JP3321600B2 - 高耐酸化性Ｎｂ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物 - Google Patents
高耐酸化性Ｎｂ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物Info
- Publication number
- JP3321600B2 JP3321600B2 JP33363599A JP33363599A JP3321600B2 JP 3321600 B2 JP3321600 B2 JP 3321600B2 JP 33363599 A JP33363599 A JP 33363599A JP 33363599 A JP33363599 A JP 33363599A JP 3321600 B2 JP3321600 B2 JP 3321600B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxidation resistance
- intermetallic compound
- atomic
- phase
- based intermetallic
- 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
Links
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高温用耐熱材料
として有望なNb系金属間化合物に関するものであり、航
空機用エンジンの燃焼器、タービン等に使用される。あ
るいは高温強度に優れながら耐酸化性に劣る従来のNb基
合金のコーティング材として応用される。
として有望なNb系金属間化合物に関するものであり、航
空機用エンジンの燃焼器、タービン等に使用される。あ
るいは高温強度に優れながら耐酸化性に劣る従来のNb基
合金のコーティング材として応用される。
【０００２】
【従来の技術】近年、航空機用エンジンの高出力化等を
目的として、従来使用されてきたNi基超合金より高温で
使用できる材料の開発が急務になっている。Nb基合金及
び金属間化合物は融点がNi基超合金より高く、比重もNi
基超合金と同程度であることから、超高温用構造材料と
しての応用が期待されており、最近主にNb-Si系合金及
び金属間化合物が開発・研究されている。
目的として、従来使用されてきたNi基超合金より高温で
使用できる材料の開発が急務になっている。Nb基合金及
び金属間化合物は融点がNi基超合金より高く、比重もNi
基超合金と同程度であることから、超高温用構造材料と
しての応用が期待されており、最近主にNb-Si系合金及
び金属間化合物が開発・研究されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Nb-Si
系合金及び金属間化合物の高温における耐酸化性は非常
に悪く、実用化への大きな障害となっている。本発明
は、Ni-Si系に第三元素としてアルミニウムを添加したN
b-Al-Si系金属間化合物の高温における耐酸化性を評価
して、高温において優れた耐酸化性を有する材料を提供
することを目的とするものである。
系合金及び金属間化合物の高温における耐酸化性は非常
に悪く、実用化への大きな障害となっている。本発明
は、Ni-Si系に第三元素としてアルミニウムを添加したN
b-Al-Si系金属間化合物の高温における耐酸化性を評価
して、高温において優れた耐酸化性を有する材料を提供
することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、アルミニウム（Ａｌ）が２０原子％、シリ
コン（Ｓｉ）が４７原子％、ニオブ（Ｎｂ）が３３原子
％とから成り、１３００℃の大気中において表面にアル
ミナ保護膜を形成し耐酸化性に優れていることを特徴と
するＮｂ−Ａｌ−Ｓｉの３元系金属間化合物を提供す
る。
するために、アルミニウム（Ａｌ）が２０原子％、シリ
コン（Ｓｉ）が４７原子％、ニオブ（Ｎｂ）が３３原子
％とから成り、１３００℃の大気中において表面にアル
ミナ保護膜を形成し耐酸化性に優れていることを特徴と
するＮｂ−Ａｌ−Ｓｉの３元系金属間化合物を提供す
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明に係る高耐酸化性Nb-Al-Si
系金属間化合物の実施の形態を実施例、実験例等にに基
づいて図面を参照して説明する。本発明は、Ni-Si系に
第三元素としてアルミニウムを添加したNb-Al-Si系金属
間化合物を、高温において耐酸化性を向上させるため
に、Nb-Al-Si系金属間化合物のアルミニウム含有量を20
原子%、シリコン含有量を47原子%としたことを特徴とす
る。
系金属間化合物の実施の形態を実施例、実験例等にに基
づいて図面を参照して説明する。本発明は、Ni-Si系に
第三元素としてアルミニウムを添加したNb-Al-Si系金属
間化合物を、高温において耐酸化性を向上させるため
に、Nb-Al-Si系金属間化合物のアルミニウム含有量を20
原子%、シリコン含有量を47原子%としたことを特徴とす
る。
【０００６】このような組成比とした理由は次の通りで
ある。Al、Si量を系統的に変化させ放電プラズマ焼結し
た材料について組成と相の関係及び高温における耐酸化
性を検討した結果、高温において試料表面にアルミナの
保護膜を形成するNb3Al2Si5金属間化合物が単相で得ら
れるのはAlが20原子%、Siが47原子%であることが明らか
になった。
ある。Al、Si量を系統的に変化させ放電プラズマ焼結し
た材料について組成と相の関係及び高温における耐酸化
性を検討した結果、高温において試料表面にアルミナの
保護膜を形成するNb3Al2Si5金属間化合物が単相で得ら
れるのはAlが20原子%、Siが47原子%であることが明らか
になった。
【０００７】そして、Al量が20原子%以下の場合は、Nb3
Al2Si5相と耐酸化性に劣るNb(Si, Al)2相の二相領域に
なり、Al量が20原子%以上の場合はNb3Al2Si5相とアルミ
ナ単相の保護膜を形成しないNbAl3相の二相領域にな
る。この点から、Al量が20原子%の場合は、耐酸化性に
優れ、しかもアルミナの保護膜を形成するNb3Al2Si5金
属間化合物が得られる。
Al2Si5相と耐酸化性に劣るNb(Si, Al)2相の二相領域に
なり、Al量が20原子%以上の場合はNb3Al2Si5相とアルミ
ナ単相の保護膜を形成しないNbAl3相の二相領域にな
る。この点から、Al量が20原子%の場合は、耐酸化性に
優れ、しかもアルミナの保護膜を形成するNb3Al2Si5金
属間化合物が得られる。
【０００８】一方、Si量が47原子%以下の場合は、Nb3Al
2Si5相と耐酸化性が悪いNb5Si3相及びNb(Si, Al)2相の
三相共存領域になり、Si量が47原子%以上の場合は融点
が低いAl-Si系合金相が共存するようになる。この点か
ら、Si量が47原子%の場合は、耐酸化性に優れ、融点の
高いNb3Al2Si5金属間化合物が得られる。
2Si5相と耐酸化性が悪いNb5Si3相及びNb(Si, Al)2相の
三相共存領域になり、Si量が47原子%以上の場合は融点
が低いAl-Si系合金相が共存するようになる。この点か
ら、Si量が47原子%の場合は、耐酸化性に優れ、融点の
高いNb3Al2Si5金属間化合物が得られる。
【０００９】ここで、本発明の一実施例を説明する。Nb
Si2金属間化合物は、Nb-Si系では最も耐酸化性が良好で
あるが、表面に保護膜が形成されず耐酸化性の抑制が完
全ではない。このようなNbSi2金属間化合物に、Alを20
原子%添加し、Si原子の一部をAl原子と置き換えること
によって、高温大気中において材料表面にアルミナの相
を優先的に形成させるNb3Al2Si5金属間化合物を形成
し、高温における耐酸化性に優れる金属間化合物を提供
することができた。
Si2金属間化合物は、Nb-Si系では最も耐酸化性が良好で
あるが、表面に保護膜が形成されず耐酸化性の抑制が完
全ではない。このようなNbSi2金属間化合物に、Alを20
原子%添加し、Si原子の一部をAl原子と置き換えること
によって、高温大気中において材料表面にアルミナの相
を優先的に形成させるNb3Al2Si5金属間化合物を形成
し、高温における耐酸化性に優れる金属間化合物を提供
することができた。
【００１０】次に本発明の製造方法について述べると、
本発明に係るNb-Al-Si系金属間化合物は、Nb、Al、Si
粉末を目標の組成になるように混合した粉末を放電プラ
ズマ焼結法で焼結してインゴットを得ることができる。
本発明に係る製造方法としては、その他ホットプレス
法、HIP法、アルゴンアーク溶解法を用いてもインゴッ
トの作製は可能である。
本発明に係るNb-Al-Si系金属間化合物は、Nb、Al、Si
粉末を目標の組成になるように混合した粉末を放電プラ
ズマ焼結法で焼結してインゴットを得ることができる。
本発明に係る製造方法としては、その他ホットプレス
法、HIP法、アルゴンアーク溶解法を用いてもインゴッ
トの作製は可能である。
【００１１】
【実験例】Nb-Al-Si三元系に存在する金属間化合物の耐
酸化性を調べるために、それぞれNb5Si3、NbSi2、Nb(S
i, Al)2、Nb10Al3Si3、Nb3Al2Si5金属間化合物単相5種
類の組成のインゴットを作製し、酸化試験を行った。
酸化性を調べるために、それぞれNb5Si3、NbSi2、Nb(S
i, Al)2、Nb10Al3Si3、Nb3Al2Si5金属間化合物単相5種
類の組成のインゴットを作製し、酸化試験を行った。
【００１２】Nb（純度99.8%、粒径325メッシュ以下）、
Al（純度99.9%、粒径10mm）、Si（純度99.9%、粒径300
メッシュ以下）粉末を秤量混合し、ボールミルで１時間
混合した後、温度1000−1600℃、保持時間5分で放電プ
ラズマ焼結法による予備焼結を行った。予備焼結後得ら
れた組織の不均質なインゴットを乳鉢・ボールミルを用
いて粉砕し、温度1200−1600℃、加圧力49MPa、保持時
間5分の条件で再度放電プラズマ焼結を行い組織が均一
な各組成のインゴット（直径15mm、厚さ5mm）を作製し
た。
Al（純度99.9%、粒径10mm）、Si（純度99.9%、粒径300
メッシュ以下）粉末を秤量混合し、ボールミルで１時間
混合した後、温度1000−1600℃、保持時間5分で放電プ
ラズマ焼結法による予備焼結を行った。予備焼結後得ら
れた組織の不均質なインゴットを乳鉢・ボールミルを用
いて粉砕し、温度1200−1600℃、加圧力49MPa、保持時
間5分の条件で再度放電プラズマ焼結を行い組織が均一
な各組成のインゴット（直径15mm、厚さ5mm）を作製し
た。
【００１３】酸化試験用の試験片（サイズ4 x 4 x 3m
m）は各インゴットからマイクロカッターを用いて切り
出した後、全表面を1mmのダイヤモンドペーストを用い
て研磨した。各試験片についての酸化試験は熱天秤を用
いて行った。まず試料をアルゴンガス雰囲気中で5℃／
分の速度で1300℃及び750℃まで昇温し、雰囲気を乾燥
空気に置換後、この状態で試料の重量変化を測定した。
その結果を図１に示す。
m）は各インゴットからマイクロカッターを用いて切り
出した後、全表面を1mmのダイヤモンドペーストを用い
て研磨した。各試験片についての酸化試験は熱天秤を用
いて行った。まず試料をアルゴンガス雰囲気中で5℃／
分の速度で1300℃及び750℃まで昇温し、雰囲気を乾燥
空気に置換後、この状態で試料の重量変化を測定した。
その結果を図１に示す。
【００１４】図１(a)から明らかなように各試料の中
で、Nb3Al2Si5金属間化合物単相である組成Alが20原子
%、Siが47原子%の試料が最も優れた耐酸化性を示す。図
１(b)に示すように同試料は750℃ではペスト酸化を起こ
し良好な耐酸化性を示さなかったが、あらかじめ試料を
1300℃の大気中に50時間保持しておくと750℃において
も優れた耐酸化性を示すことが明らかになった。
で、Nb3Al2Si5金属間化合物単相である組成Alが20原子
%、Siが47原子%の試料が最も優れた耐酸化性を示す。図
１(b)に示すように同試料は750℃ではペスト酸化を起こ
し良好な耐酸化性を示さなかったが、あらかじめ試料を
1300℃の大気中に50時間保持しておくと750℃において
も優れた耐酸化性を示すことが明らかになった。
【００１５】1300℃の乾燥空気中で50時間保持後、Alが
20原子 %、Siが47原子 %の試験片の実体顕微鏡写真及び
表面付近の断面写真を図2(a)、(b)にそれぞれ示す。130
0℃で保持した試料の表面は緻密で密着性のあるアルミ
ナの保護膜で覆われており、このことから1300℃の大気
中で保持した後750℃で保持した試料の耐酸化性が非常
に良好であったのはこの密着性の良い保護膜の形成が原
因と考えられる。以上のことから組成Alが20原子 %、Si
が47原子%の金属間化合物が高温で非常に優れた耐酸化
性を示す材料であることが示された。
20原子 %、Siが47原子 %の試験片の実体顕微鏡写真及び
表面付近の断面写真を図2(a)、(b)にそれぞれ示す。130
0℃で保持した試料の表面は緻密で密着性のあるアルミ
ナの保護膜で覆われており、このことから1300℃の大気
中で保持した後750℃で保持した試料の耐酸化性が非常
に良好であったのはこの密着性の良い保護膜の形成が原
因と考えられる。以上のことから組成Alが20原子 %、Si
が47原子%の金属間化合物が高温で非常に優れた耐酸化
性を示す材料であることが示された。
【００１６】以上、本発明に係る実施の形態を説明した
が、本発明は以上のような実施例、実験例に示す構成に
限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項
の範囲内でいろいろな実施の態様があることは言うまで
もない。
が、本発明は以上のような実施例、実験例に示す構成に
限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項
の範囲内でいろいろな実施の態様があることは言うまで
もない。
【００１７】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明組成のNb-Al-
Si系金属間化合物は、1300℃の高温で非常に優れた耐酸
化性を示し、耐酸化性の優れた高温用構造材料あるいは
耐酸化性に劣る従来のNb基合金のコーティング材として
応用可能である。
Si系金属間化合物は、1300℃の高温で非常に優れた耐酸
化性を示し、耐酸化性の優れた高温用構造材料あるいは
耐酸化性に劣る従来のNb基合金のコーティング材として
応用可能である。
【図１】(a)1300℃及び(b)750℃の夫々の乾燥空気中で
保持したNb-Al-Si系金属間化合物の重量変化である。
保持したNb-Al-Si系金属間化合物の重量変化である。
【図２】1300℃の乾燥空気中で50時間保持後の組成でAl
を20原子%、Siを47原子 %含むNb-Al-Si系試料の(a)実体
顕微鏡写真及び(b)表面付近のSEM断面写真である。
を20原子%、Siを47原子 %含むNb-Al-Si系試料の(a)実体
顕微鏡写真及び(b)表面付近のSEM断面写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−235249（ＪＰ，Ａ) 特公 昭39−19880（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 27/02
Claims (1)
- 【請求項１】 アルミニウム（Ａｌ）が２０原子％、
シリコン（Ｓｉ）が４７原子％、ニオブ（Ｎｂ）が３３
原子％とから成り、１３００℃の大気中において表面に
アルミナ保護膜を形成し耐酸化性に優れていることを特
徴とするＮｂ−Ａｌ−Ｓｉの３元系金属間化合物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33363599A JP3321600B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 高耐酸化性Ｎｂ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33363599A JP3321600B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 高耐酸化性Ｎｂ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001152273A JP2001152273A (ja) | 2001-06-05 |
| JP3321600B2 true JP3321600B2 (ja) | 2002-09-03 |
Family
ID=18268262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33363599A Expired - Lifetime JP3321600B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | 高耐酸化性Ｎｂ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3321600B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3014912B1 (fr) * | 2013-12-16 | 2016-01-01 | Snecma | Procede de fabrication d'une piece revetue d'un revetement protecteur |
-
1999
- 1999-11-25 JP JP33363599A patent/JP3321600B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001152273A (ja) | 2001-06-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ruhl et al. | New microcrystalline phases in the Nb Ni and Ta Ni systems | |
| JP3305709B2 (ja) | レニウム含有保護被覆 | |
| JP5051168B2 (ja) | 窒化物分散Ｔｉ−Ａｌ系ターゲット及びその製造方法 | |
| JP2678083B2 (ja) | Ｔｉ―Ａｌ系軽量耐熱材料 | |
| JP3135224B2 (ja) | イリジウム基合金 | |
| Goral et al. | Si-modified aluminide coatings deposited on Ti46Al7Nb alloy by slurry method | |
| JPS62250142A (ja) | 高温保護被覆 | |
| JP3321600B2 (ja) | 高耐酸化性Ｎｂ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物 | |
| CN102066593B (zh) | 铝基晶粒细化剂 | |
| Han et al. | Lattice matching of D023 and D022 phases in Al-6at.%(Ti, V, Zr) systems | |
| JP3694743B2 (ja) | Ｎｂ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｃｒ四元系合金とその製造方法 | |
| US10283332B2 (en) | Cu—Ga binary alloy sputtering target and method of producing the same | |
| JPH0649568A (ja) | 高温クリープ抵抗材料 | |
| CN114196861A (zh) | 一种高熵Laves相金属间化合物 | |
| JP2001342553A (ja) | 合金保護皮膜形成方法 | |
| Góral et al. | Si-modified aluminide coating deposited on TiAlNb alloy by slurry method | |
| JP2590512B2 (ja) | 耐食性のすぐれた非晶質Ｎｉ基合金溶射皮膜 | |
| RU2119846C1 (ru) | Способ получения материала на основе легированного интерметаллического соединения | |
| CN109913726B (zh) | 一种Ta-W基合金及其制备方法 | |
| JPS6369936A (ja) | 改良された耐食性を有する酸化物分散硬化ニッケル基超合金 | |
| Wenderoth et al. | Isothermal oxidation behavior of a precipitation-hardened Pt-base alloy with additions of Al, Cr and Ni | |
| JPH07278721A (ja) | 金属基材被覆用の粒状合金組成物及び被覆法 | |
| Góral et al. | Gas phase aluminising of TiAl intermetallics | |
| JP2604663B2 (ja) | 軽量高強度マグネシウム合金 | |
| CN114686742B (zh) | 一种共晶合金及其制备方法和作为热障涂层粘结层的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3321600 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| 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 |