JP3135224B2 - イリジウム基合金 - Google Patents
イリジウム基合金Info
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Description
器、宇宙産業用部材、高融点材料溶解用坩堝等の高温機
器に用いる耐熱材料に関し、その具体的な用途としては
発電用ガスタービン、ガスタービンブレード、ジェット
エンジン、温度センサー並びに保護具材、そして半導体
材料、窯業用材料、単結晶等の高融点材料溶解用坩堝、
ガラスレンズの型材、ガラス溶解装置、或いは化学繊維
ノズル等の高温における強度、耐酸化性等が要求される
耐熱材料、更に、燃焼機器構造材等に用いられる耐熱材
料に関する。
れているこの種の耐熱材料としては主にニッケル基合金
であることが知られている。
合金はその融点が略1300℃であるところから、その強度
を発揮し得る温度は実質的に1100℃程度であり、1100℃
が使用限界温度、つまり耐用温度とされている。従っ
て、このニッケル基合金は1100℃以上の高温領域での使
用は不可能となる。
グステン、白金、純イリジウム等は高融点材料として知
られているが、これら一種の元素からなる高融点材料は
真空若しくは不活性ガス雰囲気中で使用する限りでは融
点直下までの高温域で強度を発揮し得るが、大気中や燃
焼ガス等の雰囲気中ではある温度範囲で急速に酸化消耗
してしまうため、前述した各種用途には使用できない場
合もある。ところで、純イリジウムに注目して見ると、
その融点は2454℃と高い高融点材料ではあるが、脆いた
めに展延性に乏しく、例えば 0.5mm程度の薄板に加工す
ることが極めて困難なことから、その用途範囲も限れて
いた。更に、大気中での酸化消耗が激しく、例えば大気
中においては、800 〜1050℃の温度範囲では激しく酸化
し、酸化物(Ir O2 及びIr O3 )として昇華するこ
とから消耗してしまう。しかし、1500℃以上になるとそ
の酸化物は成分に分解されることから、酸化の進行は抑
えられることになる。従って、純イリジウムからなる高
融点材料は大気中や燃焼ガス雰囲気中における800 〜10
50℃の温度範囲で急速に酸化消耗してしまうことから、
実用性に欠ける高融点材料であった。
たもので、その目的とする処は、1100℃以上の高温域で
の耐熱材料として要求される高温強度(耐力)に優れ、
しかも、大気中における800 〜1050℃の温度範囲での耐
酸化性に優れ、更に、材料の薄肉化を可能とする加工性
を向上させる上で要求される展延性が改善されたイリジ
ウム基合金を提供することにある。
発明は、耐熱材料であって、純イリジウムをベースと
し、第二元素としてロジウムを0.1〜30wt%の範囲内で
添加し、更に第三元素として白金、ルテニウム、レニウ
ム、クロム、バナジウム、モリブデンこれらいずれか一
種を0.1〜20wt%の固溶範囲(単相領域)内で添加し、
この第三元素と前記第二元素との添加総量を 0.2〜50wt
%の固溶範囲(単相領域)内に抑えたことを要旨とす
る。斯る技術的手段によれば、ロジウムからなる第二元
素を0.1〜30wt%の範囲内、そして白金、ルテニウム、
レニウム、クロムこれらいずれか一種からなる第三元素
を0.1〜20wt%の固溶範囲(単相領域)内での添加によ
りイリジウムの表面に耐酸化性に優れた安定被膜が生成
される。それにより、大気中や燃焼ガス雰囲気中におい
て酸化消耗が最も激しい 800〜1050℃における酸化消耗
を極端に抑える耐酸化性が図られると共に、固溶体硬化
がもたらされてイリジウムの強化が図られる。更には粘
性も改善されて優れた展延性が得られる。
づいて説明する。図1は本発明イリジウム基合金の一例
で、1200℃に加熱した状態で熱間圧延をした場合におけ
る肉眼的に圧延材の側面に割れが認められるまでの加工
度(%)と添加総量(wt%)との関係を示したグラフ、
図2は酸化消耗が最も激しくなる1050℃における酸化消
耗量と暴露時間との関係を示したグラフイリジウムの硬
さに及ぼす第二元素の影響を示したグラフであり、斯る
本発明においては、純イリジウム(Ir)をベースと
し、第二元素としてロジウム(Rh)を添加し、更に第
三元素として白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、レニ
ウム(Re)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、モ
リブデン(Mo)これらいずれか一種を固溶範囲(単相
領域)内に添加し、前記第二元素の一部を第三元素で置
換させることで、例えば1050℃の高温における耐酸化性
に優れ、しかも加工性を向上させる上で要求される展延
性が改善された三元系合金を溶製する。
イリジウムに対するロジウムからなる第二元素の添加量
を 0.1〜30wt%の範囲内に、更に白金、ルテニウム、レ
ニウム、クロム、バナジウム、モリブデンこれらいずれ
か一種からなる第三元素の添加量を 0.1〜20wt%の固溶
範囲(単相領域)内に、そして第三元素と第二元素との
総添加量を 0.2〜50wt%の固溶範囲(単相領域)内に夫
々抑えることが必要である。この理由は、第二元素の添
加量が 0.1wt%以下では、耐酸化性、固溶体硬化、粘性
が改善されず、耐熱性、展延性が純イリジウムと変わら
ない、つまり、イリジウムの特性が改善されないからで
ある。一方、30wt%以上になると、展延性が悪くなるか
らである。又、第三元素の添加量が 0.1wt%以下では、
上述したように、耐酸化特性、固溶硬化能、粘性の夫々
の改善効果が小さいからである。一方、20wt%以上にな
ると、第2相(金属間化合物)が析出し易くなり、耐酸
化性並びに展延性が悪くなるからである。そして、第三
元素と第二元素との純イリジウムに対する総添加量が
0.2wt%以下では、固溶硬化能が小さく、耐酸化特性、
展延性も純イリジウムのそれとさほど変わらないからで
ある。一方、50wt%以上になると、第2相(金属間化合
物)が析出し、耐酸化特性並びに展延性も悪くなるから
である。
ウムに対する第二元素のロジウムの添加量を 0.1〜30wt
%の範囲内に、第三元素の白金、ルテニウム、レニウ
ム、クロム、バナジウム、モリブデンこれらいずれか一
種の添加量を 0.1〜20wt%の固溶範囲(単相領域)内
に、そして第三元素と前記第二元素との添加総量を 0.2
〜50wt%の固溶範囲(単相領域)内に抑えることが好ま
しい。
ロジウムを、更に第三元素として15wt%の白金を含み、
この第三元素と前記第二元素との添加総量が純イリジウ
ムに対し30wt%になるように秤取したIr−15Rh−15
Pt系合金、又、ベースとなる純イリジウムに、第二元
素としてロジウム2wt%、第三元素としてルテニウム3
wt%を夫々添加し、その両元素の添加総量が5wt%にな
るように秤取したIr−2Rh−3Ru系合金、又、ベ
ースとなる純イリジウムに、第二元素としてロジウム2
wt%、第三元素としてレニウム3wt%を夫々添加し、そ
の両元素の添加総量が5wt%になるように秤取したIr
−2Rh−3Ru系合金これらの三元系合金を準備し、
アルゴンアーク溶解法によりボタン状に溶製した鋳塊を
大気中において熱間又は温間加工、例えば1200乃至1300
℃に加熱した状態で1パス 0.1%の圧下率で熱間圧延を
施し、圧延に伴う圧延材側面に肉眼的に認められる割れ
発生が生じるまでの加工度(%)を求めて展延性を評価
し、その後、板厚が 0.5〜 0.01mm 程度の薄板から箔に
至るまで圧延加工を施しながら、その圧延加工性を調べ
た。その結果を図3に例示する。又、この熱間加工によ
り得られた例えば板厚が 0.5mmの薄板を用いて酸化消耗
が最も激しくなる大気中における1050℃を選び、20時間
までの酸化消耗量を調べ、その結果を図4に例示する。
ウム10wt%、第三元素としてモリブデン1wt%を夫々添
加し、その両元素の添加総量が純イリジウムに対し11wt
%になるように秤取したIr−10Rh−1Mo系合金、
又、ベースとなる純イリジウムに、第二元素としてロジ
ウム2wt%、第三元素としてクロム3wt%を夫々添加
し、その両元素の添加総量が5wt%になるように秤取し
たIr−2Rh−3Cr系合金の三元系合金を準備し、
アルゴンアーク溶解法によりボタン状に溶製した鋳塊を
前述した大気中において1200乃至1300℃に加熱した状態
での熱間圧延による展延性と、大気中において酸化が最
も激しくなる1050℃における酸化消耗量においても夫々
調べた。
の割れ発生までの加工度(%)は純イリジウムよりも改
善され、薄板から箔に至るまでの圧延加工が可能である
ことが分かる。つまり、本実施例で得られた各イリジウ
ム基三元系合金は粘性が改善され、加工性を向上させる
上で要求される展延性に優れていることが明らかになっ
た。又、図4から明らかなように、純イリジウムは酸化
消耗が激しいが、得られた総ての三元系合金は酸化消耗
が抑えられていることが分かる。つまり、酸化に対する
安定被膜が表面に生成され、純イリジウムの耐酸化性が
改善される。従って、本実施例で得られたイリジウム基
三元系合金は大気中において特に酸化消耗が最も激しい
1050℃の温度範囲での酸化の進行が抑えられた優れた耐
酸化性を有することが明らかになった。
15Pt系合金、Ir−10Rh−1Mo系合金、Ir−2
Rh−3Ru系合金、Ir−2Rh−3Ru系合金、I
r−2Rh−3Cr系合金、Ir−2Rh−3V系合
金、これら総てのイリジウム基三元系合金は、大気中に
おいて1200乃至1300℃に加熱した状態での加工性を向上
させる上で要求される展延性に優れ、しかも大気中にお
いて純イリジウムの酸化消耗が最も激しくなる1050℃に
おける耐酸化性に優れていることが明らかになった。
構成してなるから、下記の作用効果を奏する。従来から
知られている例えばニッケル基合金は1100℃以上の使用
では、材料そのものを冷却する付帯設備を必要とする。
本発明のイリジウム基合金は1100℃以上の高温域での耐
熱材料として要求される高温における強度(耐力)、耐
酸化性に優れていることから、エネルギー効率の向上、
材料の強化による薄肉化、小型化が期待できる。従っ
て、本発明によれば、エネルギー効率の向上、そして材
料の強化による薄肉化、機器の小型化、寿命の延長が図
られる。しかも、展延性が優れていることから、塑性加
工が容易となり、展伸材としての用途範囲の拡張が期待
でき、有益且つ実用上の効果を大きく期待することがで
きる。更に、従来の耐熱材料では使用できなかった1100
℃以上の温度に耐えることで用途が開けることから、用
途範囲の拡張による経済的効果も大きい等の数々の効果
を期待することができる。
いて酸化消耗が最も激しくなる 800〜1050℃における純
イリジウムの特性が、第二元素のロジウムの添加、そし
て第三元素の白金、ルテニウム、レニウム、クロム、バ
ナジウム、モリブデンこれらいずれか一種の固溶範囲
(単相領域)内の添加によって大きく改善され、1100℃
以上の高温域での耐熱材料として要求される高温におけ
る耐酸化性にも優れ、そして展延性に優れた固溶体硬化
型のイリジウム基三元系合金が得られる。従って、本発
明によれば、 800〜1050℃の高温における耐酸化性に優
れていることから、耐熱材料としての用途範囲の拡張が
期待できる。しかも、耐熱材料としての耐酸化性に加え
て、塑性加工を図る上で要求される展延性においても優
れていることから、材料の薄肉化が期待できる。例えば
板厚が 0.5〜 0.01mm 程度の薄板から箔までの加工が可
能となる。よって、展伸材としての用途範囲の拡張も期
待できることから、その用途範囲の拡張による経済的効
果の期待が大きい等の数々の効果も期待することができ
る。
加熱した状態で熱間圧延をした場合における肉眼的に圧
延材の側面に割れが認められるまでの加工度(%)と添
加総量(wt%)との関係を示したグラフ
が最も激しくなる1050℃における酸化消耗量と暴露時間
との関係を示したグラフ
Claims (1)
- 【請求項1】 耐熱材料であって、 イリジウムをベースとし、第二元素としてロジウムを0.
1〜30wt%の範囲内で添加し、更に第三元素として白
金、ルテニウム、レニウム、クロム、バナジウム、モリ
ブデンこれらいずれか一種を0.1〜20wt%の固溶範囲内
で添加し、この第三元素と前記第二元素との添加総量が
0.2〜50wt%の固溶範囲内であることを 特徴とするイリ
ジウム基合金。
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JP11615296 | 1996-05-10 | ||
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Cited By (1)
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1997
- 1997-05-07 JP JP09117132A patent/JP3135224B2/ja not_active Expired - Lifetime
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