JP2819134B2 - Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product - Google Patents

Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product

Info

Publication number
JP2819134B2
JP2819134B2 JP63221505A JP22150588A JP2819134B2 JP 2819134 B2 JP2819134 B2 JP 2819134B2 JP 63221505 A JP63221505 A JP 63221505A JP 22150588 A JP22150588 A JP 22150588A JP 2819134 B2 JP2819134 B2 JP 2819134B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum
powder
composite powder
die
radius
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63221505A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0285301A (en
Inventor
マイケル・ジョン・ルートン
ラグハバン・エアー
ルジカ・ペトコビツク・ルートン
ジョゼフ・バローン
スティーブン・マトラス
Original Assignee
エクソン・リサーチ・アンド・エンジニアリング・カンパニー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エクソン・リサーチ・アンド・エンジニアリング・カンパニー filed Critical エクソン・リサーチ・アンド・エンジニアリング・カンパニー
Priority to JP63221505A priority Critical patent/JP2819134B2/en
Publication of JPH0285301A publication Critical patent/JPH0285301A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2819134B2 publication Critical patent/JP2819134B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、アルミニウム基酸化物分散強化粉末及びそ
の調製方法並びにテクスチャー(優先結晶方位組織)の
実質上ない、その押出し製品に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aluminum-based oxide dispersion-strengthened powder, a method for preparing the same, and an extruded product thereof having substantially no texture (preferred crystal orientation structure).

発明の背景 次第に増大する高温及び高圧下で腐食及び炭化のよう
な悪環境に耐えることの出来る高強度で且つ良好な延性
を有する金属合金への強い要求が存在する。従来からの
耐熱合金の上限使用温度は、第2相粒子がマトリックス
中に実質上溶解する温度或いは第2相粒子が過大化する
温度によって制限された。この制限温度を越えると、合
金はもはや有用な強度を示さない。例外的にそうした用
途での使用に有望な合金の1種は、機械的合金化技術に
より得られる分散強化型合金である。これら分散強化合
金、殊に酸化物分散強化型合金は、実質上均質に分散し
た微細な不活性粒子を含有する材料種であり、こうした
合金は、合金材料の融点近い温度まで有用な強度を示
す。
BACKGROUND OF THE INVENTION There is a strong need for high strength and good ductility metal alloys that can withstand adverse environments such as corrosion and carbonization under increasingly high temperatures and pressures. The upper limit operating temperature of conventional heat-resistant alloys is limited by the temperature at which the second phase particles substantially dissolve in the matrix or the temperature at which the second phase particles become excessive. Above this temperature limit, the alloy no longer exhibits useful strength. One exceptionally promising alloy for use in such applications is a dispersion strengthened alloy obtained by mechanical alloying techniques. These dispersion-strengthened alloys, particularly oxide dispersion-strengthened alloys, are a class of materials that contain fine, inert particles that are substantially homogeneously dispersed, and that exhibit useful strength up to temperatures near the melting point of the alloy material. .

分散強化金属材料を製造するのに使用される技術の主
たる要件は、次のような特性を有する第2(硬質)相の
均質な分散を創成しうることとされてきた: 1.小さな粒寸(<50nm)、好ましくは酸化物粒子; 2.小さな粒子間の間隔(<200nm); 3.化学的に安定な第2相、(負の形成自由エネルギーが
なるたけ大きく、そして合金の使用条件範囲内で相変態
を示してはならない); 4.金属質マトリックスに実質上不溶であること。
The main requirement of the technology used to produce dispersion-strengthened metallic materials has been to be able to create a homogeneous dispersion of the second (hard) phase with the following properties: 1. Small grain size (<50 nm), preferably oxide particles; 2. Spacing between small particles (<200 nm); 3. Chemically stable second phase, (Negative free energy of formation as large as possible, and range of use conditions for alloys) Must not exhibit phase transformation within); 4. be substantially insoluble in the metallic matrix.

従来技術 分散強化合金は一般に、金属粉末と第2相或いは硬質
相粒子の混合物をSzeguariアトリッターのような高エネ
ルギーミル(粉砕混練機)において緊密に乾式混合する
従来からの機械的合金化法により製造された。そうした
方法は、酸化物分散強化合金を製造する米国特許第3,59
1,362号に開示される。高エネルギーミルは、金属質相
の反復的な溶着と破断をもたらし、これは硬質相粒子の
微細化と分散を伴う。生成する複合粉末粒子は一般に、
金属質成分とそこに充分に分散した第2(硬質)相との
実質上均質な混合物から成る。その後、最終形状に熱間
あるいは冷間で突固め及び押出しすることによりバルク
材料が得られる。
Prior Art Dispersion-strengthened alloys are generally prepared by conventional mechanical alloying methods in which a mixture of metal powder and second or hard phase particles is intimately dry mixed in a high energy mill (milling kneader) such as a Szeguari attritor. produced. Such a method is disclosed in U.S. Pat.
No. 1,362. High energy mills result in repetitive welding and breaking of the metallic phase, which is accompanied by refinement and dispersion of the hard phase particles. The resulting composite powder particles are generally
It consists of a substantially homogeneous mixture of a metallic component and a second (hard) phase well dispersed therein. The bulk material is then obtained by hot or cold compaction and extrusion to the final shape.

工業的な分散強化合金例えば酸化物分散強化合金が産
業界に広く受け入れられなかった理由の一つは、ミクロ
組織欠陥を含まずそして管体のような所望の形態に成形
し得る複合マトリックス中に微細な酸化物粒子の一様な
分散を得るための技術的に且つ経済的に適当な技術が存
在しなかったためである。酸化物分散強化材料について
の研究と開発はここ20年にわたって続けられてきたけれ
ども、これら材料製品は充分の工業的水準に達し得なか
った。これは、これまで合金製品中の粒寸と粒形状の制
御を可能とするような処理加工中のミクロ組織の進行状
況が理解されていなかったからである。更に、細脈状酸
化物(ストリンガ)、結晶粒界空洞、及び微小孔のよう
な処理加工中導入される固有のミクロ組織欠陥の形成に
ついての説明も存在しなかった。
One reason industrial dispersion-strengthened alloys, such as oxide dispersion-strengthened alloys, have not gained widespread acceptance in the industry is that they contain microstructure defects and contain a composite matrix that can be formed into a desired form, such as a tube. This is because there was no technically and economically appropriate technique for obtaining a uniform dispersion of fine oxide particles. Although research and development on oxide dispersion strengthened materials has continued over the last two decades, these material products have not been able to reach satisfactory industrial standards. This is because the progress of the microstructure during the processing that allows control of the grain size and grain shape in the alloy product has not been understood so far. Furthermore, there was no explanation for the formation of inherent microstructural defects introduced during processing, such as vein oxides (stringers), grain boundary cavities, and micropores.

細脈状酸化物(ストリンガ)は、構成金属成分の酸化
物の細長い断片から成る。これら細脈状酸化物はその長
さを横切って強度の弱い面として作用しまた爾後の再結
晶中粒寸及び粒形状の制御を阻止する作用を為す。粒界
での空洞を含めて微小孔は、それらが降伏強さ、引張強
さ、延性及びクリープ破断強さに悪影響を与えるから、
分散強化合金に有害である。
Vesicular oxide (stringers) consist of elongated pieces of oxides of the constituent metal components. These vein oxides act as weak surfaces across their length and act to prevent control of grain size and shape during subsequent recrystallization. Micropores, including cavities at grain boundaries, have an adverse effect on yield strength, tensile strength, ductility and creep rupture strength,
Harmful for dispersion strengthened alloys.

軽量で高強度の金属材料に対する大きな要望が様々の
産業界で存在する。こうした材料は、航空機外板、航空
機内部構造体、ライフル部品、自動車部品、並びに油井
探査用穿孔パイプの製造に特に有用である。そうした材
料に対する一番の有力候補は、アルミニウム基材料であ
る。アルミニウム及びアルミニウム基合金は、高い強度
対重量比が主たる考慮因子であるような用途において使
用するのに一般に選択される。しかし、こうした金属
は、従来からのアルミニウム基合金がそれらの絶対融点
の半分を越える温度においては(即ち>200℃)強度を
失う傾向があるから比較的低温で使用しうるのみであ
る。航空産業界での燃料効率の増大及び一層大きな積載
率への要望が、外板及びフレーム材料としてチタン合金
や高強度鋼に代えてアルミニウム合金への需要を促して
きた。もっと最近になって、傾斜掘りにおいてトルク及
び抗力減少への要求がドリルストリングとしてアルミニ
ウム基合金の使用を促進したが、それらの使用は上述の
昇温下での強度損失問題により厳しく制限された。
There is a great demand in various industries for lightweight and high strength metallic materials. Such materials are particularly useful in the manufacture of aircraft skins, aircraft interior structures, rifle components, automotive components, and drilled pipes for oil well exploration. The prime candidate for such a material is an aluminum-based material. Aluminum and aluminum-based alloys are generally selected for use in applications where high strength-to-weight ratio is a major consideration. However, such metals can only be used at relatively low temperatures because conventional aluminum-based alloys tend to lose strength at temperatures above half their absolute melting point (ie,> 200 ° C.). The demand for increased fuel efficiency and higher loading rates in the aviation industry has driven the demand for aluminum alloys as skin and frame materials instead of titanium alloys and high strength steels. More recently, the need for reduced torque and drag in inclined drilling has promoted the use of aluminum-based alloys as drill strings, but their use has been severely limited by the strength loss problem at elevated temperatures described above.

アルミニウムの強度を増大するための早期の試みは、
アルミニウム粉末を酸素含有雰囲気中でホットプレスと
して、元のアルミニウム粉末粒子の表面にその場で酸化
アルミニウムの薄い皮膜を形成せしめることであった。
一般に焼結アルミニウム製品(S.A.P.)として知られる
この分散強化アルミニウム材料は、驚くべき程に高い水
準の硬度と引張り強さを示した。この方法に伴う欠点
は、酸化アルミニウムが、不溶性ではあるけれども、比
較的粗く分散することであった。その結果として、合金
は昇温下で非常に高い強度を実現し得ず、工業界での実
際の使用に至らなかった。
Early attempts to increase the strength of aluminum
The purpose was to hot-press the aluminum powder in an oxygen-containing atmosphere to form a thin film of aluminum oxide on the surface of the original aluminum powder particles in situ.
This dispersion strengthened aluminum material, commonly known as sintered aluminum product (SAP), has shown surprisingly high levels of hardness and tensile strength. A disadvantage with this method was that the aluminum oxide, although insoluble, was relatively coarsely dispersed. As a result, the alloys could not achieve very high strength at elevated temperatures and did not lead to practical use in industry.

焼結粉末材料の欠点を呈することのないアルミニウム
分散強化材料を製造するために、機械的合金化法が使用
された。この技術は一般に、一層均質な材料を生成し、
そして化学的組成について一層正確で緻密な制御を与え
た。更に、これら機械的合金化技術は、成分中の1種以
上が互いに不混和性であるような多成分材料の作製に適
した。その例は、タングステンと銅或いは金属中の高融
点物質である。
Mechanical alloying methods have been used to produce aluminum dispersion strengthened materials that do not exhibit the disadvantages of sintered powder materials. This technique generally produces a more homogeneous material,
And it gave more precise and precise control over the chemical composition. Furthermore, these mechanical alloying techniques are suitable for producing multi-component materials in which one or more of the components are immiscible with one another. Examples are tungsten and copper or refractory substances in metals.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、機械的合金化技術により分散強化アル
ミニウム材料を製造する早期の試みは不首尾に終った。
これは、アルミニウムの展延性が粉末粒子同志の溶着並
びにプロセス設備部品への溶着をもたらし、分散相の分
散を妨げたからである。この問題を軽減する一つの試み
が米国特許第4,409,038号に開示され、ここではそうし
た溶着を防止するのにステアリン酸のようなプロセスコ
ントロール剤の使用を開示する。この方法はある程度の
成功を納めたが、分散質がマトリックスに不溶な高融点
物質であるような分散強化材料を製造することは出来な
かった。例えば、上記方法は、粗く分散した酸化物と細
かく分散した炭化物で強化された合金をもたらす。これ
ら粗く分散した酸化物はそれらの比較的広い間隔のため
に殆ど強度に寄与せず、そして炭化物は比較的不安定で
ありそして昇温下で粗大化する傾向があり急速な強度損
失につながった。従って、こうした合金は通常約200℃
より低い温度での使用に制限される。
However, early attempts to produce dispersion strengthened aluminum materials by mechanical alloying techniques have been unsuccessful.
This is because the ductility of the aluminum resulted in the welding of the powder particles together and the welding to the process equipment parts, preventing the dispersion of the dispersed phase. One attempt to alleviate this problem is disclosed in U.S. Pat. No. 4,409,038, which discloses the use of a process control agent such as stearic acid to prevent such welding. Although this method has met with some success, it has not been possible to produce dispersion-enhanced materials in which the dispersoid is a high melting material that is insoluble in the matrix. For example, the above methods result in alloys reinforced with coarsely dispersed oxides and finely dispersed carbides. These coarsely dispersed oxides contribute little strength due to their relatively large spacing, and the carbides are relatively unstable and tend to coarsen at elevated temperatures, leading to rapid strength loss. . Therefore, these alloys are usually about 200 ° C
Limited to use at lower temperatures.

斯くして、斯界には、高温強度を有する分散強化アル
ミニウム材料に対する要望が依然として存在する。
Thus, there is still a need in the art for a dispersion strengthened aluminum material having high temperature strength.

発明の概要 本発明に従えば、アルミニウムとアルミニウム酸窒化
物から成り、個々の粉末粒子がアルミニウムマトリック
スとマトリックス全体を通して実質的に一様に分散され
るアルミニウム酸窒化物の分散質粒子構成される機械的
合金化複合体粉末が提供される。本発明は更に、酸窒化
物粒子を実質上一様に分散せしめたアルミニウムマトリ
ックスから成り、テクスチャーを実質上含まない押出し
機械的合金化物品を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a machine comprising aluminum and aluminum oxynitride, wherein the individual powder particles are substantially uniformly dispersed throughout the aluminum matrix and the aluminum oxynitride dispersoid particles. An alloyed composite powder is provided. The present invention further provides an extruded mechanically alloyed article comprising an aluminum matrix having a substantially uniform distribution of oxynitride particles and substantially free of texture.

本発明の好ましい具体例において、複合体粉末は、50
重量%を越えるアルミニウム、酸窒化物並びに1種以上
の他の金属、高融点物質或いは両者を含有する。
In a preferred embodiment of the present invention, the composite powder comprises 50
It contains more than weight percent of aluminum, oxynitride and one or more other metals, refractory materials or both.

本発明の一つの好ましい具体例において、分散質粒子
の少なくとも0.1容積%はアルミニウム酸窒化物であ
り、1種以上の他の高融点物質は酸化物である。
In one preferred embodiment of the present invention, at least 0.1% by volume of the dispersoid particles is aluminum oxynitride and the one or more other refractory materials are oxides.

本発明の他の好ましい具体例において、分散質粒子の
少なくとも0.5容積%はアルミニウム酸窒化物でありそ
して高融点物質はアルミナである。
In another preferred embodiment of the present invention, at least 0.5% by volume of the dispersoid particles is aluminum oxynitride and the refractory material is alumina.

本発明のアルミニウム基材料は、アルミニウム単独或
いは1種以上の他の金属を添加して成る金属粉末をミル
中に導入し、そして液体酸素の沸点より低い温度で窒素
含有極低温液体で粉末混合物をミリングすることにより
調製される。
The aluminum-based material of the present invention comprises introducing a metal powder comprising aluminum alone or one or more other metals into a mill, and forming a powder mixture with a nitrogen-containing cryogenic liquid at a temperature below the boiling point of liquid oxygen. It is prepared by milling.

本発明のまた別の好ましい具体例においては、高融点
物質が金属粉末と共に導入される。好ましくは、高融点
物質は、酸化物及び酸窒化物から選択され、好ましくは
酸窒化物である。
In another preferred embodiment of the present invention, a high melting point material is introduced with the metal powder. Preferably, the high melting point material is selected from oxides and oxynitrides, preferably oxynitrides.

本発明のアルミニウム酸窒化物分散質粒子を含む、テ
クスチャーを含まないアルミニウム材料物品は、約5ミ
クロンより小さな平均粒寸を有する粒から成る機械的に
合金化されたアルミニウム粉末材料のビレットを次の式 (ここで、Rはダイオリフィスの主軸線に沿ってその入
口面からある与えられた点xにおけるダイ輪郭の半径で
あり、Roはビレットの半径でありそしてKは任意の定数
である。) に実質上従う内部輪郭を有する押出しダイを通して押出
すことにより作製される。
A texture-free aluminum material article comprising the aluminum oxynitride dispersoid particles of the present invention comprises a billet of a mechanically alloyed aluminum powder material consisting of grains having an average grain size of less than about 5 microns. formula (Where R is the radius of the die contour at a given point x from its entrance plane along the major axis of the die orifice, Ro is the radius of the billet and K is an arbitrary constant.) By extruding through an extrusion die having an internal profile substantially conforming to

発明の具体的説明 本発明の実施によって、次の特徴を有する、アルミニ
ウム基分散強化材料が得られる: 1.マトリックス全体を通して約20nm未満の平均間隔で実
質上一様に分布されるアルミニウム酸窒化物粒子を具備
し、それにより優れた高温強度を有する材料をもたら
す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The practice of the present invention results in an aluminum-based dispersion strengthening material having the following characteristics: 1. Aluminum oxynitride, which is substantially uniformly distributed throughout the matrix with an average spacing of less than about 20 nm. Comprising particles, thereby resulting in a material having excellent high temperature strength.

2.低温ミリング工程で充分に蓄えられたエネルギーが、
合金粉末の爾後の再加熱中、解放され、生成する場合粉
末粒中に微細な粒寸をもたらす。
2. The energy stored in the low-temperature milling process
During subsequent reheating of the alloy powder, it is released and, when formed, results in fine grain size in the powder grains.

3.複合粉末表面は実質上酸化物スケールを有しない。3. The composite powder surface has substantially no oxide scale.

複合材料の強度(σ)は、マトリックスの弾性モジュ
ラス(E)及び分散質粒子の粒子間間隔(λ)に次の式
に従って関係づけられる: σ=αE/λ (ここで、αは定数である。) 鉄基分散強化材料が低温ミリングにより製造されると
き、分散質の粒子間の距離は約60nmのオーダにある。鉄
の弾性モジュラスは210GPaであるから、この粒子間距離
はそうした材料に所要の強度を与えるに充分である。上
記式に従えば、鉄基系における分散質の粒子間の間隔は
低温ミリング中の高融点粉末の微細化のみによって実現
されうる。アルミニウムのような金属に対しては、弾性
モジュラスが鉄のそれの約1/3であり、従って同等の高
温強度を実現するのに粒子間の間隔は1/3小さくなけれ
ばならない(<20nm)。所要の粒子間距離は分散質を約
2〜6nmの寸法範囲とすることにより初めて実現される
が、これは鉄の場合のように高融点相の微細化によるだ
けでは得られない。その代わり、アルミニウム系におけ
る微細寸法の分散質は、原子規模でのコントロールされ
た化学反応を通して実現される。1重量%までの酸素を
有する窒素含有極低温液体中での極低温ミリングプロセ
スの使用によって、反応性アルミニウムと窒素とのその
場での表面反応が約77゜Kの温度でもたらしうる。この
温度においては、状況は、熱力学及び反応速度論から、
アルミニウム、酸素及び窒素の反応を通して極めて微細
な酸窒化物(oxy−nitride)種の形成に好都合である。
The strength (σ) of the composite is related to the elastic modulus (E) of the matrix and the interparticle spacing (λ) of the dispersoid particles according to the following equation: σ = αE / λ, where α is a constant .) When the iron-based dispersion strengthening material is produced by low temperature milling, the distance between the particles of the dispersoid is on the order of about 60 nm. Since the elastic modulus of iron is 210 GPa, this interparticle distance is sufficient to give such materials the required strength. According to the above formula, the spacing between the particles of the dispersoid in the iron-based system can be realized only by refining the high melting point powder during low temperature milling. For metals such as aluminum, the elastic modulus is about one-third that of iron, so the spacing between particles must be one-third smaller to achieve comparable high-temperature strength (<20 nm) . The required intergranular distance is only achieved by setting the size of the dispersoid in the size range of about 2 to 6 nm, but this cannot be achieved by merely refining the high melting point phase as in the case of iron. Instead, fine dimensional dispersoids in aluminum systems are achieved through controlled chemical reactions on an atomic scale. By using a cryogenic milling process in a nitrogen-containing cryogenic liquid with up to 1% by weight of oxygen, an in situ surface reaction of reactive aluminum with nitrogen at a temperature of about 77 ° K. At this temperature, the situation is, from thermodynamics and kinetics,
It favors the formation of very fine oxy-nitride species through the reaction of aluminum, oxygen and nitrogen.

1種以上の金属の機械的ミリング(粉砕混練)は、ミ
リング媒体の連続的な衝撃作用により最初の成分粉末が
反復的に粉砕されそして冷間溶着される工程であるか
ら、この操作中かなりの歪エネルギーが蓄えられる。押
出し前の続いての再加熱中、生成複合粉末の再結晶が起
こる。冷間加工後の再結晶により生成される粒寸は冷間
加工の程度の依存することがよく知られている。しか
し、その量より下では再結晶が起こらない加工量の下限
が存在する。冷間加工の程度は材料中に蓄えられる歪み
エネルギーの目安であるから、ミリング温度の減少は所
定の期間にわたって材料中に蓄えることの出来る加工量
及び飽和まで蓄えることの出来る加工量の増加につなが
る。従って、ミリング温度の減少は粉末粒子寸法の減少
率の増加及び長いミリング時間において実現される粒寸
の減少をもたらす。
Mechanical milling (milling and kneading) of one or more metals is a process in which the initial component powder is repeatedly milled and cold welded by the continuous impaction of the milling media, and therefore, a significant part of this operation. Strain energy is stored. During subsequent reheating before extrusion, recrystallization of the resulting composite powder occurs. It is well known that the grain size produced by recrystallization after cold working depends on the degree of cold working. However, there is a lower limit of the processing amount below which the recrystallization does not occur. Since the degree of cold working is a measure of the strain energy stored in the material, a decrease in the milling temperature leads to an increase in the amount of work that can be stored in the material over a given period and the amount of work that can be stored until saturation. . Thus, a reduction in the milling temperature results in an increase in the reduction rate of the powder particle size and a reduction in the particle size achieved at longer milling times.

アルミニウム粉末単独を酸素の実質上不存在下で低温
ミリングすることにより機械的に合金化して生成粉末を
極めて小さな粒寸とすることもまた本発明の範囲内であ
る。この場合には、即ちアルミニウム酸窒化物を生成す
ることが所望されない場合には、極低温物質は約−240
℃〜−150℃の範囲の沸点を有する任意の液体でよい。
その例としては、液化気体窒素、メタン、アルゴン、ク
リプトンなどである。
It is also within the scope of the present invention to mechanically alloy the aluminum powder alone by low temperature milling in the substantial absence of oxygen to make the resulting powder very small in size. In this case, i.e., when it is not desired to produce aluminum oxynitride, the cryogenic material is about -240
It may be any liquid having a boiling point in the range of ℃ to -150 ℃.
Examples include liquefied gaseous nitrogen, methane, argon, krypton, and the like.

押出し前の再結晶中超微細粒の生成は、材料が押出し
及び続いての加工中粒界空洞んを形成する傾向を軽減す
る役目を為す。この理由は、粒寸が細かくなるにつれ、
粒界近傍での拡散過程によりすべり変形が一段と多く吸
収され得るためと信ぜられる。その結果として、粒内で
のすべりの濃度は減少しそしてすべり帯の粒界濃度も比
例的に減少する。
The formation of ultrafine grains during recrystallization prior to extrusion serves to reduce the tendency of the material to form grain boundary cavities during extrusion and subsequent processing. The reason for this is that as the grain size becomes finer,
It is believed that the slip deformation can be further absorbed by the diffusion process near the grain boundaries. As a result, the concentration of slip within the grains decreases and the grain boundary concentration of the slip band decreases proportionally.

既に論議したように、細脈状酸化物(ストリンガ)
は、アルミニウム、クロム及び鉄のような構成金属元素
の酸化物の細長い断片である。驚くべきことに、本発明
者は、これら酸化物ストリンガが大気中でのボールミリ
ング中粒子上に形成される酸化物スケールから由来する
ことを発見した。もっと驚くべきことに、この酸化物ス
ケールは、工業等級のアルゴンを使用して従来からのミ
リング中でもアルミニウム、クロム及び鉄のような金属
が微量の酸素と反応して粒子表面上に外面酸化物スケー
ルを形成するときには生じる。これらスケールは爾後の
圧縮団結中破砕しそして押出し中細長く伸びて酸化物ス
トリンガを形成する。ストリンガはバルク材料の弱化中
心として働きそして焼鈍中粒界移動を阻止するよう作用
する。そうすることによって、ストリンガは、最終的な
熱機械的処理段階中粒寸及び粒形状のコントロールを妨
害する。本発明の実施において酸素は使用されるけれど
も、極低温ミリングを行なう温度はそうした酸化物スケ
ールの形成を防止するに充分低い。
As already discussed, vein oxides (stringers)
Are elongated pieces of oxides of constituent metal elements such as aluminum, chromium and iron. Surprisingly, the inventors have found that these oxide stringers are derived from oxide scale formed on the particles during ball milling in air. Even more surprisingly, this oxide scale is exposed to metal oxides such as aluminum, chromium and iron with trace amounts of oxygen during conventional milling using industrial-grade argon to form an external oxide scale on the particle surface. Occurs when forming These scales crush during subsequent compaction and elongate during extrusion to form oxide stringers. Stringers act as centers of weakening of the bulk material and act to prevent grain boundary migration during annealing. By doing so, the stringers hinder control of grain size and grain shape during the final thermomechanical processing stage. Although oxygen is used in the practice of the present invention, the temperature at which cryogenic milling is performed is low enough to prevent the formation of such oxide scale.

本発明によって製造される材料の性状は、高融点粒子
(代表的に粒子は約3nmの平均直径と約20nmの間隔を有
する)の実質上均一な細かい分散、外部酸化物スケール
の不存在及び工業的実施条件下でテキスチャーの実質存
在しない押出し製品成形能力の格段の向上を含む。
The properties of the materials produced according to the present invention include a substantially uniform fine dispersion of refractory particles (typically having an average diameter of about 3 nm and a spacing of about 20 nm), the absence of external oxide scale, and the A significant improvement in the ability to form extruded products with substantially no texture under typical operating conditions.

本発明の実施においての使用に適当な高融点化合物と
しては、約25℃において酸素単位グラム原子当たりの酸
化物形成の負の自由エネルギーが少なくとも約90,000カ
ロリーでありそしてその融点が少なくとも約1300℃であ
るような酸窒化物、酸化物、炭化物、窒化物、硼化物、
炭窒化物等が挙げられる。好ましいものは、酸窒化物及
び酸化物である。こうした酸窒化物及び酸化物の例は、
けい素、アルミニウム、イットリウム、セリウム、ウラ
ン、マグネシウム、カルシウム、ベリリウム、トリウ
ム、ジルコニウム、ハフニウム、チタン等のそれらであ
る。次のような、アルミニウムとイットリウムの混合酸
化物もまた含まれる:Al2O3・2Y2O3(YAP)、Al2O3・Y2O
3(YAM)及び5Al2O3・3Y2O3(YAG)。好ましいものは、
アルミニウム酸窒化物及び酸化物であり、より好ましい
ものはアルミニウム酸窒化物である。
Suitable high melting compounds for use in the practice of the present invention include those having a negative free energy of oxide formation of at least about 90,000 calories per gram atom of oxygen at about 25 ° C and a melting point of at least about 1300 ° C. Some oxynitrides, oxides, carbides, nitrides, borides,
And carbonitrides. Preferred are oxynitrides and oxides. Examples of such oxynitrides and oxides are
Silicon, aluminum, yttrium, cerium, uranium, magnesium, calcium, beryllium, thorium, zirconium, hafnium, titanium and the like. Also included are mixed oxides of aluminum and yttrium, such as: Al 2 O 3 .2Y 2 O 3 (YAP), Al 2 O 3 .Y 2 O
3 (YAM) and 5Al 2 O 3 .3Y 2 O 3 (YAG). The preferred ones are
Aluminum oxynitride and oxide are more preferable, and aluminum oxynitride is more preferable.

本発明の材料中に存在するアルミニウム酸窒化物の総
量は少なくとも有効量である。ここで、有効量とは、ア
ルミニウムマトリックスの強度を少なくとも約10%、好
ましくは少なくとも約20%増大するに必要とされる最少
量を意味する。一般に、この量は、材料総容積に基づい
て約5容積%まで、好ましくは約2容積%まで一層好ま
しくは約1容積%まで、最も好ましくは約0.1〜0.5容積
%の範囲である。1種以上の他の高融点化合物が存在す
るときには、高融点物質の総容積(添加量+その場での
生成量)は、材料総容積に基づいて、約0.5〜25%、好
ましくは約0.5〜10%、一層好ましくは0.5〜5%の範囲
である。
The total amount of aluminum oxynitride present in the material of the present invention is at least an effective amount. Here, an effective amount means the minimum amount required to increase the strength of the aluminum matrix by at least about 10%, preferably by at least about 20%. Generally, this amount will range up to about 5% by volume, preferably up to about 2% by volume, more preferably up to about 1% by volume, and most preferably from about 0.1 to 0.5% by volume, based on the total volume of the material. When one or more other refractory compounds are present, the total volume of refractory material (addition + in situ production) may be about 0.5-25%, preferably about 0.5%, based on the total volume of the material. -10%, more preferably 0.5-5%.

本発明以前には、アルミニウムのような展延性金属を
機械的に合金化することは実用的でなかった。これは、
アルミニウムがアトリッター(磨砕機)及びその部品に
粘着する傾向を有するからである。この問題を実質上排
除するために従来からのミリング中プロセスコントロー
ル剤を使用しても、多くの産業用途に対して不十分な高
温強度しか有しない材料をもたらすだけである。本発明
の実施によって、アルミニウム及びアルミニウムを基と
する合金は極低温ミリングによって好首尾に機械的に合
金化し得て、マトリックス全体を通してアルミニウム酸
窒化物粒子の実質上均一な分散を有する分散強化複合粒
子を生成する。
Prior to the present invention, mechanically alloying a ductile metal, such as aluminum, was not practical. this is,
This is because aluminum has a tendency to stick to the attritor and its parts. Using conventional process control agents during milling to substantially eliminate this problem only results in materials having insufficient high temperature strength for many industrial applications. By the practice of the present invention, aluminum and aluminum-based alloys can be successfully mechanically alloyed by cryogenic milling to provide dispersion-reinforced composite particles having a substantially uniform distribution of aluminum oxynitride particles throughout the matrix. Generate

本発明の分散強化機械的合金化アルミニウムは主にア
ルミニウムと分散質から成る。本材料はまた、アルミニ
ウムを例えば固溶体硬化或いは時効硬化しそして或る種
の特定性質を提供し得る様々の添加剤を含有しうる。例
えばアルミニウムと固溶体を形成するマグネシウムは、
耐食性、良好な疲労耐性及び低密度を伴って追加強度を
提供しよう。追加強度を与えることのできる他の添加剤
としては例えば、Li、Cr、Si、Zn、Ni、Ti、Zr、Co、Cu
及びMnが挙げられる。アルミニウムへの添加剤及び添加
量は斯界で周知である。
The dispersion-strengthened mechanically alloyed aluminum of the present invention mainly comprises aluminum and a dispersoid. The material may also contain various additives that can, for example, solid-solution harden or age harden aluminum and provide certain specific properties. For example, magnesium, which forms a solid solution with aluminum,
Let's provide additional strength with corrosion resistance, good fatigue resistance and low density. Other additives that can provide additional strength include, for example, Li, Cr, Si, Zn, Ni, Ti, Zr, Co, Cu
And Mn. Additives and amounts to aluminum are well known in the art.

一般に、本発明の分散強化機械的合金化アルミニウム
材料は、材料の総重量に基づいて少なくとも50%、好ま
しくは少なくとも約80%、一層好ましくは少なくとも約
90%アルミニウムから構成される。
Generally, the dispersion strengthened mechanically alloyed aluminum material of the present invention has at least 50%, preferably at least about 80%, more preferably at least about 80%, based on the total weight of the material.
Composed of 90% aluminum.

本発明は、液体窒素のような窒素含有極低温物質をア
ルミニウム粉末を収納する高エネルギーミル中に装填す
ることによって実施される。他の種金属粉末及び/或い
は高融点(高融点)物質も存在し得る。高エネルギーミ
ルはまた、高度に活発な相対運動状態に維持される金属
ボール或いはセラミックボールのような磨砕媒体をも収
納する。有効量の酸素の存在下で実施されるミリング作
業は混合物成分を細かく砕き、そして結着し或いは溶着
せしめそして生成物粉末の金属マトリックス全体を通し
て互いに分散せしめ、そして爾後の加熱による再結晶化
に際して所望の粒寸及び微細な粒組織を得ることを可能
ならしめるに充分な時間継続される。
The present invention is practiced by loading a nitrogen-containing cryogenic substance, such as liquid nitrogen, into a high energy mill containing aluminum powder. Other seed metal powders and / or high melting point (high melting point) materials may also be present. High energy mills also contain grinding media such as metal balls or ceramic balls that are maintained in a highly active relative motion state. The milling operation, carried out in the presence of an effective amount of oxygen, breaks the components of the mixture and binds or fuses them together and disperses each other throughout the metal matrix of the product powder, and is desirable during subsequent recrystallization by heating. For a time sufficient to make it possible to obtain a fine grain size and fine grain structure.

有効量の酸素とは、金属粉末粒子の表面に酸化物スケ
ールの形成をもたらすような量未満で、所望量のアルミ
ニウム酸窒化物を生ぜしめるような量を意味する。この
量は一般に約1重量%まで、好ましくは約0.1〜0.5重量
%の範囲である。このミリング作業から生成する材料
は、成分が緊密に結合して出発成分の微細な粉砕片の相
互分散を与えるような凝集内部組織により金属組織学的
に特徴づけられる。
By an effective amount of oxygen is meant an amount that is less than that which results in the formation of oxide scale on the surface of the metal powder particles, but which produces the desired amount of aluminum oxynitride. This amount generally ranges up to about 1% by weight, preferably about 0.1 to 0.5% by weight. The material resulting from this milling operation is metallographically characterized by an agglomerated internal structure in which the components are tightly bound to provide an interdispersion of finely divided pieces of the starting components.

ミリング工程中、最初のアルミニウム粉末粒子は磨砕
媒体と衝突しそして砕ける。この破断は自動的に高度に
反応性のアルミニウム原子を有する清浄な表面を生みだ
す。存在する窒素及び酸素原子がこれら清浄な表面上に
吸着しそしてアルミニウム原子と結合し、それによりこ
こでアルミニウム酸窒化物と呼ばれるアルミニウム、酸
素及び窒素の複合物を形成する。これら複合物の寸法は
超微細である。即ち、これらは一般に、約300〜700原子
(2〜5nm直径)の範囲にある。これら現場で生成され
るアルミニウム酸窒化物に加えて、金属マトリックスは
最初の粉末装入物と共に導入された他の種高融点化合物
をも含有し得る。極低温ミリング後、これら高融点化合
物は30〜50nmの寸法範囲となる。斯くして、アルミニウ
ム酸窒化物をその場で生成することによってのみ本発明
の優れた性質の複合粉末につながる超微細粒寸を得るこ
とが出来る。
During the milling process, the initial aluminum powder particles collide with the grinding media and break. This break automatically creates a clean surface with highly reactive aluminum atoms. The nitrogen and oxygen atoms present adsorb on these clean surfaces and combine with the aluminum atoms, thereby forming a complex of aluminum, oxygen and nitrogen, referred to herein as aluminum oxynitride. The dimensions of these composites are very fine. That is, they are generally in the range of about 300-700 atoms (2-5 nm diameter). In addition to these in situ generated aluminum oxynitrides, the metal matrix may also contain other species refractory compounds introduced with the initial powder charge. After cryogenic milling, these high melting compounds have a size range of 30-50 nm. Thus, only by producing the aluminum oxynitride in situ, it is possible to obtain the ultrafine grain size which leads to the composite powder of the present invention having excellent properties.

ここで使用する用語「極低温媒体」とは、1〜10nmの
平均直径を有するアルミニウム酸窒化物を生成し得る酸
素含有液体材料を意味し、好ましいものは液体窒素であ
る。
As used herein, the term "cryogenic medium" means an oxygen-containing liquid material capable of producing aluminum oxynitride having an average diameter of 1 to 10 nm, with preference being given to liquid nitrogen.

本発明の材料は、押出し製品が実質上テクスチャーを
持たないよう押出される。ここで使用するものとしての
「実質上テクスチャーを持たない」とは、優先結晶方位
を実質上有しないことを意味する。これを表現する別の
方法は、実質上テクスチャー(優先結晶方位)のない材
料から極図が得られるとき、その極図のどの領域も無秩
序方位サンプルから得られるような極密度の約10倍を越
える極密度を示さない、より好ましくは約5倍以下、最
も好ましくは約3倍以下となっていることである。これ
は材料を等方性とする、即ちすべての方向に実質上同じ
機械的及び物理的性質を有するものとする。本発明の実
施によりこうした材料を得ることが可能である。これ
は、ダイの内部輪郭がダイ帯域においてダイを通して押
し出されつつある材料を次の式、即ち (ここで、Aはダイ入口面からダイオリフィス主軸線に
沿って或る与えられた点xにおける断面積であり、Ao
ビレットの断面積であり、は真の(或いは自然)歪速
度でありそしてvは押出しプレスのラムの速度であ
る。) に合致せしめるような態様で連続的に変化するようにさ
れているからである。
The material of the present invention is extruded such that the extruded product has substantially no texture. As used herein, "substantially has no texture" means that it has substantially no preferred crystallographic orientation. Another way to express this is that when a pole figure is obtained from a material that has virtually no texture (preferred crystallographic orientation), any region of the pole figure will be about 10 times the pole density as would be obtained from a disordered orientation sample. It does not show a pole density exceeding, more preferably about 5 times or less, and most preferably about 3 times or less. This makes the material isotropic, ie, has substantially the same mechanical and physical properties in all directions. It is possible to obtain such materials by practicing the invention. This allows the material whose inner contour is being extruded through the die in the die zone to the following formula: (Where A is the cross-sectional area at a given point x from the die entry surface along the die orifice principal axis, A o is the billet cross-sectional area, and is the true (or natural) strain rate. And v is the speed of the ram of the extrusion press) because it is made to vary continuously in a manner that conforms to

本発明の機械的合金化粉末材料は、任意の適宜の従来
手段によりビレットに成形される。ビレットはその後、
鍛造、据え込み、圧延、或いは高温等圧プレスのような
技術により押出し前に粉末を圧縮団結するべく熱間加工
される。
The mechanically alloyed powder material of the present invention is formed into billets by any suitable conventional means. Billet then
Prior to extrusion, the powder is hot worked to form a compaction by techniques such as forging, upsetting, rolling or hot isostatic pressing.

第10図は、ロッド押出しダイの半部分の斜視図であり
そして第11図は同じダイの断面図を示す。内部通路14の
輪郭は実質上次の式に従う: i)或る与えられた所望の押出し比E(ここでEはビレ
ットの断面積対押出しロッドの断面積の比に等しい)に
対しては、収斂するダイチャネルの長さは により与えられる; ii)或る与えられたラム速度に対しては、ダイを通過す
る材料に賦課される真の歪速度は =KvRo により与えられる。
FIG. 10 is a perspective view of one half of a rod extrusion die and FIG. 11 shows a cross-sectional view of the same die. The contour of the internal passage 14 substantially follows the formula: i) For a given desired extrusion ratio E (where E is equal to the ratio of the cross-sectional area of the billet to the cross-sectional area of the extruded rod), the length of the converging die channel is Given by; ii) given for the ram speed one, the true strain rate to be imposed on the material passing through the die is given by = Kvr o.

ダイオリフィス即ち通路の半径Rは入口面Yからダイ
オリフィスんも主軸線12に沿って或る与えられた点xに
おいて示される。ダイは入口面Yにおいて入口オリフィ
スを含み、ここでダイオリフィスの半径は最大である。
ダイ内部輪郭とここでは呼ばれるダイ輪郭14は、上記の
式に従って収斂しそして16において示されるような主軸
線に沿う或る距離において終端する。その後、ダイオリ
フィスは16と18との間で小さな平行区画を含むことが出
来、この区画はもし存在するとしてもダイオリフィスの
内壁に沿っての押出し材料の摩擦を最小限にするために
最小長さに維持されるべきである。18から出口面Y′ま
でダイの内部輪郭20の半径はダイからの押出し製品の離
れを許容するように僅かに増大する。ダイのダイ離れ区
画は従来通りでありそしてその上限は通常ダイ支持シス
テムにより設定される。実際の離れ区画角度は従来通り
であり、与えられたダイシステムに対し当業者により容
易に決定されうるが、通常約3度の下限を有しよう。
The radius R of the die orifice or passage is indicated at a given point x along the main axis 12 from the inlet face Y along the die orifice. The die includes an inlet orifice at the inlet face Y, where the radius of the die orifice is greatest.
The die contour 14, referred to herein as the die internal contour, converges according to the above equation and terminates at a distance along the major axis as shown at 16. Thereafter, the die orifice may include a small parallel section between 16 and 18, which section, if present, has a minimum length to minimize friction of the extruded material along the inner wall of the die orifice. Should be maintained. From 18 to the exit face Y ', the radius of the inner contour 20 of the die increases slightly to allow the extruded product to leave the die. The die separation section of the die is conventional and its upper limit is usually set by the die support system. The actual stall angle is conventional and can be readily determined by one skilled in the art for a given die system, but will typically have a lower limit of about 3 degrees.

一般に、本発明の実施は、カン(被覆容器缶)に納め
た微粒アルミニウム基粉末から成るビレットを押出しプ
レスの容器内に置くことにより行われる。ビレットは、
先ずカンに微粒粉末材料を充填することにより作製され
うる。カンは任意の適当なアルミニウム基材料から構成
し得る。ビレットはグラファイト或いは二硫化モリブデ
ンのような従来型式の潤滑剤で被覆され、これはまた容
器壁及びダイにも塗布される。押出し前の潤滑剤の損失
を防止するために、ビレットはその前端においてそれが
ダイオリフィスにぴったりと嵌入するように細長い部分
を有することが好ましい。その後、ビレットはラムを所
定の速度で前方に移動せしめることにより押出され、こ
れによりビレットはダイを通してロッドに一定の自然歪
み速度で押出される。ダイの出口面は押出しプレスの剪
断板に当接して開放されている。実質上テクスチャーの
無い製品を製造するように与えられた材料が向上せる塑
性で押出されるのに必要な特定の温度及び歪み速度は、
引張試験、圧縮試験或いはねじり試験のような従来から
の手法により材料の歪み速度敏感性を先ず測定すること
によって決定される。約0.4を越える歪み速度敏感性を
与えるような温度及び歪み速度の組合せがその後計算さ
れる。或る与えられた分散強化材料に対する基準を決定
するためここで使用される手法については、次の節で詳
細に論議する。
Generally, the practice of the present invention is accomplished by placing a billet of fine aluminum-based powder contained in a can (coated container can) in a container of an extrusion press. Billet
It can be made by first filling a can with a fine powder material. The can can be composed of any suitable aluminum-based material. The billet is coated with a conventional lubricant such as graphite or molybdenum disulfide, which is also applied to the container walls and die. To prevent loss of lubricant prior to extrusion, the billet preferably has an elongated portion at its forward end so that it fits snugly into the die orifice. Thereafter, the billet is extruded by moving the ram forward at a predetermined speed, whereby the billet is extruded through the die into the rod at a constant natural strain rate. The exit surface of the die is open against the shear plate of the extrusion press. The specific temperatures and strain rates required for a given material to be extruded with improved plasticity to produce a substantially textureless product are:
It is determined by first measuring the strain rate sensitivity of the material by conventional techniques such as tensile, compression or torsion tests. A combination of temperature and strain rate that provides a strain rate sensitivity of greater than about 0.4 is then calculated. The techniques used herein to determine the criteria for a given dispersion strengthened material are discussed in detail in the next section.

微粒複合材料を管に押出すのに使用されるダイは次式
に実質従う内部輪郭を有さねばならない: (ここで、Rはダイオリフィスの主軸線に沿ってその入
口面からある与えられた点xにおけるダイ輪郭の半径で
あり、Roはビレットの半径であり、Rmはマンドレルの半
径でありそしてKは任意の定数である。) =Kv (各因子は定義ずみ) 次の例は、例示目的で本発明を更に詳しく説明するも
のである。
The die used to extrude the finely divided composite material into a tube must have an internal profile substantially according to the following formula: (Where R is the radius of the die profile at a given point x from its entrance plane along the major axis of the die orifice, Ro is the radius of the billet, R m is the radius of the mandrel, and K is an arbitrary constant.) = Kv (each factor is defined) The following example illustrates the invention in more detail for illustrative purposes.

比較例A 567.5gのアルミニウムと17.5のアルミナから成る585g
の金属混合物をUnion Process Inc.Laboratory model I
−Sにより製造された高速アトリッター(ボールミル)
内に装入した。アトリッターは、18:1の装入時比率での
6mm直径のステンレス鋼ボールを収蔵した。
Comparative Example A 585 g of 567.5 g aluminum and 17.5 alumina
Metal mixture from Union Process Inc. Laboratory model I
High-speed attritor (ball mill) manufactured by -S
Was charged inside. The attritor has a charge ratio of 18: 1
Stored 6mm diameter stainless steel balls.

ミリングは、180rpmのミル回転速度で室温(約25℃)
においてアルゴン中で行なわれた。
Milling is performed at room temperature (about 25 ° C) at a mill rotation speed of 180 rpm.
In argon.

試験は、ミルが失速したので28分後に停止された。ミ
ルの検査から、合金粉末が互いにそして部分的にミルに
溶着し、ミル内周面に馬蹄状の断片を形成したことが判
明した。この結果は、溶着防止剤の助け無しでの乾式ミ
リングは、金属相の展延性がきわめて大きいこと及び新
たに創出されたアルミニウム表面が冷間溶着し易いこと
によりアルミニウム基系では実施不可能であることを示
す。
The test was stopped after 28 minutes because the mill stalled. Inspection of the mill revealed that the alloy powders welded together and partially to the mill, forming a horseshoe-shaped fragment on the inner circumference of the mill. This result indicates that dry milling without the aid of an anti-deposition agent is not feasible with aluminum-based systems due to the extremely high ductility of the metal phase and the ease with which newly created aluminum surfaces are cold welded. Indicates that

比較例B Novamet Inc.のサンプル Novamet IN9052−F、Nova
met IN9021−F T−651及びNovamet IN905 XLを購入し
た。これら合金は、最大限の情報によれば、米国特許第
4,297,136号に教示された機械的合金化技術により作製
されたものである。即ち、当該特許は、室温でアルゴン
及びミリング助剤の存在下で成分金属粉末をボールミル
処理することにより機械的に合金化された粉末を調製す
る方法を開示する。
Comparative Example B Sample from Novamet Inc. Novamet IN9052-F, Novamet
met IN9021-FT-651 and Novamet IN905 XL were purchased. These alloys are, according to maximum information, U.S. Pat.
It was made by the mechanical alloying technique taught in US Pat. No. 4,297,136. That is, the patent discloses a method of preparing a mechanically alloyed powder by ball milling the component metal powder at room temperature in the presence of argon and a milling aid.

7.2×5.6mm直径寸法の試験サンプルを合金IN9021−F
T−651から圧縮試験片として作製し、そして25×8.1mm
直径寸法の他の試験サンプルをIN9021−F T−651及びIN
9052−F両方からクリープ試験片として作製した。つい
で、クリープ試験片に51〜103MPa範囲の様々の適用応力
水準においてそして177、232及び275度の温度において
一定応力クリープ試験を施した。これら試験から得られ
た破断までの時間対適用応力及び温度の関係を表I及び
IIに示しれそして第1図に応力−破断曲線としてプロッ
トした。圧縮試験サンプルは、3×s-1の歪み速度で一
方向圧縮を受けた。力及びサンプル収縮を測定しそして
材料の応力−歪応答性(レスポンス)を得た。圧縮試験
は、25、125、175、225、275、325、375及び425度にお
いて行なった。各試験サンプルに対して0.2%オフセッ
ト耐力を測定しそしてこれらデータを表IIIに示しそし
て第2図に試験温度に対してプロットした。
A test sample with a diameter of 7.2 x 5.6 mm was prepared using alloy IN9021-F
Made as compression specimen from T-651 and 25 x 8.1 mm
Other test samples of the diameter dimensions were prepared as IN9021-FT-651 and IN
A creep test piece was prepared from both 9052-F. The creep specimens were then subjected to constant stress creep tests at various applied stress levels ranging from 51 to 103 MPa and at temperatures of 177, 232 and 275 degrees. Table I and Table I show the relationship between time to failure and applied stress and temperature obtained from these tests.
This is shown in FIG. II and plotted in FIG. 1 as a stress-rupture curve. The compression test samples were subjected to unidirectional compression at a strain rate of 3 × s −1 . The force and sample shrinkage were measured and the stress-strain response of the material was obtained. Compression tests were performed at 25, 125, 175, 225, 275, 325, 375 and 425 degrees. The 0.2% offset proof stress was measured for each test sample and these data are shown in Table III and plotted in FIG. 2 against test temperature.

加えて、受け取ったままのバーを光学顕微鏡用の試料
として断片をとり、固定しそして研磨した。また、合金
IN 905XLのバーから薄い断片をとりそして透過電子顕微
鏡用の薄い箔試料を調製するのに使用した。この材料か
ら得た透過電子顕微鏡写真の例を第3図に示す。
In addition, the as-received bars were sectioned, fixed and polished as samples for light microscopy. Also alloy
Thin sections were taken from the IN 905XL bar and used to prepare thin foil samples for transmission electron microscopy. An example of a transmission electron micrograph taken from this material is shown in FIG.

比較例の考察 Novamet IN 905XLの試料の電子顕微鏡写真は、平均粒
寸が0.5μmから2μmを越える範囲をとることを示す
(第3図参照)。この比較的大きな粒寸分布は超微粒分
散質の一様な分布が存在しない結果である。同様の観察
は調査した他の2つのNovamet合金のミクロ組織につい
ても為された。
Discussion of Comparative Examples Electron micrographs of samples of Novamet IN 905XL show that the average grain size ranges from 0.5 μm to over 2 μm (see FIG. 3). This relatively large particle size distribution is the result of the lack of a uniform distribution of ultrafine particle dispersoids. Similar observations were made for the microstructures of the other two Novamet alloys studied.

一軸圧縮試験から得られたデータは、第2図に見られ
るように、合金は室温近くでは即ち175℃までは高い強
度を示すけれども、それ以上温度が増大するにつれ強度
は急速に低下することを示す。
The data obtained from the uniaxial compression test show that, as can be seen in FIG. 2, the alloy exhibits high strength near room temperature, ie, up to 175 ° C., but the strength decreases rapidly with increasing temperature. Show.

実施例1 5つの585g金属/酸化物粉末混合物を、ミリングを液
体窒素スラリー中で行ないそしてアトリッターを液体を
維持するよう液体窒素の連続流れを許容するように改良
したことを除いて比較例Aに記載した過程により調製し
た。金属/酸化物粉末混合物の4つのバッチを3%、7
%、10%及び15%(重量に基づく)アルミナを使用して
調製した。これはそれぞれ、17.5g、40g、58.5g及び87.
8gのアルミナに相当する。
Example 1 Comparative Example A, except that five 585 g metal / oxide powder mixtures were milled in a liquid nitrogen slurry and the attritor was modified to allow a continuous flow of liquid nitrogen to maintain a liquid. Prepared according to the procedure described in 4 batches of metal / oxide powder mixture at 3%, 7
%, 10% and 15% (by weight) prepared using alumina. This is 17.5g, 40g, 58.5g and 87.
Equivalent to 8 g of alumina.

各場合に、ミリングは15時間行なった。ミリングの完
了に際して、粉末は、乾燥アルゴンの連続流れの下で室
温に昇温せしめそして後ミルから取り出した。粉末は25
0μmを越える粒を除去するべく分篩した後アルミニウ
ムカン(端蓋と排気口を有する円筒状容器)中に装填し
た。カンを排気しそして真空下で24時間にわたって250
℃に加熱した。その後、カンを密閉しそしてASEA Model
SL−1 Mini−Hipper Laboratory高温静水圧プレスに装
入した。カン充填粉末は2000バール(206.7MPa)の囲い
込み圧力の下で510℃の温度に5時間置かれた。こうし
て生成された圧縮粉末サンプルを金属学的試験及び機械
的試験のために用意した。
In each case, milling was performed for 15 hours. Upon completion of the milling, the powder was allowed to warm to room temperature under a continuous stream of dry argon and was subsequently removed from the mill. 25 powder
After sieving to remove particles exceeding 0 μm, the mixture was placed in an aluminum can (cylindrical container having an end cover and an exhaust port). Evacuate can and 250 under vacuum for 24 hours
Heated to ° C. After that, seal the can and ASEA Model
The SL-1 Mini-Hipper Laboratory was charged to a high temperature isostatic press. The can-filled powder was placed at a temperature of 510 ° C. under an enclosure pressure of 2000 bar (206.7 MPa) for 5 hours. The compacted powder samples thus produced were prepared for metallurgical and mechanical tests.

各極低温ミリングした粉末のサンプルを透明固定用媒
体に固定し、研磨しそして粒寸及び粒形状を光学的に調
べた。サンプルをまた走査電子顕微鏡によっても調べ
た。4種の合金に対する粒寸及び縦横比を表IVに掲げ
る。
A sample of each cryogenically milled powder was fixed in a transparent fixing medium, polished and optically examined for grain size and grain shape. The samples were also examined by scanning electron microscopy. The grain size and aspect ratio for the four alloys are listed in Table IV.

3%、7%及び15%アルミナを含有する圧縮粉末のサ
ンプルを断片にとり、ベークライトに固定し、研磨しそ
して光学顕微鏡及び走査電子顕微鏡により調べた。
Samples of the compacted powder containing 3%, 7% and 15% alumina were cut into pieces, fixed on bakelite, polished and examined by light and scanning electron microscopy.

高温静水圧プレス(HIP)により圧縮しそして3%、
7%及び15%アルミナを含有する圧縮粉末サンプルを6m
m直径及び9mm長さ寸法の円筒に切断した。これらサンプ
ルに3×10-3s-1の歪み速度で一軸圧縮を施した。力及
びサンプル収縮量を測定しそして材料の応力−歪応答を
導出した。圧縮試験を25、125、175、225、325、375及
び425℃で行なった。0.2%オフセット耐力を各試験サン
プルに対して測定した。これらデータを表V、VI及びVI
Iに掲げそして第4〜6図に試験温度に対してプロット
した。加えて、アルミニウム−3%アルミナ合金の高温
静水圧プレスしたサンプルを70%減面率までスエージし
そしてクリープ試験片として25×8.1mm直径寸法のサン
プルに切断した。これら後者のサンプルに232〜275℃の
範囲の温度でそして34〜103MPaの応力水準で一定応力ク
リープ試験を施した。これらデータを表VIIIにまとめそ
して第7図にグラフとして示す。
Compressed by hot isostatic press (HIP) and 3%,
6m compressed powder sample containing 7% and 15% alumina
It was cut into cylinders of m diameter and 9 mm length. These samples were uniaxially compressed at a strain rate of 3 × 10 −3 s −1 . Force and sample shrinkage were measured and the stress-strain response of the material was derived. Compression tests were performed at 25, 125, 175, 225, 325, 375 and 425 ° C. The 0.2% offset proof stress was measured for each test sample. These data are given in Tables V, VI and VI
Listed in I and plotted against test temperature in FIGS. In addition, a hot isostatically pressed aluminum-3% alumina alloy sample was swaged to 70% area reduction and cut into 25 x 8.1 mm diameter samples as creep specimens. These latter samples were subjected to a constant stress creep test at temperatures ranging from 232 to 275 ° C and at stress levels of 34 to 103 MPa. These data are summarized in Table VIII and are shown graphically in FIG.

3重量%及び7重量%アルミナを含有する追加の585g
金属/酸化物粉末混合物バッチを上述した手順で調製し
た。合金化粉末バッチを75mm直径のアルミニウム押出し
カン内に置きそして高温等圧プレスカンとして上述の態
様で排気した。これら押出しビレットを続いて5mm/sの
ラム速度で450℃において18mm直径のバーとして押出し
た。これらバーから切出した材料サンプルを7.2×5.1mm
直径の圧縮試験サンプルとして作製しそして上記の態様
で試験した。これらデータを表IXに示しそして温度の関
数としての0.2%耐力を第8図に示す。
Additional 585g containing 3% and 7% alumina by weight
A metal / oxide powder mixture batch was prepared as described above. The alloyed powder batch was placed in a 75 mm diameter aluminum extrusion can and evacuated as a hot isobar press can in the manner described above. These extruded billets were subsequently extruded as 18 mm diameter bars at 450 ° C. at a ram speed of 5 mm / s. Material samples cut from these bars are 7.2 x 5.1 mm
A compression test sample of diameter was made and tested in the manner described above. These data are shown in Table IX and the 0.2% proof stress as a function of temperature is shown in FIG.

各押出しロッドに対して、押出し軸線に対して直角に
サンプルを切出しそして自動極図デバイスと組合わせた
Rigaku DMAX−II−4ディフラクトメータの使用により
テクスチャーを解析した。データを〈200〉反射に対し
て収集した。全極図が得られるようにデッカー法を透過
において使用しそしてシュルツ法を反射において使用し
た(R.D.Cullity著 Elements of X−ray Diffraction
参照)。3%アルミナを含有するアルミニウム/アルミ
ニウム酸窒化物合金について得られた極図である第12図
に示されるように、サンプルは実質上テクスチャーを有
しなかった。
For each extrusion rod, samples were cut perpendicular to the extrusion axis and combined with an automatic polar device
Texture was analyzed using a Rigaku DMAX-II-4 diffractometer. Data was collected for <200> reflections. The Decker method was used in transmission and the Schultz method was used in reflection to obtain all-pole diagrams (Elements of X-ray Diffraction by RD Cullity).
reference). The sample had virtually no texture, as shown in FIG. 12, which is a pole figure obtained for an aluminum / aluminum oxynitride alloy containing 3% alumina.

追加的に、合金サンプルを薄い板状に切出しそして透
過電子顕微鏡煮よる観察の為の薄い箔として作製した。
これらサンプルから得られた透過電子顕微鏡写真の例を
第9a及び9b図に示す。
Additionally, alloy samples were cut into thin plates and made as thin foils for observation by transmission electron microscopy.
Examples of transmission electron micrographs obtained from these samples are shown in FIGS. 9a and 9b.

結果の考察 表V〜VIIのデータ及び第4〜6図に示されたデータ
の比較から、本発明に従って作製された合金は比較例B
に示されたような従来形式の機械的合金化アルミニウム
材料に比較して優れた強度性質を示す。本合金は、室温
で示す強度をNovamet合金に対する約180℃と比べて高い
250℃を越えて初めて失い始める。従って、本発明合金
は温度耐性を約50℃延長する。更に、400℃を越える高
温において、強度水準は比較材料のそれより約3倍高
い。
Discussion of the results From a comparison of the data in Tables V-VII and the data shown in FIGS. 4-6, an alloy made in accordance with the present invention was identified as Comparative Example B
Exhibit superior strength properties as compared to conventional mechanically alloyed aluminum materials such as those shown in US Pat. This alloy has a higher strength at room temperature compared to about 180 ° C for Novamet alloy
Only begin to lose above 250 ° C. Therefore, the alloy of the present invention increases the temperature resistance by about 50 ° C. Furthermore, at elevated temperatures above 400 ° C., the strength level is about three times higher than that of the comparative material.

高温で観察された強度は、極低温ミリング工程その場
での表面反応の結果として導入されるアルミニウム酸窒
化物の超微細分散質の存在による。これら細かい分散質
は明るいコントラスト領域として矢印により第9b図に表
示される。これら分散質は粒界を強く固定しそして高温
での再結晶及び粒成長をコントロールし、その結果とし
て代表的に0.05μm直径の極めて一様な粒寸をもたら
す。これは、こうした細かい分散質の兆候が全く見られ
ず、そして粒寸が不均一であり且つ平均粒直径が代表的
に0.5μmである比較例Bの従来からの機械的合金化材
料と対称的である。
The strength observed at high temperatures is due to the presence of ultrafine dispersoids of aluminum oxynitride introduced as a result of the in situ surface reaction of the cryogenic milling process. These fine dispersoids are indicated by bright arrows in FIG. 9b as bright contrast areas. These dispersoids strongly fix grain boundaries and control recrystallization and grain growth at elevated temperatures, resulting in very uniform grain size, typically 0.05 μm diameter. This is symmetric to the conventional mechanically alloyed material of Comparative Example B, which shows no sign of such fine dispersoids and is non-uniform in size and has an average particle diameter of typically 0.5 μm. It is.

特に高温強度が長微細アルミニウム酸窒化物粒子によ
り付与されるという事実は、3%、7%及び15%アルミ
ナを添加した合金に対して0.2%耐力対温度曲線がほと
んど正確に重なり合っているという観察結果により裏付
けられる。換言すれば、本発明により調製された合金の
耐力は、ミルに最初添加されたアルミナの量に関係なく
すべての温度において同じ強度を示す。この結果は、添
加アルミナの反復的粉砕により形成されるアルミナ粒子
により提供される強度水準が、粒子が比較的大きく(0.
02μm)そしてそれらの間隔も大きい(0.1μm)か
ら、小さいことを認識することにより説明される。対照
的に、極低温ミリング中その場で形成されるアルミニウ
ム酸窒化物粒子ははるかに小さく(約3nm直径)そして
約0.02μmの間隔で分散せしめられ、従ってはるかに高
い強度水準を生成する。従って、強度の大部分は超微細
酸窒化物の存在によりそしてそれらの容積分率は添加ア
ルミナ量に依存しないから、合金強度は添加アルミナ含
有量に無関係なのである。
In particular, the fact that high temperature strength is imparted by long fine aluminum oxynitride particles is due to the observation that the 0.2% proof stress vs. temperature curves for alloys with 3%, 7% and 15% alumina addition overlap almost exactly. Supported by the results. In other words, the yield strength of the alloy prepared according to the present invention shows the same strength at all temperatures regardless of the amount of alumina initially added to the mill. This result indicates that the strength level provided by the alumina particles formed by repeated milling of the added alumina was relatively large (0.
02 μm) and their spacing is also large (0.1 μm), which is explained by recognizing that they are small. In contrast, aluminum oxynitride particles formed in situ during cryogenic milling are much smaller (about 3 nm diameter) and dispersed at about 0.02 μm intervals, thus producing much higher strength levels. Therefore, the alloy strength is independent of the added alumina content, since most of the strength is due to the presence of ultrafine oxynitrides and their volume fraction does not depend on the amount of added alumina.

更に、本組成物を第10及び11図に示したようなダイを
通して押出すことにより、テキスチャーのない製品が得
られる。これは、ここで開示した極低温ミリングにより
生成される粉末の超微細粒寸による結果である。
Further, extruding the composition through a die as shown in FIGS. 10 and 11 results in a texture-free product. This is a result of the ultrafine grain size of the powder produced by the cryogenic milling disclosed herein.

発明の効果 極低温ミリング工程その場での表面反応の結果として
導入されるアルミニウム酸窒化物の超微細分散質の存在
により、高温強度に優れたアルミニウム基合金の開発に
斯界で初めて成功した。テキスチャーのない等方性押出
し製品が得られる。
Effect of the Invention Cryogenic Milling Process Due to the presence of ultrafine dispersoids of aluminum oxynitride introduced as a result of an in-situ surface reaction, an aluminum-based alloy having excellent high-temperature strength was successfully developed for the first time in the art. A textureless isotropic extruded product is obtained.

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

第1図は、市販の2種類の機械的合金化アルミニウム合
金に対して得られたクリープ破断データのグラフであ
る。 第2図は、市販の合金に対して圧縮試験において得られ
た0.2%耐力対温度の関係を示すグラフである。 第3図は、比較例Bの市販合金の金属組織を示す電子顕
微鏡写真である。 第4図は、例1に記載された3%アルミナを有する高温
静水圧圧縮されたアルミニウム−アルミニウム酸窒化物
材料サンプルについて圧縮試験において得られた0.2%
耐力対温度データのグラフである。 第5図は、例1に記載された7%アルミナを有する高温
静水圧圧縮されたアルミニウム−アルミニウム酸窒化物
材料サンプルについて圧縮試験において得られた0.2%
耐力対温度データのグラフである。 第6図は、例1に記載された15%アルミナを有する高温
静水圧圧縮されたアルミニウム−アルミニウム酸窒化物
材料サンプルについて圧縮試験において得られた0.2%
耐力対温度データのグラフである。 第7図は、例1に記載された3%アルミナを有する高温
静水圧圧縮及びスエージされたアルミニウム−アルミニ
ウム酸窒化物材料に対して得られたクリープ破断データ
のグラフである。 第8図は、例1に記載された3%アルミナを有するアル
ミニウム−アルミニウム酸窒化物材料押出しサンプルに
ついて圧縮試験において得られた0.2%耐力対温度デー
タのグラフである。 第9a図は、実施例1に従ってそして押出しを受けたアル
ミニウム基材料の金属組織を示す透過電子顕微鏡写真で
ある。 第9b図は、実施例1に従ってそして押出しを受けたアル
ミニウム基材料の金属組織,特に3nm直径の酸窒化物粒
子を示す透過電子顕微鏡写真である。 第10図は、本発明に従いロッドを押出すのに使用される
ダイの半部分の斜視図である。 第11図は、ダイの内部輪郭を例示するロッドを押出すの
に使用されるダイの断面図である。 第12図は、表IXに呈示しそして押出し軸線に直角に切り
出された断片から得られた3%アルミナを有するアルミ
ニウム−アルミニウム酸窒化物材料の標準〈200〉極図
である。 10:ダイ 12:主軸線 14:内部輪郭 16:収斂部終端地点 Y:入口面 Y′:出口面
FIG. 1 is a graph of creep rupture data obtained for two commercially available mechanically alloyed aluminum alloys. FIG. 2 is a graph showing the relationship between 0.2% proof stress and temperature obtained in a compression test for a commercially available alloy. FIG. 3 is an electron micrograph showing the metal structure of the commercially available alloy of Comparative Example B. FIG. 4 shows the 0.2% obtained in the compression test on a hot isostatically pressed aluminum-aluminum oxynitride material sample having 3% alumina as described in Example 1.
5 is a graph of proof stress versus temperature data. FIG. 5 shows the 0.2% obtained in the compression test for a hot isostatically pressed aluminum-aluminum oxynitride material sample having 7% alumina as described in Example 1.
5 is a graph of proof stress versus temperature data. FIG. 6 shows the 0.2% obtained in the compression test for a hot isostatically pressed aluminum-aluminum oxynitride material sample having 15% alumina as described in Example 1.
5 is a graph of proof stress versus temperature data. FIG. 7 is a graph of creep rupture data obtained for a hot isostatically pressed and swaged aluminum-aluminum oxynitride material having 3% alumina as described in Example 1. FIG. 8 is a graph of 0.2% proof stress versus temperature data obtained in a compression test for an extruded aluminum-aluminum oxynitride material having 3% alumina as described in Example 1. FIG. 9a is a transmission electron micrograph showing the metallographic structure of an aluminum-based material according to Example 1 and subjected to extrusion. FIG. 9b is a transmission electron micrograph showing the metallographic structure of an aluminum-based material, particularly 3 nm diameter oxynitride particles, according to Example 1 and extruded. FIG. 10 is a perspective view of one half of a die used to extrude a rod according to the present invention. FIG. 11 is a cross-sectional view of a die used to extrude a rod illustrating the internal contour of the die. FIG. 12 is a standard <200> polar diagram of an aluminum-aluminum oxynitride material with 3% alumina, presented in Table IX and obtained from a section cut perpendicular to the extrusion axis. 10: Die 12: Main axis 14: Internal contour 16: Convergent end point Y: Inlet surface Y ': Outlet surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョゼフ・バローン 米国ニユージヤージー州ローゼル、ウエ スト・シクスス・アベニユー 513 (72)発明者 スティーブン・マトラス 米国ニュージヤージー州サマビル、ハ イ・エイカー・ドライブ 38 (56)参考文献 特開 昭62−238344(JP,A) 特開 昭62−290840(JP,A) 特開 昭48−17461(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22F 1/00,3/20 C22C 1/04 - 1/05 C22C 21/00,32/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Joseph Barone West Sixth Avenue, Roselle, New Jersey 513 56) References JP-A-62-238344 (JP, A) JP-A-62-290840 (JP, A) JP-A-48-17461 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , (DB name) B22F 1 / 00,3 / 20 C22C 1/04-1/05 C22C 21 / 00,32 / 00

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】個々の粉末粒子がアルミニウムマトリック
スと、該マトリックス全体を通して実質上一様に分散さ
れるアルミニウム酸窒化物の分散質粒子を有することを
特徴とする機械的合金化アルミニウム複合体粉末。
A mechanically alloyed aluminum composite powder characterized in that the individual powder particles comprise an aluminum matrix and aluminum oxynitride dispersoid particles substantially uniformly dispersed throughout the matrix.
【請求項2】アルミニウム酸窒化物の濃度が5容積%ま
でである特許請求の範囲第1項記載の複合粉末。
2. Composite powder according to claim 1, wherein the concentration of aluminum oxynitride is up to 5% by volume.
【請求項3】アルミニウム酸窒化物の濃度が0.1〜0.5容
積%である特許請求の範囲第2項記載の複合粉末。
3. The composite powder according to claim 2, wherein the concentration of aluminum oxynitride is 0.1 to 0.5% by volume.
【請求項4】1種以上の他の金属が存在し、そしてアル
ミニウム金属含有量が総粉末重量に基づいて少なくとも
50重量%である特許請求の範囲第1〜3項いづれか記載
の複合粉末。
4. One or more other metals are present and the aluminum metal content is at least based on the total powder weight.
The composite powder according to any one of claims 1 to 3, which is 50% by weight.
【請求項5】他の金属がLi、Cr、Si、Zn、Ni、Ti、Zr、
Co、Cu、Mg、Mn及びその混合物から成る群から選択され
る特許請求の範囲第4項記載の複合粉末。
5. The method according to claim 1, wherein the other metal is Li, Cr, Si, Zn, Ni, Ti, Zr,
The composite powder according to claim 4, wherein the composite powder is selected from the group consisting of Co, Cu, Mg, Mn and a mixture thereof.
【請求項6】粉末がアルミニウム酸窒化物と少なくとも
1種の他の高融点化合物から成る高融点化合物を25容積
%まで含有する特許請求の範囲第1〜5項いづれか記載
の複合粉末。
6. A composite powder according to claim 1, wherein the powder contains up to 25% by volume of a high melting point compound comprising aluminum oxynitride and at least one other high melting point compound.
【請求項7】少なくとも1種の他の高融点化合物が酸化
物、酸窒化物、炭化物、窒化物、硼化物、炭窒化物及び
その混合物から成る群から選択される特許請求の範囲第
6項記載の複合粉末。
7. The method according to claim 6, wherein the at least one other high melting point compound is selected from the group consisting of oxides, oxynitrides, carbides, nitrides, borides, carbonitrides and mixtures thereof. A composite powder as described.
【請求項8】高融点化合物がAl2O3,Al2O3・2Y2O3,Al2O3
・Y2O3及び5Al2O3・3Y2O3から成る群から選択される酸
化物である特許請求の範囲第7項記載の複合粉末。
8. The high melting point compound is Al 2 O 3 , Al 2 O 3 .2Y 2 O 3 , Al 2 O 3
· Y 2 O 3 and 5Al 2 O 3 · 3Y 2 composite powder of O 3 claims is an oxide selected from the group consisting of paragraph 7, wherein.
【請求項9】特許請求の範囲第1〜8項いづれか記載の
分散強化アルミニウム複合粉末を製造する方法であっ
て、アルミニウム粉末を有効量の酸素を含む窒素含有極
低温液体で酸化物スケールを実質上含まない前記複合粉
末を生成するに有効時間ミリングすることを特徴とする
分散強化アルミニウム複合粉末を製造する方法。
9. A method for producing a dispersion-strengthened aluminum composite powder according to any one of claims 1 to 8, wherein the aluminum powder is substantially reduced in oxide scale with a nitrogen-containing cryogenic liquid containing an effective amount of oxygen. A method for producing a dispersion-strengthened aluminum composite powder, which comprises milling for an effective time to produce the above-mentioned composite powder which is not included.
【請求項10】窒素含有極低温液体が液体窒素である特
許請求の範囲第9項記載の方法。
10. The method according to claim 9, wherein the nitrogen-containing cryogenic liquid is liquid nitrogen.
【請求項11】1重量%までの酸素が存在する特許請求
の範囲第9項或いは10項記載の方法。
11. The method according to claim 9, wherein up to 1% by weight of oxygen is present.
【請求項12】アルミニウム粉末が少なくとも50重量%
アルミニウム、1種以上の他の金属或いは添加材並びに
1種以上の高融点物質から成る特許請求の範囲第9〜11
項いづれか記載の方法。
12. An aluminum powder containing at least 50% by weight.
Claims 9 to 11 comprising aluminum, one or more other metals or additives and one or more refractory substances.
The method described in any of the items.
【請求項13】1種以上の他の金属がLi、Cr、Si、Zn、
Ni、Ti、Zr、Co、Cu、Mg、Mn並びにその混合物から成る
群から選択されそして高融点物質が酸化物、酸窒化物、
炭化物、窒化物、硼化物、炭窒化物及びその混合物から
成る群から選択される特許請求の範囲第12項記載の方
法。
13. The method of claim 1, wherein the at least one other metal is Li, Cr, Si, Zn,
Selected from the group consisting of Ni, Ti, Zr, Co, Cu, Mg, Mn and mixtures thereof, and wherein the refractory material is oxide, oxynitride,
13. The method of claim 12, wherein the method is selected from the group consisting of carbides, nitrides, borides, carbonitrides, and mixtures thereof.
【請求項14】特許請求の範囲1〜8項いづれか記載の
微粒アルミニウムの機械的合金化粉末材料をテキスチャ
ーを実質上含まないロッドに押出す方法であって、5ミ
クロンより小さな平均粒寸を有する粉末材料のビレット
を次の式 (ここで、Rはダイオリフィスの主軸線に沿ってその入
口面からある与えられた点xにおけるダイ輪郭の半径で
あり、Roはビレットの半径でありそしてKは任意の定数
である。) に実質上従う内部輪郭を有するダイを通して押出すこと
を特徴とする押出し方法。
14. A method of extruding a mechanically alloyed powder material of finely divided aluminum according to any one of claims 1 to 8 into a rod substantially free of texture, having an average particle size of less than 5 microns. The billet of the powder material is (Where R is the radius of the die contour at a given point x from its entrance plane along the major axis of the die orifice, Ro is the radius of the billet and K is an arbitrary constant.) Extruding through a die having an internal profile substantially conforming to
【請求項15】特許請求の範囲1〜8項いづれか記載の
微粒アルミニウムの機械的合金化粉末材料をテキスチャ
ーを実質上含まないチューブに押出す方法であって、5
ミクロンより小さな平均粒寸を有する粉末材料のビレッ
トを次の式 (ここで、Rはダイオリフィスの主軸線に沿ってその入
口面からある与えられた点xにおいてのダイ輪郭の半径
であり、Roはビレットの半径であり、Rmはマンドレルの
半径でありそしてKは任意の定数である。) に実質上従う内部輪郭を有するダイを通して押出すこと
を特徴とする押出し方法。
15. A method for extruding a mechanically alloyed powdered material of finely divided aluminum according to any one of claims 1 to 8 into a tube substantially free of texture.
A billet of powdered material having an average particle size smaller than a micron is given by the following formula: (Where R is the radius of the die profile at a given point x from its entrance plane along the principal axis of the die orifice, R o is the radius of the billet, R m is the radius of the mandrel And K is an arbitrary constant.) An extrusion method characterized by extruding through a die having an internal contour substantially according to
JP63221505A 1988-09-06 1988-09-06 Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product Expired - Lifetime JP2819134B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63221505A JP2819134B2 (en) 1988-09-06 1988-09-06 Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63221505A JP2819134B2 (en) 1988-09-06 1988-09-06 Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0285301A JPH0285301A (en) 1990-03-26
JP2819134B2 true JP2819134B2 (en) 1998-10-30

Family

ID=16767762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63221505A Expired - Lifetime JP2819134B2 (en) 1988-09-06 1988-09-06 Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2819134B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03122201A (en) * 1989-10-06 1991-05-24 Sumitomo Light Metal Ind Ltd Aluminum cmosite powder green compact and manufacture thereof
JPH0768563B2 (en) * 1991-05-27 1995-07-26 大同特殊鋼株式会社 Method for producing hard particle dispersed alloy powder
KR100721780B1 (en) * 2005-05-30 2007-05-25 주식회사 다이너머트리얼스 Method for manufacturing high strength ultra-fine/nano-structured Al/AlN or Al alloy/AlN composite materials
CN110732674A (en) * 2019-11-19 2020-01-31 衡东县金源铝银粉有限公司 method for producing and processing metal aluminium powder

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0285301A (en) 1990-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0219582B1 (en) Dispersion strengthened composite metal powders and a method of producing them
Mabuchi et al. New recycling process by extrusion for machined chips of AZ91 magnesium and mechanical properties of extruded bars
Matsuki et al. Microstructural characteristics and superplastic-like behavior in aluminum powder alloy consolidated by equal-channel angular pressing
US4818481A (en) Method of extruding aluminum-base oxide dispersion strengthened
EP0222046B1 (en) Dispersion strengthened extruded metal products substantially free of texture and a die for producing same
US4797155A (en) Method for making metal matrix composites
Sweet et al. A microstructural and mechanical property investigation of a hot upset forged 2xxx series aluminum powder metallurgy alloy reinforced with AlN
Bhaduri et al. Processing and properties of SiC particulate reinforced Al6. 2Zn2. 5Mg1. 7Cu alloy (7010) matrix composites prepared by mechanical alloying
Huard et al. SiCp/Mg composites made by low-energy mechanical processing
Whittenberger et al. 1300 K compressive properties of several dispersion strengthened NiAl materials
Suneesh et al. Behaviour of micro-and nano-alumina-reinforced Mg–3Zn–0.7 Zr–1Cu alloy composites processed at different sintering temperatures
JP2819134B2 (en) Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product
de Castro et al. Consolidation of magnesium and magnesium alloy machine chips using high-pressure torsion
Whittenberger et al. Elevated temperature creep properties of NiAl eryomilled with and without Y2O3
Patel et al. Microstructural and mechanical behaviour of WC reinforced particles A3003 surface composite fabricated through friction stir processing
Han et al. Superplastic deformation mechanisms of particulate reinforced aluminum matrix composites
Lee et al. Influence of equal-channel angular pressing on the superplastic properties of commercial aluminum alloys
Wadsworth et al. Creep behaviour of hot isostatically pressed niobium alloy powder compacts
Sun et al. Synthesis of Al–Al3Ti composites using pulse discharge sintering process
Christman et al. Consolidation of Ti-SiC Particle-Reinforced Metal-Matrix Co1nposites
Soma Raju et al. PM processing of Al-Al2O3 composites and their characterisation
US4601650A (en) Extrusion die for extruding metallic powder material
US3847680A (en) Dispersion strengthened metals and alloys and process for producing same
Gigliotti et al. The roles of rare earth dispersoids and process route on the low cycle fatigue behavior of a rapidly solidified powder metallurgy titanium alloy
AU606958B2 (en) Dispersion strengthened extruded metal products substantially free of texture and a die for producing same