JP2006213995A

JP2006213995A - 金属材料中気泡製造方法および気泡含有合金

Info

Publication number: JP2006213995A
Application number: JP2005030795A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hasegawa; 正長谷川; Takeshi Wada; 武和田; Daisuke Nagata; 大輔永田
Original assignee: Nissin Giken Co Ltd
Current assignee: Nissin Giken Co Ltd
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【目的】本発明は、材料に窒化物を混合して空孔を製造する空孔製造方法に関し、金属材料であるＺｒ合金等（Ｔｉ合金、貴金属合金を含む）に窒化物を０以上〜３０ｖｏｌ％以下添加し溶解し当該窒化物が分解したときのガスで微小かつ均一な気泡を簡易に形成することを目的としている。
【構成】Ｚｒ合金、Ｔｉ合金、あるいは貴金属合金に窒化物を０以上〜３０ｖｏｌ％以下添加し溶解して冷却し、球状の気泡を持つ合金を製造する金属材料中気泡製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、材料に窒化物を混合して空孔を製造する金属材料中気泡製造方法および気泡含有合金に関するものである。

近年、金属材料中に気泡を生成して金属材料の母材の特性を保持したままで軽量化することが望まれている。

従来は、溶融金属材料中に発砲剤を添加したり、ガス圧を印加して当該ガスを溶融金属中に溶け込まし、減圧化で冷却して当該金属材料中に気泡を発生させることが行われている（特許文献１，２参照）。
特開２００４−３５９６１号公報特開２０００−２３９７６０号公報

しかし、前者の溶融金属材料中に発砲剤を添加したのでは、当該発砲剤が混入してしまい、金属材料の特性が変わったり、弱くなったりして、金属材料自身の特性を持った気泡のある軽量化された金属材料を得られないという問題がある。

また、後者の溶融金属材料にガス圧を印加して当該ガスを溶融金属中に溶け込ます手法では、ガスを溶融金属材料中に溶け込ますことが極めて困難であると共に、微小なミクロンサイズの気泡を形成できないという問題があった。

本発明は、これらの問題を解決するため、金属材料であるＺｒ合金等（Ｔｉ合金、貴金属合金を含む）に窒化物を０以上〜３０ｖｏｌ％以下添加し溶解し当該窒化物が分解したときのガスで球状の気泡を形成するようにしている。

本発明は、Ｚｒ合金等（Ｔｉ合金、貴金属合金を含む）に窒化物を添加し溶解し微細かつ均一な球状の気泡を形成して母材の特性を保持したまま軽量化などすることが可能となる。

本発明は、金属材料であるＺｒ合金等（Ｔｉ合金、貴金属合金を含む）に窒化物を０以上〜３０ｖｏｌ％以下添加し溶解し当該窒化物が分解したときのガスで微小かつ均一な気泡を簡易に形成することを実現した。

図１は、本発明の製造フローチャートを示す。
図１の（ａ）は、フローチャートを示す。

図１の（ａ）において、Ｓ１は、粉末混合する。これは、右側に記載したように、例えば
Ｚｒ５５Ｎｉ５Ｃｕ３０Ａｌ１０の母材となる粉末の金属材料中に、ＺｒＮ、ＡｌＮ、ＮｉＮ、あるいはＣｕＮなどの窒化物を体積比で０以上〜３０ｖｏｌ％以下の粉末を良く混合する。ここで、更に、３０〜５０ｖｏｌ％窒化物の量を増やして混合した場合に気泡の量は増大するが、溶解が困難になるため、０以上〜３０ｖｏｌ％以下が適当な割合である。

Ｓ２は、プレスする。これは、Ｓ１で混合した混合粉末をプレスしてペレットを作成する。

Ｓ３は、溶解する。これは、Ｓ２で作成したペレットをルツボ内に入れて不活性雰囲気中で高周波加熱して溶解する。

Ｓ４は、急冷（ロール）する。これは、Ｓ３で溶解した溶解物をルツボのノズルから流れ出させ、公知の冷却した高速回転するロールの表面に導入して急冷して薄帯状材料を作成する。

Ｓ５は、冷却（鋳造）する。これは、Ｓ３で溶解した溶解物をルツボのノズルから流れ出させ、公知の鋳型の中に導入して冷却する。

以上によって、金属材料（ここでは、ジルコニア合金Ｚｒ５５Ｎｉ５Ｃｕ３０Ａｌ１０）に窒化物を混合して溶解し冷却することにより、窒化物が分解したときに発生するガス（窒素ガス）が微小な球状となって合金の内部に気泡を発生し、軽量化した合金を製造することが可能となる。

図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のＳ３、Ｓ４（あるいはＳ５）で製造される合金と気泡の説明図を示す。

図１の（ｂ−１）は、合金中に球状の気泡と、超微細粒分散の窒化物とが製造される合金４の例を示す。ここでは、
・結晶、非結晶のジルコニウム合金、チタン合金、あるいは貴金属合金
・球状の気泡（窒素）
・超微細粒分散の窒化ジルコニウム、窒化チタン、あるいは窒化貴金属
の３種が含まれる合金４が製造できる。ここで、Ｓ１で混合した母材となる合金が図１の（ａ）のＳ１の右側に図示のＺｒ合金のときは「結晶、非結晶のジルコニウム合金」が得られ、同様に、Ｔｉ合金、貴金属合金のときは「結晶、非結晶のチタン合金」、「結晶、非結晶の貴金属合金」がそれぞれ得られる。同様に、超微細粒分散の窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化金金属も同様である。

以上のように、母材となる金属材料に窒化物を添加して溶解し冷却することにより、ここでは、３つ（結晶、非結晶の合金、球状の気泡、超微細粒分散の窒化物）が含まれる合金４を容易に製造することが可能となる。

図１の（ｂ−２）は、合金中に球状の気泡が製造される合金４の例を示す。ここでは、
・結晶、非結晶のジルコニウム合金、チタン合金、あるいは貴金属合金
・球状の気泡（窒素）
の２種が含まれる合金４が製造できる。ここで、Ｓ１で混合した母材となる合金が図１の（ａ）のＳ１の右側に図示のＺｒ合金のときは「結晶、非結晶のジルコニウム合金」が得られ、同様に、Ｔｉ合金、貴金属合金のときは「結晶、非結晶のチタン合金」、「結晶、非結晶の貴金属合金」の合金４がそれぞれ得られる。

以上のように、母材となる金属材料に窒化物を添加して溶解し冷却することにより、ここでは、２つ（結晶、非結晶の合金、球状の気泡）が含まれる合金４を容易に製造することが可能となる。

次に、図２のフローチャートの順番に図１の製造方法について詳細に説明する。
図２は、本発明の詳細フローチャートを示す。ここで、図１の（ｂ−１），図１の（ｂ−２）で囲んだ範囲のフローチャートがそれぞれ当該図１の（ｂ−１），図１の（ｂ−２）を製造する場合の製造方法である。

図２において、Ｓ１１は、加熱開始する。これは、既述した図１のＳ１、Ｓ２で生成したペレットをルツボに入れ、不活性雰囲気中で高周波加熱する。

Ｓ１２は、合金溶解する。これは、Ｓ１１で加熱開始し、ルツボ内の合金がまず溶解する。

Ｓ１３は、合金と窒化物と反応する。これは、右側に記載したように、母材となる金属材料である溶解した合金（例えばＺｒ５５Ｎｉ５Ｃｕ３０Ａｌ１０）と、窒化物（例えばＡｌＮ）とが反応する。この例では、合金（Ｚｒ５５Ｎｉ５Ｃｕ３０Ａｌ１０）と窒化物（ＡｌＮ）と反応し、
・Ｓ２１で、別の窒化物であるＺｒＮが生成され、
・Ｓ１４で、窒素ガスが発生し、
・Ｓ１８で、生地（母材）組成が変化（例えばＡｌがｒｉｃｈ（アルミニウムの含有率が大きくなる）、Ｚｒがｐｏｏｒ（ジルコニウムの含有率が小さくなる））
となる、３つの反応が同時に発生する。もし、Ｓ２１で、別の窒化物が生成されないときは当該Ｓ２１はなしである。

そして、Ｓ１５で、発生した窒素ガスにより、合金中に気泡が生成され、Ｓ１６で減圧、加圧状態で気泡サイズ、数の制御を行い、Ｓ１７で冷却凝固（例えば図１のＳ４あるいはＳ５などで冷却凝固）させる。

また、Ｓ２１で別の窒化物が生成された場合には、Ｓ２２で窒化物が合金中に分散し、Ｓ１７で冷却凝固され、当該窒化物の超微細粒が合金中に分散して生成される。

また、これらの際に、Ｓ１８で生地（母材）の組成が変化した分だけ合金中の生地（母材）の組成が合わせて変化する。

以上のように、金属材料の母材に窒化物を混合して不活性雰囲気中で加熱して溶解すると合金（母材）と窒化物とが反応し、Ｓ１４で窒素ガスが発生すると共に同時にＳ１８で母材の組成が変化し、減圧・加圧状態で気泡サイズ、数を制御して凝固させ、所望の気泡サイズ、数を有する合金を製造することが可能となる。この際、Ｓ２１の別の窒化物が生成される場合には、当該窒化物が合金中に超微細粒として均一に分散した、気泡を持つ合金を製造することが可能となる。更に、Ｓ１６で冷却中減圧、加圧制御することで気泡サイズ、数を制御することが可能となる。

図３は、本発明のＸ線回折測定例を示す。これは、既述した図１のＳ４で公知の高速回転するロールに溶解した溶解物を流して薄帯状材料（合金４）を作成し、当該薄板状材料のＸ線回折測定例を示す。ここでは、ＺｒＮが生成されている様子が判明する（図２のＳ２１、Ｓ２２、Ｓ１７のルートによる窒化物（ＺｒＮ）が製造された様子が判明する）。

図４は、本発明の気泡例を示す。図示の気泡例は、合金４（図１のＳ５の鋳造した合金４）のＳＥＭ像であって、中央の大きな球状の部分が本願で製造された合金４中の気泡である。

本発明は、Ｚｒ合金等（Ｔｉ合金、貴金属合金を含む）に窒化物を添加し溶解して微細かつ均一な球状の気泡を形成し母材の特性を保持したまま軽量化などすることが可能となる。

本発明の製造フローチャートである。本発明の詳細フローチャートである。本発明のＸ線回折測定例である。本発明の気泡例である。

符号の説明

１：母材
２：窒化物
３：気泡
４：合金

Claims

Ｚｒ合金、Ｔｉ合金、あるいは貴金属合金に窒化物を０以上〜３０ｖｏｌ％以下添加し溶解して冷却し、球状の気泡を持つ合金を製造する金属材料中気泡製造方法。
前記冷却として、急冷したことを特徴とする請求項１に記載の金属材料中気泡製造方法。
前記溶解した後、減圧あるいは加圧した状態で冷却し、気泡の大きさや数を制御することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の金属材料中気泡製造方法。
前記合金中に、生成された微小なサイズの窒化物を分散させたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属材料中気泡製造方法。
前記窒化物として、ＺｒＮ、ＡｌＮ、ＮｉＮ、ＣｕＮのいずれか１つあるいは１つ以上としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の金属材料中気泡製造方法。
Ｚｒ合金、Ｔｉ合金、あるいは貴金属合金に窒化物を０以上〜３０ｖｏｌ％以下添加し溶解して冷却した、球状の気泡を持つことを特徴とした気泡含有合金。
合金。