JP2001200302A - METHOD FOR PRODUCING Ni-Al SERIES INTERMETALLIC COMPOUND - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING Ni-Al SERIES INTERMETALLIC COMPOUND

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JP2001200302A
JP2001200302A JP2000013277A JP2000013277A JP2001200302A JP 2001200302 A JP2001200302 A JP 2001200302A JP 2000013277 A JP2000013277 A JP 2000013277A JP 2000013277 A JP2000013277 A JP 2000013277A JP 2001200302 A JP2001200302 A JP 2001200302A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for sintering an Ni-Al series intermetallic compound capable of easily controlling the reacting process. SOLUTION: In the method for producing an intermetallic compound by subjecting a green compact of raw material metal powder to reaction sintering, in the meanwhile in which the green compact is heated to a sintering temperature, the same is isothermally held in a temperature range in which the solid phase reaction between metals occurs.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、Ni−A
l系金属間化合物の製造方法に関するものである。さら
に詳しくは、この出願の発明は、Ni−Al系金属間化
合物の生成時の反応過程を容易に制御することができる
新しいNi−Al系金属間化合物の製造方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The invention of this application relates to Ni-A
The present invention relates to a method for producing an l-type intermetallic compound. More specifically, the invention of this application relates to a new method for producing a Ni-Al-based intermetallic compound that can easily control a reaction process at the time of producing a Ni-Al-based intermetallic compound.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】金属間化合物は、複雑な結晶
構造を持つものが多く、概して固くて脆いために、実用
材料として単体で活用されることは少なかった。しか
し、近年になって検討が進むにつれて、従来知られてい
ない特異性が見出されるようになり、金属間化合物は機
能性材料として有望なものとなっている。
2. Description of the Related Art Many intermetallic compounds have a complicated crystal structure and are generally hard and brittle, so that they have rarely been used alone as practical materials. However, in recent years, as studies have progressed, specificities that have not been known until now have been found, and intermetallic compounds have become promising as functional materials.

【0003】この金属間化合物の製造方法の一つとして
は、従来より反応焼結法が有用なものとして広く用いら
れている。反応焼結法は、2種類以上の金属成分粉末、
あるいは金属成分粉末と雰囲気ガスとを焼結過程中に反
応させて焼結体とする焼結方法である。構成元素である
粉体の圧粉体に高熱を与えると、着火し、生成熱を発し
ながら合成反応が進行することになる。一般に焼結反応
は、数秒〜数10秒という極めて短い時間内で、200
0℃以上もの高温に達して終了する。このため、反応焼
結法においては、反応過程を制御することは、一般的
に、非常に困難なこととされていた。
As one of the methods for producing this intermetallic compound, a reaction sintering method has been widely used as a useful method. The reaction sintering method uses two or more metal component powders,
Alternatively, it is a sintering method in which a metal component powder and an atmosphere gas are reacted during a sintering process to form a sintered body. When high heat is applied to the green compact, which is a constituent element, the synthetic reaction proceeds while igniting and generating heat. Generally, the sintering reaction takes 200 seconds in a very short time of several seconds to several tens of seconds.
The process ends when the temperature reaches a high temperature of 0 ° C. or more. For this reason, in the reaction sintering method, it has been generally considered very difficult to control the reaction process.

【0004】そこで、これまでにも、比較的低温で反応
焼結させる方法(特開平5−263177、特開平9−
3503)が提案されている。しかしながら、実際は、
1000℃以上の高温での焼結反応であったり、焼結時
間が十数時間にもおよぶ長時間であったり、クラッド内
に被覆する等の処理を必要としたりするものであるた
め、高温加熱や長時間の処理、あるいは特別な処理が必
要であるなどの問題点があった。また、これらの提案さ
れている手段では、反応過程を制御するものとして満足
できるものではなかった。
[0004] Therefore, a method of reaction sintering at a relatively low temperature (JP-A-5-263177, JP-A-9-1997)
3503) has been proposed. However, in practice,
Since it is a sintering reaction at a high temperature of 1000 ° C. or more, a sintering time is as long as tens of hours, or a treatment such as coating inside a clad is required, There is a problem that processing for a long time or special processing is required. Also, these proposed means have not been satisfactory as controlling the reaction process.

【0005】だが、新たな金属間化合物を創製したり、
金属間化合物に機能性材料としてのさらなる性質を付与
したりするためには、最適な組成とプロセスとを設計
し、実行することが必要であるため、反応焼結時の反応
過程の制御を容易とすることが求められていた。
However, when a new intermetallic compound is created,
It is necessary to design and execute the optimal composition and process in order to impart further properties as a functional material to the intermetallic compound, so it is easy to control the reaction process during reaction sintering. Was required.

【0006】一方、この出願の発明者らは、Ni−Al
系金属間化合物を採り上げ、従来の反応焼結における熱
挙動を解明することを試みてきた。その結果、Ni−A
l系金属間化合物の反応過程には、固相Niと固相Al
との反応、Alの溶融反応、および固相Niと液相Al
との反応の3つの発・吸熱反応が含まれることが明らか
となり、そのうちの固相Ni−固相Alおよび固相Ni
−液相Alの反応における発熱は、Al粉末の粒径を調
整することによって制御できることがわかった。
[0006] On the other hand, the inventors of the present application disclose Ni-Al
We have tried to elucidate the thermal behavior in conventional reaction sintering by taking up intermetallic compounds. As a result, Ni-A
In the reaction process of the l-based intermetallic compound, solid phase Ni and solid phase Al
Reaction with Al, melting reaction of Al, solid phase Ni and liquid phase Al
It is evident that three exothermic and endothermic reactions are included in the reaction.
-It was found that the heat generation in the reaction of the liquid phase Al can be controlled by adjusting the particle size of the Al powder.

【0007】このような金属間化合物の反応焼結におけ
る熱挙動を、反応焼結過程においてさらに効果的に制御
することが可能となれば、金属間化合物の生産ラインに
耐熱性の高い設備を必要としないという実用的な利点だ
けでなく、さらには、反応系全体までをも制御容易とす
ることのできる可能性が開け、様々な分野で要求される
性能に合致した金属間化合物を作り出すことまでもが期
待できる。
If it becomes possible to more effectively control the thermal behavior of such an intermetallic compound during the reaction sintering in the reaction sintering process, it is necessary to provide a high heat-resistant facility in the production line of the intermetallic compound. In addition to the practical advantage of not having the same, it also opens the possibility of making the entire reaction system easily controllable, from creating intermetallic compounds that meet the performance required in various fields. Can be expected.

【0008】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点
を解消し、反応焼結の反応過程を容易に制御することが
できる新規なNi−Al系金属間化合物の製造方法を提
供することを課題としている。
Accordingly, the invention of this application has been made in view of the circumstances described above, and solves the problems of the prior art, and provides a novel method capable of easily controlling the reaction process of reaction sintering. An object of the present invention is to provide a method for producing a Ni-Al-based intermetallic compound.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、以下のとおりの発明を提
供する。
Means for Solving the Problems The invention of this application provides the following inventions to solve the above problems.

【0010】すなわち、まず第1には、この出願の発明
は、原料金属粉末の圧粉体を反応焼結させて金属間化合
物を製造する方法であって、圧粉体を焼結温度にまで加
熱する間に、金属間の固相反応が起きる温度範囲で圧粉
体を等温保持して圧粉体の少くとも一部に固相反応を生
じさせることを特徴とするNi−Al系金属間化合物の
製造方法を提供する。
That is, first of all, the invention of this application is a method for producing an intermetallic compound by reacting and sintering a green compact of a raw metal powder. Ni-Al based metal is characterized in that the green compact is kept isothermally in a temperature range in which a solid-phase reaction between metals occurs during heating to cause a solid-phase reaction in at least a part of the green compact. A method for producing a compound is provided.

【0011】また第2には、この出願の発明は、430
〜470℃の温度範囲のいずれかの温度において等温保
持する方法を、第3には、多段階で等温保持する方法を
も提供する。
Second, the invention of this application is 430
Thirdly, a method for isothermally holding at any temperature within the temperature range of -470 ° C is provided.

【0012】さらに、第4には、この出願の発明は、圧
粉体を任意の形状に成形することで、ニアネットシェイ
プを可能とする金属間化合物を得ることを特徴とする前
記第1ないし第3いずれかに記載の発明のNi−Al系
金属間化合物の製造方法を提供する。
Fourth, the invention of the present application is characterized in that an intermetallic compound capable of near-net shape is obtained by molding a green compact into an arbitrary shape. A method for producing a Ni-Al-based intermetallic compound according to any one of the third aspects is provided.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention of this application has the features as described above, and embodiments thereof will be described below.

【0014】まず、この出願の発明が提供するNi−A
l系金属間化合物の製造方法は、原料金属粉末の圧粉体
を反応焼結させて金属間化合物を製造する反応焼結によ
る方法であって、圧粉体を焼結温度にまで昇温加熱する
間に、金属間の固相反応が起きる温度範囲で圧粉体を等
温保持して圧粉体の少くとも一部に固相反応を生じさせ
ることを特徴としている。
First, Ni-A provided by the invention of the present application
The method for producing an l-type intermetallic compound is a method by reaction sintering in which a green compact of a raw metal powder is reactively sintered to produce an intermetallic compound, and the green compact is heated to a sintering temperature and heated. During this process, the green compact is kept isothermally in a temperature range in which a solid-phase reaction between the metals occurs, and a solid-phase reaction is caused in at least a part of the green compact.

【0015】この方法においては、金属間の固相反応が
生じる温度範囲での圧粉体の等温保持は一段階もしくは
多段階で設定してもよい。原料金属粉末の粒径は、粉末
の混合および固相反応の進行に関わる要因である。粉末
粒径の大きなものを使用すると、低コストであり、混合
しやすいが、Ni−Al間の固相反応が進行しにくくな
ってしまうため、この発明の方法に使用するには適さな
い。また逆に、粉末粒径が小さすぎると、高コストであ
り、粉末の混合が難しくなってしまうために固相反応が
進行しにくくなり、この発明の方法に使用するには適さ
ない。したがって、粉末の混合および固相反応の進行の
2つの要因を考慮すると、Al原料粉末の粒径は、25
0メッシュアンダー(平均粒径約33.6μm以下)程
度のものを使用することが望ましい。
In this method, the isothermal holding of the green compact within a temperature range in which a solid phase reaction between metals occurs may be set in one step or in multiple steps. The particle size of the raw metal powder is a factor relating to the mixing of the powder and the progress of the solid phase reaction. If a powder having a large particle size is used, the cost is low and the mixture is easy, but the solid-phase reaction between Ni and Al becomes difficult to proceed, so that it is not suitable for use in the method of the present invention. Conversely, if the particle size of the powder is too small, the cost is high and the mixing of the powder becomes difficult, so that the solid phase reaction does not easily proceed, and is not suitable for use in the method of the present invention. Therefore, considering the two factors of the mixing of the powder and the progress of the solid phase reaction, the particle size of the Al raw material powder is 25%.
It is desirable to use a material having a size of about 0 mesh under (average particle size of about 33.6 μm or less).

【0016】原料粉末は、NiAl金属間化合物を目標
生成物とする場合では、Ni−Al系状態図より、43
〜60at%Ni(63〜76wt%Ni)となるよう
に配合される。このとき、たとえば、機械的特性を向上
させるなどの目的で、微小量のTi、Nb、Fe等の添
加元素が加えられてもよい。
When the target product is a NiAl intermetallic compound, the raw material powder is 43% from the Ni-Al phase diagram.
-60 at% Ni (63-76 wt% Ni). At this time, for example, a minute amount of an additional element such as Ti, Nb, or Fe may be added for the purpose of improving mechanical characteristics.

【0017】圧粉体は、高密度に形成されるほど固相反
応が進行しやすくなり、好ましい。そのため、圧粉体の
形成条件は、設備容量、圧粉体の大きさおよび形状に合
わせて設定される。
The more the green compact is formed, the more easily the solid phase reaction proceeds. Therefore, the conditions for forming the green compact are set in accordance with the equipment capacity, the size and the shape of the green compact.

【0018】図1は、一段保持と二段保持についてこの
発明の製造方法の概要を加熱温度−時間の関係として例
示説明した図である。一段保持は、図1におけるライン
(1)として例示される。また、二段保持は、ライン
(2)として例示される。そして、図1に例示した金属
間の固相反応が起きる温度範囲(3)は、NiおよびA
lが固相状態で安定であって、かつ拡散し得る温度での
ことである。具体的には、AlのほうがNiよりも融点
が低いので、Alの融点である660℃よりも低い温度
とすることができるが、一般的には、400〜500℃
程度とすることがより適当である。このような固相反応
の温度範囲(3)に圧粉体を保持することで、圧粉体を
形成する固相Niと固相Alとの間に拡散反応を進行さ
せる。固相反応により生じる反応生成物は、上記温度範
囲での保持時間(4)が長くなるほどその量を増すが、
圧粉体中の固相Niと固相Alとを完全に反応させるに
はかなりの時間を必要とする。そのため、この固相反応
の温度範囲(3)での圧粉体の保持時間(4)は適当な
時間とし、その後に焼結温度にまで加熱することで、反
応を完全なものとする。
FIG. 1 is a diagram illustrating the outline of the manufacturing method of the present invention with respect to the one-stage holding and the two-stage holding as a relationship between heating temperature and time. The one-stage hold is illustrated as line (1) in FIG. Also, the two-stage hold is illustrated as line (2). The temperature range (3) in which the solid-phase reaction between metals illustrated in FIG.
1 is a temperature at which solid phase is stable and can diffuse. Specifically, since Al has a lower melting point than Ni, the temperature can be lower than 660 ° C., which is the melting point of Al.
The degree is more appropriate. By keeping the green compact within the temperature range (3) of the solid phase reaction, the diffusion reaction between the solid phase Ni and the solid phase Al forming the green compact proceeds. The amount of the reaction product generated by the solid-phase reaction increases as the retention time (4) in the above temperature range increases,
It takes considerable time to completely react solid phase Ni and solid phase Al in the green compact. For this reason, the holding time (4) of the green compact in the temperature range (3) of the solid phase reaction is set to an appropriate time, and then the reaction is completed by heating to the sintering temperature.

【0019】保持時間(4)は、反応焼結における発熱
量を制御することにおいて重要である。つまり、保持時
間(4)が短いと、圧粉体中には固相拡散していない固
相Niおよび固相Alが多く残っており、それらは焼結
温度にまで加熱すると発熱を伴って反応する。つまり、
固相Ni−固相Al間、および固相Ni−液相Al間で
発熱反応が起こるのである。この反応は加速度的に進行
するために制御ができず、その発熱による温度のピーク
は、従来の反応焼結法と同じような高温にまで達してし
まう。そこで、この出願の発明では、保持時間(4)を
適切に調整することで、圧粉体中に残存する未反応の固
相Niおよび固相Alの量を制御し、それによって、焼
結温度における反応の発熱量を制御することを可能とす
る。
The holding time (4) is important in controlling the calorific value in reaction sintering. In other words, when the holding time (4) is short, a large amount of solid phase Ni and solid phase Al which have not been solid-phase diffused remain in the green compact, and when heated to the sintering temperature, they react with heat generation. I do. That is,
An exothermic reaction occurs between the solid phase Ni and the solid phase Al and between the solid phase Ni and the liquid phase Al. Since this reaction proceeds at an accelerated rate, it cannot be controlled, and the temperature peak due to the heat generation reaches a high temperature similar to the conventional reaction sintering method. Therefore, in the invention of this application, by appropriately adjusting the holding time (4), the amounts of unreacted solid-phase Ni and solid-phase Al remaining in the green compact are controlled. To control the calorific value of the reaction.

【0020】焼結温度での反応発熱による圧粉体の最高
温度、すなわち発熱温度ピークは、固相反応温度での圧
粉体の保持時間(4)が長ければ長いほど低くなる。し
かしながら、保持時間(4)を限りなく長くすることは
実際的ではない。そこでこの保持時間(4)の調整に際
しては、保持時間(4)と発熱ピーク温度との特徴的な
関係を考慮することができる。
The maximum temperature of the green compact due to the reaction heat generated at the sintering temperature, that is, the peak of the exothermic temperature becomes lower as the holding time (4) of the green compact at the solid phase reaction temperature becomes longer. However, it is not practical to make the holding time (4) as long as possible. Therefore, when adjusting the holding time (4), a characteristic relationship between the holding time (4) and the heat generation peak temperature can be considered.

【0021】図2は、固相反応温度での保持時間(4)
と、発熱ピーク温度との関係の概要を例示したものであ
って、ライン(A)は一段階保持の場合、ライン(B)
は二段階保持の場合を例示している。
FIG. 2 shows the retention time at the solid phase reaction temperature (4).
And the outline of the relationship between the peak temperature and the exothermic peak temperature. In the case where the line (A) is held in one stage, the line (B)
Exemplifies the case of two-stage holding.

【0022】図2に例示したように、一般的に、固相反
応温度での保持時間(4)がある時間、すなわち臨界保
持時間(5)付近になると、焼結温度における発熱温度
ピークは急速に低下する。このため、保持時間(4)
は、臨界保持時間(5)よりも長い時間とすればよいこ
とがわかる。発熱ピーク温度の低下の観点では、臨界保
持時間(5)以上であればよく、長くしすぎても低下の
効果は変化しないことがわかる。
As shown in FIG. 2, generally, when the holding time (4) at the solid-state reaction temperature reaches a certain time, that is, near the critical holding time (5), the exothermic temperature peak at the sintering temperature rapidly increases. To decline. Therefore, the holding time (4)
It can be seen that the time should be longer than the critical retention time (5). From the viewpoint of lowering the exothermic peak temperature, it is sufficient that the temperature is not less than the critical retention time (5).

【0023】なお、ここで臨界保持時間(5)について
は、図2では、発熱ピーク温度の低下開始点と低下完了
点との中間点を示すものとしている。反応焼結の状況に
よっては、この臨界保持時間(5)は、低下完了点を示
すものとしてもよい。
Here, the critical holding time (5) is shown in FIG. 2 as an intermediate point between the start point and the end point of the decrease in the exothermic peak temperature. Depending on the situation of the reaction sintering, the critical holding time (5) may indicate the completion point of the decrease.

【0024】以上のことを考慮することにより、この出
願の発明では、一般的には、固相反応温度での保持時間
(4)は数時間以下とすることができる。図1のライン
(1)で例示した一段保持の場合には、固相反応温度を
たとえば430℃〜470℃、より具体的には、約44
0℃、たとえば440±5℃として、保持時間(4)を
120分間から180分間(2〜3時間)とすることが
考えられる。
In consideration of the above, in the invention of this application, generally, the holding time (4) at the solid phase reaction temperature can be set to several hours or less. In the case of the single-stage holding exemplified by the line (1) in FIG. 1, the solid-phase reaction temperature is, for example, 430 ° C. to 470 ° C., more specifically, about 44 ° C.
At 0 ° C., for example, 440 ± 5 ° C., the holding time (4) may be from 120 minutes to 180 minutes (2 to 3 hours).

【0025】また、図1のライン(2)で示したよう
に、固相反応を二段階で行う場合には、図2のラインB
で示したように、前記臨界保持時間(5)を短くするこ
とが可能となる。つまり、図1の第1の温度での保持時
間(4)と第2の温度での保持時間(4)とを合わせた
時間とすることで、臨界保持時間(5)は短くすること
ができるのである。具体的には、より好適な例として、
等温保持の過程が、たとえば430℃〜470℃、より
具体的には約440℃、たとえば440±5℃で60か
ら90分間と、約460℃、たとえば460±5℃で3
0分間との2段保持で行うことが例示される。
When the solid-phase reaction is performed in two stages as shown by the line (2) in FIG. 1, the line B in FIG.
As shown in the above, the critical holding time (5) can be shortened. That is, the critical holding time (5) can be shortened by combining the holding time (4) at the first temperature and the holding time (4) at the second temperature in FIG. It is. Specifically, as a more preferable example,
The process of isothermal holding is, for example, 430 ° C. to 470 ° C., more specifically about 440 ° C., for example, at 440 ± 5 ° C. for 60 to 90 minutes, and about 460 ° C., for example, 460 ± 5 ° C. for 3 hours.
It is exemplified that the process is performed in two stages of holding for 0 minute.

【0026】各段階での温度の範囲については、約44
0℃と約460℃のように、比較的低い温度で等温保持
したのち、前記温度よりも高い温度で等温保持するのが
適当である。この場合の温度差は数〜数十℃程度あれば
よく、10〜30℃程度が好ましい例として示すことが
できる。
The temperature range at each stage is about 44
It is appropriate to hold isothermally at a relatively low temperature, such as 0 ° C. and about 460 ° C., and then hold isothermally at a temperature higher than the above temperature. In this case, the temperature difference may be about several to several tens of degrees Celsius, and a preferable example is about 10 to 30 degrees Celsius.

【0027】焼結温度にまで加熱する工程については、
Alの融点以上まで加熱することで達成できる。しかし
ながら、焼結後の圧粉体の形状を保つためにはNiの融
点(1455℃)以下にする必要があることや、また、
最終的な焼結温度が高いほど単一の金属間化合物が生成
しやすくなることなども考慮される。したがって、最終
的な焼結温度は、700℃〜1400℃程度と示すこと
ができるが、より好ましくは、1000℃〜1300℃
程度とすることが望ましい。
For the step of heating to the sintering temperature,
This can be achieved by heating to a temperature higher than the melting point of Al. However, in order to maintain the shape of the green compact after sintering, it is necessary to lower the melting point of Ni (1455 ° C.) or less.
It is also considered that the higher the final sintering temperature is, the more easily a single intermetallic compound is generated. Therefore, the final sintering temperature can be shown to be about 700 ° C. to 1400 ° C., more preferably 1000 ° C. to 1300 ° C.
It is desirable to be about.

【0028】なお、上記発明の方法において、圧粉体を
加熱する速度は速いほど効率的であるが、実用的には、
昇温速度は10〜20℃/min.程度であることが望
ましい。
In the method of the present invention, the higher the heating speed of the green compact, the more efficient it is.
The heating rate is 10 to 20 ° C / min. Desirably.

【0029】この操作によってAl−Ni間の拡散が十
分に進行し、得られるAl−Ni系金属化合物の機械的
特性を更に向上させるのである。これによって、Al−
Ni系金属間化合物の作製において、反応過程を制御す
ることを可能とする。
By this operation, diffusion between Al and Ni is sufficiently advanced, and the mechanical properties of the obtained Al-Ni metal compound are further improved. Thereby, Al-
In the production of the Ni-based intermetallic compound, it is possible to control the reaction process.

【0030】もちろん、この発明の方法においては、前
記のとおりの一段階、もしくは二段階での保持に限定さ
れることなしに、さらに多段階での等温保持としてもよ
い。そして、等温保持は、真空減圧雰囲気において行う
のが適当である。希ガス等の不活性ガス雰囲気としても
よい。
Of course, the method of the present invention is not limited to the above-described one-stage or two-stage holding, but may be an isothermal holding in more stages. It is appropriate that the isothermal holding is performed in a vacuum reduced pressure atmosphere. An inert gas atmosphere such as a rare gas may be used.

【0031】さらに、この出願の発明では、原料粉末の
圧粉体を任意の形状に成形することで、ニアネットシェ
イプを可能とする金属間化合物を得ることができる。原
料粉末の圧粉体は、複雑な形状であってもよいし、単純
な形状であってもよく、任意の形状に成形することがで
きる。またその成形方法についても、たとえば、金型成
形、CIP成形あるいはHIP成形などの、従来より広
く知られている任意の方法で行うことができる。
Further, according to the invention of this application, an intermetallic compound capable of near net shape can be obtained by molding a green compact of a raw material powder into an arbitrary shape. The green compact of the raw material powder may have a complicated shape or a simple shape, and can be formed into an arbitrary shape. The molding method can be performed by any conventionally known method such as mold molding, CIP molding or HIP molding.

【0032】この出願の発明の方法によって得られる金
属間化合物は、焼結の反応過程が制御されているため溶
解することなどがなく、形状を保っている。固くて脆い
などという難加工性を示す金属間化合物に対してこの発
明の方法を適用すれば、任意の形状の金属間化合物を得
られるため、塑性加工等を施す必要がなくなり、コスト
を大きく低減させることができる。また、様々な分野に
おいて金属間化合物を部品などとして実用することが可
能となり、金属間化合物の使用を促進させる効果も期待
できる。
The intermetallic compound obtained by the method of the invention of the present application does not dissolve because the reaction process of sintering is controlled, and maintains its shape. If the method of the present invention is applied to an intermetallic compound that is hard and brittle and has difficulty in processing, an intermetallic compound having an arbitrary shape can be obtained, so that it is not necessary to perform plastic working or the like, thereby greatly reducing costs. Can be done. In addition, the intermetallic compound can be put to practical use in various fields as parts and the like, and an effect of promoting the use of the intermetallic compound can be expected.

【0033】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
The embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

【0034】[0034]

【実施例】Ni−50at%Alの圧粉体を、固相反応
を利用して反応焼結させた。 <1>圧粉体の作製は、以下のように行った。
EXAMPLE A green compact of Ni-50 at% Al was reaction-sintered using a solid-phase reaction. <1> Production of a green compact was performed as follows.

【0035】原料粉末には、市販のAl粉末(平均粒
径:32.7μm、純度:約99.5%)およびNi粉
末(平均粒径:22.6μm、純度:約99.8%)を
用いた。この粉末を、Ni−50at%Alとなるよう
に配合し、ミーリングにより十分に混合した。ミーリン
グの方法としては、まず、ポットミルに、粉末と、直径
10mmおよび5mmのアルミナボールをそれぞれ10
0gずつと、40mlのアセトンとを入れて、回転速度
80rpmで、7200秒間の湿式ミーリングを行っ
た。その後、アセトンを蒸発させて、今度は乾式で72
00秒間のミーリングを行った。この混合粉末を金型に
充填して、80MPaで300秒間の予備成形を行った
後、800MPaで900秒間の圧縮成形を行い、直径
20mm、厚さ3mmの円柱状のNi−50at%Al
圧粉体を得た。 <2>図3に例示したように、この圧粉体(6)を石英
ガラス管(7)の中にセットした後に、石英ガラス管
(7)内を真空ポンプ(11)にて2.67×10 -3
a以上の真空にして、電気炉(9)を用いて反応焼結を
行った。また、圧粉体(6)にCA熱電対(8)を挿し
込んでおくことで、圧粉体(6)の中心温度を測定し、
温度記録計(10)に記録した。 <3>圧粉体の反応焼結は、以下の比較例、並びに実施
例1および実施例2の各プロセスにおいて行った。な
お、すべての方法においての昇温速度は10℃/min
である。得られた焼結体に対しては、SEMによる内部
表面観察と、X線回折による反応生成物の解析、および
ビッカース硬さ(Hv)等の物性の測定を行った。ビッ
カース硬さ(Hv)は5回測定した結果の平均値であ
り、荷重100gfを15秒間加圧して測定した。 (比較例)比較例として、圧粉体を440℃まで加熱
し、この440℃において、a:60分、b:90分、
c:180分、d:240分の各々の時間に保持して、
室温にまで冷却した。つまり、440℃での保持の後
は、それ以上の温度には昇温加熱しなかった。
As the raw material powder, commercially available Al powder (average particle size)
Diameter: 32.7 μm, purity: about 99.5%) and Ni powder
Powder (average particle size: 22.6 μm, purity: about 99.8%)
Using. This powder is made to be Ni-50 at% Al.
And mixed well by milling. Mirin
First, the powder and the diameter are put in a pot mill.
10 mm and 5 mm alumina balls
0 g each, and 40 ml of acetone, put the rotation speed
Perform wet milling at 80 rpm for 7200 seconds
Was. After that, the acetone was evaporated, and this time was dried in a dry manner for 72 hours.
Milling was performed for 00 seconds. Put this mixed powder in a mold
Filled and preformed at 80 MPa for 300 seconds
Then, compression molding is performed at 800 MPa for 900 seconds,
20mm, 3mm thick cylindrical Ni-50at% Al
A green compact was obtained. <2> As illustrated in FIG. 3, this green compact (6) is made of quartz.
After setting in glass tube (7), quartz glass tube
The inside of (7) is 2.67 × 10 by a vacuum pump (11). -3P
With the vacuum above a, the reaction sintering is performed using the electric furnace (9).
went. A CA thermocouple (8) is inserted into the green compact (6).
By measuring the center temperature of the green compact (6),
The temperature was recorded on a temperature recorder (10). <3> Reactive sintering of green compacts
Performed in each process of Example 1 and Example 2. What
The heating rate in all methods is 10 ° C./min.
It is. For the obtained sintered body,
Surface observation, analysis of reaction products by X-ray diffraction, and
Physical properties such as Vickers hardness (Hv) were measured. Bit
Curse hardness (Hv) is the average of the results of five measurements.
And a load of 100 gf was applied for 15 seconds for measurement. (Comparative example) As a comparative example, a green compact was heated to 440 ° C.
At 440 ° C., a: 60 minutes, b: 90 minutes,
Hold at each time of c: 180 minutes and d: 240 minutes,
Cooled to room temperature. That is, after holding at 440 ° C.
Was not heated to a higher temperature.

【0036】得られた4種の試料を、それぞれ、試料1
−a〜1−dとし、各種測定を行い、その結果等を、表
1に記した。
Each of the obtained four samples was designated as Sample 1
-A to 1-d, various measurements were made, and the results are shown in Table 1.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】X線回折による反応生成物の解析の結果、
Ni−50at%Al圧粉体を440℃で保持して固相
反応させることで、試料中にAl3 Ni金属間化合物が
生成していることが確認された。また、その際、Al3
Ni金属間化合物の生成量は保持時間が長くなるほど増
加するが、しかし未反応のAlおよびNiが多く残存し
ていることも確認された。
As a result of analyzing the reaction product by X-ray diffraction,
It was confirmed that an Al 3 Ni intermetallic compound was generated in the sample by holding the Ni-50 at% Al compact at 440 ° C. and performing a solid phase reaction. At that time, Al 3
The production amount of the Ni intermetallic compound increases as the retention time increases, but it was also confirmed that a large amount of unreacted Al and Ni remained.

【0039】ビッカース硬さは圧粉体のもの(Hv=6
0)と大きく変わらなかった。これらの結果から、Ni
−50at%Al圧粉体を固相反応温度に保持すること
でAl3 Ni金属間化合物が生成されるが、全体をAl
−Ni系金属間化合物とすることは困難であることが確
認された。 (実施例1)一段保持反応焼結として、Ni−50at
%Al圧粉体を440℃まで加熱し、この440℃にお
いて、a:90分、b:105分、c:120分、d:
180分の各々の時間に保持した後、各々を700℃に
まで加熱して、室温にまで冷却した。
The Vickers hardness of a compact (Hv = 6)
0) did not change much. From these results, Ni
By keeping the -50 at% Al compact at the solid-state reaction temperature, an Al 3 Ni intermetallic compound is generated.
It was confirmed that it was difficult to use a Ni-based intermetallic compound. (Example 1) Ni-50at as one-step holding reaction sintering
% Al compact was heated to 440 ° C., and at this 440 ° C., a: 90 minutes, b: 105 minutes, c: 120 minutes, d:
After holding each time for 180 minutes, each was heated to 700 ° C. and cooled to room temperature.

【0040】一段保持反応焼結で得られた4種の試料
を、それぞれ、試料2−a〜2−dとし、各種測定の結
果等を表2に示した。また、焼結時の試料2−bと試料
2−cとの中心温度を図4に示した。さらにまた、得ら
れたX線回折の結果を図5に示した。
The four types of samples obtained by the one-step holding reaction sintering were designated as Samples 2-a to 2-d, and the results of various measurements are shown in Table 2. FIG. 4 shows the center temperatures of Samples 2-b and 2-c during sintering. FIG. 5 shows the results of the obtained X-ray diffraction.

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】図4より、試料2−bおよび試料2−cは
共に、焼結温度にまで加熱をする際に発熱反応を起こし
ている。しかしながら、発熱ピーク温度(Tp)につい
ては大きな差が見られ、試料2−cのTpが1083℃
であるのに対し、試料2−bのTpはCA熱電対の測定
上限温度である1370℃以上で測定不能となり、かな
りの高温に達していることが確認された。
As shown in FIG. 4, both Samples 2-b and 2-c undergo an exothermic reaction when heated to the sintering temperature. However, a large difference was observed in the exothermic peak temperature (Tp), and the Tp of Sample 2-c was 1083 ° C.
On the other hand, it was confirmed that the Tp of the sample 2-b became unmeasurable at 1370 ° C. or more, which is the upper limit temperature of measurement of the CA thermocouple, and reached a considerably high temperature.

【0043】このことから、Ni−50at%Al圧粉
体を440℃で固相反応を行わせる場合の臨界保持時間
は、試料2−bおよび試料2−cの保持時間の間にある
ことがわかる。そして、保持時間を調整することによっ
て、反応焼結時の反応温度を制御することが可能となる
ことがわかる。
From this, the critical holding time when the Ni-50 at% Al compact is subjected to the solid-phase reaction at 440 ° C. may be between the holding times of sample 2-b and sample 2-c. Understand. Then, it is understood that the reaction temperature during the reaction sintering can be controlled by adjusting the holding time.

【0044】図5より、すべての焼結体中はAlNi金
属間化合物となっていることが確認された。しかしなが
ら、最も保持時間の長かった試料2−dについては、A
lNi3 およびNiも存在していた。
From FIG. 5, it was confirmed that all the sintered bodies were AlNi intermetallic compounds. However, for sample 2-d, which had the longest retention time, A
lNi 3 and Ni were also present.

【0045】Hvについては、すべての試料が未焼結の
圧粉体よりも高くなっているが、固相反応温度での保持
時間が長いほどHvが低くなっており、Tpと同様の傾
向を示した。特に、Tpの差が大きい試料2−bと試料
2−cとの間で、Hv値も差が大きかった。
As for Hv, all the samples are higher than the unsintered green compact, but the longer the holding time at the solid-state reaction temperature is, the lower the Hv is. Indicated. In particular, there was a large difference in the Hv value between sample 2-b and sample 2-c having a large difference in Tp.

【0046】また、すべての試料は成形時の形状を保っ
ていた。これらの結果から、この出願の発明の方法によ
って、反応焼結時の反応温度を制御することは可能であ
ることが示された。また、ニアネットシェイプが可能な
金属間化合物を得ることができることがわかった。 (実施例2)二段保持反応焼結として、Ni−50at
%Al圧粉体を440℃と460℃との2段階で等温保
持した後、700℃にまで加熱して、室温にまで冷却し
た。それぞれの温度における保持時間は、それぞれ、
a:30分、30分の計60分、b:45分、30分の
計75分、c:60分、30分の計90分、d:90
分、30分の計120分とした。
Further, all the samples kept their shapes at the time of molding. These results indicate that it is possible to control the reaction temperature during reaction sintering by the method of the present invention. It was also found that an intermetallic compound capable of near net shape could be obtained. (Example 2) Ni-50at was used as the two-step holding reaction sintering.
The% Al compact was kept isothermally at two stages of 440 ° C. and 460 ° C., then heated to 700 ° C. and cooled to room temperature. The retention time at each temperature is
a: 30 minutes, 30 minutes total 60 minutes, b: 45 minutes, 30 minutes total 75 minutes, c: 60 minutes, 30 minutes total 90 minutes, d: 90
Minutes and 30 minutes for a total of 120 minutes.

【0047】二段保持反応焼結で得られた4種の試料
を、それぞれ、試料3−a〜3−dとし、Hvを測定
し、その結果を表3に示した。
The four samples obtained by the two-stage holding reaction sintering were designated as samples 3-a to 3-d, respectively, and Hv was measured. The results are shown in Table 3.

【0048】[0048]

【表3】 [Table 3]

【0049】保持時間の短かった試料3−aおよび試料
3−bは、発熱反応の際に溶融し、圧粉体の形状をとど
めていなかった。一方、試料3−cおよび試料3−dの
Tpはそれぞれ806℃と737℃とかなり低く押さえ
られており、形状を保っていた。
Samples 3-a and 3-b, which had a short holding time, melted during the exothermic reaction and did not retain the shape of the green compact. On the other hand, the Tp of sample 3-c and sample 3-d were held down to 806 ° C. and 737 ° C., respectively, and maintained their shapes.

【0050】すべての試料がAl−Ni系金属間化合物
となっていることが確認され、保持時間が長くなるほど
AlNi3 、Ni5 Al3 など多様な組成のものが生じ
ていることが確認された。
It was confirmed that all the samples were Al-Ni intermetallic compounds, and that the longer the holding time, the more various compositions such as AlNi 3 and Ni 5 Al 3 were formed. .

【0051】以上のことから、この出願の発明の、反応
焼結時の等温保持を2段階で行う方法によって反応過程
を制御できるとともに、さらに、プロセス時間の短縮を
図ることが可能であることが示された。
From the above, it can be seen that the reaction process can be controlled by the method of performing the isothermal holding during the reaction sintering in two stages according to the invention of the present application, and the process time can be further reduced. Indicated.

【0052】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々態様が可能である
ことは言うまでもない。
Of course, the present invention is not limited to the above-described example, and it goes without saying that various embodiments are possible in detail.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り、金属間化合物を作製する際の反応焼結法に固相反応
を有効的に適用することで、反応過程を容易に制御する
ことができるNi−Al系金属間化合物の製造方法が提
供される。
As described in detail above, according to the present invention, the reaction process can be easily controlled by effectively applying the solid-phase reaction to the reaction sintering method for producing an intermetallic compound. A method for producing a Ni-Al-based intermetallic compound is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この出願の発明の焼結方法の、温度制御の概要
を例示した図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of temperature control in a sintering method of the invention of the present application.

【図2】固相反応温度での等温保持時間と、焼結温度に
加熱したときの発熱ピーク温度との関係を例示した図で
ある(図中のアルファベットはそれぞれ、A:1段保持
反応焼結、B:2段保持反応焼結を示す。)。
FIG. 2 is a diagram exemplifying a relationship between an isothermal holding time at a solid-state reaction temperature and an exothermic peak temperature when heated to a sintering temperature. B: two-stage holding reaction sintering.)

【図3】Ni−Al系混合粉末の圧粉体を反応焼結させ
る場合の装置概要を例示した図である。
FIG. 3 is a diagram exemplifying an outline of an apparatus when a green compact of a Ni—Al-based mixed powder is subjected to reaction sintering.

【図4】1段保持反応焼結で得られた焼結体の中心温度
を例示した図である。
FIG. 4 is a diagram exemplifying a center temperature of a sintered body obtained by one-step holding reaction sintering.

【図5】1段保持反応焼結で得られた焼結体の、X線回
折の結果を例示した図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating the results of X-ray diffraction of a sintered body obtained by one-step holding reaction sintering.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 1段保持反応焼結 2 2段保持反応焼結 3 固相反応が起きる温度範囲 4 保持時間 5 臨界保持時間 6 圧粉体 7 石英ガラス管 8 CA熱電対 9 電熱炉 10 温度記録計 11 真空ポンプ REFERENCE SIGNS LIST 1 1-stage holding reaction sintering 2 2-stage holding reaction sintering 3 Temperature range in which solid phase reaction occurs 4 holding time 5 critical holding time 6 green compact 7 quartz glass tube 8 CA thermocouple 9 electric furnace 10 temperature recorder 11 vacuum pump

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料金属粉末の圧粉体を反応焼結させて
金属間化合物を製造する方法であって、圧粉体を焼結温
度にまで加熱する間に、金属間の固相反応が起きる温度
範囲で圧粉体を等温保持して圧粉体の少くとも一部に固
相反応を生じさせることを特徴とするNi−Al系金属
間化合物の製造方法。
1. A method for producing an intermetallic compound by reacting and sintering a green compact of a raw metal powder, wherein a solid phase reaction between the metals is performed while the green compact is heated to a sintering temperature. A method for producing a Ni-Al-based intermetallic compound, characterized in that a green compact is kept isothermally in a temperature range in which a solid phase reaction is caused in at least a part of the green compact.
【請求項2】 430〜470℃の温度範囲のいずれか
の温度において等温保持する請求項1の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the temperature is kept isothermally at any temperature in the range of 430 to 470 ° C.
【請求項3】 多段階で等温保持する請求項1または2
の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the temperature is maintained in multiple stages.
Manufacturing method.
【請求項4】 圧粉体を成形することで、ニアネットシ
ェイプを可能とする金属間化合物を得る請求項1ないし
3いずれかの製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein an intermetallic compound capable of near-net shape is obtained by molding a green compact.
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