JP2000290741A - 高融点超合金とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｎｉ基超合金を上回る特性を有し、これを比
較的安価に実現することも可能な、新しい高融点超合金
を提供する。 【解決手段】 イリジウム又はロジウムもしくはその両
方をベースに、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バ
ナジウム、ニオブ、及びタンタルからなる金属群から選
択される１種以上の金属とともに、ニッケルを少なくと
も含み、組織中にｆｃｃ相及びＬｌ_２相の両相が少なく
とも形成されており、Ｌｌ_２相は２０〜８０体積％であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、高融点超
合金に関するものである。さらに詳しくは、この出願の
発明は、発電用ガスタービン、ジェットエンジン、ロケ
ットエンジンなどの高温機器等の材料として有用な、高
温強度とともに延性も良好なものとした新しい高融点超
合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】発電用ガスタービン、ジェッ
トエンジン、ロケットエンジンなどの高温機器に用いら
れるタービンブレードやタービンベーンは高温・高応力
下で使用される。従来、これらタービンブレードやター
ビンベーンには、高い耐熱性を有し、高温強度にも優れ
たＮｉ基超合金が適用されているが、その使用温度は年
々過酷になってきている。それと言うのも、燃焼ガス温
度を高めることが、高温機器の出力及び熱効率をさらに
高めるのに最も効果的な対応だからである。したがっ
て、タービンブレードやタービンベーンには、高温強度
を改善することが望まれ、これはとりもなおさず、ター
ビンブレードやタービンベーンに適用される材料の高温
強度の改善が必要不可欠であることを意味する。Ｎｉ基
超合金の実質的な強度を有する耐用温度はおよそ１１０
０℃である。この温度以上においても使用可能で、しか
もそれを比較的安価に実現することのできる新しい材料
が開発されれば、実用上きわめて有望である。

【０００３】高温強度に優れたＮｉ基超合金について
は、これまでにも、耐酸化性、耐腐食性等の向上のため
に様々な検討が行われてきており、たとえばこの出願の
発明者らによっても、０．１〜５原子％のイリジウム
（Ｉｒ）を添加して、γ相およびγ′相中にイリジウム
が固溶して固溶強化されたＮｉ基超合金によって、高温
強度とともに、耐高温腐食性を改善することが提案され
ている（特開平１０−１８３２８１号公報）。

【０００４】一方、この出願の発明者らは、高い耐用温
度の高温強度特性と優れた耐酸化特性を有する合金とし
てイリジウム、ロジウム、またはこれらの混合物に、ニ
オブ、タンタル、チタン、アルミニウム等を添加してＦ
ＣＣ構造とＬｌ_２構造との二つの結晶構造を持つ高融点
合金もすでに提案している（特開平８−３１１５８４号
公報）。しかしながら、これらの高融点合金は、強度の
向上とともにどうしても延性が低下し、実用耐熱材料と
しては課題が残されていた。

【０００５】また、このようなイリジウム基合金、ロジ
ウム基合金については、その原料価格が高く、汎用性の
点で難点がある。その意味でも、比較的安価で取扱いや
すいＮｉ基超合金には利点がある。だが、従来のＮｉ基
超耐熱合金の場合には、融点である１３００℃を超えて
の利用は不可能である。

【０００６】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、高温機器の出力及び熱効率を
さらに向上させることのできる、高温強度とともに延性
の点においても従来のＮｉ基超合金を上回る特性を有
し、これを比較的安価に実現することも可能な、新しい
高融点超合金を提供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この出願の発明の発明者
らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を加えたとこ
ろ、融点が高く、高温で高強度を持ち、また、耐酸化性
に優れたイリジウム基超合金（融点２４４７℃）又はロ
ジウム基超合金（融点１９６０℃）と、これらに比べ軽
量で延性に優れ、安価でもあるニッケル、又はニッケル
基合金（密度８．９ｇ／ｃｍ^３（ｃｆ．イリジウム基超
合金：２２．４ｇ／ｃｍ^３、ロジウム基超合金：１２．
４４ｇ／ｃｍ^３））を添加配合、又は混合し、溶製する
ことにより、組織中にｆｃｃ相及びＬｌ_２相の両相が形
成され、ｆｃｃ構造を持つ母相中にＬｌ_２構造を持つ析
出物が整合析出した超合金が得られ、これらの超合金
は、高温強度及び耐酸化性に優れるばかりでなく、比較
的軽量で、延性をも有することを見出し、この出願の発
明を完成した。

【０００８】すなわち、この出願の発明は、第１には、
次の組成、 ＜Ａ＞ニッケル：５〜６５原子％ ＜Ｂ＞チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ム、ニオブ、およびタンタルの群から選択される１種以
上の金属：５〜２０原子％ ＜Ｃ＞イリジウムまたはロジウム、もしくはその両者：
３０〜７５原子％ を有し、母相のｆｃｃ相中にＬｌ_２相が析出されてい
て、Ｌｌ_２相の体積が２０〜８０％であることを特徴と
する高融点超合金を提供する。

【０００９】また、第２には、この出願の発明は、前記
組成について、 ２０原子％ ≦ ＜Ａ＞＋＜Ｂ＞ ≧ ７０原子％ である高融点超合金を提供し、第３には、成分＜Ｃ＞が
イリジウムの場合、その原子比が ０．３ ≦ ＜Ａ＞／＜Ｂ＞ ≦ ８ である高融点超合金を、第４には、成分＜Ｃ＞がロジウ
ムである場合、その原子比が ０．２５ ≦ ＜Ａ＞／＜Ｂ＞ ≦ １２ である高融点超合金を提供する。

【００１０】さらにこの出願の発明は、第５には、次の
組成 ＜Ａ＞ ニッケル： ４〜８６原子％ ＜Ｂ＞ チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ム、ニオブ、およびタンタルの群から選択される１種以
上の金属：０．５〜２０原子％ ＜Ｃ＞ イリジウム、またはロジウム、もしくはその両
者：４〜８６原子％ ＜Ｄ＞ アルミニウム：０．４〜２０原子％ を有し、母相のｆｃｃ相中にＬｌ_２相が析出されてい
て、Ｌｌ_２相の体積が２０〜８０％である高融点超合金
を提供し、第６には、この組成について、 ＜Ａ＞＋＜Ｃ＞ ≧ ７５原子％ ＜Ｂ＞＋＜Ｄ＞ ≦ ２５原子％ である高融点超合金を提供する。

【００１１】またこの出願の発明は、第７には、高融点
超合金の製造方法として、イリジウムをベースに、チタ
ン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、
及びタンタルからなる金属群から選択される１種以上の
金属を添加したイリジウム基超合金と、ロジウムをベー
スに前記金属群から選択される１種以上の金属を添加し
たロジウム基超合金の少なくともいずれか一方に、ニッ
ケルを添加配合して溶製し、高融点超合金を製造するこ
とを特徴とする高融点超合金の製造方法を提供する。

【００１２】さらにこの出願の発明は、第８には、イリ
ジウムをベースに、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム、バナジウム、ニオブ、及びタンタルからなる金属群
から選択される１種以上の金属を添加したイリジウム基
超合金と、ロジウムをベースに前記金属群から選択され
る１種以上の金属を添加したロジウム基超合金の少なく
ともいずれか一方に、ニッケルをベースとし前記金属群
から選択される１種以上の金属、もしくはアルミニウム
を添加したニッケル基合金を混合して溶製し高融点超合
金を製造することを特徴とする高融点超合金の製造方法
を提供する。

【００１３】以下、この出願の発明の高融点超合金とそ
の製造方法についてさらに詳しく説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】この出願の発明に係わる高融点超
合金は、前記のとおりの特徴をもつものであるが、その
基本は、 ＜Ａ＞ニッケル：５〜６５原子％ ＜Ｂ＞チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ム、ニオブ、およびタンタルの群から選択される１種以
上の金属：５〜２０原子％ ＜Ｃ＞イリジウムまたはロジウム、もしくはその両者：
３０〜７５原子％ を有し、ｆｃｃ相とＬｌ_２相とが形成されていて、Ｌｌ
_２相の体積が２０〜８０％であることを特徴としてい
る。そして、母相ｆｃｃ相中にＬｌ_２相が析出してい
る。

【００１５】この組成においては、製造時の原料や製造
工程において混入される不可避的不純物の存在が許容さ
れてよいことは言うまでもない。組成における残部とし
ての成分＜Ｃ＞イリジウムまたはロジウム、もしくはそ
の両者の割合は、実質的には３０〜７５原子％となる。
そして、この発明の高融点超合金においては、前記成分
＜Ａ＞＜Ｂ＞＜Ｃ＞が上記の原子％範囲外にある場合に
は、この発明の超合金の組成構成として欠かせない １）ｆｃｃ構造を持つ母相中にＬｌ_２構造を持つ析出物
が析出していること、そしてさらには、 ２）Ｌｌ_２構造を持つ析出相は、２０〜８０体積％を占
めていること との要件が満たされないため、所要の高温強度ととも
に、期待される延性の向上効果は得られないことにな
る。

【００１６】なかでも、この発明においては、高温強度
とともに延性の向上を図るためには、前記組成成分＜Ａ
＞＜Ｂ＞＜Ｃ＞について、成分＜Ａ＞と成分＜Ｂ＞との
和が２０〜７０原子％の範囲にあること、また、成分＜
Ｃ＞がイリジウム（Ｉｒ）の場合、原子比が、 ０．３≦＜Ａ＞／＜Ｂ＞≦８ であり、成分＜Ｃ＞がロジウムの場合、原子比 ０．２５≦＜Ａ＞／＜Ｂ＞≦１２ とすることが望ましい。

【００１７】また、成分＜Ｂ＞のチタン、ジルコニウ
ム、ハフニウム、バナジウム、ニオブおよびタンタルに
ついては、なかでも、ニオブ、タンタル、チタンがより
好適なものとして挙げられる。これらの高融点超合金
は、所定の組成となるように合金構成元素材料を混合し
て溶製することや、より実際的には、イリジウムをベー
スに、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ム、ニオブ、及びタンタルからなる金属群から選択され
る１種以上の金属を５〜２０原子％添加したイリジウム
基超合金と、ロジウムをベースに前記金属群から選択さ
れる１種以上の金属を添加したロジウム基超合金の少な
くともいずれか一方に、ニッケルを添加配合し、溶製す
ることにより製造される。

【００１８】また、これらの高融点超合金は、イリジウ
ムをベースに、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バ
ナジウム、ニオブ、及びタンタルからなる金属群から選
択される１種以上の金属を添加したイリジウム基超合金
と、ロジウムをベースに前記金属群から選択される１種
以上の金属を添加したロジウム基超合金の少なくともい
ずれか一方に、ニッケルをベースとして前記金属群から
選択される１種以上の金属を添加したニッケル基合金を
混合し、溶製することによっても製造される。

【００１９】そして、この出願の発明では、さらにアル
ミニウムが成分として添加されてもよい。この場合に
は、前記のとおり、 ＜Ａ＞ニッケル：４〜８６原子％ ＜Ｂ＞チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ム、ニオブ、およびタンタルの群から選択される１種以
上の金属：０．５〜２０原子％ ＜Ｃ＞イリジウムまたはロジウム、もしくはその両者：
４〜８６原子％ ＜Ｄ＞アルミニウム：０．４〜２０原子％ の組成とし、＜Ａ＞＜Ｂ＞＜Ｃ＞＜Ｄ＞の和は１００原
子％となるようにしている。

【００２０】なかでも、 ＜Ａ＞＋＜Ｃ＞ ≧ ７５原子％ ＜Ｂ＞＋＜Ｄ＞ ≦ ２５原子％ であることがより好ましい。このアルミニウムを添加し
た合金は、四元素の新しいＮｉ系高融点超合金の可能性
を拓くものである。

【００２１】このアルミニウムを含有する合金の製造に
際しては、前記のニッケル基合金として、現在耐熱材料
として高温機器に適用されているニッケル−アルミニウ
ム（Ｎｉ−Ａｌ）合金が用いられてよい。製造方法にお
いての溶製は、その方式に特に制限はない。たとえば、
アーク溶解、及びその後に行われる組成を均一化する均
一化処理を一例として例示することができる。均一化処
理は、熱処理として行われるが、ｆｃｃ相中でのＬｌ_２
相の析出を整合のあるもの（整合析出）とするために
は、１８００℃程度までの高温熱処理が好適である。

【００２２】これらの製造方法により製造されるこの出
願の発明の高融点超合金は、上記の通りに、組織中にｆ
ｃｃ相及びＬｌ_２相の両相を有し、これら両相の形成に
より十分な強度が確保される。また、超合金における各
金属成分の組成比が大きな因子と考えられるが、ｆｃｃ
構造を持つ母相中にＬｌ_２構造を持つ析出物が整合析出
した二相整合組織が形成される。ここで、二相整合組織
とは、隣接する結晶格子の並びが途切れずに連続してい
る組織を言う。二相整合組織が形成されると、単にｆｃ
ｃ相及びＬｌ_２相の二相からなる超合金よりも強度が増
大する。母相と析出物の間の整合界面が転位の移動を妨
げるのがその原因ではないかと考えられる。このような
二相整合組織は、前記の製造方法において、原料とし
て、イリジウム基超合金とロジウム基超合金の少なくと
も一方と、ニッケル基合金を用い、しかもそれぞれがｆ
ｃｃ相とＬｌ_２相との二相整合組織を持つ場合により確
実に形成される。

【００２３】ｆｃｃ相及びＬｌ_２相は、必ずしも各々が
構成物質の種類において１種類ずつである必要はない。
この出願の発明の高融点超合金は、上記の通りの多元合
金であるため、存在濃度の異なる数種類のｆｃｃ相とＬ
ｌ_２相が混在することも可能である。これらｆｃｃ相及
びＬｌ_２相の両相が形成した組織において、Ｌｌ_２相
は、体積率で２０〜８０％とするのが好ましい。下限を
下回る場合には強度の低下が見られる。一方、上限はこ
れを上回っても構わないが、そのような超合金を作製す
るのはかなり難しくなる。

【００２４】そして、この出願の発明の高融点超合金
は、前記の製造方法において、イリジウム基超合金、ロ
ジウム基超合金、そしてニッケルまたはニッケル基合金
を原料として用いる場合には、用いる場合のイリジウム
基超合金又はロジウム基超合金と、ニッケル又はニッケ
ル基合金の特性をそれぞれ独立して発現することができ
る。つまり、この出願の発明の高融点超合金は、イリジ
ウム基超合金やロジウム基超合金が持つ高融点、高温高
強度、及び優れた耐酸化性とともに、ニッケル又はニッ
ケル基合金が持つ軽量かつ優れた延性を全て示すのであ
る。また、ニッケル又はニッケル基合金の存在によって
この出願の発明の高融点超合金は、比較的安価ともな
る。

【００２５】イリジウム基超合金又はロジウム基超合金
それ自体の原子％に換算して含有量が５０原子％以下を
含む高融点超合金は、軽量であり、タービンブレード等
の回転部材として有効と考えられ、一方、含有量がそれ
よりも多い場合には、より高温で使用される部材への適
用が有望視される。次にこの出願の発明の高融点超合金
とその製造方法の実施例を示す。

【００２６】

【実施例】（実施例１）イリジウム−１５ニオブ（Ｉｒ
−１５ａｔ％Ｎｂ）合金及びニッケル（Ｎｉ）を配合
し、真空炉中でアルゴン雰囲気下にアーク溶解して、表
１に示した組成を有するＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤの４種類の
超合金（インゴット）を製造した。

【００２７】

【表１】

【００２８】このインゴットから高さ６ｍｍ、直径３ｍ
ｍの供試片を切り出し、これを、５×１０^−７ｔｏｒｒ
の真空炉内で１３００℃、１週間の時効処理を行った。
そして、供試片に形成した相をＸ線回折分析（ＸＲＤ）
及びエネルギー分散型Ｘ線分析器（ＥＤＡＸ）で決定し
た。その結果、表１の超合金Ａ及びＢは、ｆｃｃ相及び
Ｌｌ_２相の二相のみからなる組織を有していた。特に、
超合金Ａには、ｆｃｃ構造を持つ母相中にＬｌ_２構造を
持つ析出物が整合析出した二相整合組織が形成されてい
た。ｆｃｃ相はＩｒからなり、Ｌｌ_２相はＩｒ_３Ｎｂか
らなっていた。また、これらいずれにもＮｉが固溶して
いた。一方、超合金Ｃ及びＤは、上記二相の他に、斜方
晶系に属するδ相（（Ｉｒ，Ｎｉ）_１１Ｎｂ_９）が第三
の相として確認された。なお、いずれの超合金において
もＬｌ_２構造を持つＩｒ_３Ｎｂは、体積率で２０〜８０
％の範囲内に収まっていた。また、Ｌｌ_２相はｆｃｃ相
中に析出していた。

【００２９】図１ａ〜ｄは、各々、供試片の光学顕微鏡
写真である。超合金Ａでは樹枝状組織（図１ａ）が、超
合金Ｂ、Ｃ、及びＤでは微細組織（図１ｂ、ｃ、及び
ｄ）が形成している。また、Ｎｉの配合量が増加するに
したがって組織が厚く、粗くなっていることも確認され
る。そして、上記供試材について、圧縮試験（大気中、
応力速度３．０×１０^−４ｓ^−１）を室温から１２００
℃までにおいて行った。その結果を示したのが図２のグ
ラフである。

【００３０】この図２のグラフから明らかなように、超
合金Ａの圧縮強度は、室温ではＩｒ−１５ａｔ％Ｎｂの
ほぼ２倍であり、１２００℃ではＩｒ−１５ａｔ％Ｎｂ
と同等である。超合金Ｂ、Ｃ、及びＤの圧縮強度は、室
温及び１２００℃ともにＩｒ−１５ａｔ％Ｎｂの圧縮強
度を下回る。だが、いずれの超合金の圧縮強度も、高温
機器に適用されていたＮｉ基超合金よりは高い。

【００３１】また、いずれの超合金においてもＮｉの添
加により延性が改善されている。特に、超合金Ｂは、お
よそ１３％であり、Ｉｒ−１５ａｔ％Ｎｂの延性をはる
かに凌いでいる。Ｉｒ−１５ａｔ％Ｎｂ合金よりも実用
性が高いと認められる。しかもＮｉは、Ｉｒは一部置換
するため、超合金中のＩｒ量を低減することができ、低
価格化が図られる。この点においても実用性の高さが確
認される。 （実施例２）イリジウム基超合金としてイリジウム−２
０ニオブ（Ｉｒ−２０ａｔ％Ｎｂ）合金及びイリジウム
−２０タンタル（Ｉｒ−２０ａｔ％Ｔａ）合金を、ま
た、ニッケル基合金としてニッケル−１６．８アルミニ
ウム（Ｎｉ−１６．８ａｔ％Ａｌ）合金を選択し た。
これらイリジウム基超合金及びニッケル基合金の比率を
Ｉｒ基超合 金：Ｎｉ基超合金＝２５：７５（Ａ群）、
５０：５０（Ｂ群）、７５：２５（Ｃ群）とし、合計６
種類の以下の表２に示す組成の４元合金をアルゴン雰囲
気中でアーク溶解により作製した。

【００３２】

【表２】

【００３３】これら６種類の４元合金について、実施例
１と同様の相決定及び組織観察を行った。その結果、Ａ
群及びＣ群の４種類の超合金には、ｆｃｃ相（（Ｉｒ，
Ｎｉ））と２種類のＬｌ_２相（（Ｎｉ，Ｉｒ）_３（Ａ
ｌ，Ｎｂ）及び（Ｉｒ，Ｎｉ）_３（Ｎｂ，Ａｌ）、又は
（Ｎｉ，Ｉｒ）_３（Ａｌ，Ｔａ）及び（Ｉｒ，Ｎｉ）_３
（Ｔａ，Ａｌ））からなる二相整合組織が形成してい
た。一方、Ｂ群の２種類の超合金では、Ａ群及びＣ群の
超合金と同じｆｃｃ相と２種類のＬＩ_２相による二相整
合組織が形成されていたが、Ｂ２相（（Ｉｒ，Ｎｉ）
（Ａｌ，Ｎｂ）又は（Ｉｒ，Ｎｉ）（Ａｌ，Ｔａ））が
他に認められた。

【００３４】なお、上記組成式において、たとえば、
（Ｎｉ，Ｉｒ）_３（Ａｌ，Ｎｂ）は、Ｉｒ及びＮｂを含
有するＮｉ_３Ａｌで、ＩｒがＮｉを、また、ＮｂがＡｌ
をそれぞれ一部置換していることを意味している。他の
組成式も同様の標記方式を採用している。図３ａ〜ｃ
は、各々、Ａ群、Ｂ群、及びＣ群に属するＩｒ−Ｎｂ−
Ｎｉ−Ａｌ４元合金の組織を示した二次電子像である。

【００３５】超合金Ａでは、ｆｃｃ相、及びＩｒ及びＮ
ｂを含むＮｉ_３Ａｌの第１のＬｌ_２相が観察された。超
合金Ｂ及びＣでは、より大きなＬｌ_２相が析出してい
る。Ｂ２相は、上記の通りに、超合金Ｂのみに観察され
た。これら３つの超合金Ａ〜Ｃでは、Ｉｒ及びＮｂを含
むＮｉ_３Ａｌの第１のＬｉ_２相とともに、Ｎｉ及びＡｌ
を含むＩｒ_３Ｎｂの小さな第２のＬｌ_２相が、ｆｃｃ母
相の中に確認された。

【００３６】次いで、作製した合金を真空中１３００℃
及び１４００℃で１週間時効処理を行い、再び、組織観
察した。１３００℃の時効処理を行った超合金には、２
種類の小さな第２のＬｌ_２相がｆｃｃ母相から析出し
た。超合金Ｂ及びＣの相解析の結果、この第２のＬｌ_２
相は、第１のＬｌ_２相よりもＮｉを多く含んでいること
が確認された。超合金Ａでは、第１のＬｌ_２相には２３
ａｔ％のＩｒが含まれていた。母相中のＩｒ量は、超合
金のＩｒ量に伴って増加する。一方、母相中のＮｂ量
は、ほぼ５ａｔ％のレベルにある。１４００℃の時効処
理後には、より大きな第１のＬｌ_２相に加え、ｆｃｃ相
中に異なる形状及びサイズの第２のＬｌ_２相が多量に形
成した。また、超合金Ｂでは、Ｂ２相が消失した。この
ことから、超合金ＢにおけるＢ２相の融点が１４００℃
であると考えられる。そして、いずれの超合金において
もＬｌ_２相は、ｆｃｃ相中に析出し、体積率で２０〜８
０％の範囲内に収まっていた。

【００３７】以上の組織観察結果は、Ｉｒ−Ｔａ−Ｎｉ
−Ａｌ４元合金についても同様であった。次いで、上記
６種類の４元合金を１４００℃に１週間加熱し、１２０
０℃における圧縮強度を測定した。その結果を示したの
が、図４及び図５の相関図である。

【００３８】これら図４及び図５図中には、比較のため
に、従来のＮｉ基超合金（ＭａｒＭ２４７）、及びＩｒ
−１５ａｔ％Ｎｂ、Ｉｒ−２０ａｔ％Ｎｂのイリジウム
基超合金の強度も合わせて示した。４元合金のいずれ
も、高温機器に適用されていたＮｉ基超合金に比べ、高
い圧縮強度を示した。一方、これら４元合金の圧縮強度
は、Ｉｒ−Ｎｂよりも低い。しかしながら、延性は、ニ
ッケル基合金の混合により、最低でも１８％、最高で８
９％が得られ、改善されている。Ｉｒ−１５ａｔ％Ｎｂ
よりも実用性が高いと認められる。

【００３９】また、図４からは、４元合金の圧縮強度
は、イリジウム基超合金の添加成分であるＮｂ又はＴａ
の添加量が多くなるにつれて増大することも確認され
る。 （実施例３）Ｒｈ_８５−ｘＮｂ_１５Ｎｉ_ｘ（Ｘ＝１０，
２０，３０，５０）の組成を有する４つの試料をアーク
溶解により作製し、各々のインゴットから高さ６ｍｍ、
直径３ｍｍの供試片を切り出した。この供試片には、真
空中（＜１０^−５Ｐａ）において１２００℃、１００時
間の時効処理を行った。そして、圧縮試験（大気中、応
力速度３．０×１０^−４ｓ^−１）を２０〜１２００℃に
おいて行った。試験中に均一な温度分布が得られるよう
に、各供試片を炉中で１２〜２０分間試験温度まで加熱
し、負荷開始前に５分間その温度に保持した。圧縮強度
は、試験前後の供試材の高さの変化から算出した。

【００４０】また、超合金の組織を走査電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）及び透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察し
た。走査電子顕微鏡観察を行った供試片については、５
％ＨＣｌのエチルアルコール溶液で電子研磨した。熱処
理後の超合金の結晶構造及び相組成は、Ｘ線回折分析
（ＸＲＤ）及びエネルギー分散型Ｘ線分析器（ＥＤＡ
Ｘ）で決定した。

【００４１】 ｂのＬｌ_２相の二相のみからなる組織を有していた。特
に、Ｘ＝１０のＲｈ_{７５Ｎｂ １５}Ｎｉ_１０超合金には、
ｆｃｃ構造を持つ母相中にＬｌ_２構造を持つ析出物が整
合析出した二相整合組織が形成されていた。一方、Ｘ＝
５０のＲｈ_３５Ｎｂ_１５Ｎｉ_５０超合金には、斜方晶系
に属するγ″相（（Ｎｉ，Ｒｈ）_３Ｎｂ）も確認され
た。Ｒｈ_３Ｎｂに含まれるＮｉの含有量は、Ｒｈ_７５Ｎ
ｂ_１５Ｎｉ_１０（Ｘ＝１０）の４．８ａｔ％からＲｈ
_３５Ｎｂ_１５Ｎｉ_５０（Ｘ＝５０）の１９．６ａｔ％ま
でであった。また、いずれの超合金においてもＬｌ_２相
は、ｆｃｃ相中に析出され、体積率で２０〜８０％の範
囲内に収まっていた。

【００４２】図６は、１２００℃で１００時間熱処理し
た超合金の顕微鏡写真である。図６のａ〜ｄは、各々、
Ｒｈ_８５−ｘＮｂ_１５Ｎｉ_ｘ（Ｘ＝１０，２０，３０，
５０）の組成に対応しているが、いずれの超合金におい
ても樹枝状組織が形成している。また、これらａ〜ｄの
比較から、実施例１と同様に、Ｎｉの配合量が増加する
にしたがって組織が粗くなっていることが確認される。

【００４３】図７は、Ｒｈ_８５−ｘＮｂ_１５Ｎｉ_ｘ超合
金の圧縮強度及び延性をＮｉの含有量との関係において
示した相関図である。この図７には、比較のために、Ｒ
ｈ−１５ａｔ％Ｎｂ合金のデータも合わせて示してい
る。室温では、Ｎｉを添加した超合金は、Ｒｈ−Ｎｂ二
相合金に比べ高い圧縮強度を示す。１２００℃では、Ｒ
ｈ_７５Ｎｂ_１５Ｎｉ_１０（Ｘ＝１０）が４７３ＭＰａ
と、Ｒｈ−Ｎｂ二相合金の圧縮強度を上回るが、Ｎｉの
含有量の増加につれて低下する。だが、いずれの超合金
の圧縮強度は、高温機器に適用されていたＮｉ基超合金
よりは高い。

【００４４】室温延性についても、Ｎｉを添加した超合
金は、Ｒｈ_５５Ｎｂ_１５Ｎｉ_３０（Ｘ＝３０）の組成に
おいてＲｈ−Ｎｂ二相合金に匹敵するものの、これ以外
では低い値を示す。しかしながら、最低でも１１％（Ｒ
ｈ_７５Ｎｂ_１５Ｎｉ_１０（Ｘ＝１０））であり、実施例
１に示したＩｎベースの超合金以上の室温延性を有す
る。 （実施例４）実施例２において、イリジウムに代え、ロ
ジウムを超合金の構成成分に採用した他は、同様に超合
金を作製し、その相決定及び組織観察とともに、圧縮強
度及び延性を測定した。イリジウムについての実施例２
とほぼ同様に、高温機器に適用されていたＮｉ基超合金
に比べ、高い圧縮強度を示すとともに、延性が改善され
てもいる。 （実施例５）実施例１と同様にして次の２種の組成（原
子％）の合金を製造した。

【００４５】Ｒｈ_５０Ｉｒ_２５Ｎｂ_１５Ｎｉ_１０ Ｒｈ_２５Ｉｒ_５０Ｎｂ_１５Ｎｉ_１０ この２種の合金について圧縮強度（室温および１２００
℃での）と室温圧縮歪みとを測定し、すでに説明したこ
の発明のＲｈ_７５Ｎｂ_１５Ｎｉ_１０並びにＩｒ_７５Ｎｂ
_１５Ｎｉ_１０の高融点超合金と、さらに従来のＩｒ−Ｎ
ｂ_１５（Ｉｒ−１５ａｔ％Ｎｂ）の合金の場合と比較
し、その結果を図８に示した。

【００４６】この図８より、ＲｈとＩｒをともに含有す
るこの発明の超合金においては、Ｉｒ−Ｎｂ_１５の二元
系合金に比べて、室温では圧縮強度が２倍程大きく、１
２００℃ではほぼ同程度であること、つまり高温強度が
落ちていないことがわかる。また、室温圧縮歪みはＲｈ
量が多くなるほど改善されていることがわかる。図９お
よび図１０は、合金の破断面の観察写真と合金組織とを
示した写真であって、各々、次のものを示している。

【００４７】ａ：Ｒｈ_７５Ｎｂ_１５Ｎｉ_１０ ｂ：Ｒｈ_５０Ｉｒ_２５Ｎｂ_１５Ｎｉ_１０ ｃ：Ｒｈ_２５Ｉｒ_５０Ｎｂ_１５Ｎｉ_１０ ｄ：Ｉｒ_７５Ｎｂ_１５Ｎｉ_１０ 図９からは、いずれの合金も粒内破壊を示しており、粒
界破壊を起こして脆いＩｒ−Ｎｂ二元系合金の性質を改
善していることが確認された。

【００４８】また、図１０からは、いずれの場合も、第
三相が生成せずに、ｆｃｃ＋Ｌｌ_２の二相組織になって
いることが確認された。もちろんこの出願の発明は、以
上の実施例によって限定されるものではない。超合金の
組成、配合割合、作製方法等の細部については様々な態
様が可能であることは言うまでもない。

【００４９】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
明によって、Ｎｉ基超合金を上回る特性を有し、これを
比較的安価に実現することもできる、新しい高融点超合
金が提供される。高温機器の出力及び熱効率のさらなる
向上が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ、ｂ、ｃ、及びｄは、各々、実施例１におけ
る供試材の組織を示した光学顕微鏡写真である。

【図２】実施例１における供試材の圧縮強度及び延性を
Ｉｒ−１５Ｎｂとともに比較した棒グラフである。

【図３】ａ、ｂ、及びｃは、各々、実施例２におけるＩ
ｒ−Ｎｂ−Ｎｉ−Ａｌ４元合金の組織を示した二次電子
像写真である。

【図４】イリジウム基超合金の比率と実施例２で作製し
た超合金の圧縮強度との相関関係を示した相関図であ
る。

【図５】イリジウム基超合金におけるニオブ又はタンタ
ルの添加量と実施例２で作製した超合金の圧縮強度との
相関関係を示した相関図である。

【図６】ａ、ｂ、ｃ、及びｄは、各々、実施例３におけ
る供試材の組織を示した顕微鏡写真である。

【図７】実施例３で作製した超合金におけるニッケルの
含有量と圧縮強度及び延性との相関関係を示した相関図
である。

【図８】ＲｈおよびＩｒ含有のこの発明の超合金につい
て圧縮強度と室温圧縮歪みを示した図である。

【図９】この発明の超合金の破断面を示した写真であ
る。

【図１０】この発明の超合金の組織を示した写真であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 呂 芳一 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 中沢 静夫 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 原田 広史 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の組成、 ＜Ａ＞ニッケル：５〜６５原子％ ＜Ｂ＞チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
   ム、ニオブ、およびタンタルの群から選択される１種以
   上の金属：５〜２０原子％ ＜Ｃ＞イリジウムまたはロジウム、もしくはその両者：
   ３０〜７５原子％ を有し、母相のｆｃｃ相中にＬｌ_２相が析出されてい
   て、Ｌｌ_２相の体積が２０〜８０％であることを特徴と
   する高融点超合金。
2. 【請求項２】 成分＜Ａ＞と成分＜Ｂ＞との和が２０〜
   ７０原子％の範囲にある請求項１の高融点超合金。
3. 【請求項３】 前記組成成分＜Ａ＞＜Ｂ＞＜Ｃ＞につい
   て、成分＜Ｃ＞がイリジウムの場合、その原子比が、 ０．３≦＜Ａ＞／＜Ｂ＞≦８ であることを特徴とする請求項１または２の高融点超合
   金。
4. 【請求項４】 前記組成成分＜Ａ＞＜Ｂ＞＜Ｃ＞につい
   て、成分＜Ｃ＞がロジウムの場合、原子比が、 ０．２５≦＜Ａ＞／＜Ｂ＞≦１２ であることを特徴とする請求項１または２の高融点超合
   金。
5. 【請求項５】 次の組成 ＜Ａ＞ニッケル：４〜８６原子％ ＜Ｂ＞チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
   ム、ニオブ、およびタンタルの群から選択される１種以
   上の金属：０．５〜２０原子％ ＜Ｃ＞イリジウムまたはロジウム、もしくはその両者：
   ４〜８６原子％ ＜Ｄ＞アルミニウム：０．４〜２０原子％ を有し、母相のｆｃｃ相中にＬｌ_２相が析出されてい
   て、Ｌｌ_２相の体積が２０〜８０％であることを特徴と
   する高融点超合金。
6. 【請求項６】 前記成分＜Ａ＞＜Ｂ＞＜Ｃ＞＜Ｄ＞につ
   いて、 ＜Ａ＞＋＜Ｃ＞ ≧ ７５原子％ ＜Ｂ＞＋＜Ｄ＞ ≦ ２５原子％ であることを特徴とする請求項５の高融点金属。
7. 【請求項７】 請求項１ないし４のいずれかの高融点超
   合金の製造方法であって、イリジウムをベースに、チタ
   ン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、
   及びタンタルからなる金属群から選択される１種以上の
   金属を添加したイリジウム基超合金と、ロジウムをベー
   スに前記金属群から選択される１種以上の金属を添加し
   たロジウム基超合金の少なくともいずれか一方に、ニッ
   ケルを添加配合して溶製し、高融点超合金を製造するこ
   とを特徴とする高融点超合金の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれかの高融点超
   合金の製造方法であって、イリジウムをベースに、チタ
   ン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、
   及びタンタルからなる金属群から選択される１種以上の
   金属を添加したイリジウム基超合金と、ロジウムをベー
   スに前記金属群から選択される１種以上の金属を添加し
   たロジウム基超合金の少なくともいずれか一方に、ニッ
   ケルをベースとし前記金属群から選択される１種以上の
   金属、もしくはアルミニウムを添加したニッケル基合金
   を混合して溶製し、高融点超合金を製造することを特徴
   とする高融点超合金の製造方法。