JP3151677B2 - Nozzle and melting crucible for Ti-Ni alloy - Google Patents
Nozzle and melting crucible for Ti-Ni alloyInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、Ｔｉ−Ａｌ系合金を用
いたＴｉ−Ｎｉ系合金用ノズル及び溶解用ルツボに関す
る。The present invention relates to a nozzle for a Ti-Ni alloy using a Ti-Al alloy and a melting crucible.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、Ｔｉ−Ｎｉ系合金を溶解するルツ
ボは、Ｔｉとの反応の問題を考慮して素材が選定され
る。例えば、ルツボの素材にＡｌ2 Ｏ3 を用いると、Ｔ
ｉと反応してルツボに割れを生じてしまうし、又ＳｉＯ
2 を用いた場合もＴｉ−ＳｉＯ2 の化合物を生成してし
まう。従って、これらの素材は何れもＴｉ−Ｎｉ系合金
溶解用のルツボには適さない。そこで、ルツボの素材に
はカルシウムやグラファイト等が用いられている。一
方、ノズルの素材にセラミックスを用いると、このセラ
ミックスがＴｉと反応するので、やはりグラファイト等
を用いている。2. Description of the Related Art Conventionally, a material for a crucible for dissolving a Ti—Ni alloy is selected in consideration of the problem of reaction with Ti. For example, when Al 2 O 3 is used as a crucible material, T
reacts with i to cause cracking of the crucible,
When 2 is used, a compound of Ti—SiO 2 is generated. Therefore, none of these materials is suitable for a crucible for melting a Ti—Ni-based alloy. Therefore, calcium, graphite, or the like is used as the material of the crucible. On the other hand, if ceramic is used as the material of the nozzle, the ceramic reacts with Ti, so graphite is also used.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来、カルシウムのル
ツボは、熱衝撃に弱いので割れ易く、しかも潮解性を持
っているために再使用することができないという問題が
ある。又、グラファイトのルツボは、セラミックス素材
のものに比べてＴｉとの反応は少ないので、ルツボの素
材に適しているが、それでも僅かずつではあるが、溶湯
侵食されて炭素が混入され易いという弱点がある。Conventionally, calcium crucibles have a problem that they are susceptible to thermal shock, are easily broken, and cannot be reused because of their deliquescent properties. Graphite crucibles are suitable for crucible materials because they react less with Ti than ceramic materials. is there.
【０００４】一方、セラミックスのノズルは、上述した
如く、Ｔｉとの反応を被るばかりでなく、ノズルの先端
部を加熱しなければ溶湯が穴につまってしまうという使
用上の不便がある。加えて、セラミックスをノズルに加
工するときの加工性に関しては、超音波やレーザー等を
備えた高エネルギ−加工装置を導入しなければならない
ので、製造に要する経費が高価になり過ぎるという問題
がある。又、グラファイトのノズルは、溶湯に侵食され
るため、再使用のたびに穴の径が大きくなってしまうの
で使用回数が限られるという弱点がある。[0004] On the other hand, a ceramic nozzle not only suffers from the reaction with Ti as described above, but also has the inconvenience of use that the molten metal is clogged in the hole unless the tip of the nozzle is heated. In addition, with regard to workability when processing ceramics into a nozzle, there is a problem in that the cost required for manufacturing becomes too high because a high energy processing apparatus equipped with ultrasonic waves, lasers, and the like must be introduced. . In addition, graphite nozzles suffer from the disadvantage that the number of times of use is limited because the diameter of the hole increases each time the nozzle is eroded by the molten metal.
【０００５】本発明は、かかる事情を鑑みなされたもの
で、その技術的課題は、加工が容易であると共に、Ｔｉ
と反応せずに再使用可能なＴｉ−Ｎｉ系合金用ノズル及
び溶解用ルツボを提供することにある。[0005] The present invention has been made in view of such circumstances, and the technical problem thereof is that processing is easy and Ti
It is an object of the present invention to provide a nozzle for a Ti—Ni alloy and a melting crucible that can be reused without reacting with the same.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、３５〜
５３重量％のＡｌと、残部Ｔｉとから成るＴｉ−Ａｌ系
合金を用いたＴｉ−Ｎｉ系合金用ノズルが得られる。According to the present invention, 35-35.
A nozzle for a Ti—Ni alloy using a Ti—Al alloy composed of 53% by weight of Al and the balance of Ti is obtained.
【０００７】又、本発明によれば、３５〜５３重量％の
Ａｌと、残部Ｔｉとから成るＴｉ−Ａｌ系合金を用いた
Ｔｉ−Ｎｉ系合金溶解用ルツボが得られる。According to the present invention, a crucible for melting a Ti—Ni alloy using a Ti—Al alloy composed of 35 to 53% by weight of Al and the balance of Ti is obtained.
【０００８】更に、本発明によれば、上記Ｔｉ−Ｎｉ系
合金用ノズルにおいて、Ｔｉ−Ａｌ系合金は表面が酸化
され、酸化膜が形成されたものであるＴｉ−Ｎｉ系合金
用ノズルも得られる。Further, according to the present invention, in the above-described nozzle for a Ti-Ni alloy, the surface of the Ti-Al-based alloy is oxidized, and a nozzle for a Ti-Ni alloy in which an oxide film is formed is also obtained. Can be
【０００９】加えて、本発明によれば、上記Ｔｉ−Ｎｉ
系合金溶解用ルツボにおいて、Ｔｉ−Ａｌ系合金は表面
が酸化され、酸化膜が形成されたものであるＴｉ−Ｎｉ
系合金溶解用ルツボも得られる。[0009] In addition, according to the present invention, the above Ti-Ni
In a crucible for melting a Ti-Al alloy, the surface of a Ti-Al alloy is oxidized, and an oxide film is formed on the Ti-Ni alloy.
A crucible for melting the base alloy can also be obtained.
【００１０】[0010]
【作用】本発明のＴｉ−Ｎｉ系合金用ノズル及び溶解用
ルツボは、従来製品における種々の問題点の検討を行っ
た結果、高温用材料である金属間化合物Ｔｉ−Ａｌ合金
の表面を酸化して酸化膜（ＴｉＯ2 膜）を形成させたも
のを素材とすることにより、Ｔｉ−Ｎｉ系合金中のＴｉ
との反応を抑制できるようにしている。The nozzle and melting crucible according to the present invention for the Ti-Ni-based alloy were examined for various problems in the conventional products, and as a result, the surface of the intermetallic compound Ti-Al alloy, which is a material for high temperature, was oxidized. By forming an oxide film (TiO 2 film) as a material, Ti in the Ti—Ni-based alloy
The reaction with is suppressed.
【００１１】[0011]
【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明のＴｉ−Ｎｉ系
合金用ノズル及び溶解用ルツボについて図面を参照して
詳細に説明する。Embodiments The nozzle for a Ti-Ni alloy and the melting crucible of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１２】本発明のＴｉ−Ｎｉ系合金用ノズルは、詳
細は後述するが、３５〜５３重量％のＡｌと、残部Ｔｉ
とから成り、高温用材料である金属間化合物Ｔｉ−Ａｌ
合金の表面を熱処理により酸化して酸化膜を形成させた
ものを素材としている。このＴｉ−Ａｌ合金は、酸化膜
が形成されているので、Ｔｉ−Ｎｉ系合金を溶解すると
き、高温状態になってもＴｉ−Ｎｉ系合金の溶解分離成
分のＴｉに対して反応せず、酸化膜がＴｉ−Ａｌ合金表
面に安定して密着し続ける。この安定状態は、酸化膜の
ＴｉＯ2 がＴｉをＴｉ−Ａｌ内部に対して拡散されるの
を妨げるためと考えられる。The details of the nozzle for a Ti—Ni-based alloy according to the present invention will be described later.
And an intermetallic compound Ti-Al which is a material for high temperature
The material is obtained by oxidizing the surface of the alloy by heat treatment to form an oxide film. Since this Ti-Al alloy has an oxide film formed thereon, when melting the Ti-Ni-based alloy, it does not react with Ti, which is a melting and separating component of the Ti-Ni-based alloy, even at a high temperature. The oxide film keeps stably adhering to the surface of the Ti-Al alloy. This stable state, TiO 2 oxide film is considered to prevent from being diffusing Ti with respect to the internal Ti-Al.
【００１３】図１は、Ｔｉ−Ａｌ系合金に対して酸化膜
の形成を可能にするためのＴｉ−Ａｌ系合金における酸
化膜の生成特性を示したものである。ここでは、横軸に
Ｔｉに対するＡｌの化学組成を重量％［Ｗｔ％］と原子
％［Ａｔ％］とによって合成的に示し、縦軸にＴｉ，Ａ
ｌ，Ｔｉ−Ａｌ系合金の組成時における摂氏温度Ｔ
［℃］を示している。図１からは、Ｔｉに対するＡｌの
化学組成が温度Ｔや酸素Ｏ2 及び空気Ａｉｒ分圧等の生
成条件を制御して熱処理することにより、αＴｉ，βＴ
ｉ，Ｔｉ3 −Ａｌ合金，Ｔｉ−Ａｌ合金，Ｔｉ−Ａｌ2
合金，ｕＴｉ−Ａｌ3 合金，Ｔｉ−Ａｌ3 合金，及びＡ
ｌ等に分類されて生成されることが分かる。尚、δは相
面を表し、図中の斜線部分は、Ａｌ2 Ｏ3 の連続皮膜が
得られる領域を示している。FIG. 1 shows characteristics of forming an oxide film in a Ti-Al-based alloy for enabling formation of an oxide film in the Ti-Al-based alloy. Here, the horizontal axis indicates the chemical composition of Al with respect to Ti in terms of weight% [Wt%] and atomic% [At%], and the vertical axis indicates Ti, A
1, Centigrade temperature T at the time of composition of Ti-Al alloy
[° C.]. From FIG. 1, it can be seen that the chemical composition of Al with respect to Ti is subjected to heat treatment while controlling the generation conditions such as temperature T, oxygen O 2 and air partial pressure, so that αTi, βT
i, Ti 3 -Al alloy, Ti-Al alloys, Ti-Al 2
Alloy, UTI-Al 3 alloy, Ti-Al 3 alloy, and A
It can be seen that they are generated by being classified into l and the like. In addition, δ represents a phase plane, and a hatched portion in the figure indicates a region where a continuous film of Al 2 O 3 is obtained.
【００１４】ここで、ＴｉとＡｌとの酸化膜の生成エネ
ルギーΔＧを比較すると、Ｔｉの方が高いので、Ｔｉ−
Ａｌ合金が組成される領域ではＡｌ2 Ｏ3 よりもＴｉＯ
2 の酸化膜が形成され易い傾向にあることが分かる。こ
れに対し、Ａｌ2 Ｏ3 膜の得られる領域は限られてい
る。Here, comparing the generation energy ΔG of the oxide film of Ti and Al, Ti is higher,
In the region where the Al alloy is composed, TiO is more preferable than Al 2 O 3.
It can be seen that the oxide film 2 tends to be formed. On the other hand, the region where the Al 2 O 3 film can be obtained is limited.
【００１５】本発明のノズルは、約３５〜５３重量％の
Ａｌと、残部Ｔｉから成るＴｉ−Ａｌ合金を素材とし、
更にＴｉ−Ａｌ合金の表面上にＴｉＯ2 の酸化膜を形成
したものである。このＴｉＯ2 膜は、Ｔｉ−Ａｌ合金上
の広い領域で酸素Ｏ2 及び空気Ａｉｒの分圧や温度Ｔ等
の生成条件を制御して熱処理すれば容易に形成させるこ
とができる。The nozzle of the present invention is made of a Ti-Al alloy consisting of about 35 to 53% by weight of Al and the balance Ti,
Further, a TiO 2 oxide film is formed on the surface of the Ti—Al alloy. This TiO 2 film can be easily formed by performing a heat treatment while controlling the generation conditions such as the partial pressure of the oxygen O 2 and the air Air and the temperature T in a wide area on the Ti—Al alloy.
【００１６】図２は本発明のＴｉＯ2 膜が形成されたＴ
ｉ−Ａｌ合金を素材とするノズルＡの使用回数と穴径と
の関係を、従来のグラファイトを素材とするノズルＢに
比較して示したものである。ここでは、横軸を使用回数
Ｎ（回），縦軸を穴径Ｄ（μｍ）とし、ノズルＡ及びＢ
の未使用状態の穴径を１５０μｍとしている。図２より
明らかであるように、ノズルＡはノズルＢよりも穴径Ｄ
が大きくならず、再使用（使用回数の増加）が可能であ
ることが分かる。FIG. 2 is a graph showing T on which the TiO 2 film of the present invention is formed.
The relationship between the number of times of use of the nozzle A made of an i-Al alloy and the hole diameter is shown in comparison with a conventional nozzle B made of graphite. Here, the horizontal axis represents the number of uses N (times), the vertical axis represents the hole diameter D (μm), and the nozzles A and B
Is 150 μm in the unused state. As is clear from FIG. 2, the nozzle A has a hole diameter D larger than that of the nozzle B.
Does not increase, and it can be seen that reuse (increase in the number of times of use) is possible.
【００１７】即ち、ノズルＡはノズルＢと異なり、金属
素材であるので、これをＴｉ−Ｎｉ系合金用とすれば、
その先端部を加熱しなくても溶湯が穴詰まりを起こすこ
となく噴射させることができる。それ故、噴射装置の簡
略化を図ることができる。更に、ノズルＡは加工性にお
いても、ノズルＢや従来のセラミックス素材によるノズ
ルと異なり、超硬合金のドリルを用いることで容易に穴
開け加工をすることができる。従って、少ない製造経費
で加工することができる。加えて、ノズルＡの穴の内壁
にＴｉ，Ａｌ系合金が付着しても、ドリル等を用いれば
簡単に取り除くことができるので、取扱いが容易とな
る。従って、本発明のＴｉＯ2 膜が形成されたＴｉ−Ａ
ｌ合金を素材とするノズルＡは、Ｔｉ−Ｎｉ系合金用と
して極めて優れたものとなる。That is, since the nozzle A is a metal material unlike the nozzle B, if this is used for a Ti—Ni alloy,
The molten metal can be injected without causing clogging without heating the tip. Therefore, the injection device can be simplified. Further, the nozzle A differs from the nozzle B and the conventional nozzle made of a ceramic material also in terms of workability, and it is possible to easily form a hole by using a cemented carbide drill. Therefore, processing can be performed with a small manufacturing cost. In addition, even if a Ti or Al-based alloy adheres to the inner wall of the hole of the nozzle A, it can be easily removed by using a drill or the like, so that handling becomes easy. Therefore, the Ti-A on which the TiO 2 film of the present invention is formed
The nozzle A made of 1 alloy is extremely excellent for Ti—Ni alloys.
【００１８】一方、Ｔｉ−Ｎｉ系合金溶解用のルツボを
ＴｉＯ2 膜が形成されたＴｉ−Ａｌ合金を素材とする
と、上述したノズルＡの場合と同様な効果が得られる。
このルツボも約３５〜５３重量％のＡｌと、残部Ｔｉか
ら成るＴｉ−Ａｌ合金を素材とするもので、更にＴｉ−
Ａｌ合金の表面上にＴｉＯ2の酸化膜を形成したもので
ある。このルツボを用いてＴｉ−Ｎｉ系合金を溶解した
ときの不純物（Ｃ，Ａｌ）の混入量（ｐｐｍ）は、下記
の表１にその分析結果を示す如く、グラファイトを素材
とした従来のもの（比較例）に比べてずっと抑えられる
ことが分かる。On the other hand, when the crucible for melting the Ti—Ni alloy is made of a Ti—Al alloy on which a TiO 2 film is formed, the same effect as that of the nozzle A described above can be obtained.
This crucible is also made of a Ti-Al alloy consisting of about 35 to 53% by weight of Al and the balance of Ti.
The TiO 2 oxide film is formed on the surface of the Al alloy. As shown in Table 1 below, the amount (ppm) of impurities (C, Al) mixed when the Ti-Ni alloy was melted using this crucible was as follows. It can be seen that it can be suppressed much as compared with Comparative Example.
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】表１より本発明のルツボは、不純物分析要
素としての炭素Ｃの混入量が従来のもの（２００ｐｐ
ｍ）に比べてずっと少なく（２０ｐｐｍ以下）、しかも
Ａｌの混入量も従来のものと同等に少ないことから（何
れも２０ｐｐｍ以下）、Ｔｉ−Ｎｉ系合金溶解用に適し
ていることが分かる。本発明のルツボは、ＴｉＯ2 膜を
形成しているので、上述した理由によりＴｉとの反応は
防止でき、ルツボの再使用が可能となる上、Ｔｉとの反
応に伴う不純物の混入を防止することができる。結果と
して、Ｔｉ−Ｎｉ系合金の溶解工程におけるコストダウ
ンを図り得る。According to Table 1, the crucible of the present invention has a conventional content (200 pp) of carbon C as an impurity analysis element.
m) (much less than 20 ppm) and the amount of Al mixed is as small as the conventional one (both are less than 20 ppm), indicating that it is suitable for melting Ti-Ni alloys. Since the crucible of the present invention forms the TiO 2 film, the reaction with Ti can be prevented for the above-mentioned reason, and the crucible can be reused, and the contamination with impurities due to the reaction with Ti can be prevented. be able to. As a result, the cost in the melting step of the Ti—Ni-based alloy can be reduced.
【００２１】尚、実施例では酸化膜を熱処理によりＴｉ
−Ｎｉ系合金の表面上に酸化させて形成するものとした
が、その他に例えばめっき等の表面処理手段を用いて
も、酸化膜を形成させることができるので、本発明は実
施例に限定されない。In the embodiment, the oxide film is formed by heat treatment with Ti.
-Although it was formed by oxidizing on the surface of the Ni-based alloy, the present invention is not limited to the examples because an oxide film can be formed even by using other surface treatment means such as plating. .
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上のように、本発明のルツボによれ
ば、酸化膜が形成されたＴｉ−Ａｌ合金を素材としてい
るので、一般のセラミックスを用いたルツボに比べてＴ
ｉと反応せず、しかもグラファイトを用いた従来のルツ
ボに比べても不純物量の混入が少なく、再使用が可能に
なるという格別の長所が得られる。又、本発明のノズル
も、酸化膜が形成されたＴｉ−Ａｌ合金を素材としてい
るので、従来のセラミックスやグラファイトを素材とす
るノズルに比べ、加工が容易であって、再使用の回数を
向上できる。加えて、先端部に溶湯の穴詰まりを起こし
難いので、Ｔｉ−Ｎｉ系合金溶解時に先端部を加熱する
必要がなくなり、使用上の不便が解消される。結果とし
て、本発明のノズルは、噴射装置の簡略化を実現させて
廉価に提供でき、その取扱いも容易に行い得るようにな
る。以上の理由により、更に、本発明のノズル及びルツ
ボを用いればコストを従来に比較して大幅にダウンさせ
ることができる。As described above, according to the crucible of the present invention, since the Ti-Al alloy on which the oxide film is formed is used as a material, the crucible has a higher T value than a crucible using general ceramics.
It does not react with i, and has an extraordinary advantage that it can be reused because the amount of impurities is less mixed than the conventional crucible using graphite. Also, since the nozzle of the present invention is also made of a Ti-Al alloy on which an oxide film is formed, it is easier to process than conventional nozzles made of ceramics and graphite, and the number of reuses is improved. it can. In addition, since the molten metal is less likely to be clogged at the tip, it is not necessary to heat the tip when the Ti—Ni-based alloy is melted, thereby eliminating inconvenience in use. As a result, the nozzle of the present invention can be provided at a low cost by realizing the simplification of the injection device, and the nozzle can be easily handled. For the above reasons, the use of the nozzle and crucible of the present invention can further reduce the cost as compared with the conventional case.
【図１】本発明のノズル及びルツボの素材に係るＴｉ−
Ａｌ系合金における酸化膜の生成特性を示した図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a Ti-based material for a nozzle and a crucible according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the generation characteristics of an oxide film in an Al-based alloy.
【図２】本発明の酸化膜が形成されたＴｉ−Ａｌ合金を
素材とするノズルの使用回数と穴径との関係を、従来の
ものに比較して示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between the number of times of use of a nozzle made of a Ti—Al alloy having an oxide film formed thereon and a hole diameter in comparison with a conventional nozzle.
Ａ，Ｂ ノズル A, B nozzle
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｆ２７Ｄ 3/14 Ｆ２７Ｄ 3/14 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F27B 14/10 B22D 41/54 C22B 9/16 C22C 14/00 C22C 21/00 F27D 3/14 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification symbol FI // F27D 3/14 F27D 3/14 Z (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F27B 14/10 B22D 41/54 C22B 9/16 C22C 14/00 C22C 21/00 F27D 3/14
Claims (4)
から成るＴｉ−Ａｌ系合金を用いたことを特徴とするＴ
ｉ−Ｎｉ系合金用ノズル。1. A T-type alloy comprising a Ti-Al alloy comprising 35 to 53% by weight of Al and the balance of Ti.
Nozzle for i-Ni alloy.
から成るＴｉ−Ａｌ系合金を用いたことを特徴とするＴ
ｉ−Ｎｉ系合金溶解用ルツボ。2. A T-type alloy comprising a Ti-Al alloy comprising 35 to 53% by weight of Al and the balance Ti.
Crucible for melting i-Ni alloy.
ルにおいて、前記Ｔｉ−Ａｌ系合金は表面が酸化され、
酸化膜が形成されたものであることを特徴とするＴｉ−
Ｎｉ系合金用ノズル。3. The nozzle for a Ti—Ni alloy according to claim 1, wherein the surface of the Ti—Al alloy is oxidized,
Characterized in that an oxide film is formed thereon,
Nozzle for Ni-based alloy.
ルツボにおいて、前記Ｔｉ−Ａｌ系合金は表面が酸化さ
れ、酸化膜が形成されたものであることを特徴とするＴ
ｉ−Ｎｉ系合金溶解用ルツボ。4. The crucible for melting a Ti—Ni-based alloy according to claim 2, wherein the surface of said Ti—Al-based alloy is oxidized to form an oxide film.
Crucible for melting i-Ni alloy.
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| JP32850691A JP3151677B2 (en) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | Nozzle and melting crucible for Ti-Ni alloy |
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| JPH05164471A JPH05164471A (en) | 1993-06-29 |
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