JP2721120B2 - Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス複合材料の製造法 - Google Patents
Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス複合材料の製造法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＮｉ−Ａｌ金属間化合物
マトリクス複合材料の製造法に関し、特に、無電解めっ
き法を利用し、アルミニウム粉末、ニッケル粉末および
酸化物粒子（または繊維）補強材の表面にそれぞれ一層
の金属ニッケルをめっきすることによりＮｉ−Ａｌ、Ｎ
ｉ−ＮｉおよびＮｉ−補強材の均一に混合された混合粉
末を得、さらに焼結、冷間圧延、熱処理して高密度で大
寸法のＮｉ3 ＡｌまたはＮｉＡｌ等のＮｉ−Ａｌ金属間
化合物マトリクス複合材製品を得る製造法に関する。
マトリクス複合材料の製造法に関し、特に、無電解めっ
き法を利用し、アルミニウム粉末、ニッケル粉末および
酸化物粒子（または繊維）補強材の表面にそれぞれ一層
の金属ニッケルをめっきすることによりＮｉ−Ａｌ、Ｎ
ｉ−ＮｉおよびＮｉ−補強材の均一に混合された混合粉
末を得、さらに焼結、冷間圧延、熱処理して高密度で大
寸法のＮｉ3 ＡｌまたはＮｉＡｌ等のＮｉ−Ａｌ金属間
化合物マトリクス複合材製品を得る製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物Ｎｉ3 Ａｌはす
こぶる良好な室温展延性および優秀な高温性質を具備
し、特に一部の特性がニッケルマトリクス超合金をはる
かに超越していることから、近年では各国学者の属目す
るところとなり、その研究に没頭している。
こぶる良好な室温展延性および優秀な高温性質を具備
し、特に一部の特性がニッケルマトリクス超合金をはる
かに超越していることから、近年では各国学者の属目す
るところとなり、その研究に没頭している。
【０００３】このＮｉ3 Ａｌの比重が７．５ｇ／ｃｍ3
で大部分のセラミックの比重よりも大きいため、当該Ｎ
ｉ3 Ａｌ中に強靭で軽量なセラミック補強材を添加すれ
ば、比重の低減および比強度の向上を達成した複合材料
が製造できるであろうと考えられていた。α−Ａｌ2 Ｏ
3 の化学相溶性および熱膨張係数がいずれもＮｉ3 Ａｌ
の補強材として適宜であるので、本発明では酸化アルミ
ニウム（アルミナ）を強化材として採用した。
で大部分のセラミックの比重よりも大きいため、当該Ｎ
ｉ3 Ａｌ中に強靭で軽量なセラミック補強材を添加すれ
ば、比重の低減および比強度の向上を達成した複合材料
が製造できるであろうと考えられていた。α−Ａｌ2 Ｏ
3 の化学相溶性および熱膨張係数がいずれもＮｉ3 Ａｌ
の補強材として適宜であるので、本発明では酸化アルミ
ニウム（アルミナ）を強化材として採用した。
【０００４】不連続繊維、ウイスカまたは粒子補強の複
合材料を製作する場合は粉末冶金法により行われている
が、この粉末冶金にはなお一般の圧成形焼結、熱圧、熱
均圧（ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｉｎ
ｇ）、押出成形等の製作方式を含む。Ｊａｓｏｎ Ｓ．
Ｃ．Ｗａｎｇ等が１９９１年Ｉｎｔ．Ｊ．Ｐｏｗｄｅｒ
Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．４，ｐ
ｐ．３１５−３２５において発表した論文ではエア噴射
されたＮｉ3 Ａｌ粉末を開始材とし、３．５％以下のα
−Ａｌ2 Ｏ3 粉末を添加した後高エネルギーボールミリ
ング（ｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙ ｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎ
ｇ）を行い、さらに熱均圧法で成形させると、非常に高
い降伏強度と約３％の伸び率を有する試料を得たことを
示した。また、Ｒ．Ｍ．Ｇｅｒｍａｎ等が１９８８年、
Ｊ．Ｍｅｔａｌｓ，Ｓｅｐｔ．１９８８，ｐｐ．１４−
１７において発表した論文では、反応性焼結後均質化を
行い、または反応性熱均圧を行って製作された試料を利
用して得られた複合材料（Ｎｉ3 Ａｌ＋Ｂ＋３体積％
α−Ａｌ2 Ｏ3 ）の降伏強度が４７４ＭＰａ、伸び率が
約１％しかないのは、ホウ素の分布が不均一であるの
と、酸素の含有量が高過ぎるのとの二大問題によると提
示した。その中、酸素含有量が高過ぎる問題は粉末冶金
が面する共通する課題であり、将来の解決が待たれてい
る。
合材料を製作する場合は粉末冶金法により行われている
が、この粉末冶金にはなお一般の圧成形焼結、熱圧、熱
均圧（ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｉｎ
ｇ）、押出成形等の製作方式を含む。Ｊａｓｏｎ Ｓ．
Ｃ．Ｗａｎｇ等が１９９１年Ｉｎｔ．Ｊ．Ｐｏｗｄｅｒ
Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．４，ｐ
ｐ．３１５−３２５において発表した論文ではエア噴射
されたＮｉ3 Ａｌ粉末を開始材とし、３．５％以下のα
−Ａｌ2 Ｏ3 粉末を添加した後高エネルギーボールミリ
ング（ｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙ ｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎ
ｇ）を行い、さらに熱均圧法で成形させると、非常に高
い降伏強度と約３％の伸び率を有する試料を得たことを
示した。また、Ｒ．Ｍ．Ｇｅｒｍａｎ等が１９８８年、
Ｊ．Ｍｅｔａｌｓ，Ｓｅｐｔ．１９８８，ｐｐ．１４−
１７において発表した論文では、反応性焼結後均質化を
行い、または反応性熱均圧を行って製作された試料を利
用して得られた複合材料（Ｎｉ3 Ａｌ＋Ｂ＋３体積％
α−Ａｌ2 Ｏ3 ）の降伏強度が４７４ＭＰａ、伸び率が
約１％しかないのは、ホウ素の分布が不均一であるの
と、酸素の含有量が高過ぎるのとの二大問題によると提
示した。その中、酸素含有量が高過ぎる問題は粉末冶金
が面する共通する課題であり、将来の解決が待たれてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
では、最終製品の寸法に制約があること、ホウ素の分布
が不均一であり、伸びが十分でないこと、高価であるこ
と、その他の問題があった。
では、最終製品の寸法に制約があること、ホウ素の分布
が不均一であり、伸びが十分でないこと、高価であるこ
と、その他の問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はこのホウ素の分
布の不均一の問題を解決するために、ホウ素含有の無電
解ニッケルめっきのめっき浴によりホウ素を添加し、Ｓ
ｎ−Ｂめっき層の製作によりホウ素を自動的に添加さ
せ、かつめっき層および各微細粉末の粒子中に均一に分
布させることにより、焼結時の拡散距離が一層縮小さ
れ、伝統粉末冶金時のホウ素分布の不均一の問題を解決
した。
布の不均一の問題を解決するために、ホウ素含有の無電
解ニッケルめっきのめっき浴によりホウ素を添加し、Ｓ
ｎ−Ｂめっき層の製作によりホウ素を自動的に添加さ
せ、かつめっき層および各微細粉末の粒子中に均一に分
布させることにより、焼結時の拡散距離が一層縮小さ
れ、伝統粉末冶金時のホウ素分布の不均一の問題を解決
した。
【０００７】このために、本発明は斬新な製造プロセス
を開発した。すなわち、無電解めっき法によりアルミニ
ウム粉末、ニッケル粉末および酸化物粒子（または繊
維）補強材の表面に、一層の金属ニッケルをめっきする
ことにより、Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−ＮｉおよびＮｉ−補強
材の均一に混合された複合粉末を得、これに焼結、冷間
加工、熱処理を行って高密度で大寸法のＮｉ3 Ａｌまた
はＮｉＡｌ等のＮｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス複合
材製品を得た。その結果、室温の機械性質は外国で発表
された熱均圧の製品と同等であった。
を開発した。すなわち、無電解めっき法によりアルミニ
ウム粉末、ニッケル粉末および酸化物粒子（または繊
維）補強材の表面に、一層の金属ニッケルをめっきする
ことにより、Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−ＮｉおよびＮｉ−補強
材の均一に混合された複合粉末を得、これに焼結、冷間
加工、熱処理を行って高密度で大寸法のＮｉ3 Ａｌまた
はＮｉＡｌ等のＮｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス複合
材製品を得た。その結果、室温の機械性質は外国で発表
された熱均圧の製品と同等であった。
【０００８】すなわち、本発明は、Ｎｉ−Ａｌ金属間化
合物マトリクス複合材料の製造において、 ａ） アルミニウム粉末を供給する工程、 ｂ） 補強材を供給する工程、 ｃ） さらに、還元剤と還元すべきニッケルイオンとを
含有した還元溶液を供給する工程、 ｄ） 前記アルミニウム粉末と前記補強材とを前記還元
溶液中に添加する工程、 ｅ） 前記還元すべきニッケルイオンを還元する前記還
元剤を前記アルミニウム粉末および前記補強材に沈積さ
せる工程、 ｏ） 純粋なニッケル粉末を供給する工程、 ｐ） 前記アルミニウムおよび前記ニッケルの比を調整
するために前記純ニッケル粉末を前記還元溶液中に添加
する工程、および ｑ） Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−ＮｉおよびＮｉ−補強材の複
合粉末を得る工程を含むことを特徴とする。
合物マトリクス複合材料の製造において、 ａ） アルミニウム粉末を供給する工程、 ｂ） 補強材を供給する工程、 ｃ） さらに、還元剤と還元すべきニッケルイオンとを
含有した還元溶液を供給する工程、 ｄ） 前記アルミニウム粉末と前記補強材とを前記還元
溶液中に添加する工程、 ｅ） 前記還元すべきニッケルイオンを還元する前記還
元剤を前記アルミニウム粉末および前記補強材に沈積さ
せる工程、 ｏ） 純粋なニッケル粉末を供給する工程、 ｐ） 前記アルミニウムおよび前記ニッケルの比を調整
するために前記純ニッケル粉末を前記還元溶液中に添加
する工程、および ｑ） Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−ＮｉおよびＮｉ−補強材の複
合粉末を得る工程を含むことを特徴とする。
【０００９】ここで、前記補強材は０．１ｃｍないし１
０ｃｍ長さのウイスカに成形されまたは粒径が０．１μ
ｍないし１００μｍの粒子に成形されていてもよく、か
つ前記補強材は予め補強材前処理過程により処理された
α−Ａｌ2 Ｏ3 であってもよい。
０ｃｍ長さのウイスカに成形されまたは粒径が０．１μ
ｍないし１００μｍの粒子に成形されていてもよく、か
つ前記補強材は予め補強材前処理過程により処理された
α−Ａｌ2 Ｏ3 であってもよい。
【００１０】前記補強材前処理過程は、 ｆ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を第１の増感化および活性化
溶液中に浸漬させる工程、 ｇ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を水洗する工程、 ｈ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を第２の増感化および活性化
溶液中に浸漬させる工程、および ｉ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を水洗する工程 を含んでもよい。
溶液中に浸漬させる工程、 ｇ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を水洗する工程、 ｈ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を第２の増感化および活性化
溶液中に浸漬させる工程、および ｉ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を水洗する工程 を含んでもよい。
【００１１】前記第１の増感化および活性化溶液は塩化
スズ（ＳｎＣｌ2 ・Ｈ2 Ｏ）と、塩化水素（ＨＣｌ）
と、水（Ｈ2 Ｏ）とを含み、また前記第２の増感化およ
び活性化溶液は塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2 ）と、塩化
水素（ＨＣｌ）と、水（Ｈ2 Ｏ）とを含んでもよい。
スズ（ＳｎＣｌ2 ・Ｈ2 Ｏ）と、塩化水素（ＨＣｌ）
と、水（Ｈ2 Ｏ）とを含み、また前記第２の増感化およ
び活性化溶液は塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2 ）と、塩化
水素（ＨＣｌ）と、水（Ｈ2 Ｏ）とを含んでもよい。
【００１２】前記補強材はセラミック粉末で、酸化物、
窒化物、炭化物およびホウ化物よりなる群から選ばれた
ものであり、前記アルミニウム粉末は予めアルミニウム
前処理過程により処理されてもよく、前記アルミニウム
前処理過程は、前記アルミニウム粉末を脱脂する工程
と、前記アルミニウム粉末を塩基性溶液で洗浄する工程
と、前記アルミニウム粉末を酸性溶液で洗浄する工程
と、前記アルミニウム粉末を超音波振動させる工程とを
含んでもよい。
窒化物、炭化物およびホウ化物よりなる群から選ばれた
ものであり、前記アルミニウム粉末は予めアルミニウム
前処理過程により処理されてもよく、前記アルミニウム
前処理過程は、前記アルミニウム粉末を脱脂する工程
と、前記アルミニウム粉末を塩基性溶液で洗浄する工程
と、前記アルミニウム粉末を酸性溶液で洗浄する工程
と、前記アルミニウム粉末を超音波振動させる工程とを
含んでもよい。
【００１３】さらに、前記アルミニウム前処理過程は ｊ） 前記アルミニウム粉末を供給する工程、 ｋ） 置換Ｎｉイオンを含有する置換溶液を供給する工
程、および ｌ） 前記アルミニウム粉末の表面にニッケルの薄い単
一層を形成させるため、前記置換Ｎｉイオンを前記アル
ミニウム粉末からイオン化されたＡｌイオンと置換する
工程 を含んでもよく、前記置換溶液は金属塩および還元剤を
含んでもよく、その上に少なくともＰＨ調整剤、緩衝
剤、錯剤、安定剤および向上剤からなる群より選ばれる
ものの一つを含んでもよく、また８ないし９の範囲にあ
るＰＨ値と室温の反応温度とを有し、かつ、塩化ニッケ
ル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）、クエン酸ナトリウム（Ｎ
ａ3 Ｃ6 Ｈ5 Ｏ7 ・２Ｈ2 Ｏ）および塩化アンモニウム
（ＮＨ4 Ｃｌ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）を含んで
もよい。
程、および ｌ） 前記アルミニウム粉末の表面にニッケルの薄い単
一層を形成させるため、前記置換Ｎｉイオンを前記アル
ミニウム粉末からイオン化されたＡｌイオンと置換する
工程 を含んでもよく、前記置換溶液は金属塩および還元剤を
含んでもよく、その上に少なくともＰＨ調整剤、緩衝
剤、錯剤、安定剤および向上剤からなる群より選ばれる
ものの一つを含んでもよく、また８ないし９の範囲にあ
るＰＨ値と室温の反応温度とを有し、かつ、塩化ニッケ
ル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）、クエン酸ナトリウム（Ｎ
ａ3 Ｃ6 Ｈ5 Ｏ7 ・２Ｈ2 Ｏ）および塩化アンモニウム
（ＮＨ4 Ｃｌ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）を含んで
もよい。
【００１４】
【００１５】さらに 本発明は、Ｎｉ−Ａｌ金属間化合
物マトリクス複合材料の製造において、 ａ） アルミニウム粉末を供給する工程、 ｂ） 補強材を準供給する工程、 ｃ） さらに、還元剤と還元すべきニッケルイオンとを
含有した還元溶液を供給する工程、 ｄ） 前記アルミニウム粉末と前記補強材とを還元溶液
中に添加し、および ｅ） 前記還元すべきニッケルイオンを還元する前記還
元剤を前記アルミニウム粉末および前記補強材に沈積さ
せる工程を有し、前記還元溶液はホウ素イオンを含有
し、前記補強材はα−Ａｌ2 Ｏ3 粒子であり、さらに工
程ｅ）に続いて、 ｏ′） 純粋なニッケル粉末を供給する工程、 ｐ′） 前記アルミニウムと前記ホウ素と前記ニッケル
との比を調整するために前記純ニッケル粉末を前記還元
溶液中に添加する工程、および ｑ′） Ｎｉ−Ｂ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｂ−ＮｉおよびＮｉ−
Ｂ−補強材の複合粉末を得る工程 を含むことを特徴とする。
物マトリクス複合材料の製造において、 ａ） アルミニウム粉末を供給する工程、 ｂ） 補強材を準供給する工程、 ｃ） さらに、還元剤と還元すべきニッケルイオンとを
含有した還元溶液を供給する工程、 ｄ） 前記アルミニウム粉末と前記補強材とを還元溶液
中に添加し、および ｅ） 前記還元すべきニッケルイオンを還元する前記還
元剤を前記アルミニウム粉末および前記補強材に沈積さ
せる工程を有し、前記還元溶液はホウ素イオンを含有
し、前記補強材はα−Ａｌ2 Ｏ3 粒子であり、さらに工
程ｅ）に続いて、 ｏ′） 純粋なニッケル粉末を供給する工程、 ｐ′） 前記アルミニウムと前記ホウ素と前記ニッケル
との比を調整するために前記純ニッケル粉末を前記還元
溶液中に添加する工程、および ｑ′） Ｎｉ−Ｂ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｂ−ＮｉおよびＮｉ−
Ｂ−補強材の複合粉末を得る工程 を含むことを特徴とする。
【００１６】ここで、前記アルミニウム粉末、前記ニッ
ケル粉末および前記α−Ａｌ2 Ｏ3粒子は２．０：１：
１．１から２．５：１：２．０までの径比を有し、好ま
しくは２．２：１：１．７の径比を有してもよい。さら
に本発明は、前記工程ｑ′）に続いてさらに、 ｒ） 前記複合粉末を乾燥する工程、 ｓ） １０-5ｔｏｒｒ以下の真空下において４５０℃の
温度で前記複合粉末を脱ガスする工程、 ｔ） 空気中で前記複合粉末をステンレス鋼管に缶詰め
する工程、 ｕ） 前記鋼管の両端を密封する工程、および ｘ） 前記複合粉末を含有した管を冷間圧延して複合薄
片に形成させ、この複合薄片を焼結試料を成形するた
め、６５０℃の温度で第１の加熱処理により予焼結し、
この予焼結された試料を焼結試料を成形するために１２
００℃の温度で第２の加熱処理により焼結し、その後、
前記管から釈放し、冷間圧延して、１２００℃の温度で
均質化させる工程を含むことを特徴とする。
ケル粉末および前記α−Ａｌ2 Ｏ3粒子は２．０：１：
１．１から２．５：１：２．０までの径比を有し、好ま
しくは２．２：１：１．７の径比を有してもよい。さら
に本発明は、前記工程ｑ′）に続いてさらに、 ｒ） 前記複合粉末を乾燥する工程、 ｓ） １０-5ｔｏｒｒ以下の真空下において４５０℃の
温度で前記複合粉末を脱ガスする工程、 ｔ） 空気中で前記複合粉末をステンレス鋼管に缶詰め
する工程、 ｕ） 前記鋼管の両端を密封する工程、および ｘ） 前記複合粉末を含有した管を冷間圧延して複合薄
片に形成させ、この複合薄片を焼結試料を成形するた
め、６５０℃の温度で第１の加熱処理により予焼結し、
この予焼結された試料を焼結試料を成形するために１２
００℃の温度で第２の加熱処理により焼結し、その後、
前記管から釈放し、冷間圧延して、１２００℃の温度で
均質化させる工程を含むことを特徴とする。
【００１７】前記還元溶液は金属塩および還元剤を含ん
でもよく、その上に、ＰＨ値調整剤、緩衝剤、錯剤、安
定剤および向上剤を含んでもよく、 ６〜７の範囲のＰ
Ｈ値および７０℃の反応温度を有すると共に、塩化ニッ
ケル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）、ジメチルアミン・ホウ
化水素（ＤＭＡＢ）、酢酸ナトリウム（ＣＨ3 ＣＯＯＮ
ａ・３Ｈ2 Ｏ）および硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）を含
んでもよく、 ７〜８の範囲のＰＨ値および７０℃の反
応温度を有すると共に、ニッケル塩化物（ＮｉＣｌ2 ・
６Ｈ2 Ｏ）、ジメチルアミン・ホウ化水素（ＤＭＡ
Ｂ）、クエン酸ナトリウム（Ｎａ3 Ｃ6 Ｈ5 Ｏ7 ・２Ｈ
2 Ｏ）、塩化アンモニウム（ＮＨ4 Ｃｌ）および硝酸鉛
（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）を含んでもよく、 ６〜７の範囲
のＰＨ値および７０℃の反応温度を有すると共に、塩化
ニッケル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）、ジメチルアミン・
ホウ化水素（ＤＭＡＢ）、マロン酸（ＨＯＯＣＨ2 ＣＯ
ＯＨ）およびチオ尿素（ＮＨ2 ＣＯＳＣ2 Ｈ5 ）を含ん
でもよく、または８〜１０の範囲のＰＨ値および室温の
反応温度を有すると共に、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2 ・
６Ｈ2 Ｏ）、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4 ）、
塩化アンモニウム（ＮＨ4 Ｃｌ）、クエン酸ナトリウム
（Ｎａ3 Ｃ6 Ｈ5 Ｏ7 ・２Ｈ2 Ｏ）、酢酸ナトリウム
（ＣＨ3 ＣＯＯＮａ・３Ｈ2 Ｏ）および硝酸鉛（Ｐｂ
（ＮＯ3 ）2 ）を含んでもよい。
でもよく、その上に、ＰＨ値調整剤、緩衝剤、錯剤、安
定剤および向上剤を含んでもよく、 ６〜７の範囲のＰ
Ｈ値および７０℃の反応温度を有すると共に、塩化ニッ
ケル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）、ジメチルアミン・ホウ
化水素（ＤＭＡＢ）、酢酸ナトリウム（ＣＨ3 ＣＯＯＮ
ａ・３Ｈ2 Ｏ）および硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）を含
んでもよく、 ７〜８の範囲のＰＨ値および７０℃の反
応温度を有すると共に、ニッケル塩化物（ＮｉＣｌ2 ・
６Ｈ2 Ｏ）、ジメチルアミン・ホウ化水素（ＤＭＡ
Ｂ）、クエン酸ナトリウム（Ｎａ3 Ｃ6 Ｈ5 Ｏ7 ・２Ｈ
2 Ｏ）、塩化アンモニウム（ＮＨ4 Ｃｌ）および硝酸鉛
（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）を含んでもよく、 ６〜７の範囲
のＰＨ値および７０℃の反応温度を有すると共に、塩化
ニッケル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）、ジメチルアミン・
ホウ化水素（ＤＭＡＢ）、マロン酸（ＨＯＯＣＨ2 ＣＯ
ＯＨ）およびチオ尿素（ＮＨ2 ＣＯＳＣ2 Ｈ5 ）を含ん
でもよく、または８〜１０の範囲のＰＨ値および室温の
反応温度を有すると共に、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2 ・
６Ｈ2 Ｏ）、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4 ）、
塩化アンモニウム（ＮＨ4 Ｃｌ）、クエン酸ナトリウム
（Ｎａ3 Ｃ6 Ｈ5 Ｏ7 ・２Ｈ2 Ｏ）、酢酸ナトリウム
（ＣＨ3 ＣＯＯＮａ・３Ｈ2 Ｏ）および硝酸鉛（Ｐｂ
（ＮＯ3 ）2 ）を含んでもよい。
【００１８】前記Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物はＮｉ3 Ａ
ｌ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌ3 、Ｎｉ3 Ａｌ＋Ｂ、ＮｉＡｌ
＋Ｂ、Ｎｉ2 Ａｌ3 およびＮｉＡｌ3 ＋Ｂからなる群よ
り選ばれたものであり、前記アルミニウム粉末は９９．
５％の純度と、２０μｍの平均直径を有してもよい。
ｌ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌ3 、Ｎｉ3 Ａｌ＋Ｂ、ＮｉＡｌ
＋Ｂ、Ｎｉ2 Ａｌ3 およびＮｉＡｌ3 ＋Ｂからなる群よ
り選ばれたものであり、前記アルミニウム粉末は９９．
５％の純度と、２０μｍの平均直径を有してもよい。
【００１９】
【作用】この斬新な複合粉末の粉末冶金プロセス（ｃｏ
ｍｐｏｓｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ：
ＣＰＭと略称す）は以下の利点の有する。
ｍｐｏｓｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ：
ＣＰＭと略称す）は以下の利点の有する。
【００２０】イ．無電解めっき法は被めっき材の表面を
酸化、還元してめっき膜を形成するので、特に粉末表面
の析出に適合し、めっき層の厚さの均一性が良好であ
る。
酸化、還元してめっき膜を形成するので、特に粉末表面
の析出に適合し、めっき層の厚さの均一性が良好であ
る。
【００２１】ロ．アルミニウム粉末粒子および補強材の
表面に対する被覆性が良好であり、内層のアルミニウム
の酸化を回避または減少できると共に、補強材表面と基
材間の湿潤性を向上させる。
表面に対する被覆性が良好であり、内層のアルミニウム
の酸化を回避または減少できると共に、補強材表面と基
材間の湿潤性を向上させる。
【００２２】ハ．複合金属粉末の硬度は金属間化合物の
予合金粉末よりも低く、予圧成形が容易である。
予合金粉末よりも低く、予圧成形が容易である。
【００２３】ニ．伝統粉末冶金に比べて本発明は化合物
を形成する時の個別原子の拡散距離を縮小できると共
に、成分が比較的均一である。
を形成する時の個別原子の拡散距離を縮小できると共
に、成分が比較的均一である。
【００２４】ホ．ホウ素含有の無電解ニッケルめっきの
めっき浴を利用してホウ素を添加し、ホウ素を自動的に
均一に添加させると共にめっき層および各微細粉末粒子
中に均一に分布させるので、その他のホウ素またはホウ
素合金の添加を必要としない。
めっき浴を利用してホウ素を添加し、ホウ素を自動的に
均一に添加させると共にめっき層および各微細粉末粒子
中に均一に分布させるので、その他のホウ素またはホウ
素合金の添加を必要としない。
【００２５】ヘ．本発明の粉末冶金プロセスはＮｉ−Ａ
ｌ金属間化合物の加工困難と、成形が容易でない問題を
解決できる。現在では既に実験室の設備のみで高密度で
大寸法の試料を製造できる事実から、このプロセスが工
業化に寄与できることが予期されている。
ｌ金属間化合物の加工困難と、成形が容易でない問題を
解決できる。現在では既に実験室の設備のみで高密度で
大寸法の試料を製造できる事実から、このプロセスが工
業化に寄与できることが予期されている。
【００２６】ト．アルミニウム粉末と補強材間の粒度比
を制御することにより無電解ニッケルめっきの過程で２
種の比重の異なる粉末粒子材を均一に混合でき、その他
の添加と混合処理を必要としないから、簡単で便利であ
る。
を制御することにより無電解ニッケルめっきの過程で２
種の比重の異なる粉末粒子材を均一に混合でき、その他
の添加と混合処理を必要としないから、簡単で便利であ
る。
【００２７】チ．設備が簡単で廉価である。
【００２８】以下添付図を参照しながら本発明の技術内
容および実施例を説明する。これら実施例は説明のため
のもので、本発明はこれに限定されず、添付のクレーム
の範囲を逸脱しない限り、種々の変更が許容されるのは
当然である。
容および実施例を説明する。これら実施例は説明のため
のもので、本発明はこれに限定されず、添付のクレーム
の範囲を逸脱しない限り、種々の変更が許容されるのは
当然である。
【００２９】
【実施例】本発明によるＮｉ−Ａｌ金属間化合物マトリ
クス複合材料の製造法は化学めっき法によるもので、そ
の製作プロセスは図１に示したフローチャートに示され
る如く、アルミニウム粉末、酸化アルミニウム（アルミ
ナ）粒子または繊維を計量、前処理、無電解ニッケルめ
っき、乾燥、４５０℃真空加熱脱水素、大気中での封缶
および冷間圧延して薄片状に成形させ、１２００℃で真
空焼結し、封缶外皮を除去し、再度冷間圧延して均質化
させると、高密度で大寸法の製品が得られる。
クス複合材料の製造法は化学めっき法によるもので、そ
の製作プロセスは図１に示したフローチャートに示され
る如く、アルミニウム粉末、酸化アルミニウム（アルミ
ナ）粒子または繊維を計量、前処理、無電解ニッケルめ
っき、乾燥、４５０℃真空加熱脱水素、大気中での封缶
および冷間圧延して薄片状に成形させ、１２００℃で真
空焼結し、封缶外皮を除去し、再度冷間圧延して均質化
させると、高密度で大寸法の製品が得られる。
【００３０】本発明の製造プロセスをより詳細に説明す
れば以下の通りである。
れば以下の通りである。
【００３１】Ａ．アルミニウム粉末とアルミナ粒子また
は繊維の無電解ニッケルめっき Ｉ．増感および活性化処理 アルミナ粒子または繊維補強材（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）は適
当な増感および活性化処理を経てから無電解ニッケルめ
っきを進行できる。本発明は次の二つの増感および活性
化処理のいずれかを採用している。その条件は以下に挙
げられる。
は繊維の無電解ニッケルめっき Ｉ．増感および活性化処理 アルミナ粒子または繊維補強材（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）は適
当な増感および活性化処理を経てから無電解ニッケルめ
っきを進行できる。本発明は次の二つの増感および活性
化処理のいずれかを採用している。その条件は以下に挙
げられる。
【００３２】
【外１】
【００３３】補強材（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）は常温のＡ液に
浸漬された後水洗し、これをさらにＢ液中に１ないし２
分間浸漬させた後水洗する。
浸漬された後水洗し、これをさらにＢ液中に１ないし２
分間浸漬させた後水洗する。
【００３４】 条件２：塩化スズ（II）（ＳｎＣｌ2 ・Ｈ2 Ｏ） ０．５ｇ 塩化パラジスム（ＰｄＣｌ2 ） ２５ｇ 塩酸（９．６Ｎ） ３００ｍｌ 水 ６００ｍｌ 補強材（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）は４０ないし６０℃の溶液に
浸漬された後水洗し、これを常温の塩酸溶液（１０体積
％）中に１ないし２分間浸漬させた後水洗する。
浸漬された後水洗し、これを常温の塩酸溶液（１０体積
％）中に１ないし２分間浸漬させた後水洗する。
【００３５】II．アルミニウム粉末と補強材はニッケル
めっきを置換、およびニッケルめっきを化学還元する。
めっきを置換、およびニッケルめっきを化学還元する。
【００３６】本発明により採用されたアルミニウム粉末
粒子表面におけるニッケルめっきの置換およびアルミニ
ウム粉末と補強材表面における４析出条件は以下の表１
の通りである。
粒子表面におけるニッケルめっきの置換およびアルミニ
ウム粉末と補強材表面における４析出条件は以下の表１
の通りである。
【００３７】
【表１】
【００３８】Ｂ．ニッケル、アルミニウム原始粉末平均
粒子直径の選択 本発明では、無電解ニッケルめっきの実施過程におい
て、無電解めっき浴中の懸濁粒子としてアルミニウム粉
末、補強材粒子、およびホウ素含有量を０．１％付近に
調整するために添加されたニッケル粉末を有しているの
で、ニッケルめっき後アルミニウム粉末とニッケル粉末
と補強材粒子との混合処理を省略するため、各種の比重
の異なる粒子の粒度比を制御することにより、無電解め
っき浴中で同一沈降速度となるようにさせ、無電解めっ
きが完成する前に各種の比重の異なる粉末粒子が均一に
混合されるようにしている。
粒子直径の選択 本発明では、無電解ニッケルめっきの実施過程におい
て、無電解めっき浴中の懸濁粒子としてアルミニウム粉
末、補強材粒子、およびホウ素含有量を０．１％付近に
調整するために添加されたニッケル粉末を有しているの
で、ニッケルめっき後アルミニウム粉末とニッケル粉末
と補強材粒子との混合処理を省略するため、各種の比重
の異なる粒子の粒度比を制御することにより、無電解め
っき浴中で同一沈降速度となるようにさせ、無電解めっ
きが完成する前に各種の比重の異なる粉末粒子が均一に
混合されるようにしている。
【００３９】Ｃ．成形 無電解めっきより得られた複合混合粉末は、先ず４５０
℃の真空（＜１０-5ｔｏｒｒ）での熱処理により吸着ガ
スが除去される。しかる後、これを無保護の空気中にて
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼管に装入し、両端を封管して
ステンレス鋼管と一緒に圧延（加工量６０％）すると、
薄片状に成形される。
℃の真空（＜１０-5ｔｏｒｒ）での熱処理により吸着ガ
スが除去される。しかる後、これを無保護の空気中にて
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼管に装入し、両端を封管して
ステンレス鋼管と一緒に圧延（加工量６０％）すると、
薄片状に成形される。
【００４０】Ｄ．焼結、圧延、均質化 成形試料は６５０℃の温度で反応させて中間相化合物
（Ａｌ3 Ｎｉ2 …）を生成し、再度１２００℃の温度で
２時間焼結し、冷却してステンレス鋼外皮を除去し、し
かる後冷間圧延（加工量約２０％）して均質化させると
高密度の試料が得られる。
（Ａｌ3 Ｎｉ2 …）を生成し、再度１２００℃の温度で
２時間焼結し、冷却してステンレス鋼外皮を除去し、し
かる後冷間圧延（加工量約２０％）して均質化させると
高密度の試料が得られる。
【００４１】実施例１ 平均粒子直径２０μｍのＡｌ粉末を１４．５ｇ計量して
室温の置換ニッケルめっき溶液中に２時間浸漬させた
後、中性になるまで水洗する。平均粒子直径１８μｍの
α−Ａｌ2 Ｏ3 粒子を２．９１ｇ計量して増感活性化処
理条件１のＡ液中に１０分間浸漬させ、水洗し、再度室
温の増感活性化処理条件１のＢ液中に１ないし２分間浸
漬して水洗する。これら前処理後のアルミニウム粉末と
α−Ａｌ2Ｏ3 粒子をニッケルめっきの還元条件３で無
電解ニッケルめっきを行い、磁気攪拌器で攪拌して反応
均一性を向上させる。２０分間後、平均粒子直径１０μ
ｍのニッケル粉末８７．００ｇを加入してマトリスク合
金成分中のニッケルおよびホウ素含有量を調整する。反
応が終止すれば粉末を十分に水洗して乾燥し、封管、成
形、焼結、圧延、均質化処理を行うと、α−Ａｌ2 Ｏ3
粒子が５Ｖｏｌ％（体積パーセンテージ）、アルミニウ
ム含有量が２４ａｔ％（原子パーセンテージ）、Ｂ含有
量が０．１ｗｔ％（重量パーセンテージ）の高密度のＮ
ｉ3 Ａｌ複合材試料が得られた。
室温の置換ニッケルめっき溶液中に２時間浸漬させた
後、中性になるまで水洗する。平均粒子直径１８μｍの
α−Ａｌ2 Ｏ3 粒子を２．９１ｇ計量して増感活性化処
理条件１のＡ液中に１０分間浸漬させ、水洗し、再度室
温の増感活性化処理条件１のＢ液中に１ないし２分間浸
漬して水洗する。これら前処理後のアルミニウム粉末と
α−Ａｌ2Ｏ3 粒子をニッケルめっきの還元条件３で無
電解ニッケルめっきを行い、磁気攪拌器で攪拌して反応
均一性を向上させる。２０分間後、平均粒子直径１０μ
ｍのニッケル粉末８７．００ｇを加入してマトリスク合
金成分中のニッケルおよびホウ素含有量を調整する。反
応が終止すれば粉末を十分に水洗して乾燥し、封管、成
形、焼結、圧延、均質化処理を行うと、α−Ａｌ2 Ｏ3
粒子が５Ｖｏｌ％（体積パーセンテージ）、アルミニウ
ム含有量が２４ａｔ％（原子パーセンテージ）、Ｂ含有
量が０．１ｗｔ％（重量パーセンテージ）の高密度のＮ
ｉ3 Ａｌ複合材試料が得られた。
【００４２】実施例２ 処理条件は実施例１と同一であるが、添加されたα−Ａ
ｌ2 Ｏ3 粒子が６．１５０ｇであるため、α−Ａｌ2 Ｏ
3 粒子が２０Ｖｏｌ％、Ａｌ含有量が２４ａｔ％、Ｂ含
有量が０．１ｗｔ％のＮｉ3 Ａｌ複合材試料に成形され
た。
ｌ2 Ｏ3 粒子が６．１５０ｇであるため、α−Ａｌ2 Ｏ
3 粒子が２０Ｖｏｌ％、Ａｌ含有量が２４ａｔ％、Ｂ含
有量が０．１ｗｔ％のＮｉ3 Ａｌ複合材試料に成形され
た。
【００４３】実施例３ 処理条件は実施例１と同じであるが、添加されたα−Ａ
ｌ2 Ｏ3 が１３．８４０ｇであるため、得られたＮｉ3
Ａｌ複合材試料はα−Ａｌ2 Ｏ3 粒子が２０Ｖｏｌ％を
占め、Ａｌ含有量が２４ａｔ％、Ｂ含有量が０．１ｗｔ
％であった。
ｌ2 Ｏ3 が１３．８４０ｇであるため、得られたＮｉ3
Ａｌ複合材試料はα−Ａｌ2 Ｏ3 粒子が２０Ｖｏｌ％を
占め、Ａｌ含有量が２４ａｔ％、Ｂ含有量が０．１ｗｔ
％であった。
【００４４】実施例４ 処理条件は実施例１と同じであるが、添加されたα−Ａ
ｌ2 Ｏ3 が２．９１０ｇのα−Ａｌ2 Ｏ3 短繊維である
ため、得られたＮｉ3 Ａｌ複合材試料はＡｌ2Ｏ3 短繊
維が５Ｖｏｌ％を占め、Ａｌ含有量が２４ａｔ％、Ｂ含
有量が０．１ｗｔ％であった。
ｌ2 Ｏ3 が２．９１０ｇのα−Ａｌ2 Ｏ3 短繊維である
ため、得られたＮｉ3 Ａｌ複合材試料はＡｌ2Ｏ3 短繊
維が５Ｖｏｌ％を占め、Ａｌ含有量が２４ａｔ％、Ｂ含
有量が０．１ｗｔ％であった。
【００４５】参考例 参考例に使用された置換ニッケルめっき溶液、無電解ニ
ッケルめっき溶液の調整、前処理、無電解ニッケルめっ
き、焼結、均質化の実施は実施例１と同じであるが、セ
ラミック補強材を添加しないため、単純の単相Ｎｉ3 Ａ
ｌ金属間化合物が得られた（注：本参考例は本出願人の
先願である「化学めっき法を応用して製作されたＮｉ−
Ａｌ金属間化合物」を引用したものである）。
ッケルめっき溶液の調整、前処理、無電解ニッケルめっ
き、焼結、均質化の実施は実施例１と同じであるが、セ
ラミック補強材を添加しないため、単純の単相Ｎｉ3 Ａ
ｌ金属間化合物が得られた（注：本参考例は本出願人の
先願である「化学めっき法を応用して製作されたＮｉ−
Ａｌ金属間化合物」を引用したものである）。
【００４６】表２は実施例製品を酸で溶解して溶液にし
（その中α−Ａｌ2 Ｏ3 は不溶）、原子発光スペクトル
分光分析器（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により成分を測定した結
果を示す。正確な金属間化合物マトリクス成分はＮｉ76
Ａｌ24＋０．１％Ｂであるが、簡単化のためにやはりＮ
ｉ3 Ａｌで表わす。
（その中α−Ａｌ2 Ｏ3 は不溶）、原子発光スペクトル
分光分析器（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により成分を測定した結
果を示す。正確な金属間化合物マトリクス成分はＮｉ76
Ａｌ24＋０．１％Ｂであるが、簡単化のためにやはりＮ
ｉ3 Ａｌで表わす。
【００４７】
【表２】
【００４８】図２は各実施例製品および参考例を異なる
温度において測定した硬度値を示すもので、その中参考
例はそれぞれ３１０Ｓ型ステンレス鋼および純Ｎｉ3 Ａ
ｌ（２４ａｔ％Ａｌ）金属間化合物である。測定の結果
から、本発明のα−Ａｌ2 Ｏ3 を添加して補強材とした
Ｎｉ3 Ａｌ複合材料は、なお基材Ｎｉ3 Ａｌと同一の熱
硬化特性を保有していることが示されている。
温度において測定した硬度値を示すもので、その中参考
例はそれぞれ３１０Ｓ型ステンレス鋼および純Ｎｉ3 Ａ
ｌ（２４ａｔ％Ａｌ）金属間化合物である。測定の結果
から、本発明のα−Ａｌ2 Ｏ3 を添加して補強材とした
Ｎｉ3 Ａｌ複合材料は、なお基材Ｎｉ3 Ａｌと同一の熱
硬化特性を保有していることが示されている。
【００４９】図３は各実施例および参考例の耐摩耗性の
実験結果を示すもので、その中参考例はそれぞれ３１０
Ｓ型ステンレス鋼および純Ｎｉ3 Ａｌ（２４ａｔ％Ａ
ｌ）である。実験結果から、Ｎｉ3 Ａｌが３１０Ｓ型ス
テンレス鋼よりも優秀な耐摩耗性を有していることを示
し、Ｎｉ3 Ａｌ中にα−Ａｌ2 Ｏ3 補強材を添加した複
合材料がより良好な耐摩耗性を有していることを示して
いる。
実験結果を示すもので、その中参考例はそれぞれ３１０
Ｓ型ステンレス鋼および純Ｎｉ3 Ａｌ（２４ａｔ％Ａ
ｌ）である。実験結果から、Ｎｉ3 Ａｌが３１０Ｓ型ス
テンレス鋼よりも優秀な耐摩耗性を有していることを示
し、Ｎｉ3 Ａｌ中にα−Ａｌ2 Ｏ3 補強材を添加した複
合材料がより良好な耐摩耗性を有していることを示して
いる。
【００５０】図４は、参考例と実施例２の典型的な応力
−変形曲線を示すもので、本発明の優越性が裏付けられ
ている。その中、伸び率および引張強度は特に優れ、純
Ｎｉ3 Ａｌ中にセラミック補強材を添加しない参考例の
伸び率および引張り応力がそれぞれ１７％および１０３
５ＭＰａに対し、実施例２のＮｉ3 Ａｌ＋１０Ｖｏｌ％
Ａｌ2 Ｏ3 の複合材料の伸び率および引張り応力はそ
れぞれ９．５％および５６０ＭＰａであり、Ｒ．Ｍ．Ｇ
ｅｒｍａｎ等が１９８８年Ｊ．Ｍｅｔａｌｓ，Ｓｅｐ
ｔ．，１９８８，ｐｐ．１４−１７中に発表したものよ
り一段と優れている。しかも本発明は熱均圧機を使用す
る必要がなく、製作が便利であるばかりでなく、コスト
が低く、製品のサイズは設備の内径に制限されず大量か
つ快速に生産できる。弾性係数と降伏強度は外国で発表
された文献に相当する。
−変形曲線を示すもので、本発明の優越性が裏付けられ
ている。その中、伸び率および引張強度は特に優れ、純
Ｎｉ3 Ａｌ中にセラミック補強材を添加しない参考例の
伸び率および引張り応力がそれぞれ１７％および１０３
５ＭＰａに対し、実施例２のＮｉ3 Ａｌ＋１０Ｖｏｌ％
Ａｌ2 Ｏ3 の複合材料の伸び率および引張り応力はそ
れぞれ９．５％および５６０ＭＰａであり、Ｒ．Ｍ．Ｇ
ｅｒｍａｎ等が１９８８年Ｊ．Ｍｅｔａｌｓ，Ｓｅｐ
ｔ．，１９８８，ｐｐ．１４−１７中に発表したものよ
り一段と優れている。しかも本発明は熱均圧機を使用す
る必要がなく、製作が便利であるばかりでなく、コスト
が低く、製品のサイズは設備の内径に制限されず大量か
つ快速に生産できる。弾性係数と降伏強度は外国で発表
された文献に相当する。
【００５１】また実施例３における製品の比較的低倍率
の光学顕微鏡写真（図５（ａ））から、α−Ａｌ2 Ｏ3
粒子は圧延平面上で任意に分布されていることが示さ
れ、一方圧延平面と垂直の平面上で圧延平面と平行に分
布する傾向が表されている（図５（ｂ））。また該写真
にはなんらのピンホールをも顕現していず、本発明方法
により製造された複合材料が高密度を有していることが
裏付けられている。
の光学顕微鏡写真（図５（ａ））から、α−Ａｌ2 Ｏ3
粒子は圧延平面上で任意に分布されていることが示さ
れ、一方圧延平面と垂直の平面上で圧延平面と平行に分
布する傾向が表されている（図５（ｂ））。また該写真
にはなんらのピンホールをも顕現していず、本発明方法
により製造された複合材料が高密度を有していることが
裏付けられている。
【００５２】また図６（ａ），（ｂ）は実施例３の比較
的高倍率の光学顕微鏡写真であり、図６（ａ）は圧延面
に沿った面、図６（ｂ）は圧延面と垂直な面の写真であ
る。添加の補強材α−Ａｌ2 Ｏ3 粒子にクラック現象が
見られ、そのほとんどの割れ目は圧延方向に垂直であ
る。
的高倍率の光学顕微鏡写真であり、図６（ａ）は圧延面
に沿った面、図６（ｂ）は圧延面と垂直な面の写真であ
る。添加の補強材α−Ａｌ2 Ｏ3 粒子にクラック現象が
見られ、そのほとんどの割れ目は圧延方向に垂直であ
る。
【００５３】このクラック現象を走査式顕微鏡で確かめ
たところ、その写真（図７（ａ）：２次電子像、図７
（ｂ）：背面散乱電子像）では亀裂したα−Ａｌ2 Ｏ3
粒子間は基材Ｎｉ3 Ａｌにより充填され、ピンホールを
残していないことが見出された。したがって、これに均
質化処理を行えば良好な補強材と基材との間における接
合性が得られる。
たところ、その写真（図７（ａ）：２次電子像、図７
（ｂ）：背面散乱電子像）では亀裂したα−Ａｌ2 Ｏ3
粒子間は基材Ｎｉ3 Ａｌにより充填され、ピンホールを
残していないことが見出された。したがって、これに均
質化処理を行えば良好な補強材と基材との間における接
合性が得られる。
【００５４】走査式顕微鏡ＳＥＭを用いて実施例２で行
った応力変形実験（引張り試験）試料の破断面に対し断
面観察をしたところ、図８に示すように、典型的な延性
断面（凹状）を見出した。これは本方法により製作され
たＮｉ−Ａｌマトリクス複合材料が良好な靭性を有する
ことを物語る。
った応力変形実験（引張り試験）試料の破断面に対し断
面観察をしたところ、図８に示すように、典型的な延性
断面（凹状）を見出した。これは本方法により製作され
たＮｉ−Ａｌマトリクス複合材料が良好な靭性を有する
ことを物語る。
【００５５】
【発明の効果】本発明は無電解めっき法を利用し、アル
ミニウム粉末、ニッケル粉末および酸化物粒子（または
繊維）補強材の表面にそれぞれ一層の金属ニッケルをめ
っきすることによりＮｉ−Ａｌ、Ｎｉ−ＮｉおよびＮｉ
−補強材の均一に混合された混合粉末を得、さらに焼
結、冷却圧延、熱処理して高密度で大寸法のＮｉ3 Ａｌ
またはＮｉＡｌ等のＮｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス
複合材製品を得る製品法に関する。本方法により得られ
た製品の室温における機械性質は従来の熱均圧により得
られた製品に勝るとも劣らない。本発明の複合粉末の粉
末冶金プロセスは、ニッケル層でアルミニウム粉末を保
護することによりその酸化を防止し、補強材表面をニッ
ケルめっきして基材間との湿潤性を向上させ、Ｎｉ−Ｎ
ｉ粉末を添加して適当な合金Ａｌ−Ｎｉ成分を調整する
と同時に、アルミニウム粉末と補強材間の粒度比を制御
することにより、無電解ニッケルめっきの過程において
２種の異なる比重の粉粒材を均一に混合させることがで
きる。しかも後続の機械的混合攪拌を必要せず、焼結成
形時にまた従来の粉末冶金設備を使用できるので、コス
トが低下し、操作が便利である。また、真空溶練設備、
熱均圧、熱圧等の設備を必要としないので、快速に大量
生産が可能であると共に製品の寸法は熱均圧内部の容器
のサイズの制限を受けず、高温工業または航空工業に必
須の大寸法製品を得ることが可能である。
ミニウム粉末、ニッケル粉末および酸化物粒子（または
繊維）補強材の表面にそれぞれ一層の金属ニッケルをめ
っきすることによりＮｉ−Ａｌ、Ｎｉ−ＮｉおよびＮｉ
−補強材の均一に混合された混合粉末を得、さらに焼
結、冷却圧延、熱処理して高密度で大寸法のＮｉ3 Ａｌ
またはＮｉＡｌ等のＮｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス
複合材製品を得る製品法に関する。本方法により得られ
た製品の室温における機械性質は従来の熱均圧により得
られた製品に勝るとも劣らない。本発明の複合粉末の粉
末冶金プロセスは、ニッケル層でアルミニウム粉末を保
護することによりその酸化を防止し、補強材表面をニッ
ケルめっきして基材間との湿潤性を向上させ、Ｎｉ−Ｎ
ｉ粉末を添加して適当な合金Ａｌ−Ｎｉ成分を調整する
と同時に、アルミニウム粉末と補強材間の粒度比を制御
することにより、無電解ニッケルめっきの過程において
２種の異なる比重の粉粒材を均一に混合させることがで
きる。しかも後続の機械的混合攪拌を必要せず、焼結成
形時にまた従来の粉末冶金設備を使用できるので、コス
トが低下し、操作が便利である。また、真空溶練設備、
熱均圧、熱圧等の設備を必要としないので、快速に大量
生産が可能であると共に製品の寸法は熱均圧内部の容器
のサイズの制限を受けず、高温工業または航空工業に必
須の大寸法製品を得ることが可能である。
【図１】本発明による製造方法のフローチャートであ
る。
る。
【図２】各実施例製品の異なる温度において測定された
硬度値を示すグラフである。
硬度値を示すグラフである。
【図３】各実施例の耐摩耗性の実験結果を示すグラフで
ある。
ある。
【図４】参考例と実施例１の典型的な応力−変形曲線を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図５】（ａ），（ｂ）は実施例３の試料の組織を示す
低倍率光学顕微鏡写真である。
低倍率光学顕微鏡写真である。
【図６】（ａ），（ｂ）は実施例３の試料の組織を示す
高倍率光学顕微鏡写真である。
高倍率光学顕微鏡写真である。
【図７】（ａ），（ｂ）は実施例１の試料の組織を示す
走査電子顕微鏡写真である。
走査電子顕微鏡写真である。
【図８】実施例２の試料の破断面の組織を示す走査電子
顕微鏡写真である。
顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−266530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−69293（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−294482（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−47549（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (14)
- 【請求項１】 Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス複合
材料の製造において、 ａ） アルミニウム粉末を供給する工程、 ｂ） 補強材を供給する工程、 ｃ） さらに、還元剤と還元すべきニッケルイオンとを
含有した還元溶液を供給する工程、 ｄ） 前記アルミニウム粉末と前記補強材とを前記還元
溶液中に添加する工程、 ｅ） 前記還元すべきニッケルイオンを還元する前記還
元剤を前記アルミニウム粉末および前記補強材に沈積さ
せる工程、 ｏ） 純粋なニッケル粉末を供給する工程、 ｐ） 前記アルミニウムおよび前記ニッケルの比を調整
するために前記純ニッケル粉末を前記還元溶液中に添加
する工程、および ｑ） Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−ＮｉおよびＮｉ−補強材の複
合粉末を得る工程 を含むことを特徴とするＮｉ−Ａｌ金属間化合物マトリ
クス複合材料の製造法。 - 【請求項２】 前記補強材は０．１ｃｍないし１０ｃｍ
長さのウイスカに成形され、または粒径が０．１μｍな
いし１００μｍの粒子に成形され、かつ前記補強材は予
め補強材前処理過程により処理されたα−Ａｌ2 Ｏ3 で
あることを特徴とする請求項１に記載の製造法。 - 【請求項３】 前記補強材前処理過程は、 ｆ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を第１の増感化および活性化
溶液中に浸漬させる工程、 ｇ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を水洗する工程、 ｈ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を第２の増感化および活性化
溶液中に浸漬させる工程、および ｉ） 前記α−Ａｌ2 Ｏ3 を水洗する工程 を含むことを特徴とする請求項２に記載の製造法。 - 【請求項４】 前記第１の増感化および活性化溶液は塩
化スズ（ＳｎＣｌ2・Ｈ2 Ｏ）と、塩化水素（ＨＣｌ）
と、水（Ｈ2 Ｏ）とを含み、また前記第２の増感化およ
び活性化溶液は塩化パラジウム（ＰｄＣｌ2 ）と、塩化
水素（ＨＣｌ）と、水（Ｈ2 Ｏ）とを含むことを特徴と
する請求項３に記載の製造法。 - 【請求項５】 前記補強材はセラミック粉末で、酸化
物、窒化物、炭化物およびホウ化物よりなる群から選ば
れたものであり、前記アルミニウム粉末は予めアルミニ
ウム前処理過程により処理されることを特徴とする請求
項１に記載の製造法。 - 【請求項６】 前記アルミニウム前処理過程は、前記ア
ルミニウム粉末を脱脂する工程と、前記アルミニウム粉
末を塩基性溶液で洗浄する工程と、前記アルミニウム粉
末を酸性溶液で洗浄する工程と、前記アルミニウム粉末
を超音波振動させる工程とを含むことを特徴とする請求
項５に記載の製造法。 - 【請求項７】 前記アルミニウム前処理過程は ｊ） 前記アルミニウム粉末を供給する工程、 ｋ） 置換Ｎｉイオンを含有する置換溶液を供給する工
程、 および ｌ） 前記アルミニウム粉末の表面にニッケルの薄い単
一層を形成させるため、前記置換Ｎｉイオンを前記アル
ミニウム粉末からイオン化されたＡｌイオンと置換する
工程 を含むことを特徴とする請求項６に記載の製造法。 - 【請求項８】 前記置換溶液は金属塩および還元剤を含
み、その上に少なくともＰＨ調整剤、緩衝剤、錯剤、安
定剤および向上剤からなる群より選ばれるものの一つを
含み、また８ないし９の範囲にあるＰＨ値と室温の反応
温度とを有し、かつ、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ
2 Ｏ）、クエン酸ナトリウム（Ｎａ3Ｃ6 Ｈ5 Ｏ7 ・２
Ｈ2 Ｏ）および塩化アンモニウム（ＮＨ4 Ｃｌ）、フッ
化ナトリウム（ＮａＦ）を含むことを特徴とする請求項
７に記載の製造法。 - 【請求項９】 Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス複合
材料の製造において、 ａ） アルミニウム粉末を供給する工程、 ｂ） 補強材を供給する工程、 ｃ） さらに、還元剤と還元すべきニッケルイオンとを
含有した還元溶液を供給する工程、 ｄ） 前記アルミニウム粉末と前記補強材とを前記還元
溶液中に添加する工程、および ｅ） 前記還元すべきニッケルイオンを還元する前記還
元剤を前記アルミニウム粉末および前記補強材に沈積さ
せる工程を有し、 前記還元溶液はホウ素イオンを含有し、前記補強材はα
−Ａｌ2 Ｏ3 粒子であり、さらに工程ｅ）に続いて ｏ′） 純粋なニッケル粉末を供給する工程、 ｐ′） 前記アルミニウムと前記ホウ素と前記ニッケル
との比を調整するために、前記純ニッケル粉末を前記還
元溶液中に添加する工程、および ｑ′） Ｎｉ−Ｂ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｂ−ＮｉおよびＮｉ−
Ｂ−補強材の複合粉末を得る工程 を含むことを特徴とするＮｉ−Ａｌ金属間化合物マトリ
クス複合材料の製造法。 - 【請求項１０】 前記アルミニウム粉末、前記ニッケル
粉末および前記α−Ａｌ2 Ｏ3 粒子は２．０：１：１．
１から２．５：１：２．０までの径比を有することを特
徴とする請求項９に記載の製造法。 - 【請求項１１】 前記アルミニウム粉末、前記ニッケル
粉末および前記α−Ａｌ2Ｏ3 粒子は２．２：１：１．
７の径比を有することを特徴とする請求項１０に記載の
製造法。 - 【請求項１２】 請求項９に記載の工程ｑ′）に続いて
さらに、 ｒ） 前記複合粉末を乾燥する工程、 ｓ） １０-5ｔｏｒｒ以下の真空下において４５０℃の
温度で前記複合粉末を脱ガスする工程、 ｔ） 空気中で前記複合粉末をステンレス鋼管に缶詰め
する工程、 ｕ） 前記鋼管の両端を密封する工程、および ｘ） 前記複合粉末を含有した管を冷間圧延して複合薄
片に形成させ、この複合薄片を焼結試料を成形するため
に、６５０℃の温度で第１の加熱処理により予焼結し、
この予焼結された試料をまた焼結試料を成形するために
１２００℃の温度で第２の加熱処理により焼結し、その
後、前記管から釈放し、冷間圧延して、 １２００℃の温度で均質化させる工程 を含むことを特徴とするＮｉ−Ａｌ金属間化合物マトリ
クス複合材料の製造法。 - 【請求項１３】 前記還元溶液は金属塩および還元剤を
含み、その上に、ＰＨ値調整剤、緩衝剤、錯剤、安定剤
および向上剤を含み、６〜７の範囲のＰＨ値および７０
℃の反応温度を有すると共に、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ
2 ・６Ｈ2 Ｏ）、ジメチルアミン・ホウ化水素（ＤＭＡ
Ｂ）、酢酸ナトリウム（ＣＨ3 ＣＯＯＮａ・３Ｈ2 Ｏ）
および硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）を含み、あるいは７
〜８の範囲のＰＨ値および７０℃の反応温度を有すると
共に、ニッケル塩化物（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）、ジメ
チルアミン・ホウ化水素（ＤＭＡＢ）、クエン酸ナトリ
ウム（Ｎａ3 Ｃ6 Ｈ5 Ｏ7 ・２Ｈ2 Ｏ）、塩化アンモニ
ウム（ＮＨ4 Ｃｌ）および硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）
を含み、あるいは６〜７の範囲のＰＨ値および７０℃の
反応温度を有すると共に、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2 ・
６Ｈ2 Ｏ）、ジメチルアミン・ホウ化水素（ＤＭＡ
Ｂ）、マロン酸（ＨＯＯＣＨ2 ＣＯＯＨ）およびチオ尿
素（ＮＨ2 ＣＯＳＣ2 Ｈ5 ）を含み、または８〜１０の
範囲のＰＨ値および室温の反応温度を有すると共に、塩
化ニッケル（ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ）、水素化ホウ素ナ
トリウム（ＮａＢＨ4 ）、塩化アンモニウム（ＮＨ4 Ｃ
ｌ）、クエン酸ナトリウム（Ｎａ3 Ｃ6 Ｈ5 Ｏ7 ・２Ｈ
2 Ｏ）、酢酸ナトリウム（ＣＨ3ＣＯＯＮａ・３Ｈ2
Ｏ）および硝酸鉛（Ｐｂ（Ｏ3 ）2 ）を含むことを特徴
とする請求項１、９および１２のいずれかの項に記載の
製造法。 - 【請求項１４】 前記Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物はＮｉ3
Ａｌ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡ１3 、Ｎｉ3 Ａｌ＋Ｂ、ＮｉＡ
ｌ＋Ｂ、Ｎｉ2 Ａｌ3 およびＮｉＡｌ3 ＋Ｂからなる群
より選ばれたものであり、前記アルミニウム粉末は９
９．５％の純度と、２０μｍの平均直径を有することを
特徴とする請求項１、９および１２のいずれかの項に記
載の製造法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP6070848A JP2721120B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス複合材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6070848A JP2721120B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス複合材料の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07278824A JPH07278824A (ja) | 1995-10-24 |
| JP2721120B2 true JP2721120B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=13443404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6070848A Expired - Lifetime JP2721120B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | Ｎｉ−Ａｌ金属間化合物マトリクス複合材料の製造法 |
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| JP (1) | JP2721120B2 (ja) |
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| CN115896649A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-04-04 | 北京航空航天大学 | 一种连续纤维增强高温合金基复合材料多能场辅助烧结成形方法 |
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-
1994
- 1994-04-08 JP JP6070848A patent/JP2721120B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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| JPH07278824A (ja) | 1995-10-24 |
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