KR101715149B1 - Ｔａ가 첨가된 Ｎｉ３(Ｓｉ,Ｔｉ)계 금속간 화합물 - Google Patents
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Abstract
뛰어난 경도(강도) 특성을 구비하는 구조재료를 제공한다. 본 발명에 의하면, 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 1.5 이상 7.5 미만 원자%의 Ti, 2.0 보다 많고 8.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 500 이하 중량ppm의 B를 함유하고, L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과, Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물이 제공된다.
Description
본 발명은 Ta가 첨가된 니켈계 금속간 화합물에 관한 것으로서, 특히, Ni3(Si,Ti)을 기본조성으로 하는 금속간 화합물(이하, 「Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물」이라고 부른다. )에 관한 것이다.
니켈계 금속간 화합물인 Ni3Si 금속간 화합물은 고온강도, 내식성, 내산화성 등이 우수한 특성을 가지고 있다. 그러나, Ni3Si 금속간 화합물은 입계균열을 일으키기 쉽기 때문에, 상온에서, 소성가공이 더욱 용이한 금속간 화합물이 요구되고 있다. 그래서, 이 Ni3Si 금속간 화합물을 개량하는 연구 개발이 진행되고 있다. 예를 들면 가공성, 특히, 상온 연성을 가지는 금속간 화합물로서 니켈계 금속간 화합물인 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물이 알려져 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 및 2 참조).
이러한 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물에는 예를 들면, 주조용 니켈계 금속간 화합물로서 Ni, Si, Ti, C를 함유하고, 추가로, Hf 및 Zr의 어느 하나 또는 쌍방을 포함하는 금속간 화합물이 알려져 있고, 이 금속간 화합물이 시계 측부재 등으로서 양호한 주조성을 나타내는(다이캐스팅법이나 로스트왁스법에 적합하다.) 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또, 내식성이 뛰어난 동시에, 구조재로서 충분하게 만족할 수 있는 연성, 가공성도 겸비한 Ni3(Si,Ti)기 합금재료로서 Ni, Si,Ti, Cu, Ta 및 B를 함유하는 금속간 화합물이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 이 금속간 화합물은 Ta와 Cu가 복합 첨가되는 것에 의해, 양호한 연성이 확보되고, 황산 정제장치 등의 구조재료로서 유용하다고 되어 있다.
T. Takasugi et al., Journal of Materials Science 26, pp.1173-1178(1991)
T. Nakamura et al., Materials Science and Engineering A 383(2004)259-270
그러나, 이들 니켈계 금속간 화합물이 구조재료로서 사용되는 경우, 추가로 기계적, 화학적 특성을 향상시키는 것이 소망된다. 예를 들면, 니켈계 금속간 화합물로 형성되는 구조물이 정밀주조법 이외에, 예를 들면 소성가공으로 제조되는 경우, 연성 등의 가공성의 향상이 소망된다. 또, 니켈계 금속간 화합물이 산을 취급하는 장치에 사용되는 경우, 화학적 특성도 유지되는 것이 소망된다. 이 때문에, 충분한 화학적 특성이나 기계적 특성(예를 들면, 연성)을 구비하는 니켈계 금속간 화합물이 소망되고 있다. 또, 고온에서 사용되는 기계요소의 구조재료인 경우, 전술한 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물과 동일한 연성을 유지하면서, 추가로 뛰어난 경도(강도) 특성을 구비하는 재료가 요구되고 있다. 또, 슬라이딩 부품의 구조재료의 경우, 뛰어난 내마모성을 구비하는 재료가 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 충분한 화학적 특성이나 기계적 특성을 구비하는 니켈계 금속간 화합물을 제공하는 것이다. 또, 본 발명은 뛰어난 경도(강도) 특성을 구비하는 구조재료를 제공하고, 추가로, 뛰어난 내마모성을 구비하는 구조재료를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 1.5 이상 7.5 미만 원자%의 Ti, 2.0 보다 많고 8.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하고, L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과, Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물이 제공된다.
본 발명의 발명자들은 Ni3(Si,Ti) 중의 Ti가 내산화성을 열화시키는 요인이 되고 있는 것을 감안하여, Ti 대신에 고융점 금속원소를 첨가하는 것을 발안하고, 이 안에 대해서 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, Ni, Si, Ti 및 B에 부가하여, 추가로 Ta를 포함하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물이 Ni, Si 및 Ti로 이루어지는 금속간 화합물보다도 뛰어난 경도(강도)를 구비하는 것을 발견하고, 본 발명의 완성하였다. 본 발명의 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은 뛰어난 경도(강도)를 구비하므로, 기계요소 등의 구조재료에 호적하게 사용할 수 있다.
도 1은 실시예 시료 2의 SEM사진이다.
도 2는 실시예 시료 2의 X선 회절 프로파일이다. 상단이 비교예 시료의 1예인 Hf 첨가시료(참고시료)의 X선 회절 프로파일이고, 하단이 실시예 시료 2의 X선 회절 프로파일이다.
도 3은 실시예 시료 2의 EPMA 원소 매핑도이다.
도 4는 실증실험 1에 있어서의 비커스 시험의 결과이고, 비커스 경도와 Ta의 함유량과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 시료 및 실시예 시료의 SEM사진이다.
도 6은 비교예 시료 및 실시예 시료 1∼7의 X선 회절 프로파일이다.
도 7은 실시예 시료 7의 X선 회절 프로파일을 확대한 도면이다.
도 8은 실시예 시료 7의 EPMA 원소 매핑도이다.
도 9는 실증실험 2의 비커스 경도시험의 결과를 나타내는 그래프이고, 비커스 경도와 Ta의 함유량과의 관계를 나타낸 그래프다.
도 10은 Ta의 함유량과 비커스 경도 및 격자정수와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 비교예 시료 및 실시예 시료 2, 4 및 7의 고온에 있어서의 비커스 경도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 시료의 Ta 함유량과 인장강도(Tensile Strength), 0.2% 내력(0.2% Proof Stress) 및 연신(Elongation)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 인장시험 후의 비교예 시료 및 실시예 시료 5 및 7의 파단면을 나타내는 사진이다.
도 14는 비교예 시료 및 실시예 시료 2, 4 및 7의 내산화성 시험에 의한 질량 증가량과 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 핀온디스크식 마모시험을 설명하기 위한 개념도이다.
도 16은 비교예 시료를 1로 하였을 때의, 비교예 시료 및 실시예 시료 2, 4 및 7의 내마모비를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 시료 2의 X선 회절 프로파일이다. 상단이 비교예 시료의 1예인 Hf 첨가시료(참고시료)의 X선 회절 프로파일이고, 하단이 실시예 시료 2의 X선 회절 프로파일이다.
도 3은 실시예 시료 2의 EPMA 원소 매핑도이다.
도 4는 실증실험 1에 있어서의 비커스 시험의 결과이고, 비커스 경도와 Ta의 함유량과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 시료 및 실시예 시료의 SEM사진이다.
도 6은 비교예 시료 및 실시예 시료 1∼7의 X선 회절 프로파일이다.
도 7은 실시예 시료 7의 X선 회절 프로파일을 확대한 도면이다.
도 8은 실시예 시료 7의 EPMA 원소 매핑도이다.
도 9는 실증실험 2의 비커스 경도시험의 결과를 나타내는 그래프이고, 비커스 경도와 Ta의 함유량과의 관계를 나타낸 그래프다.
도 10은 Ta의 함유량과 비커스 경도 및 격자정수와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 비교예 시료 및 실시예 시료 2, 4 및 7의 고온에 있어서의 비커스 경도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 시료의 Ta 함유량과 인장강도(Tensile Strength), 0.2% 내력(0.2% Proof Stress) 및 연신(Elongation)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 인장시험 후의 비교예 시료 및 실시예 시료 5 및 7의 파단면을 나타내는 사진이다.
도 14는 비교예 시료 및 실시예 시료 2, 4 및 7의 내산화성 시험에 의한 질량 증가량과 시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 핀온디스크식 마모시험을 설명하기 위한 개념도이다.
도 16은 비교예 시료를 1로 하였을 때의, 비교예 시료 및 실시예 시료 2, 4 및 7의 내마모비를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 1실시형태를 설명한다. 이하의 기술 중에서 나타내는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위는 이하의 기술 중에서 나타내는 것으로 한정되지 않는다. 또, 이 명세서에 있어서, 「∼」은 끝수의 점을 포함한다.
본 발명의 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은, 하나의 관점에 따르면, 주성분인 Ni, 7.5∼12.5원자%의 Si, 1.5∼10.5원자%의 Ti 및 1.0∼10.0원자%의 Ta를 포함하는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25∼500중량ppm의 B를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 뛰어난 경도(강도)를 구비하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물이 제공된다.
또, 본 발명의 실시형태에 있어서, 상기 발명의 구성에 부가하여, 실온에서 800℃의 온도범위에 있어서의 비커스 경도가 410∼520일 수도 있다. 여기에서, 상기 비커스 경도는 하중 300g, 500g 또는 1kg에서 측정된다.
또, 본 발명의 실시형태에 있어서, 주성분인 Ni, 10.0∼12.0원자%의 Si, 1.5∼9.5원자%의 Ti 및 1.0∼9.0원자%의 Ta를 포함하는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있다. 또는, 주성분인 Ni, 10.0∼12.0원자%의 Si, 2.5∼8.5원자%의 Ti 및 1.0∼7.0원자%의 Ta를 포함하는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있다.
또, 본 발명의 실시형태에 있어서, 주성분인 Ni, 10.0∼12.0원자%의 Si, 2.5∼6.5원자%의 Ti 및 3.0∼7.0원자%의 Ta를 포함하는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있다.
또, 본 발명의 실시형태에 있어서, 주성분인 Ni, 10.0∼12.0원자%의 Si 및 Ti 및 Ta가 합계로 9.0∼11.5원자%를 포함하는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있다.
또, 본 발명의 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은 별도의 관점에 따르면, 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 1.5 이상 7.5 미만 원자%의 Ti, 2.0 보다 많고 8.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 500 이하 중량ppm의 B를 함유하고, L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과, Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 경도(강도)가 뛰어나고, 내마모성을 구비하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물이 제공된다.
또, 본 발명은 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 1.5 이상 7.5 미만 원자%의 Ti, 2.0 보다 많고 8.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 500 이하 중량ppm의 B를 함유하고, L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과, Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지는 슬라이딩 부품용 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있고, 상기 조성 및 조직을 가지는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물의 슬라이딩 부품재료(또는, 내마모성 금속재료)로서의 사용일 수도 있다. 또, 상기 조성의 재료를 용해하고, 주조해서 슬라이딩 부품을 형성하는 방법일 수도 있고, Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물을 주조하고, 주조된 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물로 슬라이딩 부품을 형성하는 방법일 수도 있다. 예를 들면, 슬라이딩 부품은 주조된 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물을 절삭해서 형성한다.
또, 본 발명의 실시형태에 있어서, 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 1.5 이상 5.5 이하 원자%의 Ti, 4.0 이상 8.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있다. 또, 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 2.5 이상 5.5 이하 원자%의 Ti, 4.0 이상 7.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있다.
이들 실시형태에 의하면, 경도가 더욱 뛰어나고, 마모에 더욱 강한 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물이 제공된다.
또, 본 발명의 실시형태에 있어서, 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 2.5 이상 6.5 이하 원자%의 Ti, 3.0 이상 7.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하고, L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과 Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있다. 또, 10.0∼12.0원자%의 Si, 및 합계로 9.0∼11.5원자%의 Ti 및 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있고, 또, 하중 300g, 500g 또는 1kg에서 측정한 비커스 경도가 410∼520일 수도 있다. 여기에서, 이 비커스 경도는 실온(약 25℃)에서 측정될 수 있다.
이들 실시형태에 의하면, 경도가 더욱 뛰어난 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물이 제공된다.
또, 본 발명의 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은 추가로 별도의 관점에 따르면, 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 1.5 이상 7.5 미만 원자%의 Ti, 2.0 보다 많고 8.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 500 이하 중량ppm의 B를 함유하고, L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과, Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물로서, Ta최대 함유량이 6.0원자%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 연성 또는 내산화 특성이 우수한 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물이 제공된다.
또, 이들 발명의 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물에 있어서, 합계로 19.0∼21.5원자%의 Si, Ti 및 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 500 이하 중량ppm의 B를 함유하는 형태일 수도 있다.
이러한 형태이라면, Ni의 함유량이 거의 78.5∼81.0원자%가 되므로, 실질적으로 L12상만으로 이루어지는 조직, 또는, 실질적으로 L12상과, Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물만으로 이루어지는 조직이 형성된다. 이 때문에, 경도가 우수한 동시에, 내마모성, 연성 또는 내산화 특성이 우수하다.
이하, 이것들의 실시형태의 각 원소에 대해서 상세한 설명한다. 또, 이 명세서에 있어서 「∼」의 기재는 특별한 기재가 없는 한, 수치범위의 양 끝수를 포함한다.
Ni의 함유량은 예를 들면, 78.5∼81.0원자%이고, 바람직하게는 78.5∼80.5원자%이다. Ni의 구체적인 함유량은 예를 들면 78.5, 79.0, 79.5, 80.0, 80.5 또는 81.0원자%이다. Ni의 함유량의 범위는 여기에서 예시한 수치의 어느 2개의 사이일 수도 있다.
Si의 함유량은 7.5∼12.5원자%이고, 바람직하게는 10.0∼12.0원자%이다. Si의 구체적인 함유량은 예를 들면 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 10.5, 11.0, 11.5, 12.0 또는 12.5원자%이다. Si의 함유량의 범위는 여기에서 예시한 수치의 어느 2개의 사이일 수도 있다.
Ti의 함유량은 1.5∼10.5원자%이고, 바람직하게는 1.5∼9.5원자%이다. 더 바람직하게는 2.5∼6.5원자%이다. Ti의 구체적인 함유량은 예를 들면 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0 또는 10.5원자%이다. Ti의 함유량의 범위는 여기에서 예시한 수치의 어느 2개의 사이일 수도 있다.
또, 경도 및 내마모성의 관점으로부터, 바람직하게는 1.5 이상 7.5 미만 원자%, 더 바람직하게는 1.5∼5.5원자%이고, 더욱 바람직하게는 2.5∼5.5원자%이다. 이것들의 범위이라면, 경도 및 내마모성이 우수하다.
Ta의 함유량은 1.0∼10.0원자%이며, 바람직하게는 1.0∼9.0원자%이다. 더 바람직하게는 3.0∼7.0원자%이다. Ta의 구체적인 함유량은 예를 들면 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5 또는 10.0원자%이다. Ta의 함유량의 범위는 여기에서 예시한 수치의 어느 2개의 사이일 수도 있다.
또, 경도 및 내마모성의 관점으로부터, 바람직하게는 2.0 보다 많고 8.0 이하 원자%, 더 바람직하게는 4.0∼8.0원자%이고, 더욱 바람직하게는 4.0∼7.0원자%이다. 이것들의 범위이라면 경도 및 내마모성이 우수하다.
또, Ti 및 Ta의 함유량은 Ti 및 Ta가 합계로 9.0∼11.5원자%일 수도 있다. 예를 들면 Ti 및 Ta의 함유량의 합계는 9.0, 9.5, 10.0, 10.5, 11.0 또는 11.5원자%이다. Ti 및 Ta의 함유량의 범위는 여기에서 예시한 수치의 어느 2개의 사이일 수도 있다.
또, Si, Ti 및 Ta는 합계로 19.0∼21.5원자%이고, 바람직하게는 19.5∼21.5원자%이다.
상기 각 원소의 함유량은 Ni, Si,Ti 및 Ta의 함유량의 합계가 100 원자%가 되도록 적당하게 조정된다.
B의 함유량은 25∼500중량ppm, 바람직하게는 25∼100중량ppm이다. B의 구체적인 함유량은 예를 들면 25, 40, 50, 60, 75, 100, 150, 200, 300, 400 또는 500중량ppm이다. B의 함유량의 범위는 여기에서 예시한 수치의 어느 2개의 사이일 수도 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 금속간 화합물의 구체적인 조성은 예를 들면 표 1∼3에 나타내는 조성에 상기 함유량의 B를 첨가한 것이다.
또, 이 실시형태에 따른 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은 실질적으로 Ni, Si, Ti, B 및 Ta의 원소로 이루어질 수도 있고, 그것 이외의 불순물원소를 포함할 수도 있다. 예를 들면 상기 불순물원소는 불가피적 불순물이고, 실질적으로 Ni, Si,Ti, B 및 Ta의 원소만으로 이루어지는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물일 수도 있다.
본 발명의 1실시형태에 따른 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은 상기 실시형태에서 나타낸 비율의 Ni, Si, Ti 및 Ta의 금속을 가열하는 것에 의해 용해하고, 이 용탕을 냉각하는 것에 의해 응고함으로써 수득된다. 또, 응고에 의해 수득된 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물에 균질화 열처리를 수행할 수 있다. 이 처리에 의해 원소의 편석을 없애고, 조직을 균일하게 할 수 있다.
또, 이 실시형태에 따른 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은 하중 300g에서 측정한 비커스 경도가 410∼520일 수도 있다. 본 발명의 실시형태에 의하면, 이러한 비커스 경도의 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물을 얻을 수 있다.
다음에 효과 실증실험에 대해서 설명한다.
[실증실험 1]
(금속간 화합물의 제작)
(1) 주괴시료 제작공정
표 4는 실증실험 1에서 제작한 7종류의 금속간 화합물의 조성, 및 비교를 위해서 제작한 금속간 화합물의 조성을 나타낸 표이다. 표 4에 기재하고 있는 바와 같이, 이 실증실험 1에서는 Ti 및 Ta의 합계 함유량이 일정하게 되도록, 이것들의 금속간 화합물의 조성을 결정하였다. 여기에서, 비교를 위해서 제작한 금속간 화합물은 특허문헌 1에 개시되어 있는 금속간 화합물이다.
우선, 표 4에 나타낸 8종류의 조성이 되도록 각각의 금속(각각의 순도는 99.9중량% 이상) 및 B를 칭량하였다. 이어서, 이것들의 칭량된 금속 및 B를 아크 용해로에서 용해, 주조하고, 약 130g의 무게의 주괴를 제작하였다. 아크 용해로의 분위기는 용해 실내를 진공배기하고, 그 후 불활성가스(아르곤가스)로 치환하였다. 전극은 비소모 텅스텐 전극을 사용하고, 주형에는 수냉식 구리하스(copper hearth)를 사용하였다.
(2) 균질화 열처리공정
이어서, 상기 주괴를 균질화하기 위해서, 진공 중에서 48시간, 1050℃로 유지하는 균질화 열처리공정을 실시하였다. 이상에 의해 시료를 제작하였다.
또, Ta를 포함하는 시료가 본 발명의 실시예이고, 예를 들면 Ta의 함유량이 2at.% 인 경우, 「실시예 시료 2」라고 하는 것처럼, 이하, 「실시예 시료」 Ta의 함유량을 나타내는 숫자를 붙여서 부른다. 또 Ta를 포함하지 않고 있는 시료를 「비교예 시료」라고 부른다.
다음에 평가방법 및 평가결과에 대해서 설명한다.
(1) 조직 관찰
우선, 상기한 바와 같이 해서 제작한 실시예 시료에 대해서, 조직의 SEM사진의 촬영을 실시하였다. 도 1에 그 사진을 나타낸다. 도 1은 실시예 시료 2의 SEM사진이다.
도 1을 참조하면, 실시예 시료 2는 입경이 몇 백 마이크론의 결정립으로 구성되는 단상조직을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 또, 이 실시예 시료 2의 비커스 경도는 434Hv이었다.
다음에, 실시예 시료에 대해서, 조직 중의 구성상을 동정하기 위해서 X선 측정을 실시하였다. 도 2에 그 결과를 나타낸다. 도 2는 실시예 시료 2의 X선 회절 프로파일이다. 참고로서, Ni77 .5Si11 .0Ti9 .5Hf2 .0+50wt.ppm(B 이외는 at.% 이다. 이하 「Hf 첨가시료」라고 부른다. )의 X선 회절 프로파일도 동시에 나타낸다. 상단이 Hf 첨가시료의 X선 회절 프로파일이고, 하단이 실시예 시료 2의 X선 회절 프로파일이다. 또, 도 중의 점은, 기지의 재료인 Ni3(Si,Ti)(비교예 시료), Ni3Hf, Ni5Hf의 프로파일의 피크 위치이다. ●(원형상)의 점이 Ni3(Si,Ti)의, △(삼각형상)의 점이 Ni3Hf의, □(4각 형상)의 점이 Ni5Hf의, 프로파일의 피크 위치이다. 또, 여기에 나타낸 Hf 첨가시료는 실시예 시료와 동일한 방법으로 제작하고 있다.
도 2를 참조하면, 실시예 시료 2의 X선 회절 프로파일은 Ni3(Si,Ti)의 프로파일의 피크 위치와 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 실시예 시료 2는 단상조직이라는 점에서 보면, 이 결과로부터, 실시예 시료 2의 구성상은 L12상으로 동정할 수 있다.
또, Hf 첨가시료는 Ni3(Si,Ti) 이외에, Ni3Hf, Ni5Hf의 프로파일의 피크 위치와 그 프로파일이 일치하고 있었다. Hf 첨가시료는 실시예 시료 2와 다르고, Ni3Hf , Ni5Hf의 상이 분산하고 있었다.
또, 실시예 시료에 대해서, 조직 분석을 위해서, EPMA측정도 실시하였다. 도 3에 그 결과를 나타낸다. 도 3은 실시예 시료 2의 EPMA원소 매핑도이다. 도 3의 좌측 위의 도가 SEM사진, 우측 위의 도가 Ni의 매핑도, 중앙 좌측의 도가 Si의 매핑도, 중앙 우측의 도가 Ti의 매핑도, 좌측 아래의 도가 Ta의 매핑도, 우측 아래의 도가 B매핑도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, Ni의 매핑을 비롯해서, 어떤 원소의 매핑에서도 조직 전체에 걸쳐서 균일한 조성이 되어 있는 것을 알 수 있다. 또, 이 EPMA 측정에서 점 분석을 한바, 표 5에 나타내는 바와 같이 거의 칭량된 대로의 조성이었다.
(2) 비커스 경도시험
다음에 각 시료에 대해서 비커스 경도시험을 실시하였다. 비커스 경도시험은 실온에서, 각 시료에 정사각추의 다이아몬드로 만든 누름자를 밀어 넣는 것에 의해서 수행하였다. 이 시험에서는, 하중은 300g을 주로 사용하고, 유지시간은 20초로 하였다. 도 4에 그 결과를 나타낸다. 도 4는 비커스 경도와 Ta의 함유량과의 관계를 나타낸 그래프이다. 횡축은 Ta의 함유량이고, 가장 좌측의 측정점이 비교예 시료, 기타 측정점이 실시예 시료에 대응하고 있다.
도 4를 참조하면, 실시예 시료는 모두 비교예 시료 이상의 비커스 경도를 가지고 있는 것을 알 수 있다. 비교예 시료의 Ni3(Si,Ti)에 Ta를 함유시키면, 시료의 경도가 증가하고, Ta의 함유량이 증가함에 따라서 비커스 경도의 값도 증가하고 있는 것을 알 수 있다.
이상의 실증실험 1로부터, 실시예 시료가 비교예 시료보다도 뛰어난 경도(강도) 특성을 구비하는 것이 실증되었다.
[실증실험 2]
추가로, 실증실험 1과 같은 조성(상기 표 4와 같은 조성)의 시료를 실증실험과 같은 방법으로 제작하고, (1) 조직 관찰, (2) 실온 비커스 경도시험, (3) 고온 비커스 경도시험, (4) 실온 인장시험, (5) 내산화성 시험, (6) 마모시험을 실시하였다.
(1) 조직 관찰
우선, 제작된 실시예 시료에 대해서, 조직의 SEM사진의 촬영을 실시하였다. 도 5에 그 사진을 나타낸다. 도 5는 비교예 시료 및 실시예 시료의 SEM사진이고, 도5의 (1)이 비교예 시료, (2)가 실시예 시료 5, (3)이 실시예 시료 6, (4)가 실시예 시료 7의 SEM사진이다. 또 도 5의 (5)는 실시예 시료 7의 제2상을 확대한 SEM사진이다.
도 5를 참조하면, 실증실험 1의 도 1 과 마찬가지로, 비교예 시료 및 실시예 시료 5가 단상조직인 것을 알 수 있다. 이들 시료와 다른 실시예 시료의 관찰로부터, Ta의 함유량이 5.0at.% 까지는 Ta가 고용(固溶)해서 단상조직을 형성하고 있음을 알았다.
또, 도 5를 참조하면, 실시예 시료 6 및 7은 모상(매트릭스)인 제1상의 조직 중에 제2상이 분산하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 시료 6 및 7은 제1상과 제2상으로 구성되고, 제1상에 제2상이 분산하고 있는 것을 알 수 있다. Ta의 함유량이 6.0at.%가 되면(실시예 시료 6), 미량의 판상의 제2상이 관찰되고(그 형상은 도 5(5)참조), 추가로 Ta의 함유량이 7.0at.%가 되면(실시예 시료 7), 제2상의 체적율(조직 중에서 제2상이 차지하는 비율)이 증가하는 현상이 관찰되었다. 또 제2상이 출현하면 제2상의 영향으로 L12상의 결정입경이 약간 작아지는 것도 관찰되었다.
다음에, 이들 실시예 시료에 대해서, 조직 중의 구성상을 동정하기 위해서 X선 측정을 실시하였다. 도 6 및 도 7에 그 결과를 나타낸다. 도 6은 비교예 시료 및 실시예 시료 1∼7의 X선 회절 프로파일이다. 도 6에 있어서, ▼(역삼각형상)의 점이, 기지의 재료인 Ni3(Si,Ti)(이 재료는 L12상으로 이루어진다)의 프로파일의 피크 위치를 나타내는 점이고, 그 위의 수치는 그 회절 결정면의 면지수이다. 한 도 7은 실시예 시료 7의 X선 회절 프로파일을 확대한 도이고, 실시예 시료 7의 상을 동정하기 위해서 도 6 과는 별도로 측정한 것이다. 도 7에 있어서, 도 6 과 마찬가지로, ▼(역삼각형상)의 점이 Ni3(Si,Ti)의 프로파일의 피크 위치를 나타내는 점이다. 또, ●(원형상)의 점이 Ni3Ta의 프로파일의 피크 위치를 나타내는 점이다.
도 6을 참조하면, 각 시료의 X선 회절 프로파일이 Ni3(Si,Ti)의 프로파일의 피크 위치와 일치하고 있고, 이들 시료가 L12상으로 구성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 결과에 상기 SEM관찰결과(도 5)도 합쳐서 고려하면, 비교예 시료 및 실시예 시료 2∼5의 단상조직이 L12상이고, 실시예 시료 6 및 7의 모상(제2상의 사이를 차지하는 제1상)도 L12상인 것을 알 수 있다.
또, 도 7을 참조하면, 실시예 시료 7의 X선 회절 프로파일이 Ni3(Si,Ti)의 외, Ni3Ta의 프로파일의 피크 위치와 일치하고 있는 것을 알 수 있다.이 결과로부터 실시예 시료 7이 L12상(제1상)과 Ni3Ta의 제2상(Ni 및 Ta를 포함하는 상)으로 구성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 도 5에서 관찰된 제2상이 Ni3Ta인 것이 동정되었다.
또, 이 측정에 있어서, Ni3(Si,Ti) 및 Ni3Ta의 프로파일에 있어서의 피크 위치 이외의 위치에서, 명확한 피크는 관찰되지 않고, 실시예 시료 7은 실질적으로 L12상과 Ni3Ta의 제2상만으로 이루어지는 것을 알았다.
다음에, 비교예 시료 및 각 실시예 시료에 대해서 EPMA측정을 실시하였다. 도 8에 그 결과를 나타낸다. 도 8은 실시예 시료 7의 EPMA원소 매핑도이다. 도 8의 (1)이 SEM사진(좌측 위의 도), (2)가 Ni의 매핑도(중앙 위의 도), (3)이 Si의 매핑도(우측 위의 도), (4)가 Ti의 매핑도(중앙 아래의 도), (5)가 Ta의 매핑도(우측 아래의 도)이다.
도 8의 (1)에 분명하게 나타내는 바와 같이, 이 EPMA의 측정영역에는 제1상과 제2상이 포함되어 있지만, 도 8의 각 도를 참조하면, 각각의 상에 함유되어 있는 원소의 양이 다른 것을 알 수 있다. 예를 들면, Ni, Si 및 Ta의 함유량은 2개의 상 사이에서 그 함유량이 다르고, Ti의 함유량에서 그다지 차이가 없는 것을 알 수 있다.
또, 실시예 시료 7 이외에, 각 시료에 대해서도 EPMA측정을 실시하고, 그 모상(제1상)에 대해서 점 분석을 수행하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.
표 6을 참조하면, 실시예 시료 6 및 7에 있어서의 모상(제1상)의 Ta 함유량은 5.6∼5.7at.%이고, 모상(제1상)의 Ta함유량의 상한은 5∼6at.%인 것을 알 수 있다. 이 결과 및 도 5로부터, Ni3(Si,Ti)합금의 Ta의 고용한계(고체 용해도 한계)는 5∼6at.%인 것을 알 수 있다.
(2) 실온 비커스 경도시험
다음에, 실증시험 1과 마찬가지로, 각 시료에 대해서 비커스 경도시험을 실시하였다. 비커스 경도시험의 조건은, 하중 1kg에서, 유지시간 20초로 하였다(실온 약 25℃). 도 9에 그 결과를 나타낸다. 도 9는 실증실험 2의 비커스 경도시험의 결과를 나타내는 그래프이고, 비커스 경도와 Ta의 함유량과의 관계를 나타낸 그래프이다. 각 축은 실증실험 1과 같다.
도 9를 참조하면, Ta의 함유량이 6.0at.%를 넘을 때까지, 거의 Ta의 함유량의 증가와 함께 비커스 경도의 값이 증가하고, Ta의 함유량이 6.0at.%를 넘으면, 비커스 경도의 값은 그다지 상승하지 않고, 거의 일정하게 되는 것을 알 수 있다. 표 6의 EPMA측정의 점분석 결과로부터, 고용한계(고체 용해도 한계)를 넘으면 모상중의 Ta의 함유량이 거의 일정이 되는 것을 알았지만, 이 비커스 경도시험의 결과는 모상 중의 Ta의 함유량이 거의 일정하게 되고, 고용(固溶)강화가 더 이상 진행되지 않는 것에 의한 것으로 생각된다.
또, 비커스 경도와 격자정수의 상관관계도 조사하였다. 표 7 및 도 10에 그 결과를 나타낸다. 표 7은 각 시료의 격자정수를 나타내는 표이고, 도 10은 Ta의 함유량과 비커스 경도 및 격자정수의 관계를 나타낸 그래프이다. 표 7 및 도 10에 나타내는 격자정수는 L12상의 결정격자의 격자정수이고, 도 6의 X선 측정 결과(비교예 시료 및 각 실시예 시료의 X선 회절 프로파일)로부터 산출하였다.
표 7 및 도 10을 참조하면, 비커스 경도의 상승에 따라서 격자정수가 커지는 경향에 있는 것을 알 수 있다. 즉, L12상에 Ta가 고용되면 격자 변형이 발생하고, 이 Ta의 고용강화에 의해 경도가 상승한 것으로 생각된다.
(3) 고온 비커스 경도시험
다음에, 각 시료에 대해서, 고온(300℃, 500℃, 600℃ 및 800℃)에서 비커스 경도시험을 실시하였다. 비커스 경도시험은 하중 1kg, 유지시간 20초로 실시하고, 환원 분위기 중(Ar+ 약 10%H2)에서 매분 10℃로 승온시켜서 측정하였다. 도 11에 상기 실온 비커스 경도시험의 결과와 함께 그 결과를 나타낸다. 도 11은 각 시료의 고온에 있어서의 비커스 경도의 변화를 나타내는 그래프이고, 비교예 시료 및 실시예 시료 2, 4 및 7에 대해서, 그 비커스 경도의 변화를 나타내고 있다. 도 11에 있어서, (1)이 비교예 시료, (2)가 실시예 시료 2, (3)이 실시예 시료 4, (4)가 실시예 시료 7의 비커스 경도를 나타내고 있다.
도 11을 참조하면, 모든 온도영역에서 비교예 시료보다도 실시예 시료 2, 4 및 7의 쪽이 딱딱한 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, Ni3(Si,Ti)합금에 Ta를 함유시키는 것에 의해， 전부의 온도영역에서 합금의 경도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
또, 이것들의 시료의 비커스 경도는 실시예 시료 2가 800℃에서 약 410Hv, 실시예 시료 7이 300℃에서 약 520Hv이고, 이들 시료는 실온 및 상기 고온의 온도범위에서 약 410Hv∼약 520Hv의 비커스 경도이었다.
또, 도 11을 참조하면, 모든 합금이 경도의 역온도 의존성을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 이것들의 합금은 온도가 상승하면 그 경도가 반대로 상승하는 성질을 구비하는 것을 알 수 있다. 통상의 합금은 온도가 상승과 함께 비커스 경도의 값이 작아지지만, 실시예 시료는 비교예 시료 마찬가지로, 특이적인 성질을 나타내고 있다.
또, 800℃에서의 연화량을 비교하면, 실시예 시료 2 및 4보다도 실시예 시료 7의 이 그 연화량이 큰 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, L12 단상조직이 제2상을 가지는 조직(2상 조직)보다도 고온경도 특성이 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
(4) 실온 인장시험
다음에, 각 시료에 대해서, 인장시험을 실시하였다. 인장시험은 게이지부가 10×2×1㎣의 시험편을 사용하고, 실온, 진공 중, 변형속도 1.66×10-4s-1의 조건으로 실시하였다. 그 결과를 도 12에 나타낸다. 도 12는 시료의 Ta함유량과 인장강도(Tensile Strength), 0.2% 내력(0.2% Proof Stress) 및 연신(Elongation)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12에 있어서, 횡축이 각 시료의 Ta함유량(at.%)을 나타내고, 종축 왼쪽이 인장강도 또는 0.2% 내력(MPa), 종축 오른쪽이 연신(%)을 나타내고 있다.
도 12를 참조하면, 비교예 시료보다도 실시예 시료 1∼7의 쪽이 인장강도 및 0.2%내력 모두 우수하다는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, Ni3(Si,Ti) 합금에 Ta를 함유시키는 것에 의해， 합금의 인장강도 및 0.2% 내력을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 이 합금에 Ta를 함유시키는 것에 의해， 최대로 약 200MPa, 인장강도 및 0.2% 내력이 향상하였다.
또, 도 12를 참조하면, 비교예 시료 및 실시예 시료 1∼6은 모두 약 30%의 연신을 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 예를 들면 특허문헌 2(일본 공개특허공보 H05-320794)에 기재된 Ni3(Si,Ti) 합금은 그 연신이 1∼6% 또는 12∼24%이고, 이러한 종래의 금속간 화합물과 비교해도, 이것들의 합금이 기계요소의 구조재료로서 충분한 연성을 구비하는 것을 알 수 있다. 한편, 실시예 시료 7은 실시예 시료 1∼6과 비교해서 0.2% 내력이 향상하지만, 인장강도 및 연신이 저하하고 있다는 것을 알 수 있다.
이 결과로부터, (1) Ni3(Si,Ti) 합금에 Ta를 함유시키는 것에 의해， 합금의 연신은 약간 감소하지만, 약 30%의 연신을 유지하는 점, 및 (2) Ta함유량이 7at.%에 도달하면, 인장강도 및 연신이 저하하는 점이 분명하게 되었다.
다음에, 상기 인장시험 후, 각 시료에 대해서, 그 파단면을 관찰하였다. 도 13에 그 결과를 나타낸다. 도 13은 인장시험 후의 비교예 시료 및 실시예 시료 5 및 7의 파단면을 나타내는 사진이고, 도 13의 (1)이 비교예 시료, (2)가 실시예 시료 5, (3)이 실시예 시료 7의 파단면을 나타내고 있다.
도 13을 참조하면, 비교예 시료가 딤플형상의 연성파면을 나타내고, 실시예 시료 5에서도 딤플형상의 파괴 형태이지만, 그것들의 요철은 얕은 파면을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 또 실시예 시료 7에서는 특유한 결정면에서 파단하는 취성적인 파면을 나타내는 영역이 많은 것을 알 수 있다. 이 관찰로부터, Ni3(Si,Ti) 합금에 Ta를 함유시키면, 파괴 형태가 변화되지만, 연신이 유지된 상태에서 인장강도가 향상하는 것을 알았다. 또 Ta함유량이 7at.%에 도달하면, 추가로 파괴형태가 변화되고, 인장강도가 저하되는 것을 알 수 있었다. 이것은 제2상의 영향으로 생각된다.
(5) 내산화성 시험
다음에, 각 시료에 대해서 내산화성 시험을 실시하였다. 내산화성 시험은 TG-DTA(Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)에 의해서 실시하였다. 구체적으로는 900℃에서 대기 폭로하였을 때의, 시료의 단위 표면적당의 질량 증가량을 측정하는 것에 의해서 실시하였다. 도 14에 그 결과를 나타낸다.
도 14는 비교예 시료 및 실시예 시료 2, 4 및 7의 내산화성 시험에 의한 질량 증가량과 시간과의 관계를 나타내는 그래프이고, 비교예 시료, 실시예 시료 2, 실시예 시료 4 및 실시예 시료 7의 내산화성 시험결과를 나타내고 있다.
도 14를 참조하면, 비교예 시료보다도 실시예 시료 2 및 4가 산화에 의한 질량 증가량이 작은 것을 알 수 있다. 예를 들면, 1000분을 넘으면, 실시예 시료 4, 실시예 시료 2, 비교예 시료, 실시예 시료 7의 순서로 질량 증가량이 작아지고 있다. 실시예 시료 2 및 4이 단상조직인 사실로부터, Ni3(Si,Ti) 합금에 Ta를 함유시켜서 단상조직을 형성시키면, 내산화성이 향상하는 것을 알 수 있다.
(6) 마모시험
다음에, 각 시료에 대해서 마모시험을 실시하였다. 이 실증실험 2에서 실시한 마모시험은 핀온디스크식 마모시험이고, 그 시험방법을 도 15에 나타낸다.
도 15는 핀온디스크식 마모시험을 설명하기 위한 개념도이다.
도 15에 나타내는 바와 같이 핀온디스크식 마모시험은 디스크(1) 상에 평가 대상의 핀(2)를 배치하고, 핀(2)의 일단으로부터 하중을 첨가한 상태에서, 핀(2)의 타단을 디스크(1)의 미끄러운면(도 15의 상면)에 접촉시키는 동시에, 디스크(1)을 회전시켜서, 핀의 내마모성을 평가하는 시험이다. 디스크에는 카바이드(G5)을 사용하고, 핀(2)는 각 시료로 원주상으로 형성하였다. 구체적으로는, 높이가 15mm(도 15에 나타내는 H), 직경이 5mm(도 15에 나타내는 D)의 원주상의 핀(2)를 디스크 의 중심으로부터 15mm의 거리(도 15에 나타내는 X)에 배치해서 시험을 실시하였다. 핀온디스크식 마모시험은 실온(약 25℃), 대기분위기 중에서, 하중 100N, 회전수 300rpm, 시험시간 30분, 총 미끄럼 거리 1413.7m 조건으로 실시하였다. 시험은 윤활유를 채용하지 않는 건조 마모시험으로 하였다. 내마모성은 상기 총 미끄럼 거리 후의 핀의 질량 및 체적의 감소량으로 평가하였다. 표 8에 그 결과를 나타낸다.
표 8은 각 시료의 마모에 의한, 마모량, 마모 체적감소율 및 내마모비를 나타내는 표이다. 여기에서, 표 8에 있어서, 마모량(Wear mass loss)은 마찰시험에 의한 핀의 질량감소량을 나타내고, 마모 체적감소율(Wear volume loss rate)은 미끄럼 거리에 대한 핀의 체적감소량(단위거리당의 핀의 체적감소량)을 나타내고 있다. 또 내마모비는 비교예 시료를 1로 하였을 때의 각 시료의 내마모성의 양부를 나타내는 비(지표)이다.
또, 표 8의 내마모비의 결과를 도 16에 나타낸다. 도 16은 각 시료의 내마모비를 나타내는 그래프이다. 여기에서, 내마모비는 표 8의 각 시료의 마모 체적감소량을 비교예 시료의 그것으로 나누어서 얻은 값의 역수이고, 이 값이 클 수록 내마모성이 뛰어나다는 것을 의미한다.
도 16을 참조하면, Ni3(Si,Ti) 합금에 Ta를 함유시키는 것에 의해， 실온에 있어서의 합금의 내마모성이 향상하는 것을 알 수 있다. 특히 Ta함유량이 4at.% 이상에서 합금의 내마모성이 현저하게 향상하고 있다. 실온에 있어서의 합금의 내마모성은 경도에 크게 의존하고 있는 것으로 생각되지만, 도 16의 결과로부터, Ta함유량이 2at.% 보다 많고 4at.% 이하의 범위에서, 내마모성이 크게 변화되는 것을 알 수 있다.
이상의 실증실험 2로부터, 실증실험 1과 마찬가지로, 실시예 시료가 비교예 시료보다도 뛰어난 경도(강도) 특성을 구비하는 것이 실증되었다. 또, 이 실증실험 2에 의해, 실시예 시료가 고온에 있어서도 비교예 시료보다 뛰어난 경도(강도) 특성을 구비하고, 특히 단상조직의 경우, 인장강도나 내산화 특성이 뛰어나다는 것이 실증되었다. 또, Ta함유량이 2at.% 보다 많을 경우에 내마모성이 뛰어나다는 것도 실증되었다.
(산업상의 이용 가능성)
이 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은 상온에 있어서, 뛰어난 경도를 나타내는 동시에, 내마모성이 우수하므로, 본 발명에 의하면, 슬라이딩부품에 적합한 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물을 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은 종래의 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물과 동등 또는 그 이상의 연성을 유지하므로, 본 발명에 의하면, 기계구조물로서의 특성이 우수한 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물을 제공 할 수 있다.
또, 이 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물은, 상온뿐만 아니라, 고온에 있어서도 뛰어난 경도를 유지하므로, 고온용의 기계요소의 재료에 매우 유용하고, 또한 내산화 특성도 뛰어나므로, 산화하기 쉬운 고온환경에서 보다 유용하다.
Claims (9)
10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 1.5 이상 7.5 미만 원자%의 Ti, 2.0 보다 많고 8.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 500 이하 중량ppm의 B를 함유하고,
L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과, Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지며,
실온에서 800℃의 온도범위에 있어서의 비커스 경도가 410∼520인 것을 특징으로 하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물.
L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과, Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지며,
실온에서 800℃의 온도범위에 있어서의 비커스 경도가 410∼520인 것을 특징으로 하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물.
제 1 항에 있어서, 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 1.5 이상 5.5 이하 원자%의 Ti, 4.0 이상 8.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물.
제 1 항에 있어서, 10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 2.5 이상 5.5 이하 원자%의 Ti, 4.0 이상 7.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물.
10.0 이상 12.0 이하 원자%의 Si, 2.5 이상 6.5 이하 원자%의 Ti, 3.0 이상 7.0 이하 원자%의 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하고,
L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과 Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지며,
하중 300g에서 측정한 비커스 경도가 410∼520인 것을 특징으로 하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물.
L12상으로 이루어지는 조직, 또는 L12상과 Ni 및 Ta를 포함하는 제2상 분산물로 이루어지는 조직을 가지며,
하중 300g에서 측정한 비커스 경도가 410∼520인 것을 특징으로 하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물.
제 4 항에 있어서, 10.0∼12.0원자%의 Si, 및 합계로 9.0∼11.5원자%의 Ti 및 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 100 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물의 Ta최대 함유량이 6.0원자%인 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 합계로 19.0∼21.5원자%의 Si,Ti 및 Ta, 잔부가 불순물을 제외하고 Ni로 이루어지는 합계 100 원자%의 조성을 가지는 금속간 화합물의 중량에 대해서, 25 이상 500 이하 중량ppm의 B를 함유하는 Ni3(Si,Ti)계 금속간 화합물.
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