JP5094031B2 - スカンジウム含有合金の製造方法 - Google Patents
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Description
本実施形態においては、スカンジウム含有化合物と、Al、Mg、CuおよびAgから選択される1種以上の金属Xとからなる溶融原料に、金属還元剤Zの蒸気を接触させることにより、該スカンジウム含有化合物を熱還元してX−Sc−Z合金を製造している。
[実施例]
図1に示した製造装置10を用いて金属スカンジウムの製造を行った。ステンレス鋼(SUS316)の耐熱反応容器14内の上部において、耐熱支柱16にタンタル製坩堝18を設置しその中に酸化スカンジウム原料をセットした。さらに、耐熱反応容器14内の底部に、酸化スカンジウムの理論反応当量の2倍量となるように金属還元剤24であるカルシウムを入れ、酸素や窒素ガスの捕捉剤26となるスポンジチタンを入れた。このステンレス鋼製耐熱反応容器14の4セットをスポンジチタンとともにステンレス鋼製密閉耐熱容器(チャンバー)12内に入れ、TIG溶接により密閉した。この密閉したチャンバーを外熱式電気炉(加熱装置20)により1000℃に昇温し、6時間保持し、Ca蒸気により還元を行った。その後、チャンバーごと水中に浸漬し急冷した後、チャンバーの蓋を取り外し、粉末状の生成物を得た。得られた粉末状の生成物をXRD測定により相の同定を行った。図2に得られた生成物の外観写真と、XRD測定結果を示す。
タンタル製坩堝18内に、酸化スカンジウムと、抽出剤として金属Al粉末とを、全量(100モル%)に対してScが3モル%となるように配合した以外は実験例1と同様にして実施した。得られた粉末状の生成物をXRD測定により相の同定を行った。図3に、得られた生成物の外観写真と、XRD測定結果を示す。X線パターン結果から、抽出母剤のAlとAl3Sc相の存在が確認され、Al−Sc含有合金を直接製造することができた。還元剤であるカルシウムを過剰に使用したためAl4Caとしての存在も確認された。
以上のことから、Al−Sc−Ca合金の生成が確認された。また、同定できない回折ピークもいくつか認められ、金属相とスラグ相の分離を完全に行うことはできなかった。
タンタル製坩堝18内に、酸化スカンジウムと、抽出剤として金属Al粉末と、スラグ生成のフラックス剤であるCaCl2をAl−Sc含有合金の理論生成量に対して0.125、0.25、0.5、1.0、1.2倍量となるように配合した以外は実験例2と同様にして実施した。得られた粉末状の生成物をXRD測定により相の同定を行った。図4に、CaCl2をAl−Sc含有合金の理論生成量に対して1.0倍量の条件で還元を行って得られた生成物の外観写真と、XRD測定結果を示す。X線パターン結果から抽出母剤のAlとAl3Sc相の存在が確認され、Al−Sc含有合金を直接製造することができた。還元剤であるCaを過剰に使用したためAl4Caの存在も確認された。
以上のことから、Al−Sc−Ca合金の生成が確認された。また、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析により分析した結果、元素組成比はSc:Ca:Al=4.3:0.8:94.7であった。
また、図5に記載の生成物の外観から解るように、フラックス剤量が0.25倍量以上使用することにより、数ミリ粒径のAl−Sc含有合金相が得られスラグ相との分離性が良好であることが確認された。また、フラックス剤量が多くなるに従って粒径の大きい合金が得られる傾向が確認され、Al−Sc含有合金相とスラグ相の分離性が一層向上することが確認された。
タンタル製坩堝18内にフッ素化スカンジウムをセットして実施した以外は、実験例1と同様にして行った。得られた粉末状の生成物をXRD測定により相の同定を行った。図6に生成物の外観写真と、XRD測定結果を示す。X線パターン結果から金属スカンジウムが生成したことがわかる。このことから、1000℃と低い温度でフッ素化スカンジウムから金属スカンジウムを生成することが確認された。
12 密閉耐熱容器
14 耐熱反応容器
16 耐熱支柱
18 坩堝
20 加熱装置
22 原料
24 金属還元剤Z
26 捕捉剤
Claims (11)
- 坩堝内の、スカンジウム含有化合物と、Al、Mg、CuおよびAgから選択される1種以上の金属Xとからなる溶融原料に、該坩堝外で発生した金属還元剤Zの蒸気を接触させて、該スカンジウム含有化合物を熱還元することによりX−Sc−Z合金を得ることを特徴とするスカンジウム含有合金の製造方法。
- 前記スカンジウム含有化合物として、酸化スカンジウムまたはフッ素化スカンジウムを用いることを特徴とする請求項1に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
- 前記スカンジウム含有化合物として、酸化スカンジウムを用いることを特徴とする請求項1に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
- 前記溶融原料中に、フラックス剤を含むことを特徴とする請求項1に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
- 前記フラックス剤が、前記金属還元剤Zの塩化物、フッ素化物および酸化物から選択される1種以上の化合物であることを特徴とする請求項4に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
- 前記金属還元剤Zが、Ca、Mg、NaおよびKから選択される1種以上の金属であることを特徴とする請求項1に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
- 前記金属還元剤Zの蒸気を接触させる際における、前記金属還元剤Zの蒸気圧が1×10−4atm以上であることを特徴とする請求項1に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
- 捕捉剤の存在下において、前記スカンジウム含有化合物を熱還元することを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
- 前記捕捉剤が、Ti、NbおよびTaから選択される1種以上の金属からなることを特徴とする請求項8に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
- 前記X−Sc−Z合金から、金属Zを揮発除去することによりX−Sc合金を得ることを特徴とする請求項1に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
- 坩堝内の、酸化スカンジウムと、Al、Mg、CuおよびAgから選択される1種以上の金属Xと、フラックス剤とからなる溶融原料中で、該坩堝外で発生した金属還元剤Zを接触させて、該酸化スカンジウムを熱還元することによりX−Sc−Z合金を得ることを特徴とするスカンジウム含有合金の製造方法。
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