JP3146731B2 - チタンアルミナイドの加工方法 - Google Patents

チタンアルミナイドの加工方法

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道夫 斉藤
隆人 荒木
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石川島播磨重工業株式会社
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10Etching compositions
    • C23F1/14Aqueous compositions
    • C23F1/16Acidic compositions
    • C23F1/26Acidic compositions for etching refractory metals

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はチタンアルミナイドを目
的の形状に成形するための加工方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】チタンアルミナイド(チタンとアルミニ
ウムの金属間化合物)は軽量でありながら剛性と特に耐
熱性に優れたもので、将来的に多種多様の構造用部品に
適用できる材料として注目されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、チタンアルミ
ナイドは常温で延性が低く、非常に成形性が悪いもので
ある。特に、精密鋳造などで薄肉な成形品を製造するこ
とは非常に困難であり、また切削加工することも困難で
あることから、加工コストが嵩むばかりでなく、加工す
る形状に制約があることから用途が限定されているもの
であった。
【0004】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、薄肉なものを含む多様な形状に成形すること
を可能とするチタンアルミナイドの加工方法を提供する
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のチタンアルミナ
イドの加工方法は、目的とする成形品よりも大きく且つ
その相似形状の内部空間を有する鋳型にてチタンアルミ
ナイドを鋳造し、得られた鋳造物を硝酸とフッ化水素酸
を含有する混酸溶液で浸食加工して成形品を得ることを
特徴とするものである。
【0006】
【作用】本発明によれば、鋳造および切削加工の困難な
チタンアルミナイドを加工する場合、簡易な鋳造工程に
加えて化学処理工程を施すもので、従来では加工困難で
あった形状の成形品を容易に得ることができる。鋳造工
程では、目的とする成形品よりも若干大きい鋳造物を鋳
造し、その後、化学処理工程で、少なくとも硝酸とフッ
化水素酸を含有する混酸溶液で鋳造物を浸食加工して成
形品を得る。
【0007】
【実施例】本発明の一実施例としてジェットエンジンの
低圧タービンブレードの加工例を示す。まず、目的とす
るタービンブレードと相似形状であって、かつ若干量厚
みの大きい内部空間を有する鋳型を用意する。その内部
空間の大きさは本実施例の場合、目的とする成形品より
も1.0〜2.5mmの余肉が鋳造物の表面に形成される大
きさのものとする。次に図1(a)のように、加熱して
溶融したチタンアルミナイド14をこの鋳型10の内部
空間12内に注入し、鋳造する。チタンアルミナイドが
鋳型10の内部空間12に沿った形状で冷却固化した
後、その鋳造物を鋳型から取り出し、図1(b)のよう
に混酸溶液16中に浸漬し、鋳造物18の表面を浸食
(以下、ミーリングと称する)して余肉を除去する。浸
漬中は混酸溶液16を攪拌したり、鋳造物18を回転さ
せることが望ましい。混酸溶液は少なくとも硝酸とフッ
化水素酸を含有する溶液で、硝酸が150〜200g/
l、フッ化水素酸が80〜110g/lのものが望ましい。
また、混酸溶液にさらに重クロム酸ナトリウムを添加す
ることで、ミーリング速度を調整することができる。ま
た、混酸溶液にリン酸を添加することで、チタンアルミ
ナイドの表面の粗さを改善することができる。鋳造物の
混酸溶液でのミーリング速度を制御する(ミーリング速
度は5〜10μm/minが適している)ために、混酸溶液
の液温は20〜40℃が好ましい。チタンアルミナイド
のミーリング速度は予め調整しておくことができるの
で、鋳造物が所望の成形品の大きさまでミーリングされ
たところでその鋳造物を混酸溶液から引き揚げ、所望の
形状と大きさを有する成形品20(図1(c)参照)を
得る。
【0008】本実施例の方法によれば、特定の溶液であ
る混酸溶液を使用して化学的にチタンアルミナイドを加
工するので、薄肉の成形品を製造する場合であって鋳造
や切削では加工困難なものであっても、容易に成形する
ことができる。また、化学処理を利用するものであるか
ら、成形品に不要な応力が残留することがない。さらに
また、化学処理による金属加工では、一般に加工速度は
遅いとされているが、本発明では鋳造工程を併用するも
のなので、加工時間の増加は問題にならない程度であ
る。また、ミーリング時に、鋳造物にマスキングを施し
ておくことで部分的にミーリングを行なうこともでき、
加工自由度を高めることができる。
【0009】〔試験1〕硝酸およびフッ化水素酸の濃度
の異なる各種混酸溶液を用いてチタンアルミナイドのイ
ンゴットをミーリングし、そのミーリング速度を測定し
た。尚、ミーリング時間は30分とした。表1に各混酸
溶液の組成および溶液温度と、ミーリング速度の測定結
果を示す。また、測定結果は図2にも示した。
【0010】
【表1】
【0011】表1及び図2から、フッ化水素酸(HF)
濃度が高くなるにつれてミーリング速度が速くなること
がわかる。また、硝酸(HNO3)濃度はミーリング速
度にあまり影響しないことがわかる。また、ミーリング
後のサンプルを観察したところ、フッ化水素酸濃度が高
くなるにつれて脆化傾向があることが認められた。
【0012】〔試験2〕混酸溶液の液温を変えて、試験
1と同様にミーリング速度を測定した。測定結果を表2
及び図3に示す。尚、図3においては、(−○−○−)
で示した。
【0013】
【表2】
【0014】表2及び図3から、液温が高くなるにつれ
てミーリング速度が速くなることがわかる。
【0015】〔試験3〕混酸溶液に重クロム酸ナトリウ
ム(Na2Cr27)を添加して、ミーリング速度を測
定した。測定結果を表3及び図4に示す。
【0016】
【表3】
【0017】表3及び図4から、重クロム酸ナトリウム
を添加することでミーリング速度を抑制できることがわ
かる。
【0018】〔試験4〕同様に、混酸溶液にリン酸(H
3PO4)を添加し且つ液温を変化させて、ミーリング速
度を測定した。測定結果を表4及び図3に示す。尚、図
3中、サンプル12〜15は(−△−△−)で示した。
【0019】
【表4】
【0020】表2及び表4、図3から、リン酸を添加し
てもミーリング速度に変化は生じていないことがわか
る。しかしながら、ミーリング後にサンプルを観察した
ところ、リン酸の添加された混酸溶液によるものは表面
粗さが若干改善されていた。
【0021】以上、試験1〜4から、混酸溶液として、
硝酸が150〜200g/l、フッ化水素酸が80〜11
0g/l、液温が20〜40℃のものを使用することで、
ミーリング速度を5〜10μm/minにすることができ、
望ましいことがわかる。
【0022】
【発明の効果】本発明は、チタンアルミナイドの加工方
法において、鋳造工程と化学処理工程からなるもので、
鋳造後に、特定の溶液である混酸溶液を使用して化学的
にチタンアルミナイドを加工するもので、薄肉の成形品
を製造する場合でも、また鋳造や切削では加工困難なも
のでも、容易に成形することができる。また、化学処理
を利用するものであるから、成形品に残留する不要な応
力を抑制できる。したがって、本発明はチタンアルミナ
イドの加工コストを低減することができるばかりでな
く、チタンアルミナイドの用途の拡大に寄与するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の加工方法を示す工程図である。
【図2】フッ化水素酸濃度および硝酸濃度と、ミーリン
グ速度の関係を示すグラフである。
【図3】混酸溶液の液温およびリン酸の添加と、ミーリ
ング速度の関係を示すグラフである。
【図4】重クロム酸ナトリウムとミーリング速度の関係
を示すグラフである。
【符号の説明】
10 鋳型 12 内部空間 14 チタンアルミナイド 16 混酸溶液 18 鋳造物 20 成形品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−147082(JP,A) 特開 平4−22562(JP,A) 米国特許5299619(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 21/02 B22D 29/00 C23F 1/20 C23F 1/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目的とする成形品よりも大きく且つその
    相似形状の内部空間を有する鋳型にてチタンアルミナイ
    ドを鋳造し、得られた鋳造物を硝酸とフッ化水素酸を含
    有する混酸溶液で浸食加工して成形品を得ることを特徴
    とするチタンアルミナイドの加工方法。
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