JP3237115B2 - Ｔｉ―Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方法と製品 - Google Patents
Ｔｉ―Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方法と製品Info
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Description
【発明の詳細な説明】 a. 産業上の利用分野 本発明はTi−Al系金属間化合物の発泡体の製造方法
と、その発泡体を用いた強化製品に関する。
と、その発泡体を用いた強化製品に関する。
b. 従来の技術 従来、Ti−Al系金属間化合物に関して、Al,Ti等の粉
末を混合し、加圧成形後、高温処理して緻密な組織の材
料を製造する技術が開示されている（特公平１−30898
号）。
末を混合し、加圧成形後、高温処理して緻密な組織の材
料を製造する技術が開示されている（特公平１−30898
号）。
また、ニッケル発泡体としてウレタンまたはポリスチ
レンのビーズを金型内で発泡させて、発泡集合体を形成
したあと、これに無電解ニッケルメッキを施し、これを
加熱してビーズを消失させNiの発泡体を製作する方法が
知られている。
レンのビーズを金型内で発泡させて、発泡集合体を形成
したあと、これに無電解ニッケルメッキを施し、これを
加熱してビーズを消失させNiの発泡体を製作する方法が
知られている。
一方、ピストン頭部の強化方法として、頭部のFRM
化、頭部へのセラミックス溶射、頭部への鋳ぐるみ等の
技術が知られている。
化、頭部へのセラミックス溶射、頭部への鋳ぐるみ等の
技術が知られている。
c. 発明が解決しようとする課題 頭部のFRM化によるピストンの強化法は、用いるウス
カーの価格が高く、また、その部分の熱伝導率が悪いた
め蓄熱し易いという欠点がある。さらにFRM化した部分
はマトリックス合金と熱膨脹率が異なるため、その境界
部分に割れが発生し易いという問題点がある。
カーの価格が高く、また、その部分の熱伝導率が悪いた
め蓄熱し易いという欠点がある。さらにFRM化した部分
はマトリックス合金と熱膨脹率が異なるため、その境界
部分に割れが発生し易いという問題点がある。
また、セラミックス溶射による方法は、熱衝撃に弱く
溶射被膜が基材表面から剥離し易いという欠点がある。
同様に熱伝導率が悪く蓄熱し熱ダレを起し易い。
溶射被膜が基材表面から剥離し易いという欠点がある。
同様に熱伝導率が悪く蓄熱し熱ダレを起し易い。
さらにセラミックスを鋳込む方法は、接合強度が弱
く、信頼性に欠けるという欠点があった。
く、信頼性に欠けるという欠点があった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、軽量かつ
耐熱性に優れたTi−Al系金属間化合物を用いて発泡体を
作り、該発泡体を用いて部品、たとえばピストン頭部等
を強化することによって、前記各問題点を解消してなる
Ti−Al系金属間化合物の発泡体の製造法と製品を提供す
ることを目的とする。
耐熱性に優れたTi−Al系金属間化合物を用いて発泡体を
作り、該発泡体を用いて部品、たとえばピストン頭部等
を強化することによって、前記各問題点を解消してなる
Ti−Al系金属間化合物の発泡体の製造法と製品を提供す
ることを目的とする。
d. 課題を解決するための手段 前記目的に添い、本発明は、Ti−Al系金属間化合物の
粉末と発泡性樹脂のビーズとを70〜95:30〜5wt％の割合
で混合撹拌して、前記ビーズ表面に前記粉末を付着させ
たあと、これを加圧して成形体を形成し、次にこれを加
熱して、成形体中のビーズを消失せしめるとともに焼結
をおこない、Ti−Al系金属間化合物からなる焼結体に多
数の空隙を形成したことを特徴とするTi−Al系金属間化
合物の発泡体製造方法とすることによって、また、この
発泡体を複合強化材料とした製品とすることによって前
記課題を解消した。
粉末と発泡性樹脂のビーズとを70〜95:30〜5wt％の割合
で混合撹拌して、前記ビーズ表面に前記粉末を付着させ
たあと、これを加圧して成形体を形成し、次にこれを加
熱して、成形体中のビーズを消失せしめるとともに焼結
をおこない、Ti−Al系金属間化合物からなる焼結体に多
数の空隙を形成したことを特徴とするTi−Al系金属間化
合物の発泡体製造方法とすることによって、また、この
発泡体を複合強化材料とした製品とすることによって前
記課題を解消した。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳
細に説明する。
細に説明する。
本発明が対象とするTi−Al系金属間化合物は、難焼結
性であり、真空焼結を施しても気孔率は約20％（成形圧
力4tf/cm2での成形体を1200℃で４時間に亘って焼結し
た場合）である。TiAl単相またはTi3Alを若干含むTiAl
基合金は温度の上昇とともに強度が増大するという“強
度の逆温度依存性”が存在するが、こうした材料の真空
焼結材では強度が低く単体で構造部材に用いることは難
しい。本発明は材料内の気孔を更に多くして発泡体と
し、これをプリフォームとして利用し、この発泡体の隙
間にマトリックスとなる溶湯を加圧鋳造することによっ
て優れた耐熱材料や製品が製造できるようにしたもので
ある。
性であり、真空焼結を施しても気孔率は約20％（成形圧
力4tf/cm2での成形体を1200℃で４時間に亘って焼結し
た場合）である。TiAl単相またはTi3Alを若干含むTiAl
基合金は温度の上昇とともに強度が増大するという“強
度の逆温度依存性”が存在するが、こうした材料の真空
焼結材では強度が低く単体で構造部材に用いることは難
しい。本発明は材料内の気孔を更に多くして発泡体と
し、これをプリフォームとして利用し、この発泡体の隙
間にマトリックスとなる溶湯を加圧鋳造することによっ
て優れた耐熱材料や製品が製造できるようにしたもので
ある。
第１図に示すように、まずTi−（15〜45）wt％Al組成
の粉末１と、発泡ポリスチレンのビーズ２多数とを容器
３内に収容し、充分混合撹拌する。なお、発泡ポリスチ
レンに代って発泡ウレタン及びこれに類する他の発泡合
成樹脂のビーズを用いてもよい。
の粉末１と、発泡ポリスチレンのビーズ２多数とを容器
３内に収容し、充分混合撹拌する。なお、発泡ポリスチ
レンに代って発泡ウレタン及びこれに類する他の発泡合
成樹脂のビーズを用いてもよい。
このTi−（15〜45）wt％Al粉末と発泡ポリスチレンの
ビーズとの配合割合は70〜95:30〜５（wt％）とし、そ
の粉末粒度は10〜100μｍ、上記ビーズ径は0.5〜4mmと
する。
ビーズとの配合割合は70〜95:30〜５（wt％）とし、そ
の粉末粒度は10〜100μｍ、上記ビーズ径は0.5〜4mmと
する。
なお、この粉末粒度が10μｍ以下では、後の工程で必
要な成形性が劣り、100μｍ以上ではビーズに粉末が付
着しない。またビーズ径が0.5mm以下では焼結体の空隙
が大きくならず、4mm以上では空隙が大きくなりすぎる
からである。さらに前記粉末と前記ビーズの配合割合に
おいて、ビーズが30wt％以上では、ビーズ消失時に加圧
成形体が破壊する。また5wt％以下では空洞が少なすぎ
効果が得られない。
要な成形性が劣り、100μｍ以上ではビーズに粉末が付
着しない。またビーズ径が0.5mm以下では焼結体の空隙
が大きくならず、4mm以上では空隙が大きくなりすぎる
からである。さらに前記粉末と前記ビーズの配合割合に
おいて、ビーズが30wt％以上では、ビーズ消失時に加圧
成形体が破壊する。また5wt％以下では空洞が少なすぎ
効果が得られない。
前記混合物には、さらに第三添加元素としてMn粉末を
0.1〜5wt％添加し、焼結体の性改善をしておく。また、
Ｖ粉末を0.1〜4wt％添加してもよい。
0.1〜5wt％添加し、焼結体の性改善をしておく。また、
Ｖ粉末を0.1〜4wt％添加してもよい。
なお、ビーズへの粉体の付着を良好にするため、かつ
後述の加圧成形性を良好にするためポリビニルアルコー
ル（P.V.A.）を１〜10wt％を添加する。これを添加しな
いとビーズが上部に分離した状態となる。
後述の加圧成形性を良好にするためポリビニルアルコー
ル（P.V.A.）を１〜10wt％を添加する。これを添加しな
いとビーズが上部に分離した状態となる。
このようにして処理されたものは、第１図に拡大して
示すように静電気的引力と機械的撹拌によって単一のビ
ーズ２の表面に粉末１が付着した状態となっている。
示すように静電気的引力と機械的撹拌によって単一のビ
ーズ２の表面に粉末１が付着した状態となっている。
次に、このように処理された混合粉を金型５内に収容
し、パンチ６によって成形圧力２〜6tf/cm2で常温で加
圧成形し、成形体８を得る。ビーズ２は潰されて偏平な
状態で集積されている。なお、この場合、成形圧力を6t
f/cm2以上とすると、後述のビーズの消失時におけるガ
ス抜けが悪くなり、割れる原因となる。また前記加圧成
形時に、100〜130℃の温度範囲でビーズを更に発泡させ
ながら加圧してもよい。このようにすると成形体が強化
される。
し、パンチ６によって成形圧力２〜6tf/cm2で常温で加
圧成形し、成形体８を得る。ビーズ２は潰されて偏平な
状態で集積されている。なお、この場合、成形圧力を6t
f/cm2以上とすると、後述のビーズの消失時におけるガ
ス抜けが悪くなり、割れる原因となる。また前記加圧成
形時に、100〜130℃の温度範囲でビーズを更に発泡させ
ながら加圧してもよい。このようにすると成形体が強化
される。
次に、この成形体８を焼結炉９に収容し、真空または
不活性ガス（例えばアルゴン）の雰囲気（大気中でもよ
い）のもとで、第２図に示す昇温パターンに従って焼結
する。すなわち、真空中において、まず、10〜30℃／分
の速度で300〜400℃に昇温し、その温度領域で0.5〜１
時間保持して成形体８内のポリスチレンと、バインダー
として用いたポリビニルアルコールを焼失させ、さらに
10〜30℃／分の速さで約1200℃の温度に昇温して、約４
時間にわたって焼結後、−10℃／分の速さで常温まで冷
却する。なお、前記300〜400℃の加熱領域までは、大気
中でおこなってもよい。
不活性ガス（例えばアルゴン）の雰囲気（大気中でもよ
い）のもとで、第２図に示す昇温パターンに従って焼結
する。すなわち、真空中において、まず、10〜30℃／分
の速度で300〜400℃に昇温し、その温度領域で0.5〜１
時間保持して成形体８内のポリスチレンと、バインダー
として用いたポリビニルアルコールを焼失させ、さらに
10〜30℃／分の速さで約1200℃の温度に昇温して、約４
時間にわたって焼結後、−10℃／分の速さで常温まで冷
却する。なお、前記300〜400℃の加熱領域までは、大気
中でおこなってもよい。
また、Ti−（15〜36）wt％Al合金粉末及びTi3Al粉末
を用いた場合には前記焼結温度は1050〜1100℃、TiAl基
合金粉使用の場合には1200〜1400℃が好ましい。また、
アルゴンガス雰囲気中では直ちに400〜500℃に昇温して
0.5〜１時間保持し、同様に10〜30℃／分の速さで1200
付近に昇温する。
を用いた場合には前記焼結温度は1050〜1100℃、TiAl基
合金粉使用の場合には1200〜1400℃が好ましい。また、
アルゴンガス雰囲気中では直ちに400〜500℃に昇温して
0.5〜１時間保持し、同様に10〜30℃／分の速さで1200
付近に昇温する。
このようにして得られた発泡焼結体（以下発泡体とす
る）の拡大断面を第３図に示す。なお、この図は加圧成
形方向に沿う平面で切断した断面を示す。金属間化合物
の間に多数の空隙が形成されている。
る）の拡大断面を第３図に示す。なお、この図は加圧成
形方向に沿う平面で切断した断面を示す。金属間化合物
の間に多数の空隙が形成されている。
なお、このTiAl粉末の焼結処理について、その焼結温
度と焼結時間について、多数のサンプルについて試験を
したところ、夫々、次のようなデーターがえられた。す
なち、圧縮強度と破断歪とに対する焼結温度と焼結時間
との関係を第４図と第５図に示す。これらの関係からTi
Alの焼結温度は1200℃以上、焼結時間は約４時間または
それ以上必要であることが確認できた。
度と焼結時間について、多数のサンプルについて試験を
したところ、夫々、次のようなデーターがえられた。す
なち、圧縮強度と破断歪とに対する焼結温度と焼結時間
との関係を第４図と第５図に示す。これらの関係からTi
Alの焼結温度は1200℃以上、焼結時間は約４時間または
それ以上必要であることが確認できた。
次に、前記発泡体をピストンの強化に用いた例につい
て説明する。
て説明する。
利用例１ まず、第６図に示すように金型11内に、本発明に係る
発泡体で製作したプリフォーム12をセットする。このプ
リフォーム12は発泡体を製作する際に加圧した方向（矢
印Ｎ方向）が金型11の底面に対し水平となるように配置
する。
発泡体で製作したプリフォーム12をセットする。このプ
リフォーム12は発泡体を製作する際に加圧した方向（矢
印Ｎ方向）が金型11の底面に対し水平となるように配置
する。
次にマトリックスとなるアルミニウム合金、たとえ
ば、AC8A,AC9A,AC9B等の高Siを含む溶湯13を、金型11内
に注湯して加圧鋳造する。脱型後、機械仕上加工を施し
て完成する。
ば、AC8A,AC9A,AC9B等の高Siを含む溶湯13を、金型11内
に注湯して加圧鋳造する。脱型後、機械仕上加工を施し
て完成する。
これによって発泡体内の空隙に前記アルミ合金が浸
透、充填し、ピストン頭部に金属間化合物からなる発泡
体が複合されて強化された強化ピストンが得られる。
透、充填し、ピストン頭部に金属間化合物からなる発泡
体が複合されて強化された強化ピストンが得られる。
利用例２ 第７図に示すように、加熱炉15内に発泡体16をセット
し、その上部にAC8A,AC9A,AC9B,A390等の素材17を載置
し、真空中（アルゴンガス中でもよい）でこの素材17が
溶融する750℃付近の温度に加熱して、発泡体16内の空
隙に素材17を溶浸させ、被溶浸体18を得る。
し、その上部にAC8A,AC9A,AC9B,A390等の素材17を載置
し、真空中（アルゴンガス中でもよい）でこの素材17が
溶融する750℃付近の温度に加熱して、発泡体16内の空
隙に素材17を溶浸させ、被溶浸体18を得る。
次に、この被溶浸体18をピストン頭部に位置するよう
に通常の重力鋳造用の鋳型19にセットしたあと、溶浸し
た素材と同じ溶湯を注湯して鋳ぐるみ、頭部を金属間化
合物で複合強化したピストン20を得る。
に通常の重力鋳造用の鋳型19にセットしたあと、溶浸し
た素材と同じ溶湯を注湯して鋳ぐるみ、頭部を金属間化
合物で複合強化したピストン20を得る。
利用例３ タービンブレードを製作するため、前記利用例２で用
いた溶浸用の素材しとてNi−13wt％Al合金を用いる。こ
れに用いる発泡体には融点の関係上、TiAl単相のものを
用いる。
いた溶浸用の素材しとてNi−13wt％Al合金を用いる。こ
れに用いる発泡体には融点の関係上、TiAl単相のものを
用いる。
これを真空又はアルゴンの雰囲気の加熱炉で約1450℃
で溶浸すればよい。なおNi−13wt％Al合金の融点は1385
℃であるが、この材料も温度の上昇とともに強度が増大
する“強度の逆温度依存性”を有し、タービン材として
用いられている。なお、Ni−13wt％Al合金は、Cr,Mo,Co
等を３〜10wt％をそれぞれ含むものでもよい。このよう
にして得られたものを削り出しによってタービンブレー
ドに仕上げればよい。
で溶浸すればよい。なおNi−13wt％Al合金の融点は1385
℃であるが、この材料も温度の上昇とともに強度が増大
する“強度の逆温度依存性”を有し、タービン材として
用いられている。なお、Ni−13wt％Al合金は、Cr,Mo,Co
等を３〜10wt％をそれぞれ含むものでもよい。このよう
にして得られたものを削り出しによってタービンブレー
ドに仕上げればよい。
e. 発明の効果 本発明に係る方法によれば、軽量・耐熱性に優れるTi
−Al系金属間化合物の発泡体を製造することが可能にな
り、従来の耐熱材料に代って、軽量・高強度の材料がえ
られる。
−Al系金属間化合物の発泡体を製造することが可能にな
り、従来の耐熱材料に代って、軽量・高強度の材料がえ
られる。
また高価なチタンの使用量が少なくてすみ、コストを
低くすることができる。さらに、本発明に係る方法で製
造した材料を、たとえばピストン頭部に複合材として利
用することによって、ピストンの耐熱性が向上し、また
熱伝導率や線膨脹率もセラミックスより金属に近いため
熱衝撃にも強くなる。さらにタービンブレード等へ応用
すれば、タービンの軽量化が可能となる。
低くすることができる。さらに、本発明に係る方法で製
造した材料を、たとえばピストン頭部に複合材として利
用することによって、ピストンの耐熱性が向上し、また
熱伝導率や線膨脹率もセラミックスより金属に近いため
熱衝撃にも強くなる。さらにタービンブレード等へ応用
すれば、タービンの軽量化が可能となる。
第１図は本発明に係る方法の実施要領を説明する図、第
２図は同熱処理パターンの説明図、第３図は本発明の方
法で製造した発泡体断面の金属組織の拡大写真、第４図
及び第５図は加圧成形体の焼結温度と焼結時間に対する
圧縮強さと破断歪との関係を示す図、第６図及び第７図
は本発明の方法で製造した発泡体を用いたピストンの製
造要領をそれぞれ示す説明図である。
２図は同熱処理パターンの説明図、第３図は本発明の方
法で製造した発泡体断面の金属組織の拡大写真、第４図
及び第５図は加圧成形体の焼結温度と焼結時間に対する
圧縮強さと破断歪との関係を示す図、第６図及び第７図
は本発明の方法で製造した発泡体を用いたピストンの製
造要領をそれぞれ示す説明図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−167160（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−79804（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−129906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−123942（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−11497（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 1/08 C22C 1/04 C22C 14/00 B22F 3/11
Claims (7)
- 【請求項１】Ti−Al系金属間化合物の粉末と発泡性樹脂
のビーズとを70〜95:30〜5wt％の割合で混合撹拌して、
前記ビーズ表面に前記粉末を付着させたあと、これを加
圧して成形体を形成し、次にこれを加熱して成形体中の
ビーズを消失せしめるとともに焼結をおこない、Ti−Al
系金属間化合物からなる焼結体に多数の空隙を形成した
ことを特徴とするTi−Al系金属間化合物の発泡体製造方
法。 - 【請求項２】発泡性樹脂の前記ビーズ径が0.5〜4mmであ
り、Ti−Al系金属間化合物の前記粉末の粒度が10〜100
μｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載のTi−Al系金属間化合物の発泡体製造方法。 - 【請求項３】前記ビーズと前記粉末に、バインダーを添
加混合することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載のTi−Al系金属間化合物の発泡体製造方法。 - 【請求項４】前記成形体の成形圧力が２〜6tf/cm2であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のTi−
Al系金属間化合物の発泡体製造方法。 - 【請求項５】前記成形体を300〜500℃で0.5〜１時間加
熱後、昇温し、少なくとも1000℃以上で４時間以上にわ
たって焼結することを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載のTi−Al系金属間化合物の発泡体製造方法。 - 【請求項６】Ti−Al系金属間化合物の粉末と発泡性樹脂
のビーズとを70〜95:30〜5wt％の割合で混合撹拌して、
前記ビーズ表面に前記粉末を付着させたあと、これを加
圧して成形体を形成し、次にこれを加熱して、成形体中
のビーズを消失せしめるとともに焼結をおこない、Ti−
Al系金属間化合物からなる焼結体に多数の空隙を形成し
てなる発泡体を、複合強化材料として用いたことを特徴
とする強化製品。 - 【請求項７】前記発泡体に他の合金を溶浸したあと、複
合強化材料として用いることを特徴とする特許請求の範
囲第６項に記載の強化製品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13927890A JP3237115B2 (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | Ｔｉ―Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方法と製品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13927890A JP3237115B2 (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | Ｔｉ―Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方法と製品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0432527A JPH0432527A (ja) | 1992-02-04 |
| JP3237115B2 true JP3237115B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=15241563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13927890A Expired - Fee Related JP3237115B2 (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | Ｔｉ―Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方法と製品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3237115B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1186748A1 (de) * | 2000-09-05 | 2002-03-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Laufschaufel für eine Strömungsmaschine sowie Strömungsmaschine |
| CN103343252B (zh) * | 2013-06-30 | 2015-09-02 | 成都易态科技有限公司 | 烧结Ti-Al基合金多孔材料的制备方法 |
| CN103397244B (zh) * | 2013-07-31 | 2016-03-02 | 成都易态科技有限公司 | 抗高温氧化的烧结Fe-Al基合金多孔材料的制备方法 |
| CN103397243B (zh) * | 2013-07-31 | 2015-11-18 | 成都易态科技有限公司 | 烧结Fe-Al基合金多孔材料的制备方法 |
| CN107190169B (zh) * | 2017-07-17 | 2019-01-25 | 徐州一宁铝业科技有限公司 | 一种旋转搅拌铝液发泡机构 |
-
1990
- 1990-05-29 JP JP13927890A patent/JP3237115B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0432527A (ja) | 1992-02-04 |
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