JP3062743B2 - Hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder, method for producing the same alloy powder, sintered titanium-aluminum alloy, and method for producing the same - Google Patents

Hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder, method for producing the same alloy powder, sintered titanium-aluminum alloy, and method for producing the same

Info

Publication number
JP3062743B2
JP3062743B2 JP10376599A JP37659998A JP3062743B2 JP 3062743 B2 JP3062743 B2 JP 3062743B2 JP 10376599 A JP10376599 A JP 10376599A JP 37659998 A JP37659998 A JP 37659998A JP 3062743 B2 JP3062743 B2 JP 3062743B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
titanium
hydrogen
aluminum
powder
sponge
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
JP10376599A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000192111A (en
Inventor
利彦 阿部
等 橋本
容浩 朴
Original Assignee
工業技術院長
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 工業技術院長 filed Critical 工業技術院長
Priority to JP10376599A priority Critical patent/JP3062743B2/en
Publication of JP2000192111A publication Critical patent/JP2000192111A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3062743B2 publication Critical patent/JP3062743B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、塊状スポンジチタ
ン(チタニウム)に対して水素吸収処理を行ない、該水
素を含有する塊状のスポンジチタンから直接メカニカル
ミルング(メカニカルアロイングを含む)によってチタ
ン−アルミニウム系(なお、ここで使用する「系」と
は、主成分がチタン−アルミニウムであり、該主成分の
特性を失うことなく他成分の含有を許容する成分系を意
味する。そして明細書中で使用する「系」は同様の意味
である。)合金を形成するものであり、そのための水素
含有チタン−アルミニウム系合金粉末及び同合金粉末の
製造方法並びにチタン−アルミニウム系合金焼結体及び
同焼結体の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of subjecting a massive titanium sponge (titanium) to a hydrogen absorption treatment, and directly performing mechanical absorption (including mechanical alloying) from the massive titanium sponge containing the hydrogen. Aluminum (herein, “system” as used herein means a component system whose main component is titanium-aluminum and which allows the inclusion of other components without losing the properties of the main component. The term “system” used in the above has the same meaning.) It forms an alloy, a hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder and a method for producing the alloy powder, and a titanium-aluminum alloy sintered body and The present invention relates to a method for manufacturing a sintered body.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、チタン−アルミニウム系、ニッケ
ル−アルミニウム系、鉄−アルミニウム系、鉄−コバル
ト系などの金属間化合物は、耐熱材料として注目されて
いる。通常の合金は、結晶の各格子位置を異種原子が不
規則に占めているが、金属間化合物は各構成原子の占め
る位置が特定され、規則構造を形成しているため特異な
変形挙動を示す。例えばある温度領域まで変形温度の上
昇に伴い、逆にその強度が増加するなどの異常とも見え
る強化現象を示し、これが耐熱高強度材料として注目さ
れる要因の1つとなっている。
2. Description of the Related Art In recent years, intermetallic compounds such as titanium-aluminum, nickel-aluminum, iron-aluminum, and iron-cobalt have attracted attention as heat-resistant materials. In ordinary alloys, heterogeneous atoms occupy each lattice position of the crystal irregularly, but the intermetallic compound has a specific deformation behavior because the position occupied by each constituent atom is specified and an ordered structure is formed. . For example, an increase in deformation temperature up to a certain temperature range shows a strengthening phenomenon that appears to be abnormal, such as an increase in strength, which is one of the factors that attracts attention as a heat-resistant high-strength material.

【0003】上記のような金属間化合物の中でTiAl
やTi3Alなどのチタン−アルミニウム系金属間化合
物は、比重が小さく、軽量で、かつ耐熱比強度に優れて
いるため、航空機や自動車関係などの高温にさらされる
エンジン部品等の構造材料として注目を集めている。チ
タン−アルミニウム系合金の製造方法として、一般には
原料を溶解・鋳造するいわゆる溶製法が考えられるが、
凝固時にアルミニウムに比べ比重の高いチタンが重力に
よる成分偏析(重力偏析)を起こし、また結晶粒も10
0μm以上に粗大化して目的とする良好な材料が得られ
ないという欠点を有する。さらにこの溶製法は真空アー
ク溶解炉などの高価な溶解装置を必要とするため、目的
とする特性を持ったチタン−アルミニウム系金属間化合
物を製造することは容易でない。
[0003] Among the above intermetallic compounds, TiAl
Titanium-aluminum intermetallic compounds such as titanium and Ti3Al are low in specific gravity, light in weight, and excellent in heat-resistant specific strength, and therefore attract attention as structural materials for engine parts and the like exposed to high temperatures such as aircraft and automobiles. ing. As a method for producing a titanium-aluminum alloy, a so-called smelting method of melting and casting raw materials is generally considered.
At the time of solidification, titanium having a higher specific gravity than aluminum causes component segregation (gravity segregation) due to gravity, and the crystal grains are also 10%.
There is a disadvantage that the desired good material cannot be obtained by coarsening to 0 μm or more. Furthermore, since this melting method requires an expensive melting apparatus such as a vacuum arc melting furnace, it is not easy to produce a titanium-aluminum-based intermetallic compound having desired characteristics.

【0004】このような溶製法に替わるものとして、粉
末冶金法による製造が有効であると言われている。この
粉末冶金法によるチタン−アルミニウム系金属間化合物
の製造に際しては、微細かつ均一な等軸晶を得、機械的
性質の改善を図るために、チタン粉とアルミニウム粉と
を硬質のボールを入れた容器(ミル)の中で、前記粉末
の混合、粉砕、圧着を繰り返して(メカニカルミリング
により)両者を合金化する、いわゆるメカニカルアロイ
ングすることが必要である。
It is said that powder metallurgy is effective as an alternative to such a melting method. In producing the titanium-aluminum intermetallic compound by this powder metallurgy method, in order to obtain fine and uniform equiaxed crystals and to improve the mechanical properties, a hard ball was put with titanium powder and aluminum powder. In a container (mill), it is necessary to repeat the mixing, crushing, and pressing of the powder to form an alloy (by mechanical milling), so-called mechanical alloying.

【0005】従来、チタン−アルミニウム系金属間化合
物粉末をメカニカルアロイングにより製造する場合、原
料のチタン粉、アルミニウム粉、さらには金属間化合物
粉末の酸化を防止するためにアルゴンなどの不活性雰囲
気又は減圧下でボールミリングを行なってきた。しか
し、この方法による場合、長時間ミリングを行なっても
金属間化合物粉末の生成率が低く、大部分はミルの内壁
やミリングボールの表面に付着し未反応のまま残存して
しまう結果となった。上記の通り、均質微細な金属間化
合物粉末を製造する上でメカニカルアロイング法は有効
であるが、このような収率の悪さは経済性からみて致命
的な欠点である。このようなミル内壁付着を防止する方
法として、窒素又はアンモニア雰囲気中でミリングした
り、ヘプタンなどの有機溶剤を添加する試みがある。こ
の方法は合成収率を100%近くまで高めることができ
る。しかし、このような添加剤は炭化物や窒化物が生成
してチタン−アルミニウム系金属間化合物粉末による焼
結体の組織や機械的性質に重大な影響を及ぼすので、好
ましい方法とは言えない。以上からチタン−アルミニウ
ムのメカニカルアロイング法は根本的解決に至っていな
いのが現状である。
Conventionally, when titanium-aluminum intermetallic compound powder is produced by mechanical alloying, an inert atmosphere such as argon or the like is used to prevent oxidation of the raw material titanium powder, aluminum powder, and intermetallic compound powder. Ball milling has been performed under reduced pressure. However, in the case of using this method, the generation rate of the intermetallic compound powder is low even after long-time milling, and most of the powder adheres to the inner wall of the mill or the surface of the milling ball and remains unreacted. . As described above, the mechanical alloying method is effective in producing a homogeneous and fine intermetallic compound powder, but such poor yield is a fatal drawback from the viewpoint of economy. As a method of preventing such adhesion to the inner wall of the mill, there are attempts to mill in a nitrogen or ammonia atmosphere or to add an organic solvent such as heptane. This method can increase the synthesis yield to nearly 100%. However, such an additive is not a preferable method because carbides and nitrides are formed and have a significant effect on the structure and mechanical properties of the sintered body of the titanium-aluminum intermetallic compound powder. From the above, at present, the mechanical alloying method of titanium-aluminum has not reached a fundamental solution.

【0006】このようなことから、純チタン粉に替えて
水素化チタン粉を使用することが提案された。これによ
れば合成収率を95%以上にすることができ、炭化物や
窒化物が生成することもなく、微細な水素化チタンとα
−チタンがアルミニウム中に分散した組織の粉末にする
ことができる。また、水素は500°C程度で解離する
のでチタン−アルミニウム系金属間化合物の焼結体を容
易に得ることができるという特徴を有する。さらに、従
来のメカニカルアロイグで使用する純チタン粉に比べ水
素化チタンは安価(20〜30%安価)であるという利
点もある。しかし、上記のメカニカルアロイグで使用す
るのに適した出発物質である均質微細な純チタン粉があ
まりにも高価なために、水素化チタン粉を使用するにし
ても、上記純チタン粉よりも20〜30%安価であると
いうだけでは、未だ実用性に乏しいと言わざるを得な
い。
[0006] For these reasons, it has been proposed to use titanium hydride powder instead of pure titanium powder. According to this, the synthesis yield can be increased to 95% or more, carbides and nitrides are not generated, and fine titanium hydride and α
-It can be a powder of a structure in which titanium is dispersed in aluminum. Further, since hydrogen is dissociated at about 500 ° C., a sintered body of a titanium-aluminum-based intermetallic compound can be easily obtained. Furthermore, there is an advantage that titanium hydride is inexpensive (20 to 30% cheaper) than pure titanium powder used in a conventional mechanical alloy. However, since the homogeneous fine pure titanium powder, which is a starting material suitable for use in the mechanical alloy described above, is too expensive, even if titanium hydride powder is used, it is 20 times less than the pure titanium powder. Just being 30% cheaper has to say that it is still not practical.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の水素
を含有させたスポンジチタンを使用することによって、
純アルミニウムとの効率の良いメカニカルミリング又は
メカニカルアロイングが可能であり、チタン原料の収率
を一層向上させ、コスト低減を図ることのできる水素含
有チタン−アルミニウム系合金粉末及び同合金粉末の製
造方法並びにチタン−アルミニウム系合金焼結体及び同
焼結体の製造方法得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention uses the above-mentioned hydrogen-containing titanium sponge,
Efficient mechanical milling or mechanical alloying with pure aluminum is possible, further improving the yield of titanium raw material and reducing the cost, and a method for producing the hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder and the alloy powder It is another object of the present invention to obtain a titanium-aluminum alloy sintered body and a method for producing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明者らが研究を行なった結果、従来の収率性
に劣る純チタン粉の使用又は水素化チタン粉に替えて、
粒度調整と圧力及び温度等の水素化条件を工夫すること
により得た水素含有スポンジチタンを使用し、さらにコ
ストを低減化したチタン−アルミニウム系合金焼結体を
製造することを可能としたものである。これにより、水
素含有チタン−アルミニウム系合金粉末及びチタン−ア
ルミニウム系合金(金属間化合物)焼結体を安定した製
造条件で、再現性よく得ることができるとの知見を得
た。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, as a result of research conducted by the present inventors, the use of pure titanium powder inferior in yield or conventional titanium hydride powder has been
Using hydrogen-containing sponge titanium obtained by devising hydrogenation conditions such as particle size adjustment and pressure and temperature, it has become possible to produce a titanium-aluminum alloy sintered body with further reduced cost. is there. As a result, it has been found that hydrogen-containing titanium-aluminum-based alloy powder and titanium-aluminum-based alloy (intermetallic compound) sintered body can be obtained with high reproducibility under stable production conditions.

【0009】本発明はこの知見に基ずき、 1 水素を3.5mass%以上含有し、粒径1〜20
mmであるスポンジチタンとアルミニウム粉、粒又は片
とからなることを特徴とする水素含有チタン−アルミニ
ウム系合金粉末 2 水素吸収処理した水素を3.5mass%以上含有
する粒径1〜20mmのスポンジチタンとアルミニウム
粉、粒又は片とを、アルゴン雰囲気中でボールミリング
することを特徴とする水素含有チタン−アルミニウム系
合金粉末の製造方法 3 水素を3.5mass%以上含有し、粒径1〜20
mmであるスポンジチタンとアルミニウム粉、粒又は片
とからなる水素含有チタン−アルミニウム系合金粉末を
原料とし、酸素等のガス成分の含有量が500ppm以
下であることを特徴とするチタン−アルミニウム系合金
焼結体 4 水素を3.5mass%以上含有するスポンジチタ
ンとアルミニウム粉、粒又は片とのメカニカルミリング
により得た水素含有チタン−アルミニウム系合金粉末を
焼結することを特徴とする酸素等のガス成分の含有量が
500ppm以下であるチタン−アルミニウム系合金焼
結体の製造方法、を提供する。
[0009] Based on this finding, the present invention contains 1 hydrogen at a content of 3.5 mass% or more and a particle size of 1 to 20.
2 mm hydrogen-containing titanium-aluminum-based alloy powder 2 comprising 3.5 mass% or more of hydrogen-absorbed hydrogen and having a particle diameter of 1 to 20 mm. For producing hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder characterized by ball-milling aluminum powder, grains or pieces in an argon atmosphere. 3 Contains 3.5 mass% or more of hydrogen and has a particle size of 1 to 20.
mm sponge titanium and aluminum powder, granules or pieces
A titanium-aluminum-based alloy sintered body characterized in that a hydrogen-containing titanium-aluminum-based alloy powder consisting of the following is used as a raw material and the content of a gas component such as oxygen is 500 ppm or less. Sintering a hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder obtained by mechanical milling of titanium sponge with aluminum powder, grains or pieces, wherein the content of gas components such as oxygen is 500 ppm or less. And a method for producing a sintered alloy.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】篩別した50mm以下のスポンジ
チタンを炉(電気炉等)に装入し、1気圧〜5気圧、好
ましくは1気圧〜2気圧の水素気流中で300〜500
°Cに1分〜1時間加熱する。スポンジチタンの粒度は
水素吸収処理(含有化)と破砕(微細化)や均一混合の
ために10mm以下がより好ましい。ここで、水素吸収
処理(含有化)という用語を使用するのは、吸着された
水素が含まれるためである。多くの場合水素化が進行し
ているものと考えられるが、この点はスポンジチタンの
水素気流処理の特有の現象であり、水素化チタン粉とは
区別する必要がある。吸着された水素はその後に説明す
るアルミニウム粉とのミリング処理においてさらに水素
化が進むと考えられる。スポンジチタンへの水素の吸収
力(含有化)は極めて高い。これはスポンジ構造が水素
ガスとの接触面積を増加させていることによるものと考
えられる。従来の純チタン粉の水素化処理においては、
純チタンを微細化する製造する工程で、酸素を多量に吸
収し、純チタン粉末の表面に酸化膜が形成される。これ
が、チタン−アルミニウム焼結品の強度低下をもたらす
ものであるが、本発明においては、このような酸素の取
込みが殆どなくなるという大きな利点を有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Titanium sponge having a size of 50 mm or less sieved is charged into a furnace (electric furnace or the like), and is placed in a hydrogen stream of 1 to 5 atm, preferably 1 to 2 atm, for 300 to 500 atm.
Heat to ° C for 1 minute to 1 hour. The particle size of the titanium sponge is more preferably 10 mm or less for hydrogen absorption treatment (containment), crushing (miniaturization) and uniform mixing. Here, the term "hydrogen absorption treatment (containment)" is used because it contains adsorbed hydrogen. In many cases, it is considered that hydrogenation is progressing, but this point is a peculiar phenomenon of hydrogen gas flow treatment of titanium sponge, and needs to be distinguished from titanium hydride powder. It is considered that the adsorbed hydrogen is further hydrogenated in the milling treatment with aluminum powder described later. The absorption capacity (inclusion) of hydrogen into titanium sponge is extremely high. This is considered to be due to the sponge structure increasing the contact area with the hydrogen gas. In conventional hydrogenation treatment of pure titanium powder,
In a manufacturing process for refining pure titanium, a large amount of oxygen is absorbed and an oxide film is formed on the surface of the pure titanium powder. This results in a reduction in the strength of the titanium-aluminum sintered product, but the present invention has a great advantage that such uptake of oxygen hardly occurs.

【0011】粒度10mm程度のスポンジチタンは約1
0分で水素含有化ができ、指で崩れる程に脆化する。水
素気流の圧力は炉の構造にもよるが、1〜5気圧で行な
う。1気圧で十分水素含有化が達成できる。負圧になる
と外気の侵入があり、また1気圧を超えると水素が漏れ
だす危険があるので、1気圧またはその近傍(1〜2気
圧程度)が好適である。水素含有化に際しては、炉内ス
ポンジチタンの加熱温度が重要である。例えば3mmの
スポンジチタンを15気圧室温で24時間保持しても、
水素含有化は殆ど起こらず、スポンジチタンが脆くなる
ことはない。したがって、効率的に水素含有スポンジチ
タンを得るためには、上記の温度範囲と気圧の範囲さら
にはスポンジチタンの粒度の範囲で実施することが必要
である。
The titanium sponge having a particle size of about 10 mm is about 1
It becomes hydrogen-containing in 0 minutes and becomes brittle enough to collapse with a finger. The pressure of the hydrogen stream is 1 to 5 atm, though it depends on the structure of the furnace. Atmospheric pressure can be sufficiently achieved at 1 atm. At a negative pressure, outside air may enter, and when the pressure exceeds 1 atm, there is a risk of hydrogen leaking out. Therefore, 1 atm or its vicinity (about 1 to 2 atm) is preferable. When hydrogen is contained, the heating temperature of the titanium sponge in the furnace is important. For example, even if the sponge titanium of 3 mm is kept at room temperature of 15 atm for 24 hours,
Hydrogen hardly occurs, and titanium sponge does not become brittle. Therefore, in order to efficiently obtain hydrogen-containing titanium sponge, it is necessary to perform the operation in the above-mentioned temperature range and pressure range, and further in the range of the particle size of titanium sponge.

【0012】このようにして水素吸収処理を施したスポ
ンジチタンは水素を3.5mass%以上含有する。次
に、この水素吸収処理したスポンジチタンとアルミニウ
ム粉、粒又は片を容器(ミル)内に入れ、回転ボールミ
ル又は遊星ボールミルを使用してボールミリングする。
ボールミリングは、大気の侵入及びそれによる粉末の酸
化を防止するためにアルゴン、ヘリウム等の不活性ガス
雰囲気中又は真空中で行なう。上記アルミニウム片(切
り子等)を使用した場合は、同粉末を使用する場合より
も酸素含有量が少なく、合金混合粉末及び焼結体中の酸
素含有量をさらに低減させることができる。約10〜2
00時間のミリングの結果、α−チタンにアルミニウム
と水素を固溶した合金混合粉末が得られた。ミル容器内
壁及びボールへのアルミニウムやチタンの凝着は殆ど認
められず、均一に混合粉がほぼ100%の収率で得るこ
とができた。水素吸収処理したスポンジチタンは脆化し
易く微細に粉砕され、この破砕した水素含有チタン粉は
ミル内壁にそれ自体付着することがない。また、このス
ポンジチタンの破砕による水素含有チタン粉は、アルミ
ニウムやチタン単身が容器内に付着してもそれらを削り
落とす作用があると考えられる。ミリングの時間は十分
な合金混合粉が得られるように、アルミニウの粒度及び
スポンジチタンの粒度や水素吸収処理の条件によって適
宜変えることができる。
The titanium sponge thus subjected to the hydrogen absorption treatment contains 3.5 mass% or more of hydrogen. Next, the hydrogen-absorbed titanium sponge and aluminum powder, particles or pieces are placed in a container (mill) and ball-milled using a rotary ball mill or a planetary ball mill.
Ball milling is performed in an atmosphere of an inert gas such as argon or helium or in a vacuum in order to prevent the invasion of the air and the oxidation of the powder due to the milling. When the above-mentioned aluminum pieces (cut pieces or the like) are used, the oxygen content is lower than when the same powder is used, and the oxygen content in the alloy mixed powder and the sintered body can be further reduced. About 10-2
As a result of milling for 00 hours, an alloy mixed powder in which aluminum and hydrogen were dissolved in α-titanium was obtained. Almost no adhesion of aluminum or titanium to the inner wall of the mill container and the balls was observed, and a mixed powder was uniformly obtained at a yield of almost 100%. The sponge titanium that has been subjected to the hydrogen absorption treatment is easily embrittled and is finely pulverized, and the crushed hydrogen-containing titanium powder does not adhere to the inner wall of the mill itself. Further, it is considered that the hydrogen-containing titanium powder obtained by crushing the sponge titanium has an action of shaving off aluminum and titanium alone even if they adhere to the container. The milling time can be appropriately changed depending on the particle size of aluminum, the particle size of titanium sponge, and the conditions of the hydrogen absorption treatment so that a sufficient alloy mixed powder can be obtained.

【0013】以上のようにして得たスポンジチタン中の
酸素含有量は0.05%以下である。上記に述べた従来
の方法でチタン粉末とアルミニウム粉末から製造したチ
タン−アルミニウム合金粉末は0.5%〜5%の酸素を
含むので、著しい酸素の低減効果がある。また、従来ミ
ル容器内壁への粉末付着防止のために使用されていた窒
素ガスやヘプタンなどを添加する必要がないので、炭化
物や窒化物が形成することがないという、品質にすぐれ
たチタン−アルミニウム系合金粉末が得られる。このよ
うにして得たチタン−アルミニウム系合金粉末を真空ホ
ットプレス機等を用いて焼結する。温度500°C近傍
で脱水素化し、さらに800°C〜1200°C程度に
加熱昇温して焼結する。焼結中雰囲気は還元性に保たれ
るので酸化することがなく、チタン−アルミニウム金属
間化合物(Ti3Al 、TiAl)の微細な組織の合
金が得られる。残留する水素は5ppm以下である。
The oxygen content in the titanium sponge obtained as described above is 0.05% or less. Since the titanium-aluminum alloy powder produced from the titanium powder and the aluminum powder by the above-described conventional method contains 0.5% to 5% of oxygen, there is a remarkable oxygen reduction effect. In addition, since there is no need to add nitrogen gas or heptane, which has been conventionally used to prevent powder adhesion to the inner wall of the mill container, titanium-aluminum of excellent quality that does not form carbides and nitrides. A system alloy powder is obtained. The titanium-aluminum alloy powder thus obtained is sintered using a vacuum hot press or the like. Dehydrogenation is performed at a temperature of about 500 ° C., and the temperature is raised to about 800 ° C. to 1200 ° C. to sinter. Since the atmosphere during the sintering is kept in a reducing state, it is not oxidized, and an alloy having a fine structure of a titanium-aluminum intermetallic compound (Ti3Al, TiAl) can be obtained. The remaining hydrogen is less than 5 ppm.

【0014】以上に示すように、チタン−アルミニウム
系合金粉末の原料がスポンジチタンから出発しているた
めに、今まで著しいコスト増となっていた10〜20μ
m程度にまで純チタンの微細化が不要となり、また水素
含有スポンジチタン自体の微粉化が極めて容易であると
いう特徴のために、水素含有チタン粉の微細化及びアル
ミニウム粉末又はアルミニウム片との混合及び合金化の
工程も容易で、全体的に大幅なコスト低減化を図ること
ができる。このようにして得たチタン−アルミニウム系
金属間化合物焼結体は、酸素等のガス成分の含有量を著
しく低減させることができ、また炭化物や窒化物等の混
入もなく、金属間化合物の緻密かつ均一な組織をもち、
耐熱比強度が高く、かつ高靭性の材料となる。これによ
って、航空機や自動車関係などの高温にさらされるエン
ジン部品等の構造材料として好適な材料が得られる。
As described above, since the raw material of the titanium-aluminum alloy powder starts from titanium sponge, the cost has been significantly increased up to 10 to 20 μm.
m, it is not necessary to refine the pure titanium to about m, and because of the feature that the hydrogen-containing sponge titanium itself is extremely easy to pulverize, the hydrogen-containing titanium powder is finely divided and mixed with the aluminum powder or the aluminum piece. The alloying process is also easy, and the overall cost can be significantly reduced. The titanium-aluminum-based intermetallic compound sintered body thus obtained can significantly reduce the content of gas components such as oxygen, and is free of carbides and nitrides, and has a high density of intermetallic compounds. With a uniform organization,
It is a material with high heat resistance specific strength and high toughness. As a result, a material suitable as a structural material for an engine component or the like that is exposed to a high temperature such as in an aircraft or an automobile can be obtained.

【0015】[0015]

【実施例および比較例】以下、実施例および比較例に基
づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であ
り、この例によって何ら制限されるものではない。すな
わち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限される
ものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形
を包含するものである。以下に示す実施例は本発明の好
適かつ代表的な実施例である。
Examples and comparative examples are described below based on examples and comparative examples. This embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to this example. That is, the present invention is limited only by the claims, and includes various modifications other than the examples included in the present invention. The following examples are preferred and representative examples of the present invention.

【0016】(実施例1) 高純度の7mmのスポンジチタン(酸素含有量0.05
mass%以下、鉄10ppm以下、Ti95.9ma
ss%以上)を電気炉に入れ、1気圧の水素気流中で4
00°Cに加熱した。この加熱を10分間行い、炉中か
ら取り出した。水素含有量はほぼ4mass%に達し
た。この水素吸収処理を施したスポンジチタンは指で簡
単に破砕できるほど脆化していた。この水素吸収処理を
施した高純度スポンジチタンとアルミニウム粉末(純度
99.9%、粒子径150μm以下)をモル比1:1に
なるように配合し、この混合粉粒の822gを内径30
0mm、内側長さ350mmのステンレス(SUS30
4)鋼製円筒型ミル容器に充填し、さらに12.7mm
の鋼球(ボール)41.1Kgを入れて密封した。次い
で、ミル容器をロータリーポンプで排気後、高純度アル
ゴンガスを導入し、回転速度7.43rad/秒(7
1.0rpm)にてボールミリングを実施した。200
時間のボールミリングにより、水素化チタン及びα−チ
タンがアルミニウムに微細分散した組織の合金混合粉末
が得られた。ミル容器内壁及びボールへのアルミニウム
やチタンの凝着は殆ど認められず、均一に混合した合金
混合粉がほぼ100%の収率で得ることができた。この
ボールミリング中酸素の混入は殆どみられなかった。
Example 1 High-purity 7-mm sponge titanium (oxygen content: 0.05)
mass% or less, iron 10 ppm or less, Ti 95.9 ma
ss% or more) in an electric furnace and placed in a hydrogen atmosphere at 1 atm.
Heated to 00 ° C. This heating was performed for 10 minutes, and then taken out of the furnace. The hydrogen content reached almost 4 mass%. The sponge titanium subjected to this hydrogen absorption treatment was so brittle that it could be easily crushed with a finger. This hydrogen-absorbed high-purity sponge titanium and aluminum powder (purity 99.9%, particle diameter 150 μm or less) are blended in a molar ratio of 1: 1.
0mm, 350mm inside length stainless steel (SUS30
4) Fill into a steel cylindrical mill container and add 12.7 mm
41.1 Kg of the steel ball (ball) was sealed. Next, after the mill container was evacuated with a rotary pump, high-purity argon gas was introduced, and the rotation speed was 7.43 rad / sec (7.
The ball milling was performed at 1.0 rpm. 200
By ball milling for a long time, an alloy mixed powder having a structure in which titanium hydride and α-titanium were finely dispersed in aluminum was obtained. Almost no adhesion of aluminum or titanium to the inner wall of the mill container and the balls was observed, and a uniformly mixed alloy mixed powder was obtained with a yield of almost 100%. Almost no mixing of oxygen was observed during the ball milling.

【0017】このようにして得たチタン−アルミニウム
合金粉末をパルス通電焼結を用い、1100°Cに至る
まで昇温加熱した。またこの間、加圧力50MPaで加
圧した。温度500°C近傍で脱水素化する。最終的な
焼結体に残留する水素は5ppm以下である。この結
果、チタン−アルミニウム金属間化合物(Ti3Al
、TiAl)の微細かつ緻密な組織の合金の焼結体が
得られた。以上の工程は水素の存在する還元雰囲気にあ
るため、スポンジチタン、アルミニウム粉あるいはこれ
らの混合合金粉末さらには焼結体の酸化は殆ど起こら
ず、酸素含有量は0.05%以下である。また、ボール
ミリングの際に、ミル内壁あるいはボールにチタン、ア
ルミニウムが凝着することがないので、剥離を容易とす
るための窒素の導入等の必要がなく、これに原因する炭
化物又は窒化物が焼結体の中に形成されることもない。
確認のため、X線回折パターンによるテストを実施した
が、炭化物や窒化物のX線回折ピークは認められなかっ
た。したがって、チタン−アルミニウム金属間化合物の
耐熱比強度が高いだけでなく、靭性も向上し優れた焼結
体が得られる。
The titanium-aluminum alloy powder thus obtained was heated to 1100 ° C. by pulse current sintering. During this time, pressure was applied at a pressure of 50 MPa. Dehydrogenate at a temperature around 500 ° C. Hydrogen remaining in the final sintered body is 5 ppm or less. As a result, the titanium-aluminum intermetallic compound (Ti3Al
, TiAl) having a fine and dense structure. Since the above steps are performed in a reducing atmosphere in which hydrogen is present, oxidation of titanium sponge, aluminum powder, a mixed alloy powder thereof, and a sintered body hardly occurs, and the oxygen content is 0.05% or less. In addition, during ball milling, titanium and aluminum do not adhere to the inner wall of the mill or the balls, so there is no need to introduce nitrogen or the like for facilitating peeling, and carbides or nitrides caused by this are eliminated. It is not formed in the sintered body.
For confirmation, a test using an X-ray diffraction pattern was performed, but no X-ray diffraction peak of carbide or nitride was observed. Therefore, not only the heat-resistant specific strength of the titanium-aluminum intermetallic compound is high, but also the toughness is improved and an excellent sintered body is obtained.

【0018】(実施例2) 高純度の粒度3mmのスポンジチタン(酸素含有量0.
05mass%以下、鉄0.08%以下、Ti99.7
mass%以上)を電気炉に入れ、1気圧の水素気流中
で400°Cに加熱した。この加熱を10分間行い、炉
中から取り出した。水素含有量はほぼ4mass%に達
した。スポンジチタンの粒度が実施例1の7mmに比べ
て小さくなっているが、このために水素吸収が進行し、
僅か10分でスポンジチタンは指で簡単に破砕できるほ
ど脆化していた。この結果から、スポンジチタンへの水
素吸収処理は比較的容易に、かつ安定して行なうことが
できることが分かる。またスポンジチタンの粒度が小さ
い程水素吸収能は大きいが、製造上過度に粒度の小さい
スポンジチタンを採用する必要もない。この水素吸収ス
ポンジチタンを用いて、実施例1と同様の装置及び条件
を用いてアルミニウム粉及びアルミニウム片とのミリン
グ処理並びに焼結によるチタン−アルミニウム金属間化
合物(合金)を製造したが、実施例1と同様の結果が得
られた。
Example 2 High-purity titanium sponge having a particle size of 3 mm (oxygen content of 0.1 mm).
05 mass% or less, iron 0.08% or less, Ti 99.7
mass% or more) was placed in an electric furnace and heated to 400 ° C. in a hydrogen atmosphere at 1 atm. This heating was performed for 10 minutes, and then taken out of the furnace. The hydrogen content reached almost 4 mass%. Although the particle size of titanium sponge is smaller than that of 7 mm in Example 1, hydrogen absorption progresses due to this,
In just 10 minutes, the titanium sponge had become so brittle that it could be easily crushed with a finger. From this result, it is understood that the hydrogen absorption treatment on the titanium sponge can be performed relatively easily and stably. Also, the smaller the particle size of the titanium sponge, the larger the hydrogen absorption capacity, but it is not necessary to employ a titanium sponge with an excessively small particle size in production. Using this hydrogen-absorbing titanium sponge, a titanium-aluminum intermetallic compound (alloy) was produced by milling and sintering with aluminum powder and aluminum pieces using the same apparatus and conditions as in Example 1. The same result as in Example 1 was obtained.

【0019】(比較例) 対比のために、純チタン粉末(純度99.7mass
%)と純アルミニウム粉末(純度99.9mass%)
を用い、これらをモル比1:1になるように配合し、こ
の混合粉を内径300mm、内側長さ350mmのステ
ンレス(SUS304)鋼製円筒型ミル容器に充填し、
さらに12.7mmの鋼球(ボール)41.1Kgを入
れて密封した。次いで、ミル容器をロータリーポンプで
排気後、高純度アルゴンガスを導入し、回転速度7.4
3rad/秒(71.0rpm)にてボールミリングを
実施した。このメカニカルアロイング後、混合粉末を取
り出したが、ミル容器の内壁への凝着が著しく、メカニ
カルアロイング粉の収率は殆ど0%であった。
(Comparative Example) For comparison, pure titanium powder (purity: 99.7 mass) was used.
%) And pure aluminum powder (purity 99.9 mass%)
These are blended in a molar ratio of 1: 1 and the mixed powder is filled into a stainless steel (SUS304) steel cylindrical mill container having an inner diameter of 300 mm and an inner length of 350 mm,
Further, 41.1 kg of a steel ball (ball) of 12.7 mm was put therein and sealed. Next, after the mill container was evacuated with a rotary pump, high-purity argon gas was introduced, and the rotation speed was 7.4.
Ball milling was performed at 3 rad / sec (71.0 rpm). After the mechanical alloying, the mixed powder was taken out. However, the adhesion to the inner wall of the mill container was remarkable, and the yield of the mechanical alloying powder was almost 0%.

【0020】[0020]

【発明の効果】従来の収率性に劣る純チタン粉の使用又
は水素化チタン粉に替えて、本発明は粒度調整と圧力及
び温度等の水素吸収処理条件を工夫することにより得た
水素含有スポンジチタンを使用することにより、さらに
コストを低減化したチタン−アルミニウム系合金焼結体
を製造することを可能としたものである。水素気流中で
の温度条件の設定により、粒度7mmのスポンジチタン
は1時間、3mmのスポンジチタンは10分程度で水素
含有化が達成でき、これらは指で崩れる程に脆化する。
そしてこのように水素含有スポンジチタン自体の微粉化
が極めて容易であるという特徴のために、水素含有チタ
ン粉の微細化及びアルミニウム粉末との混合及び合金化
の工程も容易で、全体的に大幅なコスト低減化を図るこ
とができる。また、上記水素含有スポンジチタンとアル
ミニウム粉、粒又は片から作成したチタン−アルミニウ
ム系合金粉の焼結によるチタン−アルミニウム系金属間
化合物焼結体は、酸素等のガス成分の含有量を著しく低
減させることができ、また炭化物や窒化物等の混入もな
く、金属間化合物の緻密かつ均一な組織をもち、耐熱比
強度が高く、かつ高靭性の材料となり、そしてこれらを
低コストで得ることができるという著しい特徴を備えて
いる。これによって、航空機や自動車関係などの高温に
さらされるエンジン部品等の構造材料に好適な材料が得
られる大きなメリットを有する。
According to the present invention, the hydrogen content obtained by devising the hydrogen absorption treatment conditions such as the particle size adjustment and the pressure and temperature, instead of the conventional use of pure titanium powder having poor yieldability or titanium hydride powder. The use of titanium sponge makes it possible to produce a titanium-aluminum-based alloy sintered body with further reduced costs. By setting the temperature conditions in a hydrogen gas stream, titanium sponge with a particle size of 7 mm can achieve hydrogen content in 1 hour and titanium sponge with a size of 3 mm can be achieved in about 10 minutes, and these become brittle enough to collapse with a finger.
And, since the hydrogen-containing sponge titanium itself is extremely easy to pulverize, the steps of finely pulverizing the hydrogen-containing titanium powder and mixing and alloying with the aluminum powder are also easy, and a large Cost can be reduced. In addition, the titanium-aluminum-based intermetallic compound sintered body obtained by sintering the hydrogen-containing sponge titanium and aluminum powder, titanium-aluminum-based alloy powder prepared from grains or pieces, significantly reduces the content of gas components such as oxygen. It is possible to obtain a material having a dense and uniform structure of an intermetallic compound, a high heat resistance specific strength, and a high toughness without the inclusion of carbides or nitrides, and obtaining these at low cost. It has the remarkable feature of being able to do it. As a result, there is a great merit that a material suitable for a structural material such as an engine component exposed to a high temperature such as an aircraft or an automobile can be obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22C 14/00 C22C 14/00 Z (56)参考文献 特開 平10−195504(JP,A) 特開 平10−96003(JP,A) まてりあ,Vol.34,No.5,p p.611−613(1995) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22F 9/04 B22F 1/00 C22C 1/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI C22C14 / 00 C22C14 / 00Z (56) References JP-A-10-195504 (JP, A) JP-A-10-96003 ( JP, A) Materia, Vol. 34, no. 5, p p. 611-613 (1995) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B22F 9/04 B22F 1/00 C22C 1/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 水素を3.5mass%以上含有し、粒
径1〜20mmであるスポンジチタンとアルミニウム
粉、粒又は片からなることを特徴とする水素含有チタン
−アルミニウム系合金粉末。
1. A hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder comprising 3.5 mass% or more of hydrogen and comprising titanium sponge having a particle size of 1 to 20 mm and aluminum powder, particles or pieces.
【請求項2】 水素吸収処理した水素を3.5mass
%以上含有する粒径1〜20mmのスポンジチタンとア
ルミニウム粉、粒又は片を、アルゴン雰囲気又は真空中
でボールミリングすることを特徴とする水素含有チタン
−アルミニウム系合金粉末の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the hydrogen having been subjected to the hydrogen absorption treatment is 3.5 mass
%. A method for producing hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder, comprising ball milling sponge titanium having a particle size of 1 to 20 mm and aluminum powder, particles or pieces containing at least 1% in an argon atmosphere or vacuum.
【請求項3】 水素を3.5mass%以上含有し、粒
径1〜20mmであるスポンジチタンとアルミニウム
粉、粒又は片からなる水素含有チタン−アルミニウム系
合金粉末を原料とし、酸素等のガス成分の含有量が50
0ppm以下であることを特徴とするチタン−アルミニ
ウム系合金焼結体。
3. The method according to claim 1, wherein the hydrogen content is at least 3.5 mass%.
Sponge titanium and aluminum having a diameter of 1 to 20 mm
A hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder consisting of powder, particles or pieces is used as a raw material, and the content of a gas component such as oxygen is 50%.
A titanium-aluminum-based alloy sintered body characterized by being at most 0 ppm.
【請求項4】 水素を3.5mass%以上含有するス
ポンジチタンとアルミニウム粉、粒又は片とのメカニカ
ルミリングにより得た水素含有チタン−アルミニウム系
合金粉末を焼結することを特徴とする酸素等のガス成分
の含有量が500ppm以下であるチタン−アルミニウ
ム系合金焼結体の製造方法。
4. A method for sintering a hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder obtained by mechanical milling of titanium sponge containing 3.5 mass% or more of hydrogen and aluminum powder, grains or pieces, such as oxygen. A method for producing a titanium-aluminum alloy sintered body having a gas component content of 500 ppm or less.
JP10376599A 1998-12-24 1998-12-24 Hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder, method for producing the same alloy powder, sintered titanium-aluminum alloy, and method for producing the same Expired - Lifetime JP3062743B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10376599A JP3062743B2 (en) 1998-12-24 1998-12-24 Hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder, method for producing the same alloy powder, sintered titanium-aluminum alloy, and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10376599A JP3062743B2 (en) 1998-12-24 1998-12-24 Hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder, method for producing the same alloy powder, sintered titanium-aluminum alloy, and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000192111A JP2000192111A (en) 2000-07-11
JP3062743B2 true JP3062743B2 (en) 2000-07-12

Family

ID=18507420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10376599A Expired - Lifetime JP3062743B2 (en) 1998-12-24 1998-12-24 Hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder, method for producing the same alloy powder, sintered titanium-aluminum alloy, and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3062743B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116393705B (en) * 2023-05-11 2023-09-08 宝鸡市永盛泰钛业有限公司 Titanium alloy material for 3D printing and preparation method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
まてりあ,Vol.34,No.5,pp.611−613(1995)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000192111A (en) 2000-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6010661A (en) Method for producing hydrogen-containing sponge titanium, a hydrogen containing titanium-aluminum-based alloy powder and its method of production, and a titanium-aluminum-based alloy sinter and its method of production
JP2649245B2 (en) Method for producing tough and porous getter by hydrogen grinding and getter produced therefrom
US3865586A (en) Method of producing refractory compound containing metal articles by high energy milling the individual powders together and consolidating them
JPH073301A (en) Mechanical alloying of titanium base alloy
JPS6289803A (en) Powdery particle for fine granular hard alloy and its production
JPH0261531B2 (en)
JP2560565B2 (en) Method for producing hydrogen storage alloy
JP3062743B2 (en) Hydrogen-containing titanium-aluminum alloy powder, method for producing the same alloy powder, sintered titanium-aluminum alloy, and method for producing the same
JPH0237402B2 (en)
JP2821662B2 (en) Titanium-based powder and method for producing the same
CN116555653A (en) K-bubble and nano-oxide composite reinforced W-based material and preparation method thereof
Froes et al. Rapidly solidified titanium
US3865572A (en) Mechanical alloying and interdispersion cold bonding agents therefor
JP3397979B2 (en) Hydrogen storage alloy
JPH04362105A (en) Production of fine intermetallic compound powder
JP2954711B2 (en) W-Ti alloy target and manufacturing method
JP3918161B2 (en) Method for producing aluminum nitride powder
JP2560567B2 (en) Method for producing hydrogen storage alloy
CN111151762A (en) Preparation method of low-cost fine-grained low-oxygen titanium and titanium alloy powder
JP2905043B2 (en) Manufacturing method of permanent magnet powder material
JPH06271901A (en) Ti-al intermetallic compound powder having excellent sinterability and sintered compact thereof
JP3426860B2 (en) Hydrogen storage
JP2560566B2 (en) Method for producing hydrogen storage alloy
JP2003277809A (en) Method for manufacturing titanium powder or titanium- alloy powder
JP2006176802A (en) Method for manufacturing high-strength magnesium alloy using solid-state reaction by hydrogenation and dehydrogenation

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20000404

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term