JP3358796B2 - Method for modifying surface of Ti-Al alloy and Ti-Al alloy having modified layer on surface - Google Patents

Method for modifying surface of Ti-Al alloy and Ti-Al alloy having modified layer on surface

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JP3358796B2
JP3358796B2 JP24953097A JP24953097A JP3358796B2 JP 3358796 B2 JP3358796 B2 JP 3358796B2 JP 24953097 A JP24953097 A JP 24953097A JP 24953097 A JP24953097 A JP 24953097A JP 3358796 B2 JP3358796 B2 JP 3358796B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

【0002】本発明は、Ti−Al系合金の表面改質方
法および表面に改質層を有するTi−Al系合金に関す
るものである。
The present invention relates to a method for modifying the surface of a Ti-Al alloy and a Ti-Al alloy having a modified layer on the surface.

【0003】[0003]

【従来の技術】Ti−Al系合金は、現在実用に供され
ている代表的な耐熱金属材料であるNi基超合金より
も、軽量でしかも高温比強度の点で優れており、軽量・
高耐熱・高強度が要求される材料、例えばタービンホイ
ール材料などへの応用が期待されている。しかし、この
Ti−Al系合金は、800℃以上の高温では、Ni基
超合金(例えば、インコネル713C)に比べて、耐酸
化性が著しく劣るという問題を有している。従って、T
i−Al系合金を耐熱材料として使用するには、耐酸化
性の向上が不可欠であり、第三元素の添加や表面処理な
どの検討が行われている。
2. Description of the Related Art Ti-Al alloys are lighter than Ni-base superalloys, which are typical heat-resistant metal materials currently in practical use, and are superior in terms of high-temperature specific strength.
It is expected to be applied to materials requiring high heat resistance and high strength, such as turbine wheel materials. However, this Ti-Al-based alloy has a problem in that at high temperatures of 800 ° C. or higher, the oxidation resistance is significantly lower than that of a Ni-based superalloy (for example, Inconel 713C). Therefore, T
In order to use an i-Al-based alloy as a heat-resistant material, improvement in oxidation resistance is indispensable, and addition of a third element, surface treatment, and the like have been studied.

【0004】この第三元素の添加によるTi−Al系合
金の耐酸化性向上の方法として、例えば、Ti−Al系
合金に、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、珪素
(Si)、タンタル(Ta)、タングステン(W)など
の第三元素を添加する方法がある。これにより、耐酸化
性は改善される。しかしながら、900℃以上の大気中
では、酸化速度が大きいため、十分な耐酸化性が得られ
ないという問題を有している。
[0004] As a method of improving the oxidation resistance of a Ti-Al alloy by adding a third element, for example, molybdenum (Mo), niobium (Nb), silicon (Si), tantalum ( There is a method of adding a third element such as Ta) and tungsten (W). Thereby, the oxidation resistance is improved. However, in the atmosphere at 900 ° C. or higher, there is a problem that sufficient oxidation resistance cannot be obtained because the oxidation rate is high.

【0005】一方、表面処理法による耐酸化性の改善例
として、(1)アルミナイジング処理法、(2)クロマ
イズ処理法、(3)低酸素分圧処理法 などがあるが、
いずれも母材との密着性や被膜の長期安定性の点から、
必ずしも有効な対策となっていない。
On the other hand, examples of the improvement of oxidation resistance by the surface treatment method include (1) aluminizing treatment method, (2) chromizing treatment method, and (3) low oxygen partial pressure treatment method.
In any case, from the viewpoint of adhesion to the base material and long-term stability of the coating,
It is not always an effective measure.

【0006】そこで、これら問題を解決するため、スパ
ッタリングと拡散熱処理によってあるいはMoおよび/
またはWの酸化物の存在下で加熱処理し、さらに必要に
より拡散熱処理によって、Ti−Al系金属間化合物材
の表面に深さ方向へ0.5μm以上の厚さのMoおよび
/またはW濃化層を形成することを特徴とする「耐酸化
性に優れたTi−Al系金属間化合物材とその製造方
法」(特開平5−78817号公報)が提案されてい
る。これより、MoまたはW濃化層を設けることによ
り、横方向へのAl23 層の生成が促され、耐酸化性
が著しく改善されるとしている。
In order to solve these problems, sputtering and diffusion heat treatment or Mo and / or
Alternatively, heat treatment is performed in the presence of an oxide of W and, if necessary, by diffusion heat treatment, Mo and / or W is concentrated to a thickness of 0.5 μm or more in the depth direction on the surface of the Ti—Al-based intermetallic compound material. A "Ti-Al-based intermetallic compound excellent in oxidation resistance and a method for producing the same" characterized by forming a layer has been proposed (JP-A-5-78817). It is stated that the provision of the Mo or W enriched layer promotes the formation of an Al 2 O 3 layer in the lateral direction, and significantly improves the oxidation resistance.

【0007】また、容器内に、TiAlを酸化ニオブ粉
末でパックした状態で収容し、その容器内を低真空で高
温雰囲気に保ってTiAl表面にアルミナ被膜を形成す
ることを特徴とする「TiAlの表面処理方法」(特開
平8−41654号公報)が提案されている。これよ
り、TiAl表面にアルミナの保護被膜を形成するもの
である。
[0007] Further, the present invention is characterized in that TiAl is packed in a container with niobium oxide powder, and the container is kept in a low vacuum and high temperature atmosphere to form an alumina film on the surface of TiAl. Surface treatment method ”(JP-A-8-41654) has been proposed. Thus, a protective film of alumina is formed on the TiAl surface.

【0008】また、アルミニウム合金製部材の表面部に
ショットピーニング処理を施すアルミニウム合金製部材
の表面改質方法であって、ショット材がアルミニウム合
金製部材の表面部をショットする時にショット材中に微
粒子が伴われる状態でショットピーニング処理を行うこ
とにより、上記微粒子をアルミニウム合金製部材の表面
部に分散状態で埋め込ませることを特徴とする「アルミ
ニウム合金製部材の表面改質方法」(特開平5−864
43号公報)が提案されている。これより、アルミニウ
ム合金製部材の表面部に対するショットピーニング処理
中に耐摩耗性、耐食性等の強度信頼性を向上させる微粒
子をアルミニウム合金製部材の表面部に埋め込ませるせ
ることにより、ショットピーニング処理による残留応力
の発生に加えて、上記ショットにより埋め込まれる微粒
子により耐摩耗性、耐食性等の強度信頼性を向上させる
ことができるとしている。
[0008] A method for modifying the surface of an aluminum alloy member by subjecting the surface of the aluminum alloy member to shot peening, wherein the shot material includes fine particles in the shot material when the surface of the aluminum alloy member is shot. "A method for modifying the surface of an aluminum alloy member", wherein the fine particles are dispersed and embedded in the surface of the aluminum alloy member by performing a shot peening treatment in a state accompanied by a crack. 864
No. 43) has been proposed. Thus, during the shot peening process on the surface of the aluminum alloy member, fine particles for improving the strength reliability such as abrasion resistance and corrosion resistance are embedded in the surface portion of the aluminum alloy member, so that the residual by the shot peening process. In addition to the generation of stress, it is stated that fine particles embedded by the shot can improve strength reliability such as wear resistance and corrosion resistance.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平5−78817号公報に開示されたTi−Al系金
属間化合物材では、表面近傍にTiが多く存在している
ため、Moおよび/あるいはW膿化相を表面に形成する
だけでは、十分な耐酸化性を確保できる保護被膜を形成
できない。このため、大気中での酸化雰囲気ではアルミ
ナの保護被膜を形成するのみならず、TiO2 が形成さ
れてしまう。このTiO2 が形成されると基材内部にま
で成長し、耐酸化性を著しく劣化してしまう。従って、
十分な耐酸化性を確保できる保護被膜を形成できない。
また、Moおよび/またはWを付着させ、しかる後に7
00〜1450℃の温度範囲で拡散処理を施す必要があ
り、これら金属粉末が焼結・固化してしまうおそれがあ
り、Ti−Al系金属間化合物材に付着する問題が生じ
る。さらに、Mo酸化物および/またはW酸化物ともに
Ti−Al系金属間化合物材を、密閉容器内で加熱した
場合、上記金属粉末と同様に焼結・固化するおそれがあ
り、さらにTi−Al系金属間化合物材に付着する問題
が生じる。これら付着物は酸化雰囲気中にTi−Al系
金属間化合物材と低融点の反応生成物を形成する虞があ
り、耐酸化性がむしろ低下する。また、密閉容器内での
加熱処理する処理方法は、生産性の点でも問題を有して
いる。
However, in the Ti-Al-based intermetallic compound disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-78817, Mo and / or W may be present because a large amount of Ti exists near the surface. The formation of a suppuration phase on the surface alone cannot form a protective film that can secure sufficient oxidation resistance. Therefore, in an oxidizing atmosphere in the air, not only a protective film of alumina is formed but also TiO 2 is formed. When this TiO 2 is formed, it grows to the inside of the base material, and the oxidation resistance is significantly deteriorated. Therefore,
A protective film that can secure sufficient oxidation resistance cannot be formed.
In addition, Mo and / or W is deposited, and
It is necessary to perform a diffusion treatment in a temperature range of 00 to 1450 ° C., and there is a possibility that these metal powders may be sintered and solidified, and there is a problem that they adhere to the Ti—Al-based intermetallic compound material. Furthermore, when both the Mo oxide and / or the W oxide are heated in a closed container, the Ti-Al-based intermetallic compound material may be sintered and solidified in the same manner as the above-mentioned metal powder. There is a problem of adhesion to the intermetallic compound material. These deposits may form a reaction product having a low melting point with the Ti-Al intermetallic compound material in an oxidizing atmosphere, and the oxidation resistance is rather reduced. Further, the treatment method of performing the heat treatment in the closed container has a problem also in terms of productivity.

【0010】また、特開平8−41654号公報に記載
の「TiAlの表面処理方法」は、以下のような問題点
を有している。すなわち、 (1)密閉容器内で真空中で加
熱処理する必要があり、生産性の点で問題がある。ま
た、 (2)処理粉末が固化・燒結し、さらに処理材に粉末
が付着する問題点がある。このため、処理中において処
理剤の固化を防止し、処理剤を流動化させ、処理温度以
下で処理剤が昇華・蒸発する必要がある。
The "method of surface treatment of TiAl" described in JP-A-8-41654 has the following problems. That is, (1) it is necessary to perform heat treatment in a closed container in a vacuum, which is problematic in terms of productivity. Also, (2) there is a problem that the treated powder is solidified and sintered, and the powder adheres to the treated material. Therefore, it is necessary to prevent the treatment agent from solidifying during the treatment, to fluidize the treatment agent, and to sublimate and evaporate the treatment agent at a treatment temperature or lower.

【0011】また、特開平5−86443号公報に記載
の「アルミニウム合金製部材の表面改質方法」は、以下
のような問題点を有している。すなわち、 (1)ショット
ピーニング処理により耐摩耗性、耐食性等に効果のある
微粒子を表面に埋め込ませるだけでは、表面近傍にはT
iが存在しており、高温酸化雰囲気中では容易にTiO
2 が形成され、耐酸化性が劣化する。また、 (2)ショッ
トピーニング処理により微粒子を表面に分散する状態し
た後に、拡散させるだけでは、依然としてTiが表面近
傍に存在しており、耐酸化性、耐食性等の向上に効果が
少ない。 (3)機械的に埋め込まれた粒子は基材との間の
結合が弱く、割れの発生や脱落の原因となることから、
耐摩耗性、耐食性等の強度信頼性が充分に確保できな
い。埋め込まれた粒子と基材との界面結合を高めるため
には、二次的に結合力を高める処理を施す必要がある。
(4)埋め込まれる微粒子の固有の特性により、耐蝕性や
耐摩耗の改善度合いが決まってしまう。 (5)基材表面に
おいて基材中に機械的に埋め込まれた粒子が分散した層
構造であり、基材組成の露出部分から腐食が進行し、充
分な耐環境性を得ることが難しい。
The "method of modifying the surface of an aluminum alloy member" described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-86443 has the following problems. In other words, (1) simply embedding fine particles having an effect on abrasion resistance, corrosion resistance, etc. on the surface by shot peening treatment results in T near the surface.
i is present and TiO
2 is formed, and the oxidation resistance is deteriorated. Further, (2) Ti is still present in the vicinity of the surface by merely diffusing the fine particles after the particles are dispersed on the surface by the shot peening treatment, and has little effect on the improvement of oxidation resistance, corrosion resistance and the like. (3) Mechanically embedded particles are weakly bonded to the base material, causing cracking and falling off,
Strength reliability such as wear resistance and corrosion resistance cannot be sufficiently secured. In order to increase the interfacial bond between the embedded particles and the base material, it is necessary to perform a treatment for secondarily increasing the bonding force.
(4) The degree of improvement in corrosion resistance and wear resistance is determined by the inherent characteristics of the embedded fine particles. (5) It has a layer structure in which particles mechanically embedded in the substrate are dispersed on the surface of the substrate, and corrosion progresses from an exposed portion of the substrate composition, and it is difficult to obtain sufficient environmental resistance.

【0012】そこで、本発明者らは、上述の如き従来技
術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験
を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。
The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems of the prior art, and have conducted various systematic experiments. As a result, the present invention has been accomplished.

【0013】(発明の目的)本発明の目的は、Ti−A
l系合金に優れた耐酸化性を付与するTi−Al系合金
の表面改質方法を提供するにある。本発明の他の目的
は、表面に耐酸化性に優れた改質層を有するTi−Al
系合金を提供するにある。
(Object of the Invention) The object of the present invention is to provide Ti-A
An object of the present invention is to provide a method for modifying the surface of a Ti-Al alloy which imparts excellent oxidation resistance to an l-alloy. Another object of the present invention is to provide a Ti-Al having a modified layer having excellent oxidation resistance on the surface.
System alloy.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0015】(第1発明) 本発明のTi−Al系合金の表面改質方法は、Alが1
5原子%〜55原子%のTi−Al系合金からなるTi
−Al系合金基材の表面部に、アルミナより標準生成自
由エネルギの絶対値が小さい酸化物を含む物質が存在す
る状態において,機械的エネルギを付与し、前記基材表
面部に機械的合金化層を形成させてなることを特徴とす
る。本発明において、“アルミナより標準生成自由エネ
ルギの絶対値が小さい酸化物を含む物質が存在する状態
において,機械的エネルギを付与”する工程は、アル
ミナより標準生成自由エネルギの絶対値が小さい酸化物
を含む物質が存在する状態において,(該物質とは別
に)機械的エネルギを付与”する工程、アルミナより
標準生成自由エネルギの絶対値が小さい酸化物を含む物
質を付与することにより機械的エネルギを付与する工
程、の両者を含む。(以下、同じ)
(First Invention) In the method for modifying the surface of a Ti—Al alloy according to the present invention,
5 atomic% to 55 atomic% of Ti-Al alloy
In a state where a substance containing an oxide having a smaller absolute value of standard free energy of formation than alumina exists on the surface of the Al-based alloy base material, mechanical energy is applied to the base surface to form a mechanical alloy. It is characterized by forming a layer. In the present invention, the step of “providing mechanical energy in the presence of a substance containing an oxide having a smaller absolute value of standard free energy of formation than alumina” is performed in the step of providing an oxide having a smaller absolute value of standard free energy of formation than alumina. In the presence of a substance containing, the step of applying mechanical energy (apart from the substance), the mechanical energy is imparted by applying a substance containing an oxide having an absolute value of the standard free energy of formation smaller than that of alumina. (Hereinafter the same).

【0016】(第2発明)本発明の表面に改質層を有す
るTi−Al系合金は、Alが15原子%〜55原子%
のTi−Al系合金からなるTi−Al系合金基材と、
該基材の表面に形成した改質層とからなり、該改質層
が、Si,Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも1
種以上の元素を含む物質が存在する状態において前記基
材の表面に機械的エネルギを付与して得た機械的合金化
層からなることを特徴とする。
(Second Invention) In the Ti-Al based alloy having a modified layer on the surface according to the present invention, the Al content is 15 atomic% to 55 atomic%.
A Ti-Al-based alloy base material comprising a Ti-Al-based alloy of
A modified layer formed on the surface of the substrate, wherein the modified layer is formed of at least one of Si, Nb, Ta, Cr, Mo, and W.
It is characterized by comprising a mechanical alloying layer obtained by applying mechanical energy to the surface of the substrate in a state where a substance containing at least one kind of element is present.

【0017】[0017]

【発明の効果】【The invention's effect】

【0018】(第1発明の効果)本発明の表面改質方法
により、Ti−Al系合金に優れた耐酸化性を付与する
ことができる。
(Effect of the First Invention) According to the surface modification method of the present invention, excellent oxidation resistance can be imparted to a Ti-Al alloy.

【0019】(第2発明の効果)本発明のTi−Al系
合金は、表面に耐酸化性に優れた改質層を有するので、
耐酸化性に優れている。
(Effect of the Second Invention) Since the Ti—Al alloy of the present invention has a modified layer having excellent oxidation resistance on the surface,
Excellent oxidation resistance.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【0021】以下に、前記発明をさらに具体的にした発
明やこれら発明の実施の形態について説明する。
Hereinafter, the present invention, which is more specific, and embodiments of the present invention will be described.

【0022】(着眼点)本発明者らは、上述の従来技術
の問題に対して、以下のことに着眼した。すなわち、上
述した目的を達成するため、Ti−Al系合金基材の表
面部に、ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム
(Cr),モリブデン(Mo),タングステン(W)の
少なくとも1種以上の元素を含む微粒子を付与し、Ti
−Al系合金材料の表面部に付与した微粒子を構成する
元素(Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも1種以
上)を主体とする酸化物被膜を形成することにより、T
i−Al系合金の耐酸化性が向上する。さらに、該酸化
物被膜が、高温酸化性雰囲気下で安定な酸化物に変化し
て高温で耐酸化性に優れた層を形成することにより、T
iーAl系合金の耐酸化性が著しく向上する。
(Points of Interest) The present inventors have focused on the following with respect to the above-mentioned problems of the prior art. That is, in order to achieve the above-described object, at least one of niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W) is formed on the surface of the Ti-Al-based alloy base material. Fine particles containing the above elements are provided, and Ti
-Forming an oxide film mainly composed of elements (at least one of Nb, Ta, Cr, Mo, W) constituting the fine particles provided on the surface portion of the Al-based alloy material;
The oxidation resistance of the i-Al-based alloy is improved. Further, the oxide film changes into a stable oxide in a high-temperature oxidizing atmosphere to form a layer having excellent oxidation resistance at a high temperature.
The oxidation resistance of the i-Al alloy is significantly improved.

【0023】〔第1発明の実施の形態〕[First Embodiment of the Invention]

【0024】本発明のTi−Al系合金の表面改質方法
は、Alが15原子%〜55原子%のTi−Al系合金
からなるTi−Al系合金基材の表面部に、アルミナよ
り標準生成自由エネルギの絶対値が小さい物質が存在す
る状態において、機械的エネルギを付与し、前記Ti−
Al系合金基材の表面部に機械的合金化層を形成させて
なることを特徴とする。本発明のTi−Al系合金の表
面改質方法が優れた効果を発揮するメカニズムについて
は、未だ必ずしも明らかではないが、次のように考えら
れる。本発明のTi−Al系合金の表面改質方法は、ま
ず、Alが15原子%〜55原子%のTi−Al系合金
からなるTi−Al系合金基材の表面部に、アルミナよ
り標準生成自由エネルギの絶対値が小さい物質が存在す
る状態において、機械的エネルギを付与する。これによ
り、Ti−Al系合金基材の表面は、塑性変形を受け、
凝着し易い清浄表面が形成される。これと同時に前記物
質に粉砕や薄片化の過程で凝着し易い清浄表面が形成さ
れる。さらに、機械的エネルギの付与により、剪断や摩
擦を繰り返すことにより、微細化や混合化が進み、基材
ならびに前記物質表面での原子レベルの混合が促進され
る。原子レベルの混合状態においては、低い温度でも反
応が可能となるため、混合状態よりも相形成がエネルギ
的に安定な場合には、低い温度でも合金化が促進する。
また、エネルギ序列が高い相であっても機械的エネルギ
の付与により、材料内部へのエネルギの蓄積によって、
非平衡相、準安定相の形成が可能となる。これにより、
前記物質を含む元素を主体とする機械的合金化層が形成
される。この機械的合金化層は、アルミナより標準生成
自由エネルギーの絶対値が小さいため、母材中のアルミ
ニウムによって還元され金属に変化する。一方、母材中
のアルミニウムは酸化され表面にアルミナ被膜を形成す
る。これにより、Ti−Al系合金基材の表面部に耐酸
化性に優れた機械的合金化層を形成させることができる
ものと考えられる。また、この改質層を、簡便にかつ安
価に形成することができるものと考えられる。
The method for modifying the surface of a Ti—Al alloy according to the present invention is characterized in that the surface of a Ti—Al alloy base material composed of a Ti—Al alloy containing 15 to 55 atomic% of Al In a state in which a substance having a small absolute value of free energy of formation exists, mechanical energy is applied to the Ti-
It is characterized in that a mechanical alloying layer is formed on the surface of the Al-based alloy base material. Although the mechanism by which the method for modifying the surface of a Ti—Al-based alloy of the present invention exerts an excellent effect is not yet clear, it is considered as follows. The method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy according to the present invention comprises the steps of first forming a standard part from alumina on the surface of a Ti-Al-based alloy base material composed of a Ti-Al-based alloy containing 15 to 55 atomic% of Al. In a state where a substance having a small absolute value of free energy exists, mechanical energy is applied. Thereby, the surface of the Ti-Al-based alloy substrate undergoes plastic deformation,
A clean surface that is prone to sticking is formed. At the same time, a clean surface is formed on the substance, which is liable to adhere during the course of pulverization or exfoliation. Further, by applying mechanical energy, by repeating shearing and friction, fineness and mixing progress, and mixing at the atomic level on the substrate and the material surface is promoted. In a mixed state at the atomic level, a reaction can be performed even at a low temperature. Therefore, when the phase formation is more energetically stable than in the mixed state, alloying is promoted even at a low temperature.
In addition, even in a phase having a high energy order, by the application of mechanical energy, the energy is accumulated inside the material,
A non-equilibrium phase and a metastable phase can be formed. This allows
A mechanical alloying layer mainly composed of an element containing the substance is formed. Since the mechanical alloying layer has a smaller absolute value of the standard free energy of formation than alumina, it is reduced by the aluminum in the base material to metal. On the other hand, aluminum in the base material is oxidized to form an alumina film on the surface. Thereby, it is considered that a mechanical alloying layer having excellent oxidation resistance can be formed on the surface of the Ti—Al-based alloy base material. It is also considered that this modified layer can be formed easily and inexpensively.

【0025】(Ti−Al系合金基材)本発明において
適用できるTi−Al系合金基材は、Alが15原子%
〜55原子%のTi−Al系合金からなる。Al:Al
を15原子%から55原子%含有させることにより、常
温延性があり高温強度に優れたTi−Al系合金とな
る。Alの含有量が15原子%未満の場合、α−Ti合
金とTi3 Al相との混合組織となり、高温強度が低下
する。また、Alの含有量が55原子%を超えた場合、
TiAl相とAl3 Al相との混合相となり、非常に脆
くなる。本発明に適用するTi−Al系合金は、原料を
いかなる溶解工程もしくは、燒結工程を経た後、鋳造,
鍛造,切削,圧延など適宜形状を付与されたものであっ
てもよい。
(Ti-Al-based alloy base material) The Ti-Al-based alloy base material applicable in the present invention has an Al content of 15 atomic%.
5555 atomic% of a Ti—Al alloy. Al: Al
Is contained in an amount of 15 to 55 atomic%, thereby obtaining a Ti-Al alloy having ductility at room temperature and excellent high-temperature strength. When the Al content is less than 15 atomic%, a mixed structure of the α-Ti alloy and the Ti 3 Al phase is formed, and the high-temperature strength is reduced. When the content of Al exceeds 55 atomic%,
It becomes a mixed phase of the TiAl phase and the Al 3 Al phase, and becomes very brittle. The Ti-Al-based alloy applied to the present invention is obtained by subjecting the raw material to any melting process or sintering process,
It may be one having an appropriate shape such as forging, cutting, or rolling.

【0026】(アルミナより標準生成自由エネルギの絶
対値が小さい酸化物を含む物質)本発明のTi−Al系
合金の表面改質方法において適用できる物質は、アルミ
ナより標準生成自由エネルギの絶対値が小さい酸化物を
含む物質(以下、単に酸化物含有物質とする)である。
なお、酸化物の標準生成自由エネルギーの絶対値が小さ
いほど、還元されやすく金属となり、大きいほど安定な
酸化物となる。具体的には、Ti,V,Cr,Mn,F
e,Co,Ni,Cu,Nb,Mo,Ta,W,Si,
Ceの少なくとも1種以上の元素の酸化物を含む物質
(勿論前記酸化物からなる物質でもよい)が適用でき
る。この物質は、例えばJ.F.Elliot,M.Gleiser: Thermo
chemistry for Steelmaking, vol.I(1960), Addison-We
sleyに紹介されている。なお、該酸化物含有物質は、形
状は、粉末状の固体、ガス、液体などの形態を採りう
る。また、該物質は、Nb,Ta,Cr,Mo,W,S
iの少なくとも1種以上の元素の酸化物を主体とする粉
末であることが好ましい。これら粉末を用いることによ
り、高温における酸化・還元反応が生じやすく、耐酸化
性に優れたアルミナ被膜を形成する。
(Material Containing an Oxide with a Smaller Standard Free Energy of Formation than Alumina) Materials that can be used in the method for modifying the surface of a Ti—Al-based alloy of the present invention have a larger absolute value of the standard free energy of formation than alumina. A substance containing a small oxide (hereinafter, simply referred to as an oxide-containing substance).
Note that the smaller the absolute value of the standard free energy of formation of the oxide is, the more easily the metal is reduced, and the larger the absolute value is, the more stable the oxide is. Specifically, Ti, V, Cr, Mn, F
e, Co, Ni, Cu, Nb, Mo, Ta, W, Si,
A substance containing an oxide of at least one element of Ce (of course, a substance composed of the oxide) may be used. This substance is, for example, JFElliot, M. Gleiser: Thermo
chemistry for Steelmaking, vol.I (1960), Addison-We
Introduced by sley. Note that the oxide-containing substance can take a form of powdered solid, gas, liquid, or the like. The substance is composed of Nb, Ta, Cr, Mo, W, S
It is preferable that the powder is mainly composed of an oxide of at least one element of i. By using these powders, oxidation / reduction reactions at high temperatures are likely to occur, and an alumina coating excellent in oxidation resistance is formed.

【0027】(酸化物含有物質の形態、付与条件、付与
エネルギなど)前記酸化物含有物質は、Ti−Al系合
金基材の表面部の近傍に配設するなどして存在させて
も、また、該物質をTi−Al系合金基材の表面部に
(機械的エネルギとともに)付与してもよい。該酸化物
含有物質の付与形態は、本発明の目的を達成する形態・
方法・条件であればよく、特に限定するものではない。
物質の付与方法としては、粉末を高速で衝突させる手法
が最も好ましい。処理時の雰囲気はArなどの不活性ガ
ス中で行うことが好ましいが、大気中で行ってもよい。
上記物質は、合金粉末、酸化物粉末、あるいはこれら複
合した粉末を用いてもよい。上記物質の大きさは、5〜
300μmであることが好ましい。上記物質の大きさが
5μm未満の場合は、粉末の取り扱いがしずらく、ま
た、300μmを超える場合は表面反応が起こりにく
い。上記物質の付与時の雰囲気は大気中でもよいが、不
活性ガス中で行うことが好ましい。上記物質をTi−A
l系合金基材の表面と反応させた後に、加熱処理を施す
ことが好ましい。これにより、さらに耐酸化性の向上さ
せることができる。なお、加熱温度は1450℃以下の
温度範囲である。これは、1450℃以上であると母材
であるTi−Al系合金が溶融してしまうためである。
付与物質を付与するエネルギーは、噴出速度にして20
〜300m/sec が好ましい。噴出速度が20m/sec 未満
であると、表面反応させにくく、噴出速度が300m/se
c を超えると、表面状態を損なうおそれがある。
(Form of oxide-containing substance, application condition, applied energy, etc.) The oxide-containing substance may be present in the vicinity of the surface of the Ti—Al alloy base material, Alternatively, the substance may be applied (along with mechanical energy) to the surface of the Ti-Al-based alloy substrate. The application form of the oxide-containing substance may be a form that achieves the object of the present invention.
Any method and conditions may be used, and there is no particular limitation.
As a method of applying the substance, a method of colliding the powder at a high speed is most preferable. The atmosphere during the treatment is preferably performed in an inert gas such as Ar, but may be performed in the air.
The substance may be an alloy powder, an oxide powder, or a composite powder thereof. The size of the substance is 5
Preferably it is 300 μm. When the size of the above substance is less than 5 μm, it is difficult to handle the powder, and when it exceeds 300 μm, the surface reaction hardly occurs. The atmosphere during the application of the substance may be air, but is preferably performed in an inert gas. The above substance is Ti-A
After the reaction with the surface of the l-based alloy substrate, it is preferable to perform a heat treatment. Thereby, the oxidation resistance can be further improved. Note that the heating temperature is a temperature range of 1450 ° C. or less. This is because if the temperature is 1450 ° C. or higher, the Ti—Al-based alloy as the base material is melted.
The energy for applying the applied substance is 20 in terms of the ejection speed.
300300 m / sec is preferred. If the ejection speed is less than 20 m / sec, it is difficult to cause a surface reaction, and the ejection speed is 300 m / se.
If it exceeds c, the surface condition may be impaired.

【0028】(機械的エネルギの付与)機械的エネルギ
を付与する方法においては、Ti−Al系合金基材と前
記酸化物含有物質との間で機械的合金化が発現できるた
めの塑性流動を発現させる方法であれば、どのような方
法でもよい。塑性流動を効率良く発現させるためには、
剪断応力の印加面積を小さくして、繰り返し数を多くす
るのが良い。例えば、応力の印加面積は0.5mm2 以下
で、1mm2 当りの応力の印加回数が50回以上、好まし
くは100回以上行うことが望ましい。具体的には高速
で粒子を繰り返し衝突させる方法、容器内に金属製部材
と合金化のための物質とさらに硬質ボールを入れた状態
で回転させる方法、あるいは剛性の高いブラシ状のもの
で繰り返し叩く方法などがあげられる。
(Applying mechanical energy) In the method for applying mechanical energy, plastic flow is developed to enable mechanical alloying between the Ti-Al-based alloy base material and the oxide-containing substance. Any method may be used as long as the method is performed. In order to efficiently express plastic flow,
It is preferable to reduce the application area of the shear stress and increase the number of repetitions. For example, the stress application area is 0.5 mm 2 or less, and the number of times of applying the stress per 1 mm 2 is 50 or more, preferably 100 or more. Specifically, a method of repeatedly colliding particles at a high speed, a method of rotating a metal member and a material for alloying and a hard ball in a container, or a method of repeatedly hitting with a highly rigid brush-like material Method.

【0029】繰り返し粒子を衝突させて機械的にエネル
ギーを付与する場合においては、前記酸化物含有物質を
エネルギー付与のための粒子として用いてもよい。この
場合の粉末の硬さは、Ti−Al系合金基材と同等もし
くはそれよりも高いことが望ましい。前記酸化物含有物
質の硬さがTi−Al系合金基材よりも低い場合には、
該基材表面に粉末が変形して付着するにとどまり、前記
基材との間で機械的合金化を発現させるための塑性流動
を起こすまでに至らないためである。前記酸化物含有物
質の硬さがTi−Al系合金基材よりも低い場合には、
該基材表面に予め凹凸を与え、粉末を高速で衝突させて
付着させたのちに、機械的エネルギを付与する方法を用
いてもよい。
In the case where energy is applied mechanically by repeatedly colliding particles, the oxide-containing substance may be used as particles for applying energy. In this case, the hardness of the powder is desirably equal to or higher than that of the Ti-Al alloy base material. When the hardness of the oxide-containing material is lower than the Ti-Al-based alloy base material,
This is because the powder is only deformed and adheres to the surface of the base material, and does not reach plastic flow for developing mechanical alloying with the base material. When the hardness of the oxide-containing material is lower than the Ti-Al-based alloy base material,
A method may be used in which irregularities are given to the surface of the base material in advance, the powder is caused to collide at a high speed and adhered, and then mechanical energy is applied.

【0030】前記酸化物含有物質がガスや液体である場
合には、エネルギー付与粒子を搬送するための媒体とし
て用いてもよい。例えば、前記酸化物含有物質の形態が
ガスである場合には、ショットピーニングにおいて、圧
縮空気の代わりに前記酸化物含有物質から成るガスを用
いてもよく、前記酸化物含有物質の形態が液体である場
合には、エネルギー付与粒子とともに吹き付ける方法を
用いてもよい。
When the oxide-containing substance is a gas or a liquid, it may be used as a medium for transporting energy imparting particles. For example, when the form of the oxide-containing substance is a gas, a gas composed of the oxide-containing substance may be used instead of compressed air in shot peening, and the form of the oxide-containing substance is a liquid. In some cases, a method of spraying with the energy imparting particles may be used.

【0031】機械的エネルギの大きさは、Ti−Al系
合金基材の材質によって異なるが、該基材の0.2%耐
力よりも少なくとも50%以上高い剪断応力を与えるこ
とが、塑性変形を起こすためには望ましい。剪断応力
は、前記基材と前記酸化物含有物質との間の固相反応を
促進させるために繰り返して付与することが好適であ
る。
Although the magnitude of the mechanical energy varies depending on the material of the Ti-Al-based alloy base material, applying a shear stress at least 50% higher than the 0.2% proof stress of the base material causes plastic deformation. Desirable to get up. It is preferable that the shear stress is repeatedly applied in order to promote a solid phase reaction between the substrate and the oxide-containing substance.

【0032】機械的合金化層の形成を促進させるための
方法として、機械的エネルギ付与時に、前記基材を室温
から再結晶温度以下の範囲で加熱してもよい。加熱は、
Ti−Al系合金基材表面の変形抵抗を小さくすること
によって塑性流動を発生しやすくするためだけでなく、
機械的合金化を発現させるための機械的なエネルギを小
さくすることができる。加熱の方法としては、前記基材
全体を加熱するか、あるいは前記基材表面を機械的エネ
ルギ付与処理と同時に加熱する方法であってもよい。
As a method for accelerating the formation of the mechanical alloying layer, the substrate may be heated from room temperature to a temperature lower than the recrystallization temperature when applying mechanical energy. Heating is
Not only to make it easier to generate plastic flow by reducing the deformation resistance of the surface of the Ti-Al alloy base material,
Mechanical energy for developing mechanical alloying can be reduced. As a heating method, a method may be used in which the entire substrate is heated or the surface of the substrate is heated simultaneously with a mechanical energy applying process.

【0033】(好適なTi−Al系合金の表面改質方法
1) 本発明の好適なTi−Al系合金の表面改質方法は、A
lが15原子%〜55原子%のTi−Al系合金からな
るTi−Al系合金基材の表面部に、アルミナより標準
生成自由エネルギの絶対値が小さい酸化物を含む微粒子
を付与し、前記基材表面部に、該微粒子中の酸化物を構
成する元素を主体とする酸化物被膜を形成させてなるこ
とを特徴とする。本発明の好適なTi−Al系合金の表
面改質方法が優れた効果を発揮するメカニズムについて
は、未だ必ずしも明らかではないが、次のように考えら
れる。本発明のTi−Al系合金の表面改質方法は、ま
ず、Alが15原子%〜55原子%のTi−Al系合金
からなるTi−Al系合金基材の表面部に、アルミナよ
り標準生成自由エネルギの絶対値が小さい酸化物を含む
物質を付与する。これにより、Ti−Al系合金基材の
表面は、微粒子の衝撃圧縮により前記付与した微粒子を
含む元素を主体とする酸化物層が形成される。この酸化
物は、アルミナより標準生成自由エネルギーの絶対値が
小さいため、母材中のアルミニウムによって還元され金
属に変化する。一方、母材中のアルミニウムは酸化され
表面にアルミナ被膜を形成する。これにより、Ti−A
l系合金基材の表面部に耐酸化性に優れた酸化物被膜を
形成させることができるものと考えられる。また、この
改質層を、簡便にかつ安価に形成することができるもの
と考えられる。本発明の好適な表面改質方法により、T
i−Al系合金に優れた耐酸化性を付与することができ
る。
(Suitable Surface Modification Method 1 of Ti-Al Alloy) The preferred method of modifying the surface of Ti-Al alloy of the present invention is as follows.
Fine particles containing an oxide having an absolute value of standard free energy of formation smaller than that of alumina are applied to the surface of a Ti-Al-based alloy base material composed of a Ti-Al-based alloy having 1 to 15 at% to 55 at%, The oxide in the fine particles is composed on the surface of the base material.
It is characterized by forming an oxide film mainly composed of the element to be formed. The mechanism by which the preferred method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy according to the present invention exhibits an excellent effect is not necessarily clear yet, but is considered as follows. The method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy according to the present invention comprises the steps of first forming a standard part from alumina on the surface of a Ti-Al-based alloy base material composed of a Ti-Al-based alloy containing 15 to 55 atomic% of Al. A substance containing an oxide having a small absolute value of free energy is provided. As a result, an oxide layer mainly composed of the element containing the fine particles is formed on the surface of the Ti—Al-based alloy substrate by impact compression of the fine particles. Since this oxide has a smaller absolute value of the standard free energy of formation than alumina, it is reduced by aluminum in the base material to metal. On the other hand, aluminum in the base material is oxidized to form an alumina film on the surface. Thereby, Ti-A
It is considered that an oxide film having excellent oxidation resistance can be formed on the surface of the l-based alloy substrate. It is also considered that this modified layer can be formed easily and inexpensively. According to the preferred surface modification method of the present invention, T
Excellent oxidation resistance can be imparted to the i-Al alloy.

【0034】(好適なTi−Al系合金の表面改質方法
2) 本発明の好適なTi−Al系合金の表面改質方法は、A
lが15原子%〜55原子%のTi−Al系合金からな
るTi−Al系合金基材の表面部に、シリコン(S
i),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム(C
r),モリブデン(Mo),タングステン(W)の少な
くとも1種以上の元素を含む物質が存在する状態におい
て、機械的エネルギを付与し、前記基材表面部に前記物
質を構成する前記元素(Si,Nb,Ta,Cr,M
o,Wの少なくとも1種以上)を主体とする合金被膜を
形成させてなることを特徴とする。これにより、上記合
金被膜は保護被膜としての働きをし、さらに高温酸化物
雰囲気中でアルミナ被膜を層状に形成する。これら被膜
は、母材との密着性もよく、長時間にわたって安定に保
護被膜として作用し耐酸化性が著しく向上する。本表面
改質方法が優れた効果を発揮するメカニズムについて
は、未だ必ずしも明らかではないが、次のように考えら
れる。本表面改質方法は、まず、Alが15原子%〜5
5原子%のTi−Al系合金からなるTi−Al系合金
基材の表面部に、Si,Nb,Ta,Cr,Mo,Wの
少なくとも1種以上の元素を含む物質が存在する状態に
おいて、機械的エネルギを付与する。これにより、Ti
−Al系合金の表面に上記元素の1種以上の元素からな
る前記物質と基材との反応層が形成される。上記物質は
金属元素のみから形成されていてもよいが、熱的に安定
な酸化物であることが好ましく、また、酸化物に変化し
てもよい。従って、前記Ti−Al系合金材料の表面部
に、前記物質を構成する元素(Si,Nb,Ta,C
r,Mo,Wの少なくとも1種以上)を主体とする酸化
物被膜が形成される。なお、この酸化物被膜は、高温酸
化性雰囲気下で安定な酸化物に変化し、高温で耐酸化性
に優れた層となるために、耐酸化性に優れたTi−Al
合金となる。以上により、耐酸化性に優れたTi−Al
系合金を簡便でかつ安価に製造することができるものと
考えられる。
(Suitable Surface Modification Method for Ti-Al Alloy 2) The preferred method for modifying the surface of Ti-Al alloy of the present invention is as follows.
The silicon (S) is formed on the surface of a Ti-Al-based alloy base material composed of a Ti-Al-based alloy in which 1 is 15 to 55 atomic%.
i), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (C
r), molybdenum (Mo) and tungsten (W) in the presence of a substance containing at least one element, applying mechanical energy to the element (Si) constituting the substance on the surface of the substrate. , Nb, Ta, Cr, M
and at least one of o and W). As a result, the alloy coating functions as a protective coating, and further forms an alumina coating in a layered form in a high-temperature oxide atmosphere. These coatings have good adhesion to the base material, function as a protective coating stably over a long period of time, and significantly improve oxidation resistance. The mechanism by which the present surface modification method exhibits an excellent effect is not necessarily clear yet, but is considered as follows. In this surface modification method, first, Al is 15 atomic% to 5 atomic%.
In a state where a substance containing at least one or more elements of Si, Nb, Ta, Cr, Mo, and W is present on the surface of a Ti-Al-based alloy base material composed of 5 atomic% of a Ti-Al-based alloy, Apply mechanical energy. Thereby, Ti
Forming a reaction layer between the base material and one or more of the above-mentioned elements on the surface of the Al-based alloy; The above substance may be formed only from a metal element, but is preferably a thermally stable oxide, and may be changed to an oxide. Therefore, the elements (Si, Nb, Ta, C) constituting the substance are provided on the surface of the Ti-Al alloy material.
An oxide film mainly composed of at least one of r, Mo, and W) is formed. This oxide film changes into a stable oxide under a high-temperature oxidizing atmosphere and becomes a layer having excellent oxidation resistance at high temperature.
It becomes an alloy. As described above, Ti-Al having excellent oxidation resistance
It is considered that the base alloy can be easily and inexpensively manufactured.

【0035】(好適なTi−Al系合金の表面改質方法
3) 本発明の好適なTi−Al系合金の表面改質方法は、A
lが15原子%〜55原子%のTi−Al系合金からな
るTi−Al系合金基材の表面部に、シリコン(S
i),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム(C
r),モリブデン(Mo),タングステン(W)の少な
くとも1種以上の元素の酸化物を含む物質が存在する状
態において機械的エネルギを付与し、前記基材表面部に
前記物質を構成する前記元素(Si,Nb,Ta,C
r,Mo,Wの少なくとも1種以上)を主体とする酸化
物被膜を形成させてなることを特徴とする。これによ
り、上記酸化物被膜は保護被膜として働き、さらに高温
酸化雰囲気中でアルミナ被膜を層状に形成する。これら
酸化物被膜は母材との密着性もよく、長時間にわたって
安定に保護被膜として作用し、耐酸化性が著しく向上す
る。
(Suitable Surface Modification Method for Ti-Al Alloy 3) The preferred method for modifying the surface of Ti-Al alloy of the present invention is as follows.
The silicon (S) is formed on the surface of a Ti-Al-based alloy base material composed of a Ti-Al-based alloy in which 1 is 15 to 55 atomic%.
i), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (C
r), molybdenum (Mo) and tungsten (W) in the presence of a substance containing an oxide of at least one element, applying mechanical energy to the element constituting the substance on the surface of the substrate. (Si, Nb, Ta, C
(at least one of r, Mo, and W). Thus, the oxide film functions as a protective film, and further forms an alumina film in a high-temperature oxidizing atmosphere. These oxide films have good adhesion to the base material, act as a protective film stably for a long time, and significantly improve oxidation resistance.

【0036】(好適なTi−Al系合金の表面改質方法
4)本発明の好適なTi−Al系合金の表面改質方法
は、上記のTi−Al系合金の表面改質方法および好適
なTi−Al系合金の表面改質方法において、前記Ti
−Al系合金基材の表面部に形成した被膜が、高温酸化
性雰囲気下で安定な酸化物を含む高温で耐酸化性に優れ
た層を形成してなることを特徴とする。これにより、内
部酸化を抑制し、長時間にわたって保護被膜として作用
するため、耐酸化性に優れたTi−Al系合金を容易に
得ることができる。
(Suitable Surface Modification Method for Ti-Al Alloy 4) The preferred method for modifying the surface of Ti-Al alloy of the present invention is the method for modifying the surface of Ti-Al alloy described above and the preferred method. In the method for modifying a surface of a Ti-Al-based alloy,
-The film formed on the surface of the Al-based alloy base material is characterized by forming a layer having excellent oxidation resistance at high temperatures containing a stable oxide in a high-temperature oxidizing atmosphere. This suppresses internal oxidation and acts as a protective coating for a long time, so that a Ti-Al-based alloy having excellent oxidation resistance can be easily obtained.

【0037】(好適なTi−Al系合金の表面改質方法
5)本発明の好適なTi−Al系合金の表面改質方法
は、Alが15原子%〜55原子%のTi−Al系合金
からなるTi−Al系合金基材の表面部に、ニオブ(N
b)またはタンタル(Ta)の少なくとも1種以上の元
素を含む物質が存在する状態において,機械的エネルギ
を付与し、前記基材表面部に前記物質を構成する前記元
素(NbまたはTaの少なくとも1種以上)を主体とす
る酸化物被膜を形成してなるTi−Al系合金の表面改
質方法であって、前記酸化物被膜の存在により高温酸化
性雰囲気下で前記基材と前記酸化物被膜との間にAl−
Oを主体とする安定な酸化物層を形成して高温で耐酸化
性に優れた層としてなることを特徴とする。これによ
り、前記基材と前記酸化物被膜との間にAl−Oを主体
とする安定な耐酸化物層を有していることから、内部酸
化の原因となるTiO2 の生成を抑制し、かつ、前記酸
化物被膜が失われても、高温での耐酸化性を損なうこと
はない。
(Suitable surface modification method for Ti-Al alloy 5) The preferred method for modifying the surface of Ti-Al alloy according to the present invention is a Ti-Al alloy containing 15 to 55 atomic% Al. Niobium (N)
b) or tantalum (Ta) in the presence of a substance containing at least one element, applying mechanical energy to the substrate (at least one of Nb or Ta) constituting the substance. A method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy formed by forming an oxide film mainly comprising at least one of a base material and an oxide film under a high-temperature oxidizing atmosphere due to the presence of the oxide film. Al-
A stable oxide layer mainly composed of O is formed to form a layer having excellent oxidation resistance at high temperatures. Thereby, since a stable oxide-resistant layer mainly composed of Al-O is provided between the base material and the oxide film, generation of TiO 2 causing internal oxidation is suppressed, and Even if the oxide film is lost, the oxidation resistance at high temperatures is not impaired.

【0038】(好適なTi−Al系合金の表面改質方法
6)本発明の好適なTi−Al系合金の表面改質方法
は、Alが15原子%〜55原子%のTi−Al系合金
からなるTi−Al系合金基材の表面部に、クロム(C
r)元素を含む物質が存在する状態において,機械的エ
ネルギを付与し、前記基材表面部に前記物質を構成する
前記元素(Cr)を主体とする酸化物被膜を形成してな
るTi−Al系合金の表面改質方法であって、該酸化物
被膜が、高温雰囲気下で安定な酸化物として耐酸化性に
優れた層を形成してなることを特徴とする。これによ
り、前記酸化物被膜は、保護被膜としての作用をすると
ともに、高温雰囲気下で安定な酸化物として耐酸化性に
優れた層を形成することによりさらに高温で安定な保護
被膜となる。
(Suitable Ti-Al-based alloy surface modification method 6) The preferred Ti-Al-based alloy surface modification method of the present invention is a Ti-Al-based alloy containing 15 to 55 atomic% of Al. Chromium (C
r) Ti-Al formed by applying mechanical energy in the presence of a substance containing an element to form an oxide film mainly composed of the element (Cr) constituting the substance on the surface of the substrate. A method for modifying a surface of a system alloy, characterized in that the oxide film forms a layer having excellent oxidation resistance as a stable oxide in a high-temperature atmosphere. Accordingly, the oxide film functions as a protective film and forms a layer having excellent oxidation resistance as a stable oxide under a high-temperature atmosphere, thereby becoming a protective film that is more stable at a higher temperature.

【0039】(好適なTi−Al系合金の表面改質方法
7)本発明の好適なTi−Al系合金の表面改質方法
は、本発明および前記本発明の好適なTi−Al系合金
の表面改質方法1〜6において、Alが15原子%〜5
5原子%のTi−Al系合金からなるTi−Al系合金
基材の表面部に、アルミナより標準生成自由エネルギの
絶対値が小さい酸化物を含む物質を付与してなることを
特徴とする。これにより、前記基材表面に前記酸化物含
有物質を付与するので、Ti−Al系合金に優れた耐酸
化性を容易に付与することができる。
(Preferred Surface Modification Method 7 of Ti-Al Alloy) The preferred surface modification method of the Ti-Al alloy according to the present invention comprises the present invention and the preferred Ti-Al alloy according to the present invention. In the surface modification methods 1 to 6, the content of Al is 15 atomic% to 5 atomic%.
A material containing an oxide having an absolute value of standard free energy of formation smaller than that of alumina is applied to the surface of a Ti-Al-based alloy base material composed of 5 atomic% of a Ti-Al-based alloy. Thereby, since the oxide-containing substance is provided on the surface of the base material, excellent oxidation resistance can be easily provided to the Ti-Al-based alloy.

【0040】(好適なTi−Al系合金基材)本発明の
Ti−Al系合金の表面改質方法および好適なTi−A
l系合金の表面改質方法で適用できる好適なTi−Al
系合金基材は、15〜55原子%のAlを含有するとと
もに、第Va族元素または第VIa族元素の一種以上を
合計量で0.1原子%〜10原子%含有してなるTi−
Al系合金である。第Va族元素および/または第VI
a族元素を含有させることにより、母材の延性もしくは
高温強度向上させることができる。第Va族元素および
/または第VIa族元素を10原子%を超える量を含有
させると、Ti−Al系合金の軽量性を損なうことにな
る。
(Preferred Ti-Al-based alloy base material) The method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy of the present invention and a suitable Ti-A
Suitable Ti-Al Applicable in Surface Modification Method of l-based Alloy
The Ti-based alloy base material contains 15 to 55 atomic% of Al, and contains 0.1 to 10 atomic% in total of at least one of Group Va element or Group VIa element.
It is an Al-based alloy. Group Va element and / or VI
By including a group a element, the ductility or high-temperature strength of the base material can be improved. When the Group Va element and / or the Group VIa element is contained in an amount exceeding 10 atomic%, the lightness of the Ti-Al alloy is impaired.

【0041】(好適なTi−Al系合金基材)本発明の
Ti−Al系合金の表面改質方法および好適なTi−A
l系合金の表面改質方法で適用できる好適なTi−Al
系合金基材は、Alを15〜55原子%含有し、さらに
硼素を1原子%〜10原子%含有してなるTi−Al系
合金である。さらに硼素を1原子%〜10原子%を含有
させることにより、凝固組織が微細化し、さらに母材の
常温延性を確保することができる。これ以上含有させる
と、延性が低下してしまう。
(Preferred Ti-Al-based Alloy Substrate) The method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy of the present invention and the preferred Ti-A
Suitable Ti-Al Applicable in Surface Modification Method of l-based Alloy
The base alloy base material is a Ti-Al base alloy containing 15 to 55 atomic% of Al and further containing 1 to 10 atomic% of boron. Further, when boron is contained in an amount of 1 at% to 10 at%, the solidified structure becomes finer, and the normal temperature ductility of the base material can be secured. If it is contained more than this, the ductility will decrease.

【0042】(好適なTi−Al系合金基材)本発明の
Ti−Al系合金の表面改質方法および好適なTi−A
l系合金の表面改質方法で適用できる好適なTi−Al
系合金基材は、Alを15〜55原子%、第Va族元素
または第VIa族元素の一種以上を合計量で0.1原子
%〜10原子%含有し、さらに硼素を1原子%〜10原
子%含有してなるTi−Al系合金である。第Va族元
素および/または第VIa族元素を含有させることによ
り、母材の延性もしくは高温強度向上させることができ
る。さらに硼素を1原子%〜10原子%を含有させるこ
とにより、凝固組織が微細化し、さらに母材の常温延性
を確保することができる。
(Preferred Ti-Al-based Alloy Substrate) The method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy of the present invention and a suitable Ti-A
Suitable Ti-Al Applicable in Surface Modification Method of l-based Alloy
The base alloy base material contains 15 to 55 atomic% of Al, 0.1 atomic% to 10 atomic% in total of one or more of the Group Va element or Group VIa element, and further contains 1 atomic% to 10 atomic% of boron. It is a Ti-Al-based alloy containing at. By containing a Group Va element and / or a Group VIa element, the base material can be improved in ductility or high-temperature strength. Further, when boron is contained in an amount of 1 at% to 10 at%, the solidified structure becomes finer, and the normal temperature ductility of the base material can be secured.

【0043】本発明のTi−Al系合金の表面改質方法
および好適なTi−Al系合金の表面改質方法により、
耐酸化性に優れたTi−Al系合金を容易に得ることが
できるものと考えられる。これにより、Ti−Al系合
金の耐酸化性は改善され、Ni基耐熱合金インコネル7
13Cの耐酸化性を凌ぐものであり、900℃以上の高
温においても耐熱性を有するようになる。このため、自
動車用ターボチャージャ用材料のみならず、発電用ガス
タービン用材料、ジェットエンジン用材料などへの適用
も可能となる。また、密閉容器などの煩雑な装置の必要
はなく、加熱処理を伴わないため、基材に処理材粉末の
付着もなく、処理粉末が焼結・固化することはない。ま
た、鋳造後の鋳物の型ばらし時に、本発明の微粒子を用
いれば、製造工程内で耐酸化性向上処理を付与すること
ができる。
According to the method for modifying the surface of a Ti—Al alloy of the present invention and the preferred method for modifying the surface of a Ti—Al alloy,
It is considered that a Ti-Al-based alloy having excellent oxidation resistance can be easily obtained. Thereby, the oxidation resistance of the Ti—Al-based alloy is improved, and the Ni-based heat-resistant alloy Inconel 7 is used.
It exceeds the oxidation resistance of 13C, and has heat resistance even at a high temperature of 900 ° C. or more. Therefore, the present invention can be applied not only to materials for turbochargers for automobiles, but also to materials for gas turbines for power generation and materials for jet engines. In addition, there is no need for a complicated apparatus such as a closed container, and no heat treatment is involved, so that the processing material powder does not adhere to the base material, and the processing powder does not sinter or solidify. Further, when the fine particles of the present invention are used at the time of unmolding a casting after casting, an oxidation resistance improving treatment can be provided in the manufacturing process.

【0044】〔第2発明の実施の形態〕[Embodiment of the Second Invention]

【0045】本発明の表面に改質層を有するTi−Al
系合金は、Alが15原子%〜55原子%のTi−Al
系合金からなるTi−Al系合金基材と、該基材の表面
に形成した改質層とからなり、該改質層が、Si,N
b,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも1種以上の元素
を含む物質が存在する状態において前記基材の表面に機
械的エネルギを付与して得た機械的合金化層からなるこ
とを特徴とする。本発明のTi−Al系合金が優れた効
果を発揮するメカニズムについては、未だ必ずしも明ら
かではないが、次のように考えられる。すなわち、本発
明のTi−Al系合金は、基材が、Alが15原子%〜
55原子%のTi−Al系合金からなる。これより、常
温延性があり、高温強度に優れたTi−Al系合金とな
る。また、本発明のTi−Al系合金は、該基材の表面
部に,Si,Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも
1種以上の元素を含む物質を主体とする機械的合金化層
を有している。この機械的合金化層は、アルミナより標
準生成自由エネルギーの絶対値が小さいため、母材中の
アルミニウムによって還元され金属に変化する。一方、
母材中のアルミニウムは酸化され表面にアルミナ被膜を
形成する。以上により、本発明のTi−Al系合金は耐
酸化性に優れた合金とすることができたものと考えられ
る。
The Ti-Al having a modified layer on the surface according to the present invention
Ti-Al containing 15 atomic% to 55 atomic% of Al
And a modified layer formed on the surface of the substrate, wherein the modified layer is composed of Si, N
a mechanical alloying layer obtained by applying mechanical energy to the surface of the substrate in a state where a substance containing at least one element of b, Ta, Cr, Mo, and W is present. I do. The mechanism by which the Ti-Al-based alloy of the present invention exerts an excellent effect is not necessarily clear yet, but is considered as follows. That is, in the Ti-Al-based alloy of the present invention, the base material has Al of 15 atomic% or more.
It consists of 55 atomic% Ti-Al alloy. Thus, a Ti-Al-based alloy having normal temperature ductility and excellent high-temperature strength is obtained. Further, the Ti-Al-based alloy of the present invention is characterized in that a mechanical alloying layer mainly composed of a substance containing at least one or more elements of Si, Nb, Ta, Cr, Mo and W is provided on the surface of the substrate. have. Since the mechanical alloying layer has a smaller absolute value of the standard free energy of formation than alumina, it is reduced by the aluminum in the base material to metal. on the other hand,
Aluminum in the base material is oxidized to form an alumina film on the surface. From the above, it is considered that the Ti-Al-based alloy of the present invention was able to be an alloy having excellent oxidation resistance.

【0046】(好適なTi−Al系合金1)本発明の好
適な表面に改質層を有するTi−Al系合金は、Alが
15原子%〜55原子%のTi−Al系合金からなるT
i−Al系合金基材と、該基材の表面に、シリコン(S
i),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム(C
r),モリブデン(Mo),タングステン(W)の少な
くとも1種以上の元素を含む物質が存在する状態におい
て,機械的エネルギを付与して得た合金被膜からなる表
面部と、からなるTi−Al系合金であって、前記表面
部が、前記物質を構成する前記元素(Si,Nb,T
a,Cr,Mo,Wの少なくとも1種以上)を主体とす
る酸化物被膜を有してなり、該酸化物被膜が、高温酸化
性雰囲気下で安定な酸化物を含む高温で耐酸化性に優れ
た層を形成してなることを特徴とする。本発明の耐酸化
性に優れたTi−Al系合金が優れた効果を発揮するメ
カニズムについては、未だ必ずしも明らかではないが、
次のように考えられる。すなわち、本発明のTi−Al
系合金は、基材が、Alが15原子%〜55原子%のT
i−Al系合金からなるTi−Al系合金からなる。こ
れより、常温延性があり、高温強度に優れたTi−Al
系合金となる。また、本発明のTi−Al系合金は、該
基材の表面部に,シリコン(Si),ニオブ(Nb),
タンタル(Ta),クロム(Cr),モリブデン(M
o),タングステン(W)の少なくとも1種以上の元素
を含む物質が存在する状態において,機械的エネルギを
付与して形成した耐酸化性に優れた表面部を有してな
る。この表面部は、前記物質を構成する前記元素(S
i,Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも1種以
上)を主体とする酸化物被膜を有してなり、保護被膜と
して作用する。このため、内部に進行するTiO2 の形
成を抑制し、耐酸化性が著しく向上する。さらに、本発
明のTi−Al系合金は、高温酸化性雰囲気下で、前記
酸化物被膜が安定な酸化物に変化して、高温で耐酸化性
に優れた層を形成してなる。すなわち、表面部のSi,
Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも1種以上の元
素を主体とする酸化物被膜は、高温酸化雰囲気中で高温
に安定な酸化物被膜に変化して,耐酸化性を向上させる
働きがある。以上により、本発明のTi−Al系合金は
耐酸化性に優れた合金とすることができたものと考えら
れる。
(Preferred Ti-Al-based alloy 1) The preferred Ti-Al-based alloy having a modified layer on its surface according to the present invention is a Ti-Al-based alloy containing 15 to 55 atomic% of Al.
An i-Al alloy base material and a silicon (S)
i), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (C
r), molybdenum (Mo), tungsten (W) in the presence of a substance containing at least one or more elements, a surface portion made of an alloy coating obtained by applying mechanical energy to the Ti-Al Alloy, wherein the surface portion comprises the element (Si, Nb, T
a, Cr, Mo, W). The oxide film has a high oxidation resistance at high temperatures containing a stable oxide in a high-temperature oxidizing atmosphere. It is characterized by forming an excellent layer. Although the mechanism by which the Ti-Al-based alloy having excellent oxidation resistance of the present invention exerts an excellent effect is not yet clearly understood,
It is considered as follows. That is, the Ti—Al of the present invention
As for the base alloy, the base material is made of T of 15 atomic% to 55 atomic% of Al.
It is made of a Ti-Al alloy made of an i-Al alloy. From this, Ti-Al which has room temperature ductility and excellent high temperature strength
It becomes a system alloy. Further, the Ti-Al-based alloy of the present invention has a structure in which silicon (Si), niobium (Nb),
Tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (M
o) In the state where a substance containing at least one or more elements of tungsten (W) exists, it has a surface portion having excellent oxidation resistance formed by applying mechanical energy. This surface portion corresponds to the element (S
(i.e., at least one of i, Nb, Ta, Cr, Mo, and W). For this reason, the formation of TiO 2 which proceeds inside is suppressed, and the oxidation resistance is significantly improved. Further, in the Ti-Al-based alloy of the present invention, the oxide film changes into a stable oxide in a high-temperature oxidizing atmosphere, and a layer having excellent oxidation resistance at a high temperature is formed. That is, Si,
An oxide film mainly containing at least one element of Nb, Ta, Cr, Mo, and W is changed into an oxide film that is stable at a high temperature in a high-temperature oxidizing atmosphere, and has a function of improving oxidation resistance. is there. From the above, it is considered that the Ti-Al-based alloy of the present invention could be made an alloy having excellent oxidation resistance.

【0047】(好適なTi−Al系合金2)本発明の好
適なTi−Al系合金は、Alが15原子%〜55原子
%のTi−Al系合金からなるTi−Al系合金基材
と、該Ti−Al系合金基材の表面部に,ニオブ(N
b)またはタンタル(Ta)の少なくとも1種以上の物
質が存在する状態において,機械的エネルギを付与して
得た酸化物被膜からなる表面部とからなるTi−Al系
合金であって、前記表面部が、前記物質を構成する元素
(NbまたはTaの少なくとも1種以上)を主体とする
酸化物被膜を有してなり、該表面部において,前記酸化
物被膜の存在により高温酸化性雰囲気下で前記基材と前
記酸化物被膜との間にAl−Oを主体とする安定な酸化
物層を形成して高温で耐酸化性に優れた層としてなるこ
とを特徴とする。これにより、前記酸化物被膜が高温酸
化雰囲気中で保護被膜の作用を失っても、Al−Oを主
体とする安定な酸化物層により、保護被膜としての効果
があり、又、基材との密着性も良いため、耐酸化性に優
れたTi−Al系合金となる。
(Preferred Ti-Al-based alloy 2) A preferred Ti-Al-based alloy of the present invention is a Ti-Al-based alloy base material composed of a Ti-Al-based alloy containing 15 to 55 atomic% of Al. And niobium (N) on the surface of the Ti-Al alloy base material.
b) or a surface portion made of an oxide film obtained by applying mechanical energy in a state where at least one kind of substance such as b) or tantalum (Ta) is present. A portion having an oxide film mainly composed of an element (at least one of Nb and Ta) constituting the substance, and at the surface portion under a high-temperature oxidizing atmosphere due to the presence of the oxide film. A stable oxide layer mainly composed of Al-O is formed between the substrate and the oxide film to form a layer having excellent oxidation resistance at high temperatures. Thereby, even if the oxide film loses its function as a protective film in a high-temperature oxidizing atmosphere, the stable oxide layer mainly composed of Al-O has an effect as a protective film, Since the adhesion is good, a Ti-Al-based alloy having excellent oxidation resistance is obtained.

【0048】(好適なTi−Al系合金3)本発明の好
適なTi−Al系合金は、Alが15原子%〜55原子
%のTi−Al系合金からなるTi−Al系合金基材
と、該Ti−Al系合金基材の表面部に,クロム(C
r)元素を含む物質が存在する状態において,機械的エ
ネルギを付与して得た酸化物被膜からなる表面部とから
なるTi−Al系合金であって、前記表面部が、前記物
質を構成する元素(Cr)を主体とする酸化物被膜を有
してなり、該酸化物被膜が,高温酸化性雰囲気中で安定
な酸化物として耐酸化性に優れた層を形成してなること
を特徴とする。これにより、前記酸化物被膜は、保護被
膜として作用するとともに、さらに高温酸化性雰囲気中
で安定な酸化物として耐酸化性に優れた層を形成し、保
護被膜となるため、耐酸化性に優れたTi−Al系合金
となる。
(Preferred Ti-Al-based alloy 3) A preferred Ti-Al-based alloy of the present invention is a Ti-Al-based alloy base material composed of a Ti-Al-based alloy containing 15 to 55 atomic% of Al. And chromium (C) on the surface of the Ti-Al alloy base material.
r) a Ti-Al-based alloy comprising a surface portion made of an oxide film obtained by applying mechanical energy in a state where a substance containing the element is present, wherein the surface portion constitutes the substance It has an oxide film mainly composed of element (Cr), and the oxide film forms a layer having excellent oxidation resistance as a stable oxide in a high-temperature oxidizing atmosphere. I do. Thereby, the oxide film acts as a protective film, and furthermore, forms a layer having excellent oxidation resistance as a stable oxide in a high-temperature oxidizing atmosphere. Ti-Al based alloy.

【0049】(Ti−Al系合金基材)本発明では、前
記第1発明の実施の形態で説明したTi−Al系合金基
材、および好適なTi−Al系合金基材を適用すること
ができる。
(Ti-Al-based alloy base material) In the present invention, the Ti-Al-based alloy base material described in the first embodiment of the present invention and a suitable Ti-Al-based alloy base material can be applied. it can.

【0050】[0050]

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0051】(第1実施例)(First Embodiment)

【0052】純度99.9%のスポンジチタンと純度9
9.99%のアルミニウムを目標組成に秤量し、10-4
torrに排気した後、Ar雰囲気下で高周波溶解により金
型に鋳込み、約1kgのインゴット(Ti−47原子%
Al)を溶製した。次いで、このインゴットから板状の
試験片を10mm×15mm×3mmの寸法に削りだした。得
られた試験片の表面を1500番のSiCペーパーによ
り研磨を行った後、アセトンで脱脂した。
99.9% pure titanium sponge and 9 pure
9.99% aluminum was weighed to the target composition and 10 -4
After evacuating to torr, it was cast into a mold by high frequency melting under an Ar atmosphere, and about 1 kg of ingot (Ti-47 atomic%
Al). Next, a plate-like test piece was cut from the ingot to a size of 10 mm × 15 mm × 3 mm. The surface of the obtained test piece was polished with a No. 1500 SiC paper and then degreased with acetone.

【0053】用意した試験片に、ショットピーニング用
の装置を用いて、粒径5〜100μmのSiO2 、Cr
23 、MoO3 、Nb25 、Ta25 、WO3
粒子を、大気中で繰り返し衝突させて、表面改質処理を
施した。なお、噴射圧力は4kgf/cm2 で行った。
Using a test peening apparatus, SiO 2 , Cr having a particle size of 5 to 100 μm
Particles of 2 O 3 , MoO 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , and WO 3 were repeatedly impacted in the air to perform a surface modification treatment. The injection pressure was 4 kgf / cm 2 .

【0054】得られた板状の試験片の評価試験を、耐酸
化評価試験により行った。この試験は、抵抗加熱電気炉
を用いて大気中で900℃×200h加熱して酸化試験
を行った。試験片はAl23 るつぼに入れたままで加
熱して、剥がれた被膜も残らず回収して酸化による重量
増加を測定して、重量増加により耐酸化性を評価した。
その結果を、表1に示す。
An evaluation test of the obtained plate-shaped test piece was performed by an oxidation resistance evaluation test. In this test, an oxidation test was performed by heating at 900 ° C. for 200 hours in the air using a resistance heating electric furnace. The test piece was heated while being placed in the Al 2 O 3 crucible, all the peeled coatings were collected, the weight increase due to oxidation was measured, and the oxidation resistance was evaluated based on the weight increase.
Table 1 shows the results.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】(第2実施例)本実施例では、Al含有量
の影響を調べるために、Ti−Al系合金のAl量を1
5原子%、47原子%、55原子%で3種類変化させ、
Ar雰囲気下で高周波溶解した。インゴットの重量は1
kgであった。このインゴットから酸化試験片を10mm
×15mm×3mmの寸法に削りだした。次に、用意した試
験片に、前記第1実施例と同様に粒径5〜200μmの
SiO2 、Cr23 、MoO3 、Nb25 、Ta2
5 、WO3 粉末を用いて、表面改質処理を施した後、
前記第1実施例と同様に酸化試験を行った。その結果
を、表2に示す。表2に示すように、Ti−Al系合金
のAl量を15原子%、47原子%、55原子%とした
場合、有効であることがわかる。
(Second Embodiment) In this embodiment, in order to investigate the influence of the Al content, the Al content of the Ti-Al-based alloy was set to 1
5%, 47%, and 55%, 3 types are changed.
High frequency melting was performed in an Ar atmosphere. Ingot weight is 1
kg. Oxidation test piece from this ingot 10mm
It was cut into dimensions of × 15mm × 3mm. Next, SiO 2 , Cr 2 O 3 , MoO 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 having a particle size of 5 to 200 μm were added to the prepared test pieces in the same manner as in the first embodiment.
After performing surface modification treatment using O 5 and WO 3 powder,
An oxidation test was performed in the same manner as in the first embodiment. Table 2 shows the results. As shown in Table 2, when the Al content of the Ti-Al-based alloy was set to 15 at%, 47 at%, and 55 at%, it was found that the alloy was effective.

【0057】[0057]

【表2】 [Table 2]

【0058】(第3実施例)本実施例では、V,Cr,
Nb,Mo,Ta,Wを含有したTi−47原子%Al
の検討を行った。前記第2実施例と同様にAr中で高周
波溶解にて、試験片を作製し、WO3 粉末を用いて前記
第2実施例の方法と同様に表面改質処理を行った。酸化
試験についても、前記第2実施例と同様に行った。試験
結果を、表3に示す。
(Third Embodiment) In this embodiment, V, Cr,
Ti-47 atomic% Al containing Nb, Mo, Ta, W
Was considered. A test piece was prepared by high-frequency melting in Ar in the same manner as in the second embodiment, and a surface modification treatment was performed using WO 3 powder in the same manner as in the second embodiment. The oxidation test was performed in the same manner as in the second embodiment. The test results are shown in Table 3.

【0059】[0059]

【表3】 [Table 3]

【0060】一般に、V,Crを含有する合金は、これ
ら元素を含有しない合金の場合より耐酸化性が悪くな
る。しかし、表3に示すように、本発明の表面改質処理
はこれら合金を含有する合金においても有効であること
がわかる。さらに、Nb,Mo,Ta,Wを含有する合
金においても,本発明の表面処理の効果が有効であるこ
とが分かる。
Generally, an alloy containing V and Cr has lower oxidation resistance than an alloy not containing these elements. However, as shown in Table 3, it can be seen that the surface modification treatment of the present invention is also effective for alloys containing these alloys. Furthermore, it can be seen that the effect of the surface treatment of the present invention is also effective for alloys containing Nb, Mo, Ta, and W.

【0061】(第4実施例)前記第3実施例の合金にさ
らに、Bを含有したTi−47原子%Alの検討を行っ
た。前記第3実施例と同様にAr中で高周波溶解にて、
試験片を作製し、表面改質処理を行った。酸化試験につ
いても、前記第3実施例と同様に行った。試験結果を、
表4に示す。
(Fourth Embodiment) The alloy of the third embodiment was further examined for Ti-47 atomic% Al containing B. As in the third embodiment, high-frequency melting in Ar
A test piece was prepared and subjected to a surface modification treatment. The oxidation test was performed in the same manner as in the third embodiment. Test results
It is shown in Table 4.

【0062】[0062]

【表4】 [Table 4]

【0063】一般に、Bを含有する合金は、Bを含有し
ない合金の場合より耐酸化性が悪くなる。しかし、表4
に示すように、本発明の表面改質処理はこれら合金を含
有する合金においても有効であることがわかる。
In general, an alloy containing B has lower oxidation resistance than an alloy containing no B. However, Table 4
As shown in Table 2, the surface modification treatment of the present invention is also effective for alloys containing these alloys.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 卓 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1株式会社 豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平3−75385(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 24/08 B24C 1/10 C21D 1/76 C22C 14/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Taku Saito 41 Toyota Chuo R & D Co., Ltd., 41, Okucho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture (56) References JP-A-3-75385 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 24/08 B24C 1/10 C21D 1/76 C22C 14/00

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Alが15原子%〜55原子%のTi−
Al系合金からなるTi−Al系合金基材の表面部に、
アルミナより標準生成自由エネルギの絶対値が小さい酸
化物を含む物質が存在する状態において,機械的エネル
ギを付与し、前記基材表面部に機械的合金化層を形成さ
せてなることを特徴とするTi−Al系合金の表面改質
方法。
1. The method according to claim 1, wherein the Al—15 atomic% to 55 atomic% Ti—
On the surface of a Ti-Al-based alloy substrate made of an Al-based alloy,
In a state where a substance containing an oxide having a smaller absolute value of standard free energy of formation than alumina is present, mechanical energy is applied to form a mechanical alloying layer on the surface of the base material. A method for modifying the surface of a Ti-Al alloy.
【請求項2】 Alが15原子%〜55原子%のTi−
Al系合金からなるTi−Al系合金基材の表面部に、
アルミナより標準生成自由エネルギの絶対値が小さい酸
化物を含む微粒子を付与し、前記基材表面部に、該微粒
子中の酸化物を構成する元素を主体とする酸化物被膜を
形成させてなることを特徴とするTi−Al系合金の表
面改質方法。
2. The method according to claim 1, wherein the Al—15 atomic% to 55 atomic% of Ti—
On the surface of a Ti-Al-based alloy substrate made of an Al-based alloy,
The microparticles were applied, including the absolute value is less oxides of standard free energy than alumina, the substrate surface portion, the fine particle
A method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy, comprising forming an oxide film mainly composed of an element constituting an oxide in a particle.
【請求項3】 Alが15原子%〜55原子%のTi−
Al系合金からなるTi−Al系合金基材の表面部に、
シリコン(Si),ニオブ(Nb),タンタル(T
a),クロム(Cr),モリブデン(Mo),タングス
テン(W)の少なくとも1種以上の元素を含む物質が存
在する状態において,機械的エネルギを付与し、前記基
材表面部に前記物質を構成する前記元素(Si,Nb,
Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも1種以上)を主体と
する合金被膜を形成させてなることを特徴とするTi−
Al系合金の表面改質方法。
3. The method according to claim 1, wherein the Al—15 atomic% to 55 atomic% Ti—
On the surface of a Ti-Al-based alloy substrate made of an Al-based alloy,
Silicon (Si), niobium (Nb), tantalum (T
a), in the presence of a substance containing at least one element of chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W), mechanical energy is applied to form the substance on the surface of the substrate. The elements (Si, Nb,
Characterized by forming an alloy coating mainly composed of at least one of Ta, Cr, Mo and W).
A method for modifying the surface of an Al-based alloy.
【請求項4】 Alが15原子%〜55原子%のTi−
Al系合金からなるTi−Al系合金基材の表面部に、
シリコン(Si),ニオブ(Nb),タンタル(T
a),クロム(Cr),モリブデン(Mo),タングス
テン(W)の少なくとも1種以上の元素の酸化物を含む
物質が存在する状態において,機械的エネルギを付与
し、前記基材表面部に前記物質を構成する前記元素(S
i,Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも1種以
上)を主体とする酸化物被膜を形成させてなることを特
徴とするTi−Al系合金の表面改質方法。
4. The method according to claim 1, wherein said Al—containing 15 to 55 atomic% of Ti—
On the surface of a Ti-Al-based alloy substrate made of an Al-based alloy,
Silicon (Si), niobium (Nb), tantalum (T
a), in the presence of a substance containing an oxide of at least one element of chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W), applying mechanical energy to the surface of the base material. The element (S
i. Nb, Ta, Cr, Mo, W or at least one of them).
【請求項5】 前記Ti−Al系合金基材の表面部に形
成した被膜が、高温酸化性雰囲気下で安定な酸化物を含
む,高温で耐酸化性に優れた層を形成してなることを特
徴とする請求項1〜請求項4に記載のTi−Al系合金
の表面改質方法。
5. A film formed on the surface of the Ti—Al alloy base material, comprising a layer containing an oxide stable in a high-temperature oxidizing atmosphere and having excellent oxidation resistance at a high temperature. The method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein
【請求項6】 前記Ti−Al系合金基材が、第Va族
元素または第VIa族元素の一種以上を合計量で0.1
原子%〜10原子%含有してなることを特徴とする請求
項1〜請求項4に記載のTi−Al系合金の表面改質方
法。
6. The Ti—Al-based alloy base material contains at least one of a Group Va element or a Group VIa element in a total amount of 0.1%.
The method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein the method comprises at least 10 atomic%.
【請求項7】 前記Ti−Al系合金基材が、第Va族
元素または第VIa族元素の一種以上を合計量で0.1
原子%〜10原子%含有し、さらに硼素を1原子%〜1
0原子%含有してなることを特徴とする請求項1〜請求
項4に記載のTi−Al系合金の表面改質方法。
7. The Ti—Al-based alloy base material contains at least one of a Group Va element or a Group VIa element in a total amount of 0.1%.
Atomic% to 10 atomic%, and further contains 1 atomic% to 1 atomic% of boron.
The method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein 0% by atom is contained.
【請求項8】 Alが15原子%〜55原子%のTi−
Al系合金からなるTi−Al系合金基材の表面部に、
ニオブ(Nb)またはタンタル(Ta)の少なくとも1
種以上の元素を含む物質が存在する状態において,機械
的エネルギを付与し、前記基材表面部に前記物質を構成
する前記元素(NbまたはTaの少なくとも1種以上)
を主体とする酸化物被膜を形成してなるTi−Al系合
金の表面改質方法であって、前記酸化物被膜の存在によ
り高温酸化性雰囲気下で前記基材と前記酸化物被膜との
間にAl−Oを主体とする安定な酸化物層を形成して高
温で耐酸化性に優れた層としてなることを特徴とするT
i−Al系合金の表面改質方法。
8. A Ti— alloy containing 15 to 55 atomic% of Al.
On the surface of a Ti-Al-based alloy substrate made of an Al-based alloy,
At least one of niobium (Nb) and tantalum (Ta)
In a state where a substance containing at least one kind of element is present, mechanical energy is applied to the element (at least one kind of Nb or Ta) constituting the substance on the surface of the base material.
A method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy formed by forming an oxide film mainly comprising: a method for forming a layer between the substrate and the oxide film under a high-temperature oxidizing atmosphere due to the presence of the oxide film. A stable oxide layer mainly composed of Al-O is formed to form a layer having excellent oxidation resistance at high temperatures.
A method for modifying the surface of an i-Al alloy.
【請求項9】 Alが15原子%〜55原子%のTi−
Al系合金からなるTi−Al系合金基材の表面部に、
クロム(Cr)元素を含む物質が存在する状態におい
て,機械的エネルギを付与し、前記基材表面部に前記物
質を構成する前記元素(Cr)を主体とする酸化物被膜
を形成してなるTi−Al系合金の表面改質方法であっ
て、該酸化物被膜が、高温雰囲気下で安定な酸化物とし
て耐酸化性に優れた層を形成してなることを特徴とする
Ti−Al系合金の表面改質方法。
9. Ti-containing aluminum containing 15 to 55 atomic% of Al.
On the surface of a Ti-Al-based alloy substrate made of an Al-based alloy,
In a state where a substance containing a chromium (Cr) element is present, Ti is formed by applying mechanical energy to form an oxide film mainly composed of the element (Cr) constituting the substance on the surface of the base material. A method for modifying the surface of an Al-based alloy, characterized in that the oxide film forms a layer having excellent oxidation resistance as a stable oxide under a high-temperature atmosphere. Surface modification method.
【請求項10】 Alが15原子%〜55原子%のTi
−Al系合金からなるTi−Al系合金基材の表面部
に、アルミナより標準生成自由エネルギの絶対値が小さ
い酸化物を含む物質を付与し、前記基材表面部に機械的
合金化層を形成させてなることを特徴とする請求項1に
記載のTi−Al系合金の表面改質方法。
10. Ti containing 15 to 55 atomic% of Al.
A material containing an oxide having an absolute value of standard free energy of formation smaller than that of alumina is applied to the surface of a Ti-Al alloy base material composed of an Al alloy, and a mechanical alloying layer is formed on the surface of the base material. The method for modifying the surface of a Ti-Al-based alloy according to claim 1, wherein the surface is formed.
【請求項11】 Alが15原子%〜55原子%のTi
−Al系合金からなるTi−Al系合金基材と、該基材
の表面に形成した改質層とからなり、該改質層が、S
i,Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも1種以上
の元素を含む物質が存在する状態において前記基材の表
面に機械的エネルギを付与して得た機械的合金化層から
なることを特徴とする表面に改質層を有するTi−Al
系合金。
11. Ti containing 15 to 55 atomic% of Al.
And a modified layer formed on the surface of the substrate, wherein the modified layer is composed of
a material containing at least one element of i, Nb, Ta, Cr, Mo, and W; and a mechanical alloying layer obtained by applying mechanical energy to the surface of the base material. Ti-Al having a modified layer on its surface
System alloy.
【請求項12】 Alが15原子%〜55原子%のTi
−Al系合金からなるTi−Al系合金基材と、該基材
の表面に、シリコン(Si),ニオブ(Nb),タンタ
ル(Ta),クロム(Cr),モリブデン(Mo),タ
ングステン(W)の少なくとも1種以上の元素を含む物
質が存在する状態において,機械的エネルギを付与して
得た合金被膜からなる表面部と、からなるTi−Al系
合金であって、前記表面部が、前記物質を構成する前記
元素(Si,Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも
1種以上)を主体とする酸化物被膜を有してなり、該酸
化物被膜が、高温酸化性雰囲気下で安定な酸化物を含む
高温で耐酸化性に優れた層を形成してなることを特徴と
する表面に改質層を有するTi−Al系合金。
12. Ti containing 15 to 55 atomic% of Al.
-Al-based alloy base material, and silicon (Si), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W) A) a Ti—Al-based alloy comprising: a surface portion made of an alloy coating obtained by applying mechanical energy in a state where a substance containing at least one or more elements of (a) is present; An oxide film mainly composed of the above-mentioned elements (at least one of Si, Nb, Ta, Cr, Mo and W) constituting the substance is formed, and the oxide film is formed under a high-temperature oxidizing atmosphere. A Ti-Al-based alloy having a modified layer on its surface, characterized by forming a layer having excellent oxidation resistance at a high temperature containing a stable oxide.
【請求項13】 前記Ti−Al系合金基材が、第Va
族元素または第VIa族元素の一種以上を合計量で0.
1原子%〜10原子%含有してなることを特徴とする
求項11または請求項12に記載の表面に改質層を有するT
i−Al系合金。
13. The method according to claim 13, wherein the Ti—Al-based alloy base material is
Group element or one or more group VIa element in a total amount of 0.
characterized by containing% 1 atom% to 10 atom
The T having the modified layer on the surface according to claim 11 or claim 12.
i-Al alloy.
【請求項14】 前記Ti−Al系合金基材が、さらに
硼素を1原子%〜10原子%含有してなることを特徴と
する請求項13に記載の表面に改質層を有するTi−Al
系合金。
14. The Ti-Al having a modified layer on its surface according to claim 13, wherein the Ti-Al-based alloy base material further contains 1 to 10 atomic% of boron.
System alloy.
【請求項15】 Alが15原子%〜55原子%のTi
−Al系合金からなるTi−Al系合金基材と、該Ti
−Al系合金基材の表面部に、ニオブ(Nb)またはタ
ンタル(Ta)の少なくとも1種以上の元素を含む物質
が存在する状態において,機械的エネルギを付与して得
た酸化物被膜からなる表面部とからなるTi−Al系合
金であって、前記表面部が、前記物質を構成する元素
(NbまたはTaの少なくとも1種以上)を主体とする
酸化物被膜を有してなり、該表面部において、前記酸化
物被膜の存在により高温酸化性雰囲気下で前記基材と前
記酸化物被膜との間にAl−Oを主体とする安定な酸化
物層を形成して高温で耐酸化性に優れた層としてなるこ
とを特徴とする表面に改質層を有するTi−Al系合
金。
15. Ti containing 15 to 55 atomic% of Al.
A Ti-Al-based alloy base material comprising an Al-based alloy;
An oxide film obtained by applying mechanical energy in a state where a substance containing at least one element of niobium (Nb) or tantalum (Ta) is present on the surface of the Al-based alloy base material; A Ti-Al-based alloy comprising a surface portion, wherein the surface portion has an oxide coating mainly containing an element (at least one of Nb and Ta) constituting the substance; Forming a stable oxide layer mainly composed of Al-O between the base material and the oxide film under a high-temperature oxidizing atmosphere due to the presence of the oxide film to provide oxidation resistance at a high temperature. A Ti-Al-based alloy having a modified layer on the surface, which is an excellent layer.
【請求項16】 Alが15原子%〜55原子%のTi
−Al系合金からなるTi−Al系合金基材と、該Ti
−Al系合金基材の表面部に、クロム(Cr)元素を含
む物質が存在する状態において,機械的エネルギを付与
して得た酸化物被膜からなる表面部とからなるTi−A
l系合金であって、前記表面部が、前記物質を構成する
元素(Cr)を主体とする酸化物被膜を有してなり、該
酸化物被膜が、高温酸化性雰囲気下で安定な酸化物とし
て耐酸化性に優れた層を形成してなることを特徴とする
表面に改質層を有するTi−Al系合金。
16. Ti containing 15 to 55 atomic% of Al.
A Ti-Al-based alloy base material comprising an Al-based alloy;
Ti-A comprising a surface portion of an oxide film obtained by applying mechanical energy in a state where a substance containing chromium (Cr) element is present on the surface portion of the Al-based alloy base material
an l-based alloy, wherein the surface portion has an oxide film mainly composed of an element (Cr) constituting the substance, and the oxide film is a stable oxide under a high-temperature oxidizing atmosphere. A Ti-Al-based alloy having a modified layer on the surface, characterized by forming a layer having excellent oxidation resistance.
【請求項17】 Alが15原子%〜55原子%のTi
−Al系合金からなるTi−Al系合金基材と、該基材
の表面に形成した改質層とからなり、該改質層が、S
i,Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少なくとも1種以上
の元素を含む物質を付与して得た機械的合金化層からな
ることを特徴とする表面に改質層を有するTi−Al系
合金。
17. Ti containing 15 to 55 atomic% of Al.
And a modified layer formed on the surface of the substrate, wherein the modified layer is composed of
a Ti-Al-based material having a modified layer on the surface, comprising a mechanical alloying layer obtained by applying a substance containing at least one element of i, Nb, Ta, Cr, Mo, and W; alloy.
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