1000℃で行ったもので
あり、製造方法は詳しく述べられていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、TiAl基
金属間化合物に取扱いが容易なガスによる浸炭処理を行
い、耐摩耗性、強度等の機能を付与したTiAl基金属
間化合物を安価に製造する方法を提供することを目的と
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、TiAl基金属間化合物の表面酸化膜を除去した
後、950℃以上1300℃以下の条件下において、炭
化水素ガスと反応させ、表面からの炭化反応により、チ
タンカーバイドを生成させることを特徴とするTiAl
基金属間化合物の浸炭処理方法にあり、さらに炭化水素
ガスとしてC38 を用いることを特徴とし、また浸炭
処理の際、炭化水素ガスとの反応保持時間を1時間以上
100時間以下の範囲において、保持時間によってチタ
ンカーバイド反応層厚さを制御することを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明では、TiAl基金属間化合物にチタン
カーバイド層を安価に生成させるという課題対して、ガ
ス浸炭処理方法により生成させることを基本とするもの
である。TiAl基金属間化合物は、通常アルミナ酸化
膜とチタン酸化膜によって覆われている。従って、浸炭
処理を行う際にこれらの酸化物を除去し、清浄な表面と
する必要がある。表面から酸化膜を除去する方法はAr
ガスによるスパッタ等が用いられるが、同一炉内で表面
酸化膜を除去するには、水素ガス雰囲気中で加熱するこ
とが有効である。
【0009】試料温度は950℃以上1300℃以下の
範囲に限定する。試料温度を950℃以上とする理由
は、950℃未満の場合、炭化物生成の反応が遅く、実
用的でないからである。従って、浸炭反応温度としては
950℃以上が必要である。一方、試料温度を1300
℃以下に限定する理由は、TiAl基金属間化合物を1
300℃超の温度に長時間保持すると、組織が粗大化し
て機械的特性の低下を招くからである。上記温度範囲
は、TiAl基金属間化合物の熱処理温度と同じ温度範
囲であり、熱処理による組織制御と浸炭処理を同時に行
うことが可能である。
【0010】炭化水素ガスとしては、好ましくはC3
8 ガスが使用されるが、CH4 、C 2 6 、C4 10
が使用できる。TiAl基金属間化合物表面において式
(1)に示す反応が継続して起こる必要がある。 C3 8 +3Ti → 3TiC+4H2 …… (1) 炭化水素ガスは好ましくは1気圧でガス流量を制御する
方法が最も実用的であるが、1Torrまでの減圧雰囲
気下、あるいは1気圧以上の加圧雰囲気下においても式
(1)の反応は起こる。従って、浸炭は表面において炭
化水素が分解する式(1)の反応が律速ではなく、Ti
Al中の炭素の拡散あるいはTiおよびAlの拡散が浸
炭処理プロセスを律速している。
【0011】浸炭処理の際、保持時間を1時間以上10
0時間以内に限定した理由は実用上の問題であり、1時
間未満の保持時間では反応が均質化しないからであり、
また100時間を超える保持時間は経済的でないからで
ある。一定温度で浸炭処理を行った場合、反応層厚さを
0.1μmから100μm程度までコントロールするこ
とができる。反応層厚さと保持時間の関係は、拡散方程
式から式(2)で示される。
【0012】T∞√Dt …… (2) T:反応層厚さ D:TiAl中の炭素の拡散係数 t:保持時間 図1に1060℃における反応層厚さと保持時間の関係
を示す。保持時間によってTiCの反応層厚さを制御す
ることが可能である。TiAl基金属間化合物表面にT
iC膜を浸炭反応によって生成させた試料は高温部での
摺動部材として適応でき、TiC厚さは目的部位によっ
て異なる。本発明によりTiC反応層厚さを浸炭処理温
度保持時間で制御できることが明らかとなった。
【0013】
【実施例】
実施例1 Ti−48.1at%Al組成を持つ金属間化合物をプ
ラズマアーク溶解によって溶製し、インゴットを得た。
インゴットの酸素量は300wtppmであった。イン
ゴット材を1300℃、1500気圧、4時間のHIP
処理を行い、HIP処理材から25×25×5mmの板
状試験片を採取した。板状試験片はエメリー研磨を行
い、さらにアルミナ粒子によって研磨を行い、鏡面仕上
げを行った。
【0014】反応炉中に試料をセットし、N2 ガス雰囲
気中で昇温速度毎分20℃で1060℃まで昇温を行っ
た。表面に形成された酸化物を取り除くために、H2
ス雰囲気(1Torr)にし、高電圧をかけてグロー放
電を起こさせた。次に、雰囲気をC3 8 に置換し、C
3 8 を1気圧で毎分10ccの流量で保持した。保持
時間は30時間とした。30時間経過後、炉内をArガ
ス(1Torr)に置換し、高電圧を印可した。Arイ
オンによるスパッタリング効果によって表面に生成した
浸炭層の最表面部分を取り除き、TiCが最表面になる
ように表面処理を行った。
【0015】この結果、TiAl基金属間化合物板材表
面にTiC層12μmを浸炭処理によって生成させるこ
とができた。図2に試料断面の組織写真を示す。 実施例2 実施例1と同一組成を持つTiAl基金属間化合物を実
施例1と同様な試験方法で前処理を行い、1060℃、
10時間、C3 8 ガス中にて浸炭処理を行った。その
結果、7μmのTiC層が生成した。
【0016】比較例1 実施例1と同一組成を持つTiAl基金属間化合物を実
施例1と同様な試験方法で前処理を行い、900℃、2
時間、C3 8 ガス中にて浸炭処理を行った。その結
果、光学顕微鏡による断面観察では反応層の生成が認め
られなかった。実施例および比較例の結果を表1にまと
めて示す。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】本発明に従い、TiAl基金属間化合物
の表面に炭化水素ガスを用いて浸炭処理してTiCを生
成させ、表面を硬化させることにより、耐摩耗性に優れ
たTiAl基金属間化合物を安価にかつ大量に提供する
ことができる。なお、本発明はTiAl基金属間化合物
の表面処理方法としても広く応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】1060℃における反応層厚さと保持時間の関
係を示す図である。
【図2】1060℃×30時間浸炭処理したTiAl金
属間化合物の断面組織写真である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 TiAl基金属間化合物の表面酸化膜を
    除去した後、950℃以上1300℃以下の条件下にお
    いて、炭化水素ガスと反応させ、表面からの炭化反応に
    より、チタンカーバイドを生成させることを特徴とする
    TiAl基金属間化合物の浸炭処理方法。
  2. 【請求項2】 炭化水素ガスとしてC3 8 を用いるこ
    とを特徴とする請求項1記載のTiAl基金属間化合物
    の浸炭処理方法。
  3. 【請求項3】 炭化水素ガスとの反応保持時間を1時間
    以上100時間以下の範囲において、保持時間によって
    チタンカーバイド反応層厚さを制御することを特徴とす
    る請求項1または2記載のTiAl基金属間化合物の浸
    炭処理方法。
JP7617494A 1994-04-14 1994-04-14 TiAl基金属間化合物の浸炭処理方法 Withdrawn JPH07278782A (ja)

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