JP5967764B2 - 耐酸化コーティング用合金粉末の製造方法、その粉末を用いた耐酸化特性に優れた合金の製造方法、その合金を用いた部材の製造方法 - Google Patents
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Description
発明4は、発明3の高温材料を用いて、宇宙航空分野でのエンジン部、セラミックス溶解用容器、または高温測定用の保護管を製造する方法である。
発明5は、発明3の高温材料を用いて、光学デバイス用単結晶育成るつぼや自動車エンジンプラグを製造する方法である。
また、本発明の合金粉末では、アルミナイズ施工時に用いられるアルミナを新しく混合する必要がなくなるため、製造プロセスを大幅に短縮することができる。
Al粉末、Ni粉末の混合粉末に、さらにアルミナ粉末を混合し、真空または不活性ガス雰囲気下で600℃〜1300℃の温度範囲で1時間以上加熱する。ここで粉末の質量比は、以下の理由で決まる。
まず、AlとNiの混合比であるが、これは混合粉末中のAl量が25〜60原子%が望ましい。これは、AlがNiに対して25原子%以下だと合成された後の合金粉末中のNi含有量が高くなるため、アルミナイズ時におけるAlの活性が低くなり、IrAlやRuAlが生成しないためである。またAlがNiに対して60原子%以上だと、Alを多く含むAl3Irなどの相がコーティング膜中に生成するためである。Al含有量が60原子%より高い膜は融点が低く脆いため、このような膜が合金表面に生成すると、耐熱性や応力に対する耐性が劣り、高温材料のコーティング材としてはふさわしくない。
所望の形状に加工された合金材料は、アルミナイズ法により、その表面にIrAlあるいはRuAl金属間化合物皮膜を成膜する。本発明のアルミナイズ法は以下の条件で行う。
Al合金粉末を使用するのは、金属Al単体だと、本発明での処理温度では、Alが液相となり、直接IrあるいはRu基合金と接触するので、急激な反応を起こし所望の皮膜が得られないからである。
アルミナ粉末を添加するのは、Al合金粉末と還元剤が均等に分散し、反応を制御する。しかし配合が多すぎると、反応の進行が遅くなるため、Al合金中のAl濃度(活性)にもよるが、Al合金粉末とアルミナ粉末の質量比は、1:0.8〜1:1.2の範囲であればよい。アルミナ粉末の粒径は、反応制御と取扱いの容易さを考慮すると、5〜100μmの範囲であることが好ましい。
まず、還元剤がアンモニアと塩化水素に分解する。
NH4Cl→ NH3(g)+ HCl(g)
HClがAl合金粉末からAlを分解し、Alの塩化物を作る。([Al]は合金中のAlを示す。)
2[Al]+6HCl(g)→ 2AlCl3(g)+ 3H2(g)
Al塩化物が活性な[Al]と反応してAlClを生成する。
2[Al]+AlCl3(g)→ 3AlCl(g)
AlClが表面でIrと反応してIrAlを形成する。
3AlCl(g)+ 2Ir→ 2IrAl+ 3AlCl3(g)
アルミナイズ処理時間は、処理温度にもよるが、900℃から1050℃の範囲では、2〜24時間が好ましい。2時間以下では、反応が十分に進行せず、所望の金属間化合物皮膜厚さが達成されない。また、24時間以上保持しても、AlClxが消費しつくされているので、皮膜厚さの増加が望めない。
アルミナイズ処理は、通常のマッフル炉あるいは管状炉などの電気炉を使用し、大気圧下不活性ガス雰囲気で反応させればよい。
アルミナイズに用いた合金粉末はAl量が40−50原子%のものを使った場合が、特許文献1に示されたFe−65Al合金粉末とNi−35Alの複合粉末で処理したものに比べ減耗が少なかった。これは、Feを含む膜が、Feを含まない膜に比べて劣化が早いことを示している。また、Al量が60原子%以上のものは、脆いAl-richの膜が生成するため、膜中に亀裂が発生しやすく酸素が侵入しやすくなるため、酸化が進行した。以上のことは、本発明で開発した合金粉末がアルミナイズ法に対して優れていることを示している。また、Al量が60原子%を超えると劣化が進むことから、より適切なAl量は60原子%以下であることを示している。
[比較例1]
得られた成形体の写真を図9に示す。塊上になっており、この塊に対して、ハンマーを用いて粉砕を試みたが一部をのぞいて粉砕ができなかった。これはNiとAlの反応が均一ではなく、一部は非常に粘性の高いNi固溶体、一部は比較的粘性のないAl含有量の高い金属間化合物(例えば、Ni2Al3等)になったためである。よって、複合粉末の加熱によっては、求める合金粉末の作製は困難であることがわかった。
Claims (5)
- Al粉末、Ni粉末を混合したもので、混合物中のAlが25から60原子%であるものと、その混合粉末とアルミナ粉末をさらに混合し、
その混合粉末中のアルミナ粉末が40〜60質量%であるものを、真空または不活性ガス雰囲気下で600℃〜1300℃の温度範囲で1時間以上加熱し、
当該加熱した後、生成物を破砕して、Ni−Al合金とアルミナの混合粉末を製造する方法。 - 前記混合粉末は結晶構造がNi3Al、NiAl、アルミナで構成されることを特徴とする請求項1に記載のNi−Al合金とアルミナの混合粉末を製造する方法。
- 請求項1又は2に記載の混合粉末に、金属あるいはアンモニアの塩化物粉末を1〜6質量%添加した混合粉中で、800〜1300℃で2〜6時間浸漬して、IrあるいはRuに遷移元素Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Reの1種以上を析出相が生成しない範囲で含有したIrあるいはRu基合金材料であって、前記合金材料表面が、IrAlあるいはRuAl金属間化合物皮膜で均一に覆われている前記合金材料表面にIrAlあるいはRuAl金属間化合物皮膜を成膜した高温材料を製造する方法。
- 請求項3に記載の高温材料を用いて、宇宙航空分野でのエンジン部、セラミックス溶解用容器、または高温測定用の保護管を製造する方法。
- 請求項3に記載の高温材料を用いて、光学デバイス用単結晶育成るつぼや自動車エンジンプラグを製造する方法。
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