JP6922196B2 - Titanium sintered body, ornaments and heat resistant parts - Google Patents

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本発明は、チタン焼結体、装飾品および耐熱部品に関するものである。 The present invention relates to titanium sintered bodies, ornaments and heat-resistant parts.

チタン合金は、機械的強度や耐食性に優れるため、航空機、宇宙開発、化学プラント等の分野で使用されている。また、最近では、チタン合金の生体適合性や低ヤング率、軽量等の特性を活かし、腕時計の外装部品、眼鏡フレームのような装飾品、ゴルフクラブのようなスポーツ用品、スプリング等に応用されつつある。 Titanium alloys are used in fields such as aircraft, space development, and chemical plants because of their excellent mechanical strength and corrosion resistance. Recently, taking advantage of the biocompatibility, low Young's modulus, lightweight, etc. of titanium alloy, it is being applied to exterior parts of wristwatches, ornaments such as eyeglass frames, sports equipment such as golf clubs, springs, etc. be.

また、このような応用に際し、粉末冶金法を適用することにより、最終形状に近い形状のチタン焼結体を容易に製造することができる。これにより、二次加工を省略したり、加工量を減らしたりすることができ、効率的な部品生産が可能になる。 Further, in such an application, by applying the powder metallurgy method, a titanium sintered body having a shape close to the final shape can be easily manufactured. As a result, the secondary processing can be omitted or the processing amount can be reduced, and efficient parts production becomes possible.

しかしながら、粉末冶金法により製造されたチタン焼結体は、耐摩耗性が低い。このため、チタン焼結体が摺動部品に適用された場合、摺動に伴って摩耗が生じ、相手部材との間で凝着を生じる。 However, the titanium sintered body produced by the powder metallurgy method has low wear resistance. Therefore, when the titanium sintered body is applied to a sliding component, wear occurs as the titanium sintered body slides, and adhesion occurs with the mating member.

そこで、特許文献1には、Ti量が30〜80質量%のFe−Ti相と、耐食性を有する軟質金属相と、気孔とからなり、Fe−Ti相と軟質金属相とが斑状に分散する金属組織を呈するとともに、組織全体に占める軟質金属相が5〜20容量%であって、密度比が90%以上であるFe−Ti焼結部材が提案されている。そして、このようなFe−Ti焼結部材は、機械用または自動車等用の摺動部材に好適であることが開示されている。 Therefore, Patent Document 1 includes an Fe-Ti phase having a Ti content of 30 to 80% by mass, a soft metal phase having corrosion resistance, and pores, and the Fe-Ti phase and the soft metal phase are dispersed in a patchy manner. Fe-Ti sintered members having a metal structure, having a soft metal phase in the entire structure of 5 to 20% by volume, and having a density ratio of 90% or more have been proposed. It is disclosed that such a Fe-Ti sintered member is suitable for a sliding member for a machine, an automobile, or the like.

特開2006−131950号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-131950

しかしながら、特許文献1に記載のFe−Ti焼結部材では、Feを比較的高濃度に含むため、純チタンまたはチタンを80%超含むようなチタン合金に比べて、耐食性が低く質量が大きい。しかも、特許文献1に記載のFe−Ti焼結部材は、気孔を含むため、摩擦抵抗が大きくなり耐摩耗性に劣る。加えて、Fe−Ti焼結部材では、Feを比較的高濃度に含むため、チタン合金に比べて機械的強度が劣る。 However, since the Fe-Ti sintered member described in Patent Document 1 contains Fe in a relatively high concentration, it has lower corrosion resistance and a larger mass than pure titanium or a titanium alloy containing more than 80% of titanium. Moreover, since the Fe-Ti sintered member described in Patent Document 1 contains pores, the frictional resistance becomes large and the wear resistance is inferior. In addition, since the Fe—Ti sintered member contains Fe in a relatively high concentration, its mechanical strength is inferior to that of the titanium alloy.

本発明の目的は、耐摩耗性に優れるチタン焼結体、装飾品および耐熱部品を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a titanium sintered body, an ornament, and a heat-resistant part having excellent wear resistance.

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のチタン焼結体は、チタンを含む材料で構成され、
結晶組織としてチタンのα相とβ相とを含み、
断面において前記α相が占める面積率が78%以上99.8%以下であり、
断面における前記α相の平均粒径が5μm以上30μm以下であり、
酸素含有率が質量比で3200ppm以上5500ppm以下であり、
表面のビッカース硬度が300以上500以下であることを特徴とする。
The above object is achieved by the following invention.
The titanium sintered body of the present invention is composed of a material containing titanium.
It contains the α phase and β phase of titanium as a crystal structure.
The area ratio occupied by the α phase in the cross section is 78 % or more and 99.8% or less.
The average particle size of the α phase in the cross section is 5 μm or more and 30 μm or less.
The oxygen content is 3200 ppm or more and 5500 ppm or less in terms of mass ratio.
The surface is characterized by having a Vickers hardness of 300 or more and 500 or less.

これにより、摺動面の耐食性が高くなるとともに、摺動面の摩擦抵抗が小さくなるため、耐摩耗性に優れるチタン焼結体が得られる。 As a result, the corrosion resistance of the sliding surface is increased and the frictional resistance of the sliding surface is reduced, so that a titanium sintered body having excellent wear resistance can be obtained.

本発明のチタン焼結体では、前記α相の平均アスペクト比が1以上3以下であることが好ましい。 In the titanium sintered body of the present invention, the average aspect ratio of the α phase is preferably 1 or more and 3 or less.

本発明のチタン焼結体では、X線回折法により取得されるX線回折スペクトルにおいて、前記β相の面方位(110)による反射強度のピーク値は、前記α相の面方位(100)による反射強度のピーク値の5%以上60%以下であることが好ましい。 In the titanium sintered body of the present invention, in the X-ray diffraction spectrum acquired by the X-ray diffraction method, the peak value of the reflection intensity due to the plane orientation (110) of the β phase depends on the plane orientation (100) of the α phase. It is preferably 5% or more and 60% or less of the peak value of the reflection intensity.

これにより、α相が持つ特性とβ相が持つ特性とがそれぞれ埋没することなく顕在化する。その結果、特に長期にわたって優れた耐摩耗性を維持し得るチタン焼結体が得られる。 As a result, the characteristics of the α phase and the characteristics of the β phase become apparent without being buried. As a result, a titanium sintered body that can maintain excellent wear resistance for a particularly long period of time can be obtained.

本発明のチタン焼結体では、酸化チタンを主成分とする粒子を含むことが好ましい。
これにより、酸化チタンを主成分とする粒子がチタン焼結体中に分散し、マトリックスである金属チタンに加わる応力を分担する。このため、前記粒子を含むことにより、チタン焼結体全体における機械的強度の向上が図られる。
本発明のチタン焼結体では、前記粒子の平均粒径は、0.5μm以上20μm以下であることが好ましい。
The titanium sintered body of the present invention preferably contains particles containing titanium oxide as a main component.
As a result, the particles containing titanium oxide as a main component are dispersed in the titanium sintered body, and the stress applied to the metallic titanium as a matrix is shared. Therefore, by including the particles, the mechanical strength of the entire titanium sintered body can be improved.
In the titanium sintered body of the present invention, the average particle size of the particles is preferably 0.5 μm or more and 20 μm or less.

本発明のチタン焼結体では、相対密度が99%以上であることが好ましい。
これにより、摺動面に空孔が露出し難くなるので、空孔を起点にした摩耗が発生し難くなり、摩擦抵抗が小さくなることによって特に良好な耐摩耗性を示すチタン焼結体が得られる。
In the titanium sintered body of the present invention, the relative density is preferably 99% or more.
As a result, the vacancies are less likely to be exposed on the sliding surface, so that wear starting from the vacancies is less likely to occur, and the frictional resistance is reduced, so that a titanium sintered body exhibiting particularly good wear resistance can be obtained. Be done.

本発明の装飾品は、本発明のチタン焼結体を含むことを特徴とする。
これにより、表面に優れた耐摩耗性が与えられるとともに、キズや摩耗が抑えられるため、長期にわたって優れた美的外観を維持し得る装飾品が得られる。
The ornament of the present invention is characterized by containing the titanium sintered body of the present invention.
As a result, the surface is provided with excellent wear resistance, and scratches and wear are suppressed, so that an ornament that can maintain an excellent aesthetic appearance for a long period of time can be obtained.

本発明の耐熱部品は、本発明のチタン焼結体を含むことを特徴とする。
これにより、耐摩耗性および耐熱性に優れた耐熱部品が得られる。
The heat-resistant component of the present invention is characterized by containing the titanium sintered body of the present invention.
As a result, heat-resistant parts having excellent wear resistance and heat resistance can be obtained.

本発明のチタン焼結体の実施形態を示す電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image which shows the embodiment of the titanium sintered body of this invention. 図1に示す電子顕微鏡像の一部を模式的に描いた図である。It is a figure which drew a part of the electron microscope image shown in FIG. 1 schematically. 本発明の装飾品の実施形態が適用された時計ケースを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the timepiece case to which the embodiment of the ornament of this invention is applied. 本発明の装飾品の実施形態が適用されたベゼルを示す部分断面斜視図である。It is a partial cross-sectional perspective view which shows the bezel to which the embodiment of the ornament of this invention is applied. 実施例1のチタン焼結体について得られたX線回折スペクトルである。It is an X-ray diffraction spectrum obtained about the titanium sintered body of Example 1. 本発明の耐熱部品の第1実施形態を適用したターボチャージャー用ノズルベーンを示す側面図(翼部を平面視したときの図)である。It is a side view which shows the nozzle vane for a turbocharger to which the 1st Embodiment of the heat-resistant component of this invention was applied (the figure when the wing part is viewed in a plane view). 図6に示すノズルベーンの平面図である。It is a top view of the nozzle vane shown in FIG. 図6に示すノズルベーンの背面図である。It is a rear view of the nozzle vane shown in FIG. 本発明の耐熱部品の第2実施形態を適用したターボチャージャー用インペラーホイールを示す正面図である。It is a front view which shows the impeller wheel for a turbocharger to which the 2nd Embodiment of the heat-resistant component of this invention was applied. 本発明の耐熱部品の第3実施形態を適用した圧縮機翼を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the compressor blade which applied the 3rd Embodiment of the heat-resistant component of this invention. 比較例2のチタン焼結体の断面の電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image of the cross section of the titanium sintered body of Comparative Example 2. 参考例1のチタン溶製材の断面の電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image of the cross section of the titanium molten material of Reference Example 1.

以下、本発明のチタン焼結体、装飾品および耐熱部品について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the titanium sintered body, ornaments, and heat-resistant parts of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

<チタン焼結体>
まず、本発明のチタン焼結体の実施形態について説明する。
<Titanium sintered body>
First, an embodiment of the titanium sintered body of the present invention will be described.

本実施形態に係るチタン焼結体は、例えば粉末冶金法により製造されたものである。したがって、かかるチタン焼結体では、チタン系粉末(チタンを含む材料で構成された粉末)の粒子同士が焼結することによって構成されている。 The titanium sintered body according to the present embodiment is manufactured by, for example, a powder metallurgy method. Therefore, in such a titanium sintered body, particles of titanium-based powder (powder composed of a material containing titanium) are sintered.

そして、本実施形態に係るチタン焼結体は、チタンを含む材料で構成され、酸素含有率が質量比で2500ppm以上5500ppm以下であり、表面のビッカース硬度が250以上500以下である。このようなチタン焼結体は、優れた耐摩耗性を有するものとなる。このため、例えば、摺動部品に適用されたとき、過酷な摺動条件であっても長期にわたって良好な摺動特性を維持し得るチタン焼結体が得られる。また、例えば、装飾品に適用されたとき、表面に優れた耐摩耗性が与えられることによって表面のキズ付きを抑制し優れた美的外観を維持し得るチタン焼結体が得られる。 The titanium sintered body according to the present embodiment is made of a material containing titanium, has an oxygen content of 2500 ppm or more and 5500 ppm or less in terms of mass ratio, and has a surface Vickers hardness of 250 or more and 500 or less. Such a titanium sintered body has excellent wear resistance. Therefore, for example, when applied to sliding parts, a titanium sintered body capable of maintaining good sliding characteristics for a long period of time even under severe sliding conditions can be obtained. Further, for example, when applied to an ornament, a titanium sintered body capable of suppressing scratches on the surface and maintaining an excellent aesthetic appearance can be obtained by giving the surface excellent wear resistance.

酸素含有率が前記下限値を下回ると、チタン焼結体中の酸化チタンが著しく減少する。酸化チタンは、チタン焼結体の耐食性を高め、摩耗し難くする作用がある。このため、酸素含有率が前記下限値を下回ると、酸化チタンが特に減少し、それに伴って耐食性が低下することによって耐摩耗性が低下する。一方、酸素含有率が前記上限値を上回ると、チタン焼結体中の酸化チタンが著しく増加する。このため、金属チタン同士の金属結合の割合が減少し、機械的強度が低下する。これにより、例えば摺動面において剥落や亀裂等が発生し易くなり、それに伴って摩擦抵抗が大きくなるため、耐摩耗性が低下する。 When the oxygen content is below the lower limit, the titanium oxide in the titanium sintered body is significantly reduced. Titanium oxide has the effect of increasing the corrosion resistance of the titanium sintered body and making it less likely to wear. Therefore, when the oxygen content is less than the lower limit value, titanium oxide is particularly reduced, and the corrosion resistance is lowered accordingly, so that the wear resistance is lowered. On the other hand, when the oxygen content exceeds the upper limit value, the titanium oxide in the titanium sintered body increases remarkably. Therefore, the ratio of metal bonds between metallic titanium is reduced, and the mechanical strength is lowered. As a result, for example, peeling or cracking is likely to occur on the sliding surface, and the frictional resistance is increased accordingly, so that the wear resistance is lowered.

また、表面のビッカース硬度が前記下限値を下回ると、チタン焼結体が相手部材と摺動するとき、チタン焼結体の表面が相手部材によって徐々に削られ、摩耗し易くなる。一方、表面のビッカース硬度が前記上限値を上回ると、チタン焼結体の靭性が低下し、摺動時の荷重が極めて大きい場合や、摺動時に過度な衝撃が加わった場合等に、チタン焼結体に亀裂が生じたり壊れたりするおそれがある。 Further, when the Vickers hardness of the surface is less than the lower limit value, when the titanium sintered body slides with the mating member, the surface of the titanium sintered body is gradually scraped by the mating member, and it becomes easy to wear. On the other hand, if the Vickers hardness of the surface exceeds the above upper limit value, the toughness of the titanium sintered body decreases, and when the load during sliding is extremely large or when an excessive impact is applied during sliding, titanium firing occurs. The bond may crack or break.

なお、酸素含有率(元素換算濃度)は、好ましくは3000ppm以上5000ppm以下とされ、より好ましくは3500ppm以上4500ppm以下とされる。 The oxygen content (elemental equivalent concentration) is preferably 3000 ppm or more and 5000 ppm or less, and more preferably 3500 ppm or more and 4500 ppm or less.

一方、表面のビッカース硬度は、好ましくは300以上450以下とされ、より好ましくは350以上400以下とされる。 On the other hand, the Vickers hardness of the surface is preferably 300 or more and 450 or less, and more preferably 350 or more and 400 or less.

また、チタン焼結体の酸素含有率は、例えば、原子吸光分析装置、ICP発光分光分析装置、酸素窒素同時分析装置等により測定することができる。特に、JIS Z 2613(2006)に規定された金属材料の酸素定量方法も用いられる。一例を挙げると、LECO社製酸素・窒素分析装置、TC−300/EF−300が用いられる。 The oxygen content of the titanium sintered body can be measured by, for example, an atomic absorption spectrometer, an ICP emission spectroscopic analyzer, an oxygen-nitrogen simultaneous analyzer, or the like. In particular, the oxygen quantification method for metallic materials specified in JIS Z 2613 (2006) is also used. As an example, an oxygen / nitrogen analyzer manufactured by LECO, TC-300 / EF-300, is used.

一方、表面のビッカース硬度は、JIS Z 2244(2009)に規定されたビッカース硬さ試験の試験方法に準じた方法により測定することができる。なお、圧子の試験力は9.8N(1kgf)とし、試験力の保持時間は15秒とする。そして、10か所の測定結果の平均値を表面のビッカース硬度とする。 On the other hand, the Vickers hardness of the surface can be measured by a method according to the test method of the Vickers hardness test specified in JIS Z 2244 (2009). The test force of the indenter is 9.8 N (1 kgf), and the holding time of the test force is 15 seconds. Then, the average value of the measurement results at 10 points is taken as the Vickers hardness of the surface.

なお、チタン焼結体中に含まれる酸素の少なくとも一部は、前述したように酸化チタンの状態で存在するのが好ましい。 It is preferable that at least a part of oxygen contained in the titanium sintered body exists in the state of titanium oxide as described above.

このとき、チタン焼結体は、いかなる形態の酸化チタンを含んでいてもよいが、酸化チタンを主成分とする粒子(以下、省略して「酸化チタン粒子」という。)を含むことが好ましい。酸化チタン粒子は、チタン焼結体中に分散することによって、マトリックスである金属チタンに加わる応力を分担すると考えられる。このため、酸化チタン粒子を含むことにより、チタン焼結体全体における機械的強度の向上が図られる。また、酸化チタンは金属チタンよりも硬いため、酸化チタン粒子が分散していることにより、チタン焼結体の耐摩耗性をより高めることができる。 At this time, the titanium sintered body may contain any form of titanium oxide, but preferably contains particles containing titanium oxide as a main component (hereinafter, abbreviated as "titanium oxide particles"). It is considered that the titanium oxide particles share the stress applied to the metallic titanium as a matrix by being dispersed in the titanium sintered body. Therefore, by including the titanium oxide particles, the mechanical strength of the entire titanium sintered body can be improved. Further, since titanium oxide is harder than metallic titanium, the wear resistance of the titanium sintered body can be further improved by dispersing the titanium oxide particles.

なお、酸化チタンを主成分とする粒子とは、例えば、蛍光X線分析法または電子線マイクロアナライザーにより、対象となる粒子の成分分析を行い、最も多く含まれた元素がチタンおよび酸素のうちの一方であり、次いで多く含まれた元素が他方であると分析された粒子のことをいう。 For particles containing titanium oxide as a main component, for example, the components of the target particles are analyzed by a fluorescent X-ray analysis method or an electron probe microanalyzer, and the most abundant element is among titanium and oxygen. It refers to particles that have been analyzed to have one element and then the other element.

酸化チタン粒子の平均粒径は、特に限定されないが、0.5μm以上20μm以下であるのが好ましく、1μm以上15μm以下であるのがより好ましく、2μm以上10μm以下であるのがさらに好ましい。酸化チタン粒子の平均粒径が前記範囲内であれば、チタン焼結体の靭性や引張強さ等の機械的特性を損なうことなく、耐摩耗性を高めることができる。すなわち、酸化チタン粒子の平均粒径が前記下限値を下回ると、酸化チタン粒子の含有率によっては、酸化チタン粒子による応力の分担作用が低下するおそれがある。また、酸化チタン粒子の平均粒径が前記上限値を上回ると、酸化チタン粒子の含有率によっては、酸化チタン粒子が亀裂の起点になって機械的強度が低下するおそれがある。 The average particle size of the titanium oxide particles is not particularly limited, but is preferably 0.5 μm or more and 20 μm or less, more preferably 1 μm or more and 15 μm or less, and further preferably 2 μm or more and 10 μm or less. When the average particle size of the titanium oxide particles is within the above range, the wear resistance can be enhanced without impairing the mechanical properties such as toughness and tensile strength of the titanium sintered body. That is, when the average particle size of the titanium oxide particles is less than the lower limit value, the stress sharing action of the titanium oxide particles may decrease depending on the content of the titanium oxide particles. Further, when the average particle size of the titanium oxide particles exceeds the upper limit value, the titanium oxide particles may become a starting point of cracks and the mechanical strength may decrease depending on the content of the titanium oxide particles.

また、酸化チタン粒子の結晶構造は、ルチル型、アナターゼ型およびブルッカイト型のうちのいずれであってもよく、複数の型が混在していてもよい。 Further, the crystal structure of the titanium oxide particles may be any of a rutile type, an anatase type and a brookite type, and a plurality of types may be mixed.

なお、酸化チタン粒子の平均粒径は、次のようにして測定される。まず、チタン焼結体の断面を電子顕微鏡で観察し、得られた観察像において100個以上の酸化チタン粒子を無作為に選択する。このとき、酸化チタン粒子か否かは、画像のコントラストおよび酸素の面分析等によって特定することができる。次に、観察像上において選択した酸化チタン粒子の面積を算出し、この面積と同じ面積を持つ円の直径を求める。このようにして求めた円を、その酸化チタン粒子の粒径(円相当径)とみなし、100個以上の酸化チタン粒子についての平均値を求める。この平均値が酸化チタン粒子の平均粒径となる。 The average particle size of the titanium oxide particles is measured as follows. First, the cross section of the titanium sintered body is observed with an electron microscope, and 100 or more titanium oxide particles are randomly selected in the obtained observation image. At this time, whether or not the particles are titanium oxide particles can be specified by the contrast of the image, the surface analysis of oxygen, and the like. Next, the area of the titanium oxide particles selected on the observation image is calculated, and the diameter of a circle having the same area as this area is obtained. The circle thus obtained is regarded as the particle size (diameter equivalent to the circle) of the titanium oxide particles, and the average value for 100 or more titanium oxide particles is obtained. This average value is the average particle size of the titanium oxide particles.

次いで、チタン焼結体の結晶組織について説明する。
図1は、本発明のチタン焼結体の実施形態を示す電子顕微鏡像であり、図2は、図1に示す電子顕微鏡像の一部を模式的に描いた図である。なお、図1は、チタン焼結体の切断面を撮像したものであり、図1の上端において左右に延びている濃色の帯は、チタン焼結体の外側の領域である。つまり、濃色の帯の下端がチタン焼結体の表面に相当する。
Next, the crystal structure of the titanium sintered body will be described.
FIG. 1 is an electron microscope image showing an embodiment of the titanium sintered body of the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing a part of the electron microscope image shown in FIG. Note that FIG. 1 is an image of the cut surface of the titanium sintered body, and the dark band extending to the left and right at the upper end of FIG. 1 is an outer region of the titanium sintered body. That is, the lower end of the dark band corresponds to the surface of the titanium sintered body.

図2に示すチタン焼結体1は、結晶組織としてα相2とβ相3とを含んでいる。このうち、α相2とは、それを構成する結晶構造が主として六方最密充填(hcp)構造である領域(チタンα相)のことをいう。一方、β相3とは、それを構成する結晶構造が主として体心立方格子(bcc)構造である領域(チタンβ相)のことをいう。なお、図1では、α相2が相対的に淡色を呈する領域として写っており、β相3は相対的に濃色を呈する領域として写っている。 The titanium sintered body 1 shown in FIG. 2 contains an α phase 2 and a β phase 3 as a crystal structure. Of these, the α phase 2 refers to a region (titanium α phase) in which the crystal structure constituting the α phase 2 is mainly a hexagonal close-packed (hcp) structure. On the other hand, the β phase 3 refers to a region (titanium β phase) in which the crystal structure constituting the β phase 3 is mainly a body-centered cubic lattice (bcc) structure. In FIG. 1, the α phase 2 is shown as a region showing a relatively light color, and the β phase 3 is shown as a region showing a relatively dark color.

α相2は、相対的に硬度が低く、延性に富んでいるため、特に高温下での強度や耐変形性に優れたチタン焼結体1の実現に寄与する。一方、β相3は、相対的に硬度が高いものの、塑性変形を生じ易いため、全体として靭性に優れたチタン焼結体1の実現に寄与する。 Since the α phase 2 has a relatively low hardness and is rich in ductility, it contributes to the realization of a titanium sintered body 1 having excellent strength and deformation resistance particularly at high temperatures. On the other hand, although the β phase 3 has a relatively high hardness, it is liable to undergo plastic deformation, which contributes to the realization of the titanium sintered body 1 having excellent toughness as a whole.

チタン焼結体1の断面では、そのほとんどがこのようなα相2とβ相3とで占められているのが好ましい。α相2とβ相3の合計の占有率(面積率)は、特に限定されないが、95%以上であるのが好ましく、98%以上であるのがより好ましい。このようなチタン焼結体1は、α相2およびβ相3が特性面で支配的になるため、チタンが持つ多くの長所が反映されたものとなる。 In the cross section of the titanium sintered body 1, it is preferable that most of it is occupied by such α phase 2 and β phase 3. The total occupancy rate (area ratio) of the α phase 2 and the β phase 3 is not particularly limited, but is preferably 95% or more, and more preferably 98% or more. In such a titanium sintered body 1, since α phase 2 and β phase 3 are dominant in terms of characteristics, many advantages of titanium are reflected.

なお、α相2とβ相3の合計の占有率は、例えばチタン焼結体1の断面を電子顕微鏡や光学顕微鏡等で観察し、結晶構造の違いに基づく呈色の違いやコントラストに基づいて結晶相を区別するとともに面積を計測することによって求められる。 The total occupancy of α-phase 2 and β-phase 3 is determined based on, for example, the difference in color development and contrast based on the difference in crystal structure by observing the cross section of the titanium sintered body 1 with an electron microscope or an optical microscope. It is obtained by distinguishing the crystal phase and measuring the area.

また、α相2やβ相3以外の結晶組織としては、例えば、ω相、γ相等が挙げられる。
また、チタン焼結体1は、前述したように結晶組織としてα相2とβ相3とを含むとともに、断面においてα相2の占有率(面積率)が70%以上99.8%以下であるのが好ましく、75%以上99%以下であるのがより好ましく、80%以上98%以下であるのがさらに好ましい。このようにα相2が支配的になっていることで、チタン焼結体1の機械的強度を高めつつ、全体が均質になり易いので摩耗し易さの均一性も高めることができる。このため、チタン焼結体1が摺動部品に適用されたとき、摺動面において局所的に摩耗し易い領域が生じることによる連鎖的な摩耗促進の現象が抑えられ、より耐摩耗性に優れたチタン焼結体1が得られる。換言すれば、α相2とβ相3との硬度差が顕在化し難くなるので、摺動面が平滑になり、摺動時に引っ掛かりが生じ難くなるため、摩擦抵抗が小さくなることによって耐摩耗性の向上に寄与することができる。さらには、支配的に存在するα相2は、転位を生じ難いことから摺動によって変性し難く、かつ、耐食性も高い。このため、長期にわたる摺動に曝された場合でも、耐摩耗性を維持することができる。その結果、研磨された研磨面を長期わたって良好に維持することができる。
Examples of crystal structures other than α phase 2 and β phase 3 include ω phase and γ phase.
Further, the titanium sintered body 1 contains α phase 2 and β phase 3 as crystal structures as described above, and the occupancy rate (area ratio) of α phase 2 in the cross section is 70% or more and 99.8% or less. It is preferably 75% or more and 99% or less, and more preferably 80% or more and 98% or less. Since the α phase 2 is dominant in this way, the mechanical strength of the titanium sintered body 1 is increased, and the whole is likely to be homogeneous, so that the uniformity of wearability can also be enhanced. Therefore, when the titanium sintered body 1 is applied to a sliding component, the phenomenon of chained wear promotion due to the occurrence of a region that is easily worn locally on the sliding surface is suppressed, and the wear resistance is further improved. A titanium sintered body 1 is obtained. In other words, since the hardness difference between α-phase 2 and β-phase 3 is less likely to become apparent, the sliding surface becomes smoother and less likely to be caught during sliding, and thus wear resistance is reduced by reducing frictional resistance. Can contribute to the improvement of. Furthermore, the α phase 2, which is predominantly present, is less likely to be denatured by sliding because dislocations are less likely to occur, and has high corrosion resistance. Therefore, wear resistance can be maintained even when exposed to sliding for a long period of time. As a result, the polished polished surface can be well maintained for a long period of time.

一方、α相2が上記のような占有率である場合、β相3は、それより占有率が小さくなるが、0.2%以上30%以下程度の面積率で存在しているのが好ましく、1%以上25%以下程度の面積率で存在しているのがより好ましく、2%以上20%以下程度の面積率で存在しているのがさらに好ましい。β相3は、前述したように塑性変形を生じ易いため、α相2同士の滑りを助長する。このため、β相3が前記範囲内の割合で存在していることにより、摺動の際、摺動面に大きな荷重が加わった場合でも、α相2同士の滑りによってその荷重による影響を緩和させることができる。その結果、大きな荷重が加わっても耐摩耗性を低下させ難くなる。 On the other hand, when the α phase 2 has the above-mentioned occupancy rate, the β phase 3 has a smaller occupancy rate than that, but preferably exists at an area ratio of about 0.2% or more and 30% or less. It is more preferably present at an area ratio of about 1% or more and 25% or less, and even more preferably at an area ratio of about 2% or more and 20% or less. Since the β phase 3 is likely to undergo plastic deformation as described above, it promotes slippage between the α phases 2. Therefore, since the β phase 3 is present at a ratio within the above range, even if a large load is applied to the sliding surface during sliding, the influence of the load is mitigated by the sliding between the α phases 2. Can be made to. As a result, it becomes difficult to reduce the wear resistance even when a large load is applied.

したがって、α相2の占有率が前記下限値を下回ると、α相2とβ相3との比率にもよるが、結晶組織においてα相2が支配的ではなくなるので、摺動面が平滑になり難くなって摺動時の摩擦抵抗が大きくなるおそれがある。また、α相2の占有率が前記上限値を上回ると、α相2やβ相3以外の結晶組織の含有率にもよるが、β相3の占有率が非常に小さくなるので、摺動面に大きな荷重が加わった際にその影響を緩和させることができなくなるおそれがある。 Therefore, when the occupancy rate of α phase 2 is lower than the lower limit value, α phase 2 is no longer dominant in the crystal structure, although it depends on the ratio of α phase 2 and β phase 3, so that the sliding surface becomes smooth. There is a risk that it will become difficult to become and the frictional resistance during sliding will increase. Further, when the occupancy rate of α phase 2 exceeds the above upper limit value, the occupancy rate of β phase 3 becomes very small, although it depends on the content of crystal structures other than α phase 2 and β phase 3, so sliding. When a large load is applied to the surface, the effect may not be mitigated.

なお、α相2の占有率は、次のようにして測定される。まず、チタン焼結体1の断面を電子顕微鏡で観察し、得られた観察像の面積を算出する。次いで、観察像に写っているα相2の面積の合計を求める。そして、求めたα相2の面積の合計を観察像の面積で除して面積率を求める。この面積率がα相2の占有率となる。 The occupancy rate of α phase 2 is measured as follows. First, the cross section of the titanium sintered body 1 is observed with an electron microscope, and the area of the obtained observation image is calculated. Next, the total area of α-phase 2 shown in the observation image is calculated. Then, the total area of the obtained α-phase 2 is divided by the area of the observation image to obtain the area ratio. This area ratio becomes the occupancy ratio of α phase 2.

また、チタン焼結体1の断面では、α相2が微細であることも重要な要素の1つである。例えば、断面におけるα相2の平均粒径は、3μm以上30μm以下であるのが好ましく、5μm以上25μm以下であるのがより好ましく、7μm以上20μm以下であるのがさらに好ましい。このような平均粒径のα相2は、微細であることから、より転位が生じ難くなる。このため、チタン焼結体1の硬度をより高めるとともに、摺動面が平滑になり易くなり、摩擦抵抗をより小さくすることができる。加えて、良好に研磨された研磨面については、その状態を長期にわたって維持することができる。 Further, in the cross section of the titanium sintered body 1, it is one of the important factors that the α phase 2 is fine. For example, the average particle size of the α phase 2 in the cross section is preferably 3 μm or more and 30 μm or less, more preferably 5 μm or more and 25 μm or less, and further preferably 7 μm or more and 20 μm or less. Since the α phase 2 having such an average particle size is fine, dislocations are less likely to occur. Therefore, the hardness of the titanium sintered body 1 can be further increased, the sliding surface can be easily smoothed, and the frictional resistance can be further reduced. In addition, a well-polished polished surface can be maintained in that state for a long period of time.

また、α相2の平均粒径が前記下限値を下回ると、α相2の粒径が小さくなり過ぎるため、α相2の占有率を十分に高めることができないおそれがある。加えて、チタン焼結体1の機械的強度を十分に高めることができなくなるおそれがある。一方、α相2の平均粒径が前記上限値を上回ると、α相2内で転位が生じ易くなるため、摺動面が変性し易くなり、長期にわたる摺動に曝された場合に耐摩耗性が低下するおそれがある。加えて、耐摩耗性が低下することによって研磨面がキズ付き易くなり、研磨面を長期にわたって良好に維持することが難しくなるおそれがある。加えて、主にα相2に由来する機械的強度が低下するおそれがある。 Further, if the average particle size of the α phase 2 is less than the lower limit value, the particle size of the α phase 2 becomes too small, so that the occupancy rate of the α phase 2 may not be sufficiently increased. In addition, the mechanical strength of the titanium sintered body 1 may not be sufficiently increased. On the other hand, when the average particle size of the α phase 2 exceeds the upper limit value, dislocations are likely to occur in the α phase 2, so that the sliding surface is easily denatured and wear resistance when exposed to long-term sliding. There is a risk of reduced sex. In addition, the reduced wear resistance tends to scratch the polished surface, which may make it difficult to maintain the polished surface well for a long period of time. In addition, the mechanical strength mainly derived from α phase 2 may decrease.

なお、α相2の平均粒径は、次のようにして測定される。まず、チタン焼結体1の断面を電子顕微鏡で観察し、得られた観察像において100個以上のα相2を無作為に選択する。次に、観察像上において選択したα相2の面積を算出し、この面積と同じ面積を持つ円の直径を求める。このようにして求めた円を、そのα相2の粒径(円相当径)とみなし、100個以上のα相2についての平均値を求める。この平均値がα相2の平均粒径となる。 The average particle size of α phase 2 is measured as follows. First, the cross section of the titanium sintered body 1 is observed with an electron microscope, and 100 or more α-phases 2 are randomly selected in the obtained observation image. Next, the area of the α phase 2 selected on the observation image is calculated, and the diameter of a circle having the same area as this area is obtained. The circle thus obtained is regarded as the particle size (diameter equivalent to the circle) of the α phase 2, and the average value for 100 or more α phases 2 is obtained. This average value is the average particle size of α phase 2.

チタン焼結体1の構成材料は、チタンを含む材料であり、例えば、チタン単体またはチタン基合金等が挙げられる。 The constituent material of the titanium sintered body 1 is a material containing titanium, and examples thereof include titanium alone or a titanium-based alloy.

チタン基合金は、チタンを主成分とする合金であるが、チタン(Ti)の他に、例えば、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)、アルミニウム(Al)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、ケイ素(Si)、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)、バリウム(Ba)、ニッケル(Ni)、硫黄(S)等の元素を含む合金である。 The titanium-based alloy is an alloy containing titanium as a main component. In addition to titanium (Ti), for example, carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), aluminum (Al), and vanadium (V) , Niob (Nb), Zirconium (Zr), Titanium (Ta), Molybdenum (Mo), Chromium (Cr), Manganese (Mn), Cobalt (Co), Iron (Fe), Silicon (Si), Gallium (Ga) , Tin (Sn), barium (Ba), nickel (Ni), sulfur (S) and other elements.

このようなチタン基合金は、α相安定化元素とβ相安定化元素とを含むことが好ましい。このようなチタン基合金で構成されたチタン焼結体1は、その製造条件や使用条件が変動したとしても、結晶組織としてα相2とβ相3とを併せ持つことができるので、耐候性に優れたものとなる。このため、チタン焼結体1は、α相2が呈する特性とβ相3が呈する特性とを併せ持つものとなり、とりわけ機械的特性に優れたものとなる。 Such a titanium-based alloy preferably contains an α-phase stabilizing element and a β-phase stabilizing element. The titanium sintered body 1 composed of such a titanium-based alloy can have both α-phase 2 and β-phase 3 as a crystal structure even if the production conditions and usage conditions thereof are changed, so that the titanium sintered body 1 has excellent weather resistance. It will be excellent. Therefore, the titanium sintered body 1 has both the characteristics exhibited by the α phase 2 and the characteristics exhibited by the β phase 3, and is particularly excellent in mechanical characteristics.

このうち、α相安定化元素としては、例えば、アルミニウム、ガリウム、スズ、炭素、窒素、酸素等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上が組み合わされて用いられる。一方、β相安定化元素としては、例えば、モリブデン、ニオブ、タンタル、バナジウム、鉄等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上が組み合わされて用いられる。 Among these, examples of the α-phase stabilizing element include aluminum, gallium, tin, carbon, nitrogen, oxygen and the like, and one or more of these are used in combination. On the other hand, examples of the β-phase stabilizing element include molybdenum, niobium, tantalum, vanadium, iron and the like, and one or more of these are used in combination.

チタン基合金の具体的な組成としては、JIS H 4600:2012に60種、60E種、61種または61F種として規定されているチタン合金が挙げられる。具体的には、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−4V ELI、Ti−3Al−2.5V等が挙げられる。この他、航空宇宙材料規格(AMS)に規定されているTi−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo−0.08Si、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo等が挙げられる。また、国際標準化機構(ISO)が策定する規格に規定されているTi−5Al−2.5Fe、Ti−6Al−7Nb等が挙げられる。さらには、Ti−13Zr−13Ta、Ti−6Al−2Nb−1Ta、Ti−15Zr−4Nb−4Ta、Ti−5Al−3Mo−4Zr等が挙げられる。 Specific examples of the titanium-based alloy include titanium alloys specified in JIS H 4600: 2012 as 60 types, 60E types, 61 types, or 61F types. Specific examples thereof include Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-3Al-2.5V and the like. In addition, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, etc. specified in the Aerospace Material Standard (AMS) can be mentioned. .. In addition, Ti-5Al-2.5Fe, Ti-6Al-7Nb, etc. specified in the standards established by the International Organization for Standardization (ISO) can be mentioned. Further, Ti-13Zr-13Ta, Ti-6Al-2Nb-1Ta, Ti-15Zr-4Nb-4Ta, Ti-5Al-3Mo-4Zr and the like can be mentioned.

なお、上述した合金組成の表記は、濃度の大きい成分を左から順に記載したものであり、元素の前にある数字はその元素の濃度を質量%を表すものである。例えば、Ti−6Al−4Vは、6質量%のAlと4質量%のVとを含み、残部がTiおよび不純物であることを表す。なお、不純物は、所定の割合(例えば不純物合計で0.40質量%以下)で不可避的に混入した元素または意図的に添加された元素である。 The above-mentioned notation of the alloy composition describes the components having a high concentration in order from the left, and the number in front of the element indicates the concentration of the element in mass%. For example, Ti-6Al-4V contains 6% by weight Al and 4% by weight V, indicating that the balance is Ti and impurities. The impurities are elements that are unavoidably mixed or intentionally added at a predetermined ratio (for example, 0.40% by mass or less in total of impurities).

また、上述した合金組成の主なものの範囲は、下記の通りである。
Ti−6Al−4V合金は、Alを5.5質量%以上6.75質量%以下で含み、Vを3.5質量%以上4.5質量%以下で含み、残部がTiおよび不純物である。不純物としては、例えば、Feが0.4質量%以下、Oが0.2質量%以下、Nが0.05質量%以下、Hが0.015質量%以下、Cが0.08質量%以下の割合で、それぞれ含まれることが許容される。さらには、その他の元素が個々に0.10質量%以下、合計で0.40質量%以下の割合で、それぞれ含まれることが許容される。
The main range of the alloy composition described above is as follows.
The Ti-6Al-4V alloy contains Al in an amount of 5.5% by mass or more and 6.75% by mass or less, V in an amount of 3.5% by mass or more and 4.5% by mass or less, and the balance is Ti and impurities. As impurities, for example, Fe is 0.4% by mass or less, O is 0.2% by mass or less, N is 0.05% by mass or less, H is 0.015% by mass or less, and C is 0.08% by mass or less. It is permissible to include each in the ratio of. Furthermore, it is permissible that other elements are individually contained in an amount of 0.10% by mass or less, and a total of 0.40% by mass or less.

Ti−6Al−4V ELI合金は、Alを5.5質量%以上6.5質量%以下で含み、Vを3.5質量%以上4.5質量%以下で含み、残部がTiおよび不純物である。不純物としては、例えば、Feが0.25質量%以下、Oが0.13質量%以下、Nが0.03質量%以下、Hが0.0125質量%以下、Cが0.08質量%以下の割合で、それぞれ含まれることが許容される。さらには、その他の元素が個々に0.10質量%以下、合計で0.40質量%以下の割合で、それぞれ含まれることが許容される。 The Ti-6Al-4V ELI alloy contains Al in an amount of 5.5% by mass or more and 6.5% by mass or less, V in an amount of 3.5% by mass or more and 4.5% by mass or less, and the balance is Ti and impurities. .. As impurities, for example, Fe is 0.25% by mass or less, O is 0.13% by mass or less, N is 0.03% by mass or less, H is 0.0125% by mass or less, and C is 0.08% by mass or less. It is permissible to include each in the ratio of. Furthermore, it is permissible that other elements are individually contained in an amount of 0.10% by mass or less, and a total of 0.40% by mass or less.

Ti−3Al−2.5V合金は、Alを2.5質量%以上3.5質量%以下で含み、Vを1.6質量%以上3.4質量%以下で含み、必要に応じてSを0.05質量%以上0.20質量%以下で含み、必要に応じてLa、Ce、PrおよびNdの少なくとも1種を合計で0.05質量%以上0.70質量%以下で含み、残部がTiおよび不純物である。不純物としては、例えば、Feが0.30質量%以下、Oが0.25質量%以下、Nが0.05質量%以下、Hが0.015質量%以下、Cが0.10質量%以下の割合で、それぞれ含まれることが許容される。さらには、その他の元素が合計で0.40質量%以下の割合で含まれることが許容される。 The Ti-3Al-2.5V alloy contains Al in an amount of 2.5% by mass or more and 3.5% by mass or less, V in an amount of 1.6% by mass or more and 3.4% by mass or less, and optionally contains S. It contains 0.05% by mass or more and 0.20% by mass or less, and if necessary, at least one of La, Ce, Pr and Nd is contained in a total of 0.05% by mass or more and 0.70% by mass or less, and the balance is Ti and impurities. As impurities, for example, Fe is 0.30% by mass or less, O is 0.25% by mass or less, N is 0.05% by mass or less, H is 0.015% by mass or less, and C is 0.10% by mass or less. It is permissible to include each in the ratio of. Furthermore, it is permissible that other elements are contained in a total ratio of 0.40% by mass or less.

Ti−5Al−2.5Fe合金は、Alを4.5質量%以上5.5質量%以下で含み、Feを2質量%以上3質量%以下で含み、残部がTiおよび不純物である。不純物としては、例えば、Oが0.2質量%以下、Nが0.05質量%以下、Hが0.013質量%以下、Cが0.08質量%以下の割合で、それぞれ含まれることが許容される。さらには、その他の元素が合計で0.40質量%以下の割合で含まれることが許容される。 The Ti-5Al-2.5Fe alloy contains Al in an amount of 4.5% by mass or more and 5.5% by mass or less, Fe in an amount of 2% by mass or more and 3% by mass or less, and the balance is Ti and impurities. As impurities, for example, O may be contained in a proportion of 0.2% by mass or less, N in an amount of 0.05% by mass or less, H in an amount of 0.013% by mass or less, and C in an amount of 0.08% by mass or less. Permissible. Furthermore, it is permissible that other elements are contained in a total ratio of 0.40% by mass or less.

Ti−6Al−7Nb合金は、Alを5.5質量%以上6.5質量%以下で含み、Nbを6.5質量%以上7.5質量%以下で含み、残部がTiおよび不純物である。不純物としては、例えば、Taが0.50質量%以下、Feが0.25質量%以下、Oが0.20質量%以下、Nが0.05質量%以下、Hが0.009質量%以下、Cが0.08質量%以下の割合で、それぞれ含まれることが許容される。さらには、その他の元素が合計で0.40質量%以下の割合で含まれることが許容される。なお、Ti−6Al−7Nb合金は、細胞毒性が他の合金種に比べて特に低いため、チタン焼結体1が生体適合用途に用いられる場合、特に有用である。 The Ti-6Al-7Nb alloy contains Al in an amount of 5.5% by mass or more and 6.5% by mass or less, Nb in an amount of 6.5% by mass or more and 7.5% by mass or less, and the balance is Ti and impurities. Examples of impurities include Ta of 0.50% by mass or less, Fe of 0.25% by mass or less, O of 0.20% by mass or less, N of 0.05% by mass or less, and H of 0.009% by mass or less. , C are allowed to be contained in a proportion of 0.08% by mass or less, respectively. Furthermore, it is permissible that other elements are contained in a total ratio of 0.40% by mass or less. Since the Ti-6Al-7Nb alloy has particularly low cytotoxicity as compared with other alloy types, it is particularly useful when the titanium sintered body 1 is used for biocompatible applications.

また、チタン焼結体1に含まれる成分は、例えばJIS H 1632−1(2014)〜JIS H 1632−3(2014)に規定されているチタン−ICP発光分光分析方法に準拠した方法により分析することができる。 Further, the components contained in the titanium sintered body 1 are analyzed by a method based on the titanium-ICP emission spectroscopic analysis method specified in, for example, JIS H 1632-1 (2014) to JIS H 1632-3 (2014). be able to.

また、本実施形態に係るα相2の形状は、針状形状ではなく、等方形状あるいはそれに準じた形状であるのが好ましい。このような形状を有することにより、前述したように、チタン焼結体1の疲労強度の低下を抑制することができる。その結果、長期にわたって高い鏡面性を維持し得るチタン焼結体1が得られる。 Further, the shape of the α phase 2 according to the present embodiment is preferably an isotropic shape or a shape similar thereto, not a needle shape. By having such a shape, as described above, it is possible to suppress a decrease in the fatigue strength of the titanium sintered body 1. As a result, a titanium sintered body 1 capable of maintaining a high mirror surface property for a long period of time can be obtained.

また、結晶組織の形状を評価する指標としてアスペクト比がある。α相2の平均アスペクト比は、好ましくは1以上3以下とされ、より好ましくは1以上2.5以下とされる。α相2の平均アスペクト比が前記範囲内であることにより、チタン焼結体1の疲労強度および硬度の低下が抑えられる。このため、構造部品として有用なチタン焼結体1が得られる。また、平均アスペクト比を前記範囲内に調整することにより、チタン焼結体1が摺動部品に適用された場合、摺動面に凹凸が生じ難くなる。その結果、摺動面の平滑性をより高めることができ、とりわけ摺動抵抗が小さく耐摩耗性に優れたチタン焼結体1が得られる。アスペクト比が前記上限値を上回ると、α相2の形状異方性が大きくなるので、α相2の粒径によっては摺動面の平滑性が低下し、摺動抵抗が大きくなるおそれがある。 In addition, there is an aspect ratio as an index for evaluating the shape of the crystal structure. The average aspect ratio of α phase 2 is preferably 1 or more and 3 or less, and more preferably 1 or more and 2.5 or less. When the average aspect ratio of the α phase 2 is within the above range, a decrease in fatigue strength and hardness of the titanium sintered body 1 can be suppressed. Therefore, a titanium sintered body 1 useful as a structural component can be obtained. Further, by adjusting the average aspect ratio within the above range, when the titanium sintered body 1 is applied to the sliding parts, unevenness is less likely to occur on the sliding surface. As a result, the smoothness of the sliding surface can be further improved, and a titanium sintered body 1 having particularly low sliding resistance and excellent wear resistance can be obtained. When the aspect ratio exceeds the upper limit value, the shape anisotropy of the α phase 2 becomes large, so that the smoothness of the sliding surface may decrease and the sliding resistance may increase depending on the particle size of the α phase 2. ..

なお、α相2の平均アスペクト比は、次のようにして測定される。まず、チタン焼結体1の断面を電子顕微鏡で観察し、得られた観察像において100個以上のα相2を無作為に選択する。次に、観察像上において選択したα相2の長軸を特定し、さらにこの長軸と直交する方向で最長の軸を短軸として特定する。次いで、長軸/短軸をアスペクト比として算出する。そして、100個以上のα相2についてのアスペクト比を平均し、これを平均アスペクト比とする。 The average aspect ratio of α-phase 2 is measured as follows. First, the cross section of the titanium sintered body 1 is observed with an electron microscope, and 100 or more α-phases 2 are randomly selected in the obtained observation image. Next, the long axis of the α phase 2 selected on the observation image is specified, and the longest axis in the direction orthogonal to the long axis is specified as the short axis. Next, the major axis / minor axis is calculated as the aspect ratio. Then, the aspect ratios of 100 or more α-phases 2 are averaged, and this is taken as the average aspect ratio.

また、チタン焼結体1では、α相2の粒径が揃っていることが好ましい。α相2の形状が前述したような等方形状あるいはそれに準じた形状であることに加え、粒径が揃っていることも奏功し、チタン焼結体1は、疲労強度が高く、かつ長期にわたって優れた耐摩耗性を有するものとなる。 Further, in the titanium sintered body 1, it is preferable that the particle sizes of the α phase 2 are the same. In addition to the isotropic shape as described above or a shape similar to the shape of the α phase 2, the titanium sintered body 1 has high fatigue strength for a long period of time due to the fact that the particle size is uniform. It has excellent wear resistance.

ここで、α相2の粒径を横軸にとり、その粒径に対応するα相2の数を縦軸にとったプロットエリアに、α相2の粒径の測定結果をプロットすると、α相2の粒度分布が得られる。この粒度分布において、小径側からの個数の累積が全体の16%になるときの粒径をD16とし、小径側からの個数の累積が全体の84%となるときの粒径をD84とする。このとき、粒度分布の標準偏差SDは、下記式で求められる。
SD=(D84−D16)/2
Here, when the measurement result of the particle size of α phase 2 is plotted in the plot area where the particle size of α phase 2 is taken on the horizontal axis and the number of α phase 2 corresponding to the particle size is taken on the vertical axis, the α phase is plotted. A particle size distribution of 2 is obtained. In this particle size distribution, the particle size when the cumulative number from the small diameter side is 16% of the total is D16, and the particle size when the cumulative number from the small diameter side is 84% of the total is D84. At this time, the standard deviation SD of the particle size distribution is calculated by the following formula.
SD = (D84-D16) / 2

このようにして求められた標準偏差SDは、粒度分布の分布幅の目安となる。そして、チタン焼結体1では、α相2の粒度分布の標準偏差SDが5以下であるのが好ましく、3以下であるのがより好ましく、2以下であるのがさらに好ましい。α相2の粒度分布の標準偏差SDが前記範囲内であるチタン焼結体1は、粒度分布が十分に狭く、α相2の粒径が十分に揃っているものとなる。かかるチタン焼結体1は、とりわけ疲労強度が高く、かつ、長期にわたって優れた耐摩耗性を維持し得るものとなる。 The standard deviation SD obtained in this way serves as a guide for the distribution width of the particle size distribution. In the titanium sintered body 1, the standard deviation SD of the particle size distribution of the α phase 2 is preferably 5 or less, more preferably 3 or less, and further preferably 2 or less. The titanium sintered body 1 in which the standard deviation SD of the particle size distribution of the α phase 2 is within the above range has a sufficiently narrow particle size distribution and a sufficiently uniform particle size of the α phase 2. Such a titanium sintered body 1 has particularly high fatigue strength and can maintain excellent wear resistance for a long period of time.

また、チタン焼結体1がX線回折法による結晶構造解析に供され、取得されるX線回折スペクトルは、例えばα相に起因する反射強度のピークとβ相に起因する反射強度のピークとを含む。 Further, the titanium sintered body 1 is subjected to crystal structure analysis by an X-ray diffraction method, and the acquired X-ray diffraction spectrum includes, for example, a peak of reflection intensity due to the α phase and a peak of the reflection intensity due to the β phase. including.

X線回折法により取得されるX線回折スペクトルは、特に、チタンα相の面方位(100)による反射強度のピークと、チタンβ相の面方位(110)による反射強度のピークと、を含むことが好ましい。その上で、X線回折スペクトルにおいて、チタンβ相の面方位(110)による反射強度のピーク値(ピークトップの値)は、チタンα相の面方位(100)による反射強度のピーク値(ピークトップの値)の5%以上60%以下であるのが好ましく、10%以上50%以下であるのがより好ましく、15%以上40%以下であるのがさらに好ましい。これにより、前述したα相2が持つ特性とβ相3が持つ特性とがそれぞれ埋没することなく顕在化する。すなわち、α相2は、転位を生じ難いことから摺動によって変性し難く、かつ、耐食性も高い。一方、β相3は、α相2同士の滑りを助長するため、摺動面に大きな荷重が加わった場合でも、α相2同士の滑りによってその荷重による影響を緩和させることができる。よって、これらの機能がそれぞれ顕在化することによって、双方の効果が互いに打ち消し合うことなく相乗効果が得られる。その結果、摺動面に大きな荷重が加わった場合であっても長期にわたって優れた耐摩耗性を維持し得るチタン焼結体1が得られる。 The X-ray diffraction spectrum obtained by the X-ray diffraction method particularly includes a peak of the reflection intensity due to the plane orientation (100) of the titanium α phase and a peak of the reflection intensity due to the plane orientation (110) of the titanium β phase. Is preferable. Then, in the X-ray diffraction spectrum, the peak value (peak top value) of the reflection intensity due to the plane orientation (110) of the titanium β phase is the peak value (peak) of the reflection intensity due to the plane orientation (100) of the titanium α phase. The top value) is preferably 5% or more and 60% or less, more preferably 10% or more and 50% or less, and further preferably 15% or more and 40% or less. As a result, the above-mentioned characteristics of the α phase 2 and the characteristics of the β phase 3 are manifested without being buried. That is, since α phase 2 is less likely to cause dislocations, it is less likely to be denatured by sliding and has high corrosion resistance. On the other hand, since the β phase 3 promotes the sliding between the α phases 2, even when a large load is applied to the sliding surface, the influence of the load can be mitigated by the sliding between the α phases 2. Therefore, by manifesting each of these functions, a synergistic effect can be obtained without canceling each other's effects. As a result, a titanium sintered body 1 that can maintain excellent wear resistance for a long period of time even when a large load is applied to the sliding surface can be obtained.

なお、チタンα相の面方位(100)による反射強度のピークは、2θが35.3°付近に位置する。一方、チタンβ相の面方位(110)による反射強度のピークは、2θが39.5°付近に位置する。 The peak of the reflection intensity due to the plane orientation (100) of the titanium α phase is located near 35.3 ° in 2θ. On the other hand, the peak of the reflection intensity due to the plane orientation (110) of the titanium β phase is 2θ located in the vicinity of 39.5 °.

また、X線回折装置のX線源には、Cu−Kα線を用い、管電圧を30kVとし、管電流を20mAとする。 Further, Cu—Kα ray is used as the X-ray source of the X-ray diffractometer, the tube voltage is 30 kV, and the tube current is 20 mA.

また、チタン焼結体1は、相対密度が99%以上であるのが好ましく、99.5%以上であるのがより好ましい。チタン焼結体1の相対密度が前記範囲内であることにより、摺動面に空孔が露出し難くなる。このため、空孔を起点にした摩耗が発生し難くなり、摩擦抵抗が小さくなることによって特に良好な耐摩耗性を示すチタン焼結体1が得られる。 Further, the titanium sintered body 1 preferably has a relative density of 99% or more, more preferably 99.5% or more. When the relative density of the titanium sintered body 1 is within the above range, it becomes difficult for holes to be exposed on the sliding surface. For this reason, wear starting from the pores is less likely to occur, and the frictional resistance is reduced, so that the titanium sintered body 1 exhibiting particularly good wear resistance can be obtained.

なお、チタン焼結体1の相対密度は、JIS Z 2501:2000に規定された焼結金属材料の密度試験方法に準じて測定された乾燥密度である。 The relative density of the titanium sintered body 1 is a dry density measured according to the density test method of the sintered metal material specified in JIS Z 2501: 2000.

以上のようなチタン焼結体1は、種々の用途に適用可能であり、その用途は特に限定されないが、特に後述する装飾品や摺動部品として有用である。 The titanium sintered body 1 as described above can be applied to various uses, and the use is not particularly limited, but it is particularly useful as an ornament or a sliding part described later.

<チタン焼結体の製造方法>
次に、チタン焼結体1を製造する方法について説明する。
<Manufacturing method of titanium sintered body>
Next, a method for producing the titanium sintered body 1 will be described.

チタン焼結体1の製造方法は、[1]チタン系粉末と有機バインダーとを混合し、混合物を得る工程と、[2]混合物を粉末成形法により成形し、成形体を得る工程と、[3]成形体を脱脂し、脱脂体を得る工程と、[4]脱脂体を焼成し、焼結体を得る工程と、[5]焼結体に熱間等方加圧処理(HIP処理)を施す工程と、を有する。以下、各工程について順次説明する。 The method for producing the titanium sintered body 1 includes [1] a step of mixing a titanium-based powder and an organic binder to obtain a mixture, and [2] a step of molding the mixture by a powder molding method to obtain a molded body. 3] A step of degreasing the molded body to obtain a degreased body, [4] a step of firing the degreased body to obtain a sintered body, and [5] a hot isotropic pressure treatment (HIP treatment) on the sintered body. It has a step of applying the above. Hereinafter, each step will be described in sequence.

[1]混合工程
まず、チタン焼結体1の原材料となるチタン系粉末を有機バインダーとともに混練し、混練物(混合物)を得る。
[1] Mixing Step First, a titanium-based powder, which is a raw material of the titanium sintered body 1, is kneaded together with an organic binder to obtain a kneaded product (mixture).

チタン系粉末の平均粒径は、特に限定されないが、1μm以上50μm以下であるのが好ましく、5μm以上40μm以下であるのがより好ましい。 The average particle size of the titanium-based powder is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 40 μm or less.

また、チタン系粉末は、チタン単体粉末またはチタン合金粉末である。チタン合金粉末は、単一の合金組成の粒子のみからなる粉末(プレアロイ粉末)であってもよく、互いに組成の異なる複数種の粒子を混合してなる混合粉末(プレミックス粉末)であってもよい。プレミックス粉末の場合、個々の粒子は1種類の元素のみを含む粒子であっても複数の元素を含む粒子であってもよく、プレミックス粉末全体で前述したような組成比を満たしていればよい。 The titanium-based powder is a titanium simple substance powder or a titanium alloy powder. The titanium alloy powder may be a powder composed of only particles having a single alloy composition (pre-alloy powder), or may be a mixed powder (premix powder) formed by mixing a plurality of types of particles having different compositions from each other. good. In the case of the premix powder, the individual particles may be particles containing only one kind of element or particles containing a plurality of elements, as long as the entire premix powder satisfies the composition ratio as described above. good.

混練物中の有機バインダーの含有率は、成形条件や成形する形状等に応じて適宜設定されるが、混練物全体の2質量%以上20質量%以下程度であるのが好ましく、5質量%以上10質量%以下程度であるのがより好ましい。有機バインダーの含有率を前記範囲内に設定することにより、混練物は良好な流動性を有するものとなる。これにより、成形の際の混練物の充填性が向上し、最終的に目的とする形状により近い形状(ニアネットシェイプ)の焼結体が得られる。 The content of the organic binder in the kneaded product is appropriately set according to the molding conditions, the shape to be molded, etc., but is preferably about 2% by mass or more and 20% by mass or less of the entire kneaded product, and is 5% by mass or more. It is more preferably about 10% by mass or less. By setting the content of the organic binder within the above range, the kneaded product has good fluidity. As a result, the filling property of the kneaded product during molding is improved, and a sintered body having a shape (near net shape) closer to the desired shape can be finally obtained.

有機バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンまたはこれらの共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸(例:ステアリン酸)、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等の各種有機バインダーが挙げられ、これらのうち1種または2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the organic binder include polyolefins such as polyethylene, polypropylene and ethylene-vinyl acetate copolymer, acrylic resins such as polymethylmethacrylate and polybutylmethacrylate, styrene resins such as polystyrene, polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride. Polyesters such as polyamide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, various resins such as polyether, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone or copolymers thereof, various waxes, paraffins, higher fatty acids (eg, stearic acid), higher alcohols, higher grades. Examples thereof include various organic binders such as fatty acid esters and higher fatty acid amides, and one or a mixture of two or more of these can be used.

また、混練物中には、必要に応じて、可塑剤が添加されていてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル(例:DOP、DEP、DBP)、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。 Further, a plasticizer may be added to the kneaded product, if necessary. Examples of this plasticizer include phthalates (eg, DOP, DEP, DBP), adipates, trimellitic acids, sebacic acids and the like, and one or more of these are mixed. Can be used.

さらに、混練物中には、チタン系粉末、有機バインダー、可塑剤の他に、例えば、滑剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応じて添加することができる。 Further, in addition to the titanium powder, the organic binder, and the plasticizer, various additives such as a lubricant, an antioxidant, a degreasing accelerator, and a surfactant may be added to the kneaded product as needed. can.

なお、混練条件は、用いるチタン系粉末の合金組成や粒径、有機バインダーの組成、およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温度50℃以上200℃以下程度、混練時間15分以上210分以下程度とすることができる。 The kneading conditions vary depending on various conditions such as the alloy composition and particle size of the titanium powder used, the composition of the organic binder, and the blending amount thereof. For example, the kneading temperature is about 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. The kneading time can be about 15 minutes or more and 210 minutes or less.

また、混練物は、必要に応じ、ペレット(小塊)化される。ペレットの粒径は、例えば、1mm以上15mm以下程度とされる。 In addition, the kneaded product is made into pellets (small lumps) as needed. The particle size of the pellet is, for example, about 1 mm or more and 15 mm or less.

なお、後述する成形方法に応じて、混練物ではなく、造粒粉末(混合物)を製造するようにしてもよい。 In addition, depending on the molding method described later, a granulated powder (mixture) may be produced instead of the kneaded product.

[2]成形工程
次に、得られた混練物(混合物)を成形して、成形体を製造する。
[2] Molding Step Next, the obtained kneaded product (mixture) is molded to produce a molded product.

成形方法としては、特に限定されず、例えば、圧粉成形(圧縮成形)法、金属粉末射出成形(MIM:Metal Injection Molding)法、押出成形法等の各種粉末成形法を用いることができる。このうち、ニアネットシェイプの焼結体を製造し得るという観点から、金属粉末射出成形法が好ましく用いられる。 The molding method is not particularly limited, and for example, various powder molding methods such as a compact molding (compression molding) method, a metal injection molding (MIM) method, and an extrusion molding method can be used. Of these, the metal powder injection molding method is preferably used from the viewpoint of being able to produce a near-net-shaped sintered body.

また、圧粉成形法の場合の成形条件は、用いるチタン系粉末の組成や粒径、有機バインダーの組成、およびこれらの配合量等の諸条件によって異なるが、成形圧力が200MPa以上1000MPa以下(2t/cm以上10t/cm以下)程度であるのが好ましい。 Further, the molding conditions in the case of the compaction molding method vary depending on various conditions such as the composition and particle size of the titanium-based powder used, the composition of the organic binder, and the blending amount thereof, but the molding pressure is 200 MPa or more and 1000 MPa or less (2t). / cm 2 or more 10t / cm 2 or less) about a is preferably.

また、チタン系粉末の場合の成形条件は、やはり諸条件によって異なるものの、材料温度が80℃以上210℃以下程度、射出圧力が50MPa以上500MPa以下(0.5t/cm以上5t/cm以下)程度であるのが好ましい。 In the case of titanium powder, the molding conditions are different depending on various conditions, but the material temperature is 80 ° C. or higher and 210 ° C. or lower, and the injection pressure is 50 MPa or higher and 500 MPa or lower (0.5 t / cm 2 or higher and 5 t / cm 2 or lower). ) Is preferable.

また、押出成形法の場合の成形条件は、やはり諸条件によって異なるものの、材料温度が80℃以上210℃以下程度、押出圧力が50MPa以上500MPa以下(0.5t/cm以上5t/cm以下)程度であるのが好ましい。 Further, the molding conditions in the case of the extrusion molding method are different depending on various conditions, but the material temperature is about 80 ° C. or more and 210 ° C. or less, and the extrusion pressure is 50 MPa or more and 500 MPa or less (0.5 t / cm 2 or more and 5 t / cm 2 or less). ) Is preferable.

このようにして得られた成形体は、チタン系粉末の粒子同士の間隙に、有機バインダーが一様に分布した状態となる。 The molded product thus obtained is in a state in which the organic binder is uniformly distributed in the gaps between the particles of the titanium-based powder.

なお、作製される成形体の形状寸法は、以降の脱脂工程および焼成工程における成形体の収縮分を見込んで決定される。 The shape and dimensions of the molded product to be produced are determined in consideration of the shrinkage of the molded product in the subsequent degreasing step and firing step.

また、必要に応じて、成形体に対して切削、研磨、切断等の機械加工を施すようにしてもよい。成形体は、硬度が比較的低く、かつ比較的可塑性に富んでいるため、成形体の形状が崩れるのを防止しつつ、容易に機械加工を施すことができる。このような機械加工によれば、最終的に寸法精度の高いチタン焼結体1をより容易に得ることができる。 Further, if necessary, the molded body may be machined such as cutting, polishing, and cutting. Since the molded product has a relatively low hardness and is relatively rich in plasticity, it can be easily machined while preventing the shape of the molded product from collapsing. According to such machining, the titanium sintered body 1 having high dimensional accuracy can be finally obtained more easily.

[3]脱脂工程
次に、得られた成形体に脱脂処理(脱バインダー処理)を施し、脱脂体を得る。
[3] Solventing Step Next, the obtained molded product is subjected to a degreasing treatment (degreasing treatment) to obtain a degreased body.

具体的には、成形体を加熱して、有機バインダーを分解することにより、成形体中から有機バインダーの少なくとも一部を除去して、脱脂処理がなされる。 Specifically, by heating the molded product to decompose the organic binder, at least a part of the organic binder is removed from the molded product, and a degreasing treatment is performed.

この脱脂処理は、例えば、成形体を加熱する方法、バインダーを分解するガスに成形体を曝す方法等が挙げられる。 Examples of this degreasing treatment include a method of heating the molded product, a method of exposing the molded product to a gas that decomposes the binder, and the like.

成形体を加熱する方法を用いる場合、成形体の加熱条件は、有機バインダーの組成や配合量によって若干異なるものの、温度100℃以上750℃以下×0.1時間以上20時間以下程度であるのが好ましく、150℃以上600℃以下×0.5時間以上15時間以下程度であるのがより好ましい。これにより、成形体を焼結させることなく、成形体の脱脂を必要かつ十分に行うことができる。その結果、脱脂体の内部に有機バインダー成分が多量に残留してしまうのを確実に防止することができる。 When the method of heating the molded body is used, the heating conditions of the molded body are about 100 ° C. or higher and 750 ° C. or lower × 0.1 hour or more and 20 hours or less, although the heating conditions of the molded body differ slightly depending on the composition and the blending amount of the organic binder. It is more preferable that the temperature is 150 ° C. or higher and 600 ° C. or lower × 0.5 hours or longer and 15 hours or lower. As a result, the molded product can be degreased in a necessary and sufficient manner without sintering the molded product. As a result, it is possible to reliably prevent a large amount of the organic binder component from remaining inside the degreased body.

また、成形体を加熱する際の雰囲気は、特に限定されず、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、大気のような酸化性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。 The atmosphere for heating the molded body is not particularly limited, and is a reducing gas atmosphere such as hydrogen, an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, an oxidizing gas atmosphere such as air, or these atmospheres. A reduced pressure atmosphere in which the pressure is reduced is mentioned.

一方、バインダーを分解するガスとしては、例えば、オゾンガス等が挙げられる。
なお、このような脱脂工程は、脱脂条件の異なる複数の過程(ステップ)に分けて行うことにより、成形体中の有機バインダーをより速やかに、そして、成形体に残存させないように分解・除去することができる。
On the other hand, examples of the gas that decomposes the binder include ozone gas and the like.
By dividing the degreasing step into a plurality of processes (steps) having different degreasing conditions, the organic binder in the molded product is decomposed and removed more quickly and so as not to remain in the molded product. be able to.

また、必要に応じて、脱脂体に対して切削、研磨、切断等の機械加工を施すようにしてもよい。脱脂体は、硬度が比較的低く、かつ比較的可塑性に富んでいるため、脱脂体の形状が崩れるのを防止しつつ、容易に機械加工を施すことができる。このような機械加工によれば、最終的に寸法精度の高いチタン焼結体1をより容易に得ることができる。 Further, if necessary, the degreased body may be machined such as cutting, polishing, and cutting. Since the degreased body has a relatively low hardness and is relatively rich in plasticity, it can be easily machined while preventing the shape of the degreased body from being deformed. According to such machining, the titanium sintered body 1 having high dimensional accuracy can be finally obtained more easily.

[4]焼成工程
次に、得られた脱脂体を、焼成炉で焼成して焼結体を得る。すなわち、チタン系粉末の粒子同士の界面で拡散が生じ、焼結に至る。その結果、チタン焼結体1が得られる。
[4] Baking Step Next, the obtained degreased body is fired in a baking furnace to obtain a sintered body. That is, diffusion occurs at the interface between the particles of the titanium-based powder, leading to sintering. As a result, the titanium sintered body 1 is obtained.

焼成温度は、チタン系粉末の組成や粒径等によって異なるが、一例として900℃以上1400℃以下程度とされる。また、好ましくは1050℃以上1300℃以下程度とされる。 The firing temperature varies depending on the composition, particle size, etc. of the titanium-based powder, but is, for example, about 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower. Further, it is preferably about 1050 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.

また、焼成時間は、0.2時間以上7時間以下とされるが、好ましくは1時間以上6時間以下程度とされる。 The firing time is 0.2 hours or more and 7 hours or less, but preferably 1 hour or more and 6 hours or less.

なお、焼成工程においては、途中で焼結温度や後述する焼成雰囲気を変化させるようにしてもよい。 In the firing step, the sintering temperature and the firing atmosphere described later may be changed during the firing step.

また、焼成の際の雰囲気は、特に限定されないが、金属粉末の著しい酸化を防止することを考慮した場合、水素のような還元性ガス雰囲気、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が好ましく用いられる。 The atmosphere during firing is not particularly limited, but in consideration of preventing significant oxidation of the metal powder, a reducing gas atmosphere such as hydrogen, an inert gas atmosphere such as argon, or these atmospheres. A reduced pressure atmosphere or the like in which the pressure is reduced is preferably used.

なお、チタン系粉末からチタン焼結体1を製造する場合、焼成条件等によっては、α相2とβ相3の双方が形成されることがある。特に、チタン系粉末中に前述したβ相安定化元素が含まれている場合には、β相3がより確実に形成される。 When the titanium sintered body 1 is produced from the titanium-based powder, both the α phase 2 and the β phase 3 may be formed depending on the firing conditions and the like. In particular, when the above-mentioned β-phase stabilizing element is contained in the titanium-based powder, β-phase 3 is formed more reliably.

一方、各種製造条件を最適化することにより、チタン焼結体1の酸素含有率を調整することができる。例えばチタン焼結体1はチタン系粉末を用いて製造されるが、このチタン系粉末の酸素含有率を適宜変更することにより、チタン焼結体1の酸素含有率を調整することができる。具体的には、溶湯(原料の溶融物)からチタン系粉末を製造する際に、未冷却状態(高温状態)の粉末を水や酸素含有雰囲気に触れさせたり、あるいは触れる時間を長く確保したりすることによって、チタン系粉末の酸素含有率を高めることができる。チタン系粉末に含まれた酸素は、例えば酸化チタンのような状態で存在し、そのままチタン焼結体1に移行し易いため、チタン焼結体1の酸素含有率を高めることができる。 On the other hand, the oxygen content of the titanium sintered body 1 can be adjusted by optimizing various manufacturing conditions. For example, the titanium sintered body 1 is manufactured using a titanium-based powder, and the oxygen content of the titanium sintered body 1 can be adjusted by appropriately changing the oxygen content of the titanium-based powder. Specifically, when producing titanium-based powder from molten metal (melt of raw material), the powder in the uncooled state (high temperature state) is exposed to water or an oxygen-containing atmosphere, or the contact time is secured for a long time. By doing so, the oxygen content of the titanium-based powder can be increased. Since the oxygen contained in the titanium-based powder exists in a state such as titanium oxide and easily migrates to the titanium sintered body 1 as it is, the oxygen content of the titanium sintered body 1 can be increased.

なお、使用するチタン系粉末の酸素含有率は、特に限定されないものの、質量比で300ppm以上5000ppm以下であるのが好ましく、500ppm以上3000ppm以下であるのがより好ましい。このような酸素含有率の合金粉末を用いることにより、チタン系粉末の焼結性を阻害することなく酸素含有率の比較的高いチタン焼結体1を得ることができる。 Although the oxygen content of the titanium-based powder used is not particularly limited, it is preferably 300 ppm or more and 5000 ppm or less, and more preferably 500 ppm or more and 3000 ppm or less in terms of mass ratio. By using such an alloy powder having an oxygen content, it is possible to obtain a titanium sintered body 1 having a relatively high oxygen content without impairing the sinterability of the titanium-based powder.

また、この他に、有機バインダーの分解物から酸素が供給されたり、加熱炉の炉体や雰囲気から酸素が供給されたりすることも、酸素含有率を高める一因である。 In addition to this, oxygen is supplied from the decomposition product of the organic binder, and oxygen is supplied from the furnace body and atmosphere of the heating furnace, which is also one of the factors for increasing the oxygen content.

また、各種製造条件を最適化することにより、チタン焼結体1においてα相2が占める割合、すなわち、チタン焼結体1の断面においてα相2が占める面積率も調整することができる。例えば、焼成温度が高くなるとβ相3の割合が多くなるため、β相3の割合が目的の範囲内に収まるように焼成温度を調整するとともに、焼成時間が長すぎることによる結晶組織の肥大化を考慮して焼成時間を設定すればよい。 Further, by optimizing various manufacturing conditions, the ratio occupied by the α phase 2 in the titanium sintered body 1, that is, the area ratio occupied by the α phase 2 in the cross section of the titanium sintered body 1 can also be adjusted. For example, as the firing temperature increases, the proportion of β-phase 3 increases, so the firing temperature is adjusted so that the proportion of β-phase 3 falls within the target range, and the crystal structure becomes enlarged due to the firing time being too long. The firing time may be set in consideration of.

したがって、例えばβ相3をほとんど含まないチタン系粉末を用いてチタン焼結体1を製造する場合、チタン系粉末の組成によっては、焼成温度を高くすればするほどβ相3の割合が高くなる傾向があるので、α相2の面積率が前記範囲内に収まるように焼成温度を調整するともに、焼成温度の調整によって焼結不足や過焼結にならないように焼成時間を設定すればよい。 Therefore, for example, when the titanium sintered body 1 is manufactured using a titanium-based powder containing almost no β-phase 3, the proportion of β-phase 3 increases as the firing temperature increases, depending on the composition of the titanium-based powder. Since there is a tendency, the firing temperature may be adjusted so that the area ratio of the α phase 2 falls within the above range, and the firing time may be set so as not to cause insufficient sintering or oversintering by adjusting the firing temperature.

また、このような製造条件の最適化に伴い、α相2の粒径についても調整することができる。焼成温度を高くしたり焼成時間を長くしたりするほどα相2の粒径が大きくなる傾向があるので、α相2の粒径が前記範囲内に収まるように焼成温度や焼成時間を設定すればよい。 Further, with the optimization of such production conditions, the particle size of α-phase 2 can also be adjusted. Since the particle size of α-phase 2 tends to increase as the firing temperature is raised or the firing time is lengthened, the firing temperature and firing time should be set so that the particle size of α-phase 2 falls within the above range. Just do it.

さらに、チタン焼結体1の表面の硬度は、α相2の粒径に依存する傾向が高い。α相2の粒径を小さくすれば硬度が高くなり、α相2の粒径を大きくすれば硬度が小さくなる傾向がある。したがって、α相2の粒径を調整すべく、焼成温度や焼成時間を設定することにより、チタン焼結体1の表面のビッカース硬度を前記範囲内に収めることができる。 Further, the hardness of the surface of the titanium sintered body 1 tends to depend on the particle size of the α phase 2. If the particle size of the α phase 2 is reduced, the hardness tends to increase, and if the particle size of the α phase 2 is increased, the hardness tends to decrease. Therefore, the Vickers hardness of the surface of the titanium sintered body 1 can be kept within the above range by setting the firing temperature and the firing time in order to adjust the particle size of the α phase 2.

なお、α相2の平均粒径が前記範囲内にある場合、α相2の面積率が高くなるにつれて、α相2の形状は等方形状に近づく傾向を示す。これは、β相3の割合が低下することにより、α相2同士が隣接する確率が高くなり、α相2同士が互いに干渉し合うことによって異方的な粒成長が阻害されるためと考えられる。したがって、α相2の粒径とともにアスペクト比についても調整が可能である。 When the average particle size of the α phase 2 is within the above range, the shape of the α phase 2 tends to approach an isotropic shape as the area ratio of the α phase 2 increases. It is considered that this is because the probability that the α phases 2 are adjacent to each other increases as the ratio of the β phase 3 decreases, and the anisotropic grain growth is hindered by the α phases 2 interfering with each other. Be done. Therefore, it is possible to adjust the aspect ratio as well as the particle size of the α phase 2.

[5]HIP工程
また、このようにして得られた焼結体に対し、さらにHIP処理(熱間等方加圧処理)等を施すようにしてもよい。これにより、焼結体のさらなる高密度化を図り、より機械的特性に優れた装飾品を得ることができる。
[5] HIP Step Further, the sintered body thus obtained may be further subjected to a HIP treatment (hot isotropic pressure treatment) or the like. As a result, the density of the sintered body can be further increased, and an ornament having more excellent mechanical properties can be obtained.

HIP処理の条件としては、例えば、温度が850℃以上1200℃以下、時間が1時間以上10時間以下程度とされる。 The conditions for the HIP treatment are, for example, a temperature of 850 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, and a time of 1 hour or more and 10 hours or less.

また、加圧力は、50MPa以上であるのが好ましく、100MPa以上500MPa以下であるのがより好ましい。 The pressing force is preferably 50 MPa or more, and more preferably 100 MPa or more and 500 MPa or less.

さらに、必要に応じて、得られた焼結体に対し、さらに焼鈍処理、溶体化処理、時効処理、熱間加工処理、冷間加工処理等が施されてもよい。 Further, if necessary, the obtained sintered body may be further subjected to annealing treatment, solution treatment, aging treatment, hot working treatment, cold working treatment and the like.

なお、必要に応じて、得られたチタン焼結体1に例えば研磨処理のような機械加工を施すようにしてもよい。研磨処理としては、特に限定されないが、例えば、電解研磨、バフ研磨、乾式研磨、化学研磨、バレル研磨、サンドブラスト等が挙げられる。これらの研磨処理を施すことにより、チタン焼結体1の表面にさらなる金属光沢を与え、鏡面性を高めることができる。そして、鏡面性の高い表面は、摺動抵抗が小さいので、より耐摩耗性に優れる。 If necessary, the obtained titanium sintered body 1 may be machined, for example, by polishing. The polishing treatment is not particularly limited, and examples thereof include electrolytic polishing, buffing, dry polishing, chemical polishing, barrel polishing, and sandblasting. By performing these polishing treatments, the surface of the titanium sintered body 1 can be given a further metallic luster and the mirror surface property can be improved. A surface having a high mirror surface has a small sliding resistance, so that the surface has more excellent wear resistance.

<装飾品>
次に、本発明の装飾品の実施形態について説明する。
<Ornaments>
Next, an embodiment of the ornament of the present invention will be described.

本実施形態に係る装飾品としては、例えば、時計ケース(胴、裏蓋、胴と裏蓋とが一体化されたワンピースケース等)、時計バンド(バンド中留、バンド・バングル着脱機構等を含む。)、ベゼル(例えば、回転ベゼル等)、りゅうず(例えば、ネジロック式りゅうず等)、ボタン、ガラス縁、ダイヤルリング、見切板、パッキンのような時計用外装部品、メガネ(例えば、メガネフレーム)、ネクタイピン、カフスボタン、指輪、ネックレス、ブレスレット、アンクレット、ブローチ、ペンダント、イヤリング、ピアスのような装身具、スプーン、フォーク、箸、ナイフ、バターナイフ、栓抜きのような食器、ライターまたはそのケース、ゴルフクラブのようなスポーツ用品、銘板、パネル、賞杯、その他ハウジング(例えば携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ウェラブル端末、モバイル型コンピューター、音楽プレーヤー、カメラ、シェーバー等のハウジング)のような機器用外装部品等が挙げられる。これらの装飾品は、いずれも優れた美的外観が尊ばれることがある。これらの装飾品が少なくとも一部にチタン焼結体1を含むことにより、装飾品の表面に優れた耐摩耗性を与えることができる。これにより、キズや摩耗が抑えられ、長期にわたって優れた美的外観を維持し得る装飾品が得られる。また、それとともに、装飾品の表面には鏡面性を与えることができる。かかる観点からも、本実施形態に係る装飾品は、美的外観に優れる。 The ornaments according to the present embodiment include, for example, a watch case (body, back cover, one-piece case in which the body and back cover are integrated, etc.), a watch band (band clasp, band / bangle attachment / detachment mechanism, etc.). ), Bezel (eg, rotating bezel, etc.), crown (eg, screw-locking crown, etc.), buttons, glass edges, dial rings, parting plates, watch exterior parts such as packing, glasses (eg, glasses frame) ), Tie pins, cufflinks, rings, necklaces, bracelets, ankles, broaches, pendants, earrings, jewelry such as piercings, spoons, forks, chopsticks, knives, butter knives, tableware such as stoppers, lighters or their cases For equipment such as sports equipment such as golf clubs, nameplates, panels, prize cups, and other housings (eg housings for mobile phones, smartphones, tablet terminals, wearable terminals, mobile computers, music players, cameras, shavers, etc.) Examples include exterior parts. All of these ornaments may be valued for their excellent aesthetic appearance. When these ornaments contain at least a part of the titanium sintered body 1, the surface of the ornament can be provided with excellent wear resistance. As a result, scratches and abrasion are suppressed, and an ornament that can maintain an excellent aesthetic appearance for a long period of time can be obtained. At the same time, the surface of the ornament can be given a mirror surface property. From this point of view, the ornament according to the present embodiment is excellent in aesthetic appearance.

図3は、本発明の装飾品の実施形態が適用された時計ケースを示す斜視図であり、図4は、本発明の装飾品の実施形態が適用されたベゼルを示す部分断面斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view showing a watch case to which the embodiment of the ornament of the present invention is applied, and FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view showing a bezel to which the embodiment of the ornament of the present invention is applied. ..

図3に示す時計ケース11は、ケース本体112と、ケース本体112から突出するように設けられ、時計バンドを取り付けるためのバンド取付部114と、を備えている。このような時計ケース11は、図示しないガラス板や裏蓋とともに、容器を構築することができる。この容器内には、図示しないムーブメントや文字盤等が収納される。したがって、この容器は、ムーブメント等を外部環境から保護するとともに、時計の美的外観に大きな影響を及ぼす。 The watch case 11 shown in FIG. 3 includes a case main body 112 and a band attachment portion 114 which is provided so as to project from the case main body 112 and for attaching a watch band. In such a watch case 11, a container can be constructed together with a glass plate and a back cover (not shown). A movement, a dial, etc. (not shown) are stored in this container. Therefore, this container protects the movement and the like from the external environment and has a great influence on the aesthetic appearance of the watch.

図4に示すベゼル12は、環状をなしており、時計ケースに装着され、必要に応じて時計ケースに対して回転可能になっている。時計ケースにベゼル12が装着されると、ベゼル12が時計ケースの外側に位置するため、ベゼル12が時計の美的外観を左右することになる。 The bezel 12 shown in FIG. 4 has an annular shape, is attached to the watch case, and can rotate with respect to the watch case as needed. When the bezel 12 is attached to the watch case, the bezel 12 is located on the outside of the watch case, so that the bezel 12 influences the aesthetic appearance of the watch.

また、このような時計ケース11やベゼル12は、人体に装着された状態で使用されるため、常にキズが付き易い。このため、このような装飾品の構成材料としてチタン焼結体1が用いられることにより、表面の鏡面性が高く美的外観に優れた装飾品が得られる。さらに、長期にわたってこの鏡面性を維持することができる。 Further, since such a watch case 11 and a bezel 12 are used in a state of being attached to a human body, they are always easily scratched. Therefore, by using the titanium sintered body 1 as a constituent material of such an ornament, an ornament having a high mirror surface and an excellent aesthetic appearance can be obtained. Furthermore, this mirror property can be maintained for a long period of time.

加えて、時計ケース11やベゼル12は、表面に付いたキズを消すために研磨処理に供されることがある(オーバーホール)。本実施形態に係るチタン焼結体1を含む時計ケース11やベゼル12は、このような研磨処理に供されたとしても、著しく摩耗したり凹凸を生じさせたりすることが少ないので、研磨処理を施し易いものである。すなわち、このような時計ケース11やベゼル12は、研磨処理に供されたとしても、表面の鏡面性が高く美的外観に優れている状態を維持することができる(研磨によって鏡面性が低下するおそれが少ない)。 In addition, the watch case 11 and the bezel 12 may be subjected to a polishing process in order to remove scratches on the surface (overhaul). Even if the watch case 11 and the bezel 12 including the titanium sintered body 1 according to the present embodiment are subjected to such a polishing treatment, they are unlikely to be significantly worn or uneven, so that the polishing treatment is performed. It is easy to apply. That is, even if such a watch case 11 or a bezel 12 is subjected to a polishing treatment, it is possible to maintain a state in which the surface has a high mirror surface and is excellent in aesthetic appearance (the mirror surface may be deteriorated by polishing). Less is).

<摺動部品>
次に、本発明のチタン焼結体1の適用例として摺動部品について説明する。
<Sliding parts>
Next, sliding parts will be described as an application example of the titanium sintered body 1 of the present invention.

摺動部品としては、例えば、電動機用部品、発電機用部品、ポンプ用部品、圧縮機用部品のような産業機械用部品、自動車用部品(例えば、ピストン、タペット、コンロッドのようなエンジン構成部品等)、自転車用部品、鉄道車両用部品、船舶用部品、航空機用部品、宇宙輸送機(例えばロケット等)用部品のような輸送機器用部品、パソコン用部品、携帯電話端末用部品、民生ロボット用部品のような電子機器用部品、冷蔵庫用部品、洗濯機用部品、冷暖房機用部品のような電気機器用部品、工作機械用部品、半導体製造装置用部品、産業ロボット用部品のような装置用部品、原子力発電所、火力発電所、水力発電所、製油所、化学コンビナートのようなプラントに用いられるプラント用部品等が挙げられる。 Sliding parts include, for example, parts for industrial machines such as parts for electric motors, parts for generators, parts for pumps, parts for compressors, and parts for automobiles (for example, engine components such as pistons, tappets, and conrods). Etc.), bicycle parts, railroad vehicle parts, marine parts, aircraft parts, transportation equipment parts such as space transporter parts (for example, rockets, etc.), personal computer parts, mobile phone terminal parts, consumer robots Parts for electronic devices such as parts for electronic devices, parts for refrigerators, parts for washing machines, parts for electrical devices such as parts for air conditioners, parts for machine tools, parts for semiconductor manufacturing equipment, parts for industrial robots Examples include parts for plants, nuclear power plants, thermal power plants, hydroelectric power plants, refineries, plant parts used in plants such as chemical complexes.

これらは、いずれも、摺動面に荷重がかかった状態で相手部材と摺動する。したがって、かかる摺動部品の少なくとも一部にチタン焼結体1が用いられることにより、長期にわたって耐摩耗性に優れた摺動部品が実現される。 All of these slide with the mating member in a state where a load is applied to the sliding surface. Therefore, by using the titanium sintered body 1 for at least a part of such sliding parts, a sliding parts having excellent wear resistance for a long period of time can be realized.

<耐熱部品>
≪第1実施形態≫
本発明の耐熱部品は、例えば過給機用部品に適用可能である。後述する過給機用部品は、本発明の耐熱部品の第1実施形態であって、前述したチタン焼結体を含む。すなわち、後述する過給機用部品は、その少なくとも一部が前述したチタン焼結体で構成されている。このような過給機用部品は、追加処理を施すことなく(またはより少ない追加処理によって)、高密度で耐摩耗性および耐熱性に優れた耐熱部品となる。
<Heat-resistant parts>
<< First Embodiment >>
The heat-resistant parts of the present invention can be applied to, for example, parts for a supercharger. The turbocharger component described later is the first embodiment of the heat-resistant component of the present invention, and includes the titanium sintered body described above. That is, at least a part of the turbocharger parts described later is made of the titanium sintered body described above. Such turbocharger parts become heat-resistant parts with high density and excellent wear resistance and heat resistance without any additional treatment (or by less additional treatment).

かかる過給機用部品としては、例えば、ターボチャージャー用ノズルベーン、ターボチャージャー用タービンホイール、ターボチャージャー用インペラーホイール、ウェストゲートバルブ、タービンシャフト、ハウジング、ドライブリング、ドライブレバー、ノズルリング、ノズルプレート、ユニゾンリング、アーム、リンク、ロッド等が挙げられる。これらの過給機用部品はいずれも、長期にわたって高温に曝される可能性があるとともに、場合によっては他の部品との間で摺動するため、耐摩耗性が要求される。前述したように、本発明のチタン焼結体は高密度であるため、優れた耐熱性および機械的特性を有する。このため、長期にわたる耐久性に優れた過給機用部品が得られる。 Examples of such turbocharger parts include a nozzle vane for a turbocharger, a turbine wheel for a turbocharger, an impeller wheel for a turbocharger, a wastegate valve, a turbine shaft, a housing, a drive ring, a drive lever, a nozzle ring, a nozzle plate, and a unison. Rings, arms, links, rods and the like can be mentioned. All of these turbocharger parts may be exposed to high temperatures for a long period of time, and in some cases, they slide with other parts, so that wear resistance is required. As described above, the titanium sintered body of the present invention has excellent heat resistance and mechanical properties due to its high density. Therefore, a turbocharger component having excellent long-term durability can be obtained.

以下、過給機用部品の例として、ターボチャージャー用ノズルベーン(以下、省略して「ノズルベーン」ともいう。)について説明する。ノズルベーンは、可変容量型ターボチャージャーに用いられ、ノズル開度を調整することによって過給圧を制御するための弁体である。 Hereinafter, as an example of the turbocharger parts, a turbocharger nozzle vane (hereinafter, also abbreviated as “nozzle vane”) will be described. The nozzle vane is used in a variable displacement turbocharger and is a valve body for controlling the boost pressure by adjusting the nozzle opening degree.

図6は、本発明の耐熱部品の第1実施形態を適用したターボチャージャー用ノズルベーンを示す側面図(翼部を平面視したときの図)であり、図7は、図6に示すノズルベーンの平面図であり、図8は、図6に示すノズルベーンの背面図である。 FIG. 6 is a side view (viewing a wing portion in a plan view) showing a turbocharger nozzle vane to which the first embodiment of the heat-resistant component of the present invention is applied, and FIG. 7 is a plan view of the nozzle vane shown in FIG. FIG. 8 is a rear view of the nozzle vane shown in FIG.

図6に示すノズルベーン4は、軸部41および翼部42を有している。
軸部41は、その主要部の横断面形状が軸線43を中心軸とする円形をなしている。この軸部41は、その翼部42側(図6にて左側)の部分が図示しないノズルマウントに回動可能に支持され、翼部42とは反対側(図6にて右側)の部分が図示しないノズルプレートに固定される。これにより、軸線43まわりに翼部42を回動させてその角度を変化させることができ、ノズル開度を調整することができる。
The nozzle vane 4 shown in FIG. 6 has a shaft portion 41 and a wing portion 42.
The cross-sectional shape of the main portion of the shaft portion 41 is circular with the axis 43 as the central axis. The shaft portion 41 has a portion on the wing portion 42 side (left side in FIG. 6) rotatably supported by a nozzle mount (not shown), and a portion on the side opposite to the wing portion 42 (right side in FIG. 6). It is fixed to a nozzle plate (not shown). As a result, the blade portion 42 can be rotated around the axis 43 to change the angle thereof, and the nozzle opening degree can be adjusted.

また、軸部41の一端面(図6にて右側の端面)には、センター穴44が形成されている。このセンター穴44は、その横断面形状が円形をなし、その中心が軸線43に一致するように形成されている。 Further, a center hole 44 is formed on one end surface of the shaft portion 41 (the end surface on the right side in FIG. 6). The center hole 44 has a circular cross-sectional shape, and its center is formed so as to coincide with the axis 43.

また、軸部41の一端側(図6にて右側)の外周面には、軸線43を介して互いに対向する一対の平坦部45(2面カット部)が設けられている(図8参照)。 Further, a pair of flat portions 45 (two-sided cut portions) facing each other via the axis 43 are provided on the outer peripheral surface of one end side (right side in FIG. 6) of the shaft portion 41 (see FIG. 8). ..

このような各平坦部45は、図示しないレバープレートに形成された当て付け面に当て付けられた状態で用いられる。軸部41の軸線43まわりの回動角が規制され、ノズルベーン4の軸線43まわりの回動角を高精度に調整することができる。また、各平坦部45は、翼部42の突出方向(翼面)に対して角度θにて傾斜するように形成されている(図8参照)。 Each of such flat portions 45 is used in a state of being abutted against a abutting surface formed on a lever plate (not shown). The rotation angle of the shaft portion 41 around the axis 43 is regulated, and the rotation angle of the nozzle vane 4 around the axis 43 can be adjusted with high accuracy. Further, each flat portion 45 is formed so as to be inclined at an angle θ with respect to the projecting direction (blade surface) of the blade portion 42 (see FIG. 8).

一方、軸部41の他端側(図6にて左側の端部)には、翼部42が設けられている。すなわち、翼部42は、軸部41の一方の端部から突出するように設けられている。 On the other hand, a wing portion 42 is provided on the other end side of the shaft portion 41 (the end portion on the left side in FIG. 6). That is, the wing portion 42 is provided so as to project from one end of the shaft portion 41.

また、軸部41の他端側には、軸部41の外側に突出するフランジ部46が形成されている。 Further, on the other end side of the shaft portion 41, a flange portion 46 projecting to the outside of the shaft portion 41 is formed.

このような翼部42は、その平面視にて、図6に示すように、軸部41の軸線43に垂直な方向に延在する帯状をなしている。また、軸部41からの翼部42の突出長さは、一端側(図6にて下側)が他端側(図6にて上側)よりも長くなっている。 As shown in FIG. 6, such a wing portion 42 has a strip shape extending in a direction perpendicular to the axis 43 of the shaft portion 41 in a plan view thereof. Further, the protruding length of the wing portion 42 from the shaft portion 41 is longer on one end side (lower side in FIG. 6) than on the other end side (upper side in FIG. 6).

また、翼部42の平面視での幅方向(図6にて左右方向)での両端部における縁部には、面取り47、48が施されている。 Further, chamfers 47 and 48 are provided on the edges of the wing portion 42 at both ends in the width direction (horizontal direction in FIG. 6) in a plan view.

また、図7、図8に示すように、翼部42は、その厚さ方向に若干湾曲している。また、翼部42は、その厚さが延在方向(突出方向)で各端へ向け漸減している。 Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the wing portion 42 is slightly curved in the thickness direction thereof. Further, the thickness of the wing portion 42 gradually decreases toward each end in the extending direction (protruding direction).

以上のようなノズルベーン4は、本発明のチタン焼結体を含んでいる。これにより、ノズルベーン4は優れた耐熱性および機械的特性を有し、耐摩耗性に優れたものとなる。また、ノズルベーン4は複雑な形状であっても寸法精度の高いものとなる。その結果、優れた性能を長期にわたって発揮し得る過給機を実現することができる。
なお、上述したノズルベーン4の形状等は一例であり、限定されるものではない。
The nozzle vane 4 as described above contains the titanium sintered body of the present invention. As a result, the nozzle vane 4 has excellent heat resistance and mechanical properties, and has excellent wear resistance. Further, the nozzle vane 4 has high dimensional accuracy even if it has a complicated shape. As a result, it is possible to realize a turbocharger capable of exhibiting excellent performance for a long period of time.
The shape and the like of the nozzle vane 4 described above are examples, and are not limited.

≪第2実施形態≫
図9は、本発明の耐熱部品の第2実施形態を適用したターボチャージャー用インペラーホイールを示す正面図である。ターボチャージャー用インペラーホイール(以下、省略して「インペラーホイール」という。)は、ターボチャージャーにおいて排気ガス等の圧力を受けて回転力を発生させる部品である。
<< Second Embodiment >>
FIG. 9 is a front view showing an impeller wheel for a turbocharger to which the second embodiment of the heat-resistant component of the present invention is applied. An impeller wheel for a turbocharger (hereinafter, abbreviated as "impeller wheel") is a component that generates a rotational force by receiving pressure such as exhaust gas in a turbocharger.

図9に示すインペラーホイール5は、ハブ部54と、ハブ部54の外周面に設けられた複数の翼部55と、を有している。
また、ハブ部54は、シャフトを貫通させる貫通孔541を備えている。
The impeller wheel 5 shown in FIG. 9 has a hub portion 54 and a plurality of wing portions 55 provided on the outer peripheral surface of the hub portion 54.
Further, the hub portion 54 is provided with a through hole 541 through which the shaft is penetrated.

複数の翼部55は、インペラーホイール5の回転軸530の方向における長さが互いに異なる長翼部551と短翼部552とを含んでいる。長翼部551および短翼部552は、ハブ部54の外周の周方向において交互に等間隔で配設されている。 The plurality of wing portions 55 include a long wing portion 551 and a short wing portion 552 having different lengths in the direction of the rotation axis 530 of the impeller wheel 5. The long wing portions 551 and the short wing portions 552 are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction of the outer periphery of the hub portion 54.

また、長翼部551は、図9に示すインペラーホイール5の下端から上端にかけて配設されている。そして、長翼部551は、ハブ部54の外周の周方向に湾曲させた形状をなしている。 Further, the long wing portion 551 is arranged from the lower end to the upper end of the impeller wheel 5 shown in FIG. The long wing portion 551 has a shape curved in the circumferential direction of the outer circumference of the hub portion 54.

一方、短翼部552は、図9に示すインペラーホイール5の下端から上端に向けて配設されているものの、長翼部551よりも短くなるように配設されている。そして、短翼部552も、ハブ部54の外周の周方向に湾曲させた形状をなしている。 On the other hand, although the short wing portion 552 is arranged from the lower end to the upper end of the impeller wheel 5 shown in FIG. 9, it is arranged so as to be shorter than the long wing portion 551. The short wing portion 552 also has a shape curved in the circumferential direction of the outer circumference of the hub portion 54.

このようなインペラーホイール5は、本発明のチタン焼結体を含んでいる。これにより、インペラーホイール5は優れた耐熱性および機械的特性を有し、耐摩耗性に優れたものとなる。また、インペラーホイール5は3次元の複雑な形状であっても寸法精度の高いものとなる。その結果、優れた性能を長期にわたって発揮し得る過給機を実現することができる。 Such an impeller wheel 5 contains the titanium sintered body of the present invention. As a result, the impeller wheel 5 has excellent heat resistance and mechanical properties, and has excellent wear resistance. Further, the impeller wheel 5 has high dimensional accuracy even if it has a complicated three-dimensional shape. As a result, it is possible to realize a turbocharger capable of exhibiting excellent performance for a long period of time.

なお、上述したインペラーホイール5の形状等は一例であり、限定されるものではない。 The shape and the like of the impeller wheel 5 described above are examples, and are not limited.

≪第3実施形態≫
本発明の耐熱部品は、例えばジェットエンジン用部品や発電タービン用部品である圧縮機翼に適用可能である。かかる圧縮機翼は、本発明の耐熱部品の第3実施形態であって、その少なくとも一部が本発明のチタン焼結体で構成されている。
<< Third Embodiment >>
The heat-resistant component of the present invention can be applied to, for example, a compressor blade which is a component for a jet engine or a component for a power generation turbine. Such a compressor blade is a third embodiment of the heat-resistant component of the present invention, and at least a part thereof is made of the titanium sintered body of the present invention.

図10は、本発明の耐熱部品の第3実施形態を適用した圧縮機翼を示す斜視図である。図10に示す圧縮機翼6は、互いに同心状に設けられた内側リム61および外側リム62と、これらの間に設けられるとともに内側リム61の円周方向に並べられた翼部63と、を備えている。内側リム61および外側リム62は、それぞれ円環の一部を切り出した形状をなしている。すなわち、図10に示す圧縮機翼6は、円環状をなす圧縮機翼全体が複数個のセグメントに分割されてなるもののうち、1つのセグメントに対応するものである。また、翼部63は、湾曲した曲面を含む平板状をなしている。そして、翼部63の翼端(端面)が、内側リム61の外周面と外側リム62の内周面とに結合されている。 FIG. 10 is a perspective view showing a compressor blade to which the third embodiment of the heat-resistant component of the present invention is applied. The compressor blade 6 shown in FIG. 10 includes an inner rim 61 and an outer rim 62 provided concentrically with each other, and a blade portion 63 provided between them and arranged in the circumferential direction of the inner rim 61. I have. The inner rim 61 and the outer rim 62 each have a shape obtained by cutting out a part of an annulus. That is, the compressor blade 6 shown in FIG. 10 corresponds to one segment among those in which the entire annular compressor blade is divided into a plurality of segments. Further, the wing portion 63 has a flat plate shape including a curved curved surface. The blade tip (end surface) of the blade portion 63 is coupled to the outer peripheral surface of the inner rim 61 and the inner peripheral surface of the outer rim 62.

このような圧縮機翼6は、ジェットエンジンや発電用ガスタービンを構成する部品の1つであり、翼部63が気体を受けることによって内側リム61のさらに内側に設けられている図示しないタービン軸を回転させる。これにより、ジェットエンジンや発電用ガスタービン内において圧縮機が気体を圧縮することができる。 Such a compressor blade 6 is one of the components constituting a jet engine or a gas turbine for power generation, and a turbine shaft (not shown) provided inside the inner rim 61 when the blade portion 63 receives gas receives gas. To rotate. As a result, the compressor can compress the gas in the jet engine or the gas turbine for power generation.

内側リム61、外側リム62および翼部63は、互いに別の部材であってもよいが、図10に示す圧縮機翼6は、内側リム61と外側リム62と翼部63とが一体になっている。このため、各部の相対的な位置精度が高く、圧縮機翼としての性能に優れている。そして、圧縮機翼6の全体を本発明のチタン焼結体で構成することにより、寸法精度に優れた圧縮機翼6が得られる。 The inner rim 61, the outer rim 62, and the wing portion 63 may be separate members from each other, but in the compressor blade 6 shown in FIG. 10, the inner rim 61, the outer rim 62, and the wing portion 63 are integrated. ing. Therefore, the relative position accuracy of each part is high, and the performance as a compressor blade is excellent. Then, by forming the entire compressor blade 6 with the titanium sintered body of the present invention, the compressor blade 6 having excellent dimensional accuracy can be obtained.

また、一般に圧縮機翼では、空力性能を向上させる必要性から、翼部の形状をより肉薄でかつ湾曲した曲面を含むような三次元形状にすることが求められている。 Further, in general, in a compressor blade, from the necessity of improving aerodynamic performance, the shape of the blade portion is required to be a three-dimensional shape including a thinner and curved curved surface.

かかる問題に対し、圧縮機翼6の全体が粉末冶金法で製造された焼結体で構成されていることにより、肉薄でかつ複雑な三次元形状を有する翼部63を含んでいても、寸法精度の高い圧縮機翼6を実現することができる。 In response to this problem, since the entire compressor blade 6 is made of a sintered body manufactured by a powder metallurgy method, even if the blade portion 63 having a thin and complicated three-dimensional shape is included, the dimensions are large. The compressor blade 6 with high accuracy can be realized.

また、本発明のチタン焼結体は、高密度で耐熱性に優れているため、圧縮機翼6の機械的特性の向上にも寄与する。すなわち、一般に圧縮機翼は、空気流路を構成する部品であるため、高温下でも振動に対して十分な疲労強度や耐摩耗性等が求められる。 Further, since the titanium sintered body of the present invention has high density and excellent heat resistance, it also contributes to the improvement of the mechanical properties of the compressor blade 6. That is, since the compressor blade is generally a component that constitutes an air flow path, sufficient fatigue strength and wear resistance against vibration are required even at high temperatures.

かかる問題に対し、圧縮機翼6は、本発明のチタン焼結体で構成されているため、高密度で耐熱性に優れるとともに十分な耐摩耗性を有している。したがって、長期にわたる耐久性に優れた圧縮機翼6が得られる。 In response to this problem, since the compressor blade 6 is made of the titanium sintered body of the present invention, it has a high density, excellent heat resistance, and sufficient wear resistance. Therefore, the compressor blade 6 having excellent long-term durability can be obtained.

さらには、各種成形法を用いて製造されるため、圧縮機翼6の製造にあたっては、焼結後の後加工がほとんど必要ないか、あるいは加工量を少なく抑えられる。また、前述したように、高密度化が図られているため、HIP処理のような追加処理も不要である。このため、製造コストの低減が図られるとともに、後加工痕がもたらす不具合の発生を最小限に留めることができる。 Further, since it is manufactured by using various molding methods, post-processing after sintering is hardly required or the amount of processing can be suppressed to be small in the production of the compressor blade 6. Further, as described above, since the density is increased, additional processing such as HIP processing is not required. Therefore, the manufacturing cost can be reduced, and the occurrence of defects caused by post-processing marks can be minimized.

なお、上述した圧縮機翼の形状等は一例であり、限定されるものではない。例えば、図10に示す圧縮機翼6は、いわゆる静翼であるが、圧縮機翼は動翼であってもよい。 The shape of the compressor blade and the like described above are examples, and are not limited. For example, the compressor blade 6 shown in FIG. 10 is a so-called stationary blade, but the compressor blade may be a moving blade.

また、本発明のチタン焼結体は、ジェットエンジンや発電用ガスタービンを構成するその他の部品、例えばファンブレード、タービンブレード、ファンディスク、マウント、シャフト、燃焼器、排気口といった圧縮機以外の部位を構成する部品にも適用可能である。 Further, the titanium sintered body of the present invention includes parts other than the compressor such as other parts constituting a jet engine and a gas turbine for power generation, such as fan blades, turbine blades, fan disks, mounts, shafts, combustors, and exhaust ports. It can also be applied to the components that make up.

以上、本発明のチタン焼結体、装飾品および耐熱部品について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。 The titanium sintered body, ornaments, and heat-resistant parts of the present invention have been described above based on suitable embodiments, but the present invention is not limited thereto.

例えば、チタン焼結体の用途は、装飾品や摺動部品、耐熱部品等に限定されず、その他の任意の構造体(構造部品)であってもよい。この構造部品としては、例えば、自動車用部品、自転車用部品、鉄道車両用部品、船舶用部品、航空機用部品、宇宙輸送機(例えばロケット等)用部品のような輸送機器用部品、パソコン用部品、携帯電話端末用部品のような電子機器用部品、冷蔵庫、洗濯機、冷暖房機のような電気機器用部品、工作機械、半導体製造装置のような機械用部品、原子力発電所、火力発電所、水力発電所、製油所、化学コンビナートのようなプラント用部品、手術用器具、人工骨、人工関節、人工歯、人工歯根、歯列矯正用部品のような医療機器等が挙げられる。 For example, the use of the titanium sintered body is not limited to ornaments, sliding parts, heat-resistant parts, and the like, and may be any other structure (structural part). Examples of this structural part include parts for automobiles, parts for bicycles, parts for railway vehicles, parts for ships, parts for aircraft, parts for transportation equipment such as parts for space transport machines (for example, rockets), and parts for personal computers. , Electronic equipment parts such as mobile phone terminal parts, electrical equipment parts such as refrigerators, washing machines, air conditioners, machine tools, mechanical parts such as semiconductor manufacturing equipment, nuclear power plants, thermal power plants, Examples include plant parts such as hydropower plants, refineries and chemical complexes, surgical instruments, artificial bones, artificial joints, artificial teeth, artificial tooth roots, and medical equipment such as orthodontic parts.

なお、チタン焼結体は、生体適合性が高いため、特に人工骨や歯科用金属部品として有用である。このうち歯科用金属部品は、口腔内に一時的あるいは半永久的に留置される金属部品であれば、特に限定されず、例えば、インレー、クラウン、ブリッジ、金属床、義歯、インプラント、アバットメント、フィクスチャー、スクリュー等のメタルフレームが挙げられる。 Since the titanium sintered body has high biocompatibility, it is particularly useful as an artificial bone or a dental metal part. Of these, the dental metal part is not particularly limited as long as it is a metal part that is temporarily or semi-permanently placed in the oral cavity, and is, for example, an inlay, a crown, a bridge, a metal bed, a denture, an implant, an abutment, or a fixture. Examples include metal frames such as chars and screws.

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.チタン焼結体の製造
(実施例1)
<1>まず、ガスアトマイズ法により製造された平均粒径23μmのTi−6Al−4V合金粉末を用意した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. 1. Production of Titanium Sintered Body (Example 1)
<1> First, a Ti-6Al-4V alloy powder having an average particle size of 23 μm produced by the gas atomization method was prepared.

次いで、ポリプロピレンとワックスの混合物(有機バインダー)を用意し、原料粉末と有機バインダーとの質量比が9:1になるように秤量して、チタン焼結体製造用組成物を得た。 Next, a mixture of polypropylene and wax (organic binder) was prepared and weighed so that the mass ratio of the raw material powder and the organic binder was 9: 1 to obtain a composition for producing a titanium sintered body.

次いで、得られたチタン焼結体製造用組成物を混練機で混練し、コンパウンドを得た。そして、コンパウンドをペレットに加工した。 Next, the obtained composition for producing a titanium sintered body was kneaded with a kneader to obtain a compound. Then, the compound was processed into pellets.

<2>次に、得られたペレットを用いて、以下に示す成形条件で成形し、成形体を作製した。 <2> Next, using the obtained pellets, molding was performed under the molding conditions shown below to prepare a molded product.

<成形条件>
・成形方法:金属粉末射出成形法
・材料温度:150℃
・射出圧力:11MPa(110kgf/cm
<Molding conditions>
-Molding method: Metal powder injection molding-Material temperature: 150 ° C
-Injection pressure: 11 MPa (110 kgf / cm 2 )

<3>次に、得られた成形体に対して、以下に示す脱脂条件で脱脂処理を施し、脱脂体を得た。 <3> Next, the obtained molded product was subjected to a degreasing treatment under the following degreasing conditions to obtain a degreased body.

<脱脂条件>
・脱脂温度 :520℃
・脱脂時間 :5時間
・脱脂雰囲気:窒素ガス雰囲気
<Solvent degreasing conditions>
・ Solvent temperature: 520 ° C
・ Solventing time: 5 hours ・ Solventing atmosphere: Nitrogen gas atmosphere

<4>次に、得られた脱脂体を、以下に示す焼成条件で焼成した。このようにして焼結体を作製した。 <4> Next, the obtained degreased body was calcined under the calcining conditions shown below. A sintered body was produced in this way.

<焼成条件>
・焼成温度 :1100℃
・焼成時間 :5時間
・焼成雰囲気:アルゴンガス雰囲気
・雰囲気圧力:大気圧(100kPa)
<Baking conditions>
・ Baking temperature: 1100 ℃
・ Baking time: 5 hours ・ Baking atmosphere: Argon gas atmosphere ・ Atmospheric pressure: Atmospheric pressure (100 kPa)

<5>次に、得られた焼結体に対し、以下に示す処理条件でHIP処理を施した。このようにして、直径5mm×長さ100mmの棒状をなすチタン焼結体を得た。 <5> Next, the obtained sintered body was subjected to HIP treatment under the following treatment conditions. In this way, a rod-shaped titanium sintered body having a diameter of 5 mm and a length of 100 mm was obtained.

<HIP処理条件>
・処理温度 :900℃
・処理時間 :3時間
・処理圧力 :1480kgf/cm(145MPa)
<HIP processing conditions>
・ Processing temperature: 900 ℃
-Treatment time: 3 hours-Treatment pressure: 1480 kgf / cm 2 (145 MPa)

<6>次に、得られたチタン焼結体を切断し、切断面にバフ研磨処理を施した。
次いで、研磨面を電子顕微鏡で観察し、α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比をそれぞれ求めた。その結果を表1に示す。
<6> Next, the obtained titanium sintered body was cut, and the cut surface was buffed.
Next, the polished surface was observed with an electron microscope, and the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were determined, respectively. The results are shown in Table 1.

(実施例2〜6)
α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比がそれぞれ表1に示す値になるように製造条件を変更した以外は、それぞれ実施例1と同様にしてチタン焼結体を得た。
(Examples 2 to 6)
The same as in Example 1 except that the production conditions were changed so that the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were the values shown in Table 1, respectively. To obtain a titanium sintered body.

(比較例1〜4)
α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比がそれぞれ表1に示す値になるように製造条件を変更した以外は、それぞれ実施例1と同様にしてチタン焼結体を得た。
(Comparative Examples 1 to 4)
The same as in Example 1 except that the production conditions were changed so that the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were the values shown in Table 1, respectively. To obtain a titanium sintered body.

(参考例1)
まず、Ti−6Al−4V合金の溶製材を用意した。
(Reference example 1)
First, a molten material of Ti-6Al-4V alloy was prepared.

次いで、得られた溶製材を切断し、研磨面にバフ研磨処理を施した。
次いで、研磨面を電子顕微鏡で観察し、α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比をそれぞれ求めた。その結果を表1に示す。
Next, the obtained molten material was cut and the polished surface was buffed.
Next, the polished surface was observed with an electron microscope, and the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were determined, respectively. The results are shown in Table 1.

(実施例7)
Ti−6Al−4V合金粉末に代えて、平均粒径23μmのTi−3Al−2.5V合金粉末を用いるようにした以外は、実施例1と同様にしてチタン焼結体を得た。
そして、得られたチタン焼結体を切断し、切断面にバフ研磨処理を施した。
(Example 7)
A titanium sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that a Ti-3Al-2.5V alloy powder having an average particle size of 23 μm was used instead of the Ti-6Al-4V alloy powder.
Then, the obtained titanium sintered body was cut, and the cut surface was buffed.

次いで、研磨面を電子顕微鏡で観察し、α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比をそれぞれ求めた。その結果を表2に示す。 Next, the polished surface was observed with an electron microscope, and the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were determined, respectively. The results are shown in Table 2.

(実施例8〜12)
α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比がそれぞれ表2に示す値になるように製造条件を変更した以外は、それぞれ実施例7と同様にしてチタン焼結体を得た。
(Examples 8 to 12)
The same as in Example 7 except that the production conditions were changed so that the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were the values shown in Table 2, respectively. To obtain a titanium sintered body.

(比較例5〜8)
α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比がそれぞれ表2に示す値になるように製造条件を変更した以外は、それぞれ実施例7と同様にしてチタン焼結体を得た。
(Comparative Examples 5 to 8)
The same as in Example 7 except that the production conditions were changed so that the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were the values shown in Table 2, respectively. To obtain a titanium sintered body.

(参考例2)
まず、Ti−3Al−2.5Vの溶製材を用意した。
(Reference example 2)
First, a molten material of Ti-3Al-2.5V was prepared.

次いで、得られた溶製材を切断し、研磨面にバフ研磨処理を施した。
次いで、研磨面を電子顕微鏡で観察し、α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比をそれぞれ求めた。その結果を表2に示す。
Next, the obtained molten material was cut and the polished surface was buffed.
Next, the polished surface was observed with an electron microscope, and the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were determined, respectively. The results are shown in Table 2.

(実施例13)
Ti−6Al−4V合金粉末に代えて、平均粒径25μmのTi−6Al−7Nb合金粉末を用いるようにした以外は、実施例1と同様にしてチタン焼結体を得た。
そして、得られたチタン焼結体を切断し、切断面にバフ研磨処理を施した。
(Example 13)
A titanium sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that a Ti-6Al-7Nb alloy powder having an average particle size of 25 μm was used instead of the Ti-6Al-4V alloy powder.
Then, the obtained titanium sintered body was cut, and the cut surface was buffed.

次いで、研磨面を電子顕微鏡で観察し、α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比をそれぞれ求めた。その結果を表3に示す。 Next, the polished surface was observed with an electron microscope, and the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were determined, respectively. The results are shown in Table 3.

(実施例14〜18)
α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比がそれぞれ表3に示す値になるように製造条件を変更した以外は、それぞれ実施例13と同様にしてチタン焼結体を得た。
(Examples 14 to 18)
The same as in Example 13 except that the production conditions were changed so that the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were the values shown in Table 3, respectively. To obtain a titanium sintered body.

(比較例9〜12)
α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比がそれぞれ表3に示す値になるように製造条件を変更した以外は、それぞれ実施例13と同様にしてチタン焼結体を得た。
(Comparative Examples 9 to 12)
The same as in Example 13 except that the production conditions were changed so that the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were the values shown in Table 3, respectively. To obtain a titanium sintered body.

(参考例3)
まず、Ti−6Al−7Nbの溶製材を用意した。
(Reference example 3)
First, a molten material of Ti-6Al-7Nb was prepared.

次いで、得られた溶製材を切断し、切断面にバフ研磨処理を施した。
次いで、研磨面を電子顕微鏡で観察し、α相の平均粒径、α相およびβ相が占める面積率、ならびにα相の平均アスペクト比をそれぞれ求めた。その結果を表3に示す。
Next, the obtained molten material was cut, and the cut surface was buffed.
Next, the polished surface was observed with an electron microscope, and the average particle size of the α phase, the area ratio occupied by the α phase and the β phase, and the average aspect ratio of the α phase were determined, respectively. The results are shown in Table 3.

2.チタン焼結体の評価
2.1 酸素含有率
まず、各実施例および各比較例のチタン焼結体ならびに各参考例のチタン溶製材について、その酸素含有率を酸素窒素同時分析装置(LECO社製、TC−136)により測定した。測定結果を表1〜3に示す。
2. Evaluation of Titanium Sintered 2.1 Oxygen Content First, the oxygen content of the titanium sintered body of each example and comparative example and the titanium molten material of each reference example was measured by an oxygen-nitrogen simultaneous analyzer (manufactured by LECO). , TC-136). The measurement results are shown in Tables 1 to 3.

2.2 ビッカース硬度
次に、各実施例および各比較例のチタン焼結体ならびに各参考例のチタン溶製材の表面について、JIS Z 2244:2009に規定の方法に準じてビッカース硬度を測定した。測定結果を表1〜3に示す。
2.2 Vickers hardness Next, the Vickers hardness of the surfaces of the titanium sintered body of each example and each comparative example and the titanium molten material of each reference example was measured according to the method specified in JIS Z 2244: 2009. The measurement results are shown in Tables 1 to 3.

2.3 酸化チタン粒子の平均粒径
次に、各実施例および各比較例のチタン焼結体ならびに各参考例のチタン溶製材について、研磨面を電子顕微鏡にて観察した。そして、観察像において酸化チタン粒子を特定し、その平均粒径を算出した。算出結果を表1〜3に示す。
2.3 Average particle size of titanium oxide particles Next, the polished surfaces of the titanium sintered bodies of each example and each comparative example and the titanium molten material of each reference example were observed with an electron microscope. Then, the titanium oxide particles were identified in the observation image, and the average particle size thereof was calculated. The calculation results are shown in Tables 1 to 3.

2.4 X線回折法による結晶構造解析
次に、実施例1のチタン焼結体について、以下に示す測定条件により、X線回折法による結晶構造解析を行った。
2.4 Crystal structure analysis by X-ray diffraction method Next, the titanium sintered body of Example 1 was subjected to crystal structure analysis by X-ray diffraction method under the measurement conditions shown below.

<X線回折法による結晶構造解析の測定条件>
・X線源 :Cu−Kα線
・管電圧 :30kV
・管電流 :20mA
得られたX線回折スペクトルを図5に示す。
<Measurement conditions for crystal structure analysis by X-ray diffraction method>
・ X-ray source: Cu-Kα ray ・ Tube voltage: 30 kV
・ Tube current: 20mA
The obtained X-ray diffraction spectrum is shown in FIG.

図5から明らかなように、実施例1のチタン焼結体について得られたX線回折スペクトルは、α相(α−Ti)による反射強度のピークと、β相(β−Ti)による反射強度のピークとを含んでいることがわかった。そこで、2θが35.3°付近に位置する面方位(100)α−Tiによる反射強度のピーク値を基準にしたとき、2θが39.5°付近に位置する面方位(110)β−Tiによる反射強度のピーク値の前記基準に対する割合(ピーク比)を算出した。また、これと同様の計算を、実施例2〜18および比較例1〜3、5〜7、9〜11のチタン焼結体ならびに参考例1〜3のチタン溶製材においても行った。ピーク比の算出結果を表1〜3に示す。なお、比較例4、8、12のチタン焼結体では、α相やβ相以外のピークも目立っていたため、ピーク比の算出が困難であった。 As is clear from FIG. 5, the X-ray diffraction spectrum obtained for the titanium sintered body of Example 1 shows the peak of the reflection intensity due to the α phase (α-Ti) and the reflection intensity due to the β phase (β-Ti). It was found that it contained the peak of. Therefore, when 2θ is based on the peak value of the reflection intensity due to the plane orientation (100) α-Ti located near 35.3 °, the plane orientation (110) β-Ti where 2θ is located near 39.5 ° is used as a reference. The ratio (peak ratio) of the peak value of the reflection intensity according to the above to the standard was calculated. Further, the same calculation was performed on the titanium sintered bodies of Examples 2 to 18 and Comparative Examples 1 to 3, 5 to 7, 9 to 11 and the titanium molten materials of Reference Examples 1 to 3. The calculation results of the peak ratio are shown in Tables 1 to 3. In the titanium sintered bodies of Comparative Examples 4, 8 and 12, peaks other than the α phase and the β phase were also conspicuous, so that it was difficult to calculate the peak ratio.

2.5 鏡面性
次に、各実施例および各比較例のチタン焼結体ならびに各参考例のチタン溶製材について、研磨面を目視にて観察した。そして、研磨面の鏡面性を以下の評価基準に照らして評価した。評価結果を表1〜3に示す。
2.5 Mirror surface Next, the polished surfaces of the titanium sintered bodies of each example and each comparative example and the titanium molten material of each reference example were visually observed. Then, the mirror surface property of the polished surface was evaluated against the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

<研磨面の鏡面性の評価基準>
◎:研磨面の鏡面性が非常に高い(美的外観が特に良好)
○:研磨面の鏡面性がやや高い(美的外観がやや良好)
△:研磨面の鏡面性がやや低い(美的外観がやや不良)
×:研磨面の鏡面性が非常に低い(美的外観が不良)
<Evaluation criteria for mirroring of polished surface>
⊚: The polished surface has a very high mirror surface (the aesthetic appearance is particularly good).
◯: The mirror surface of the polished surface is slightly high (the aesthetic appearance is slightly good).
Δ: The mirror surface of the polished surface is slightly low (the aesthetic appearance is slightly poor).
X: The mirror surface of the polished surface is very low (the aesthetic appearance is poor).

2.6 相対密度
次に、各実施例および各比較例のチタン焼結体ならびに各参考例のチタン溶製材について、JIS Z 2501:2000に規定の方法に準じて相対密度を算出した。算出結果を表1〜3に示す。
2.6 Relative Density Next, the relative densities of the titanium sintered bodies of each example and each comparative example and the titanium molten lumber of each reference example were calculated according to the method specified in JIS Z 2501: 2000. The calculation results are shown in Tables 1 to 3.

2.7 耐摩耗性
次に、各実施例および各比較例のチタン焼結体ならびに各参考例のチタン溶製材について、その表面の耐摩耗性を評価した。具体的には、まず、チタン焼結体の表面にバフ研磨処理を施した。次いで、研磨面について、JIS R 1613(2010)に規定されたファインセラミックスのボールオンディスク法による摩耗試験方法に準じた摩耗試験を行い、円板状試験片の摩耗量を測定した。なお、測定条件は、以下の通りである。
2.7 Abrasion resistance Next, the surface abrasion resistance of the titanium sintered body of each example and each comparative example and the titanium molten material of each reference example was evaluated. Specifically, first, the surface of the titanium sintered body was buffed. Next, the polished surface was subjected to a wear test according to the wear test method of the fine ceramics by the ball-on-disk method specified in JIS R 1613 (2010), and the amount of wear of the disk-shaped test piece was measured. The measurement conditions are as follows.

<比摩耗量の測定条件>
・球形試験片の材質:高炭素クロム軸受鋼(SUJ2)
・球形試験片の大きさ:直径6mm
・円板状試験片の材質:各実施例および各比較例の焼結体ならびに各参考例の溶製材
・円板状試験片の大きさ:直径35mm、厚さ5mm
・荷重の大きさ:10N
・摺動速度:0.1m/s
・摺動円直径:30mm
・摺動距離:50m
<Measurement conditions for specific wear amount>
-Material of spherical test piece: High carbon chrome bearing steel (SUJ2)
-Spherical test piece size: 6 mm in diameter
-Material of disk-shaped test piece: Sintered body of each example and each comparative example and molten material of each reference example-Size of disk-shaped test piece: diameter 35 mm, thickness 5 mm
・ Load size: 10N
・ Sliding speed: 0.1m / s
・ Sliding circle diameter: 30 mm
・ Sliding distance: 50m

そして、参考例1のチタン溶製材について得られた摩耗量を1とし、表1に示す各実施例および各比較例のチタン焼結体について得られた摩耗量の相対値を算出した。 Then, the amount of wear obtained for the titanium molten material of Reference Example 1 was set to 1, and the relative value of the amount of wear obtained for the titanium sintered bodies of each Example and each Comparative Example shown in Table 1 was calculated.

同様に、参考例2のチタン溶製材について得られた摩耗量を1とし、表2に示す各実施例および各比較例のチタン焼結体について得られた摩耗量の相対値を算出した。 Similarly, the amount of wear obtained for the titanium molten material of Reference Example 2 was set to 1, and the relative value of the amount of wear obtained for the titanium sintered bodies of each Example and each Comparative Example shown in Table 2 was calculated.

さらに、同様に、参考例3のチタン溶製材について得られた摩耗量を1とし、表3に示す各実施例および各比較例のチタン焼結体について得られた摩耗量の相対値を算出した。 Further, similarly, the amount of wear obtained for the titanium molten material of Reference Example 3 was set to 1, and the relative value of the amount of wear obtained for the titanium sintered bodies of each Example and each Comparative Example shown in Table 3 was calculated. ..

次いで、算出した相対値を以下の評価基準に照らして評価した。評価結果を表1〜3に示す。 Then, the calculated relative value was evaluated against the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3.

<摩耗量の評価基準>
A:摩耗量が非常に少ない(相対値が0.5未満)
B:摩耗量が少ない(相対値が0.5以上0.75未満)
C:摩耗量がやや少ない(相対値が0.75以上1未満)
D:摩耗量がやや多い(相対値が1以上1.25未満)
E:摩耗量が多い(相対値が1.25以上1.5未満)
F:摩耗量が非常に多い(相対値が1.5以上)
<Evaluation criteria for wear amount>
A: Very little wear (relative value is less than 0.5)
B: The amount of wear is small (relative value is 0.5 or more and less than 0.75)
C: The amount of wear is slightly small (relative value is 0.75 or more and less than 1).
D: Slightly large amount of wear (relative value is 1 or more and less than 1.25)
E: Large amount of wear (relative value is 1.25 or more and less than 1.5)
F: Very large amount of wear (relative value is 1.5 or more)

2.8 引張強さ
次に、各実施例および各比較例のチタン焼結体ならびに各参考例のチタン溶製材等について、その引張強さを測定した。なお、引張強さの測定は、JIS Z 2241(2011)に規定の金属材料引張試験方法に準じて行った。
2.8 Tensile strength Next, the tensile strength of the titanium sintered body of each example and each comparative example, the titanium molten material of each reference example, and the like were measured. The tensile strength was measured according to the metal material tensile test method specified in JIS Z 2241 (2011).

そして、参考例1のチタン溶製材について得られた引張強さを1とし、表1に示す各実施例および各比較例のチタン焼結体について得られた引張強さの相対値を算出した。 Then, the tensile strength obtained for the titanium molten material of Reference Example 1 was set to 1, and the relative value of the tensile strength obtained for the titanium sintered bodies of each Example and each Comparative Example shown in Table 1 was calculated.

同様に、参考例2のチタン溶製材について得られた引張強さを1とし、表2に示す各実施例および各比較例のチタン焼結体について得られた引張強さの相対値を算出した。 Similarly, the tensile strength obtained for the titanium molten material of Reference Example 2 was set to 1, and the relative value of the tensile strength obtained for the titanium sintered bodies of each Example and each Comparative Example shown in Table 2 was calculated. ..

さらに、同様に、参考例3のチタン溶製材について得られた引張強さを1とし、表3に示す各実施例および各比較例のチタン焼結体について得られた引張強さの相対値を算出した。 Further, similarly, the tensile strength obtained for the titanium molten material of Reference Example 3 is set to 1, and the relative value of the tensile strength obtained for the titanium sintered body of each Example and each Comparative Example shown in Table 3 is set to 1. Calculated.

次いで、得られた相対値を以下の評価基準に照らして評価した。評価結果を表1〜3に示す。なお、引張強さについては、上記試験体以外に、SUS316L焼結体、ASTM F75(Co−28%Cr−6%Mo合金)の鋳造材および焼結体、ならびにα−Ti焼結体についても、参考例a〜dとして評価した(表1)。また、参考例dについては、その他に、前述した2.1、2.2および2.5〜2.7と同様の評価を行った。 Then, the obtained relative values were evaluated against the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3. Regarding the tensile strength, in addition to the above test specimens, SUS316L sintered body, ASTM F75 (Co-28% Cr-6% Mo alloy) cast material and sintered body, and α-Ti sintered body are also used. , Evaluated as reference examples a to d (Table 1). In addition, Reference Example d was also evaluated in the same manner as in 2.1, 2.2 and 2.5 to 2.7 described above.

<引張強さの評価基準>
A:引張強さが非常に大きい(相対値が1.09以上)
B:引張強さが大きい(相対値が1.06以上1.09未満)
C:引張強さがやや大きい(相対値が1.3以上1.06未満)
D:引張強さがやや小さい(相対値が1以上1.03未満)
E:引張強さが小さい(相対値が0.97以上1未満)
F:引張強さが非常に小さい(相対値が0.97未満)
<Evaluation criteria for tensile strength>
A: The tensile strength is very large (relative value is 1.09 or more).
B: High tensile strength (relative value is 1.06 or more and less than 1.09)
C: Tensile strength is slightly large (relative value is 1.3 or more and less than 1.06)
D: Tensile strength is slightly small (relative value is 1 or more and less than 1.03)
E: Tensile strength is small (relative value is 0.97 or more and less than 1)
F: Tensile strength is very small (relative value is less than 0.97)

2.9 破断時の公称ひずみ(破断伸び)
次に、各実施例および各比較例のチタン焼結体ならびに各参考例のチタン溶製材等について、その破断伸びを測定した。なお、破断伸びの測定は、JIS Z 2241(2011)に規定の金属材料引張試験方法に準じて行った。
2.9 Nominal strain at break (break elongation)
Next, the elongation at break was measured for the titanium sintered body of each example and each comparative example, the titanium molten material of each reference example, and the like. The elongation at break was measured according to the metal material tensile test method specified in JIS Z 2241 (2011).

次いで、得られた破断伸びを以下の評価基準に照らして評価した。評価結果を表1〜3に示す。なお、破断伸びについては、上記試験体以外に、SUS316L焼結体、ASTM F75(Co−28%Cr−6%Mo合金)の鋳造材および焼結体、ならびにα−Ti焼結体についても、参考例a〜dとして評価した(表1)。 Then, the obtained elongation at break was evaluated against the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3. Regarding elongation at break, in addition to the above test specimens, SUS316L sintered body, ASTM F75 (Co-28% Cr-6% Mo alloy) cast material and sintered body, and α-Ti sintered body were also used. It was evaluated as reference examples a to d (Table 1).

<破断伸びの評価基準>
A:破断伸びが非常に大きい(0.15以上)
B:破断伸びが大きい(0.125以上0.15未満)
C:破断伸びがやや大きい(0.10以上0.125未満)
D:破断伸びがやや小さい(0.075以上0.10未満)
E:破断伸びが小さい(0.050以上0.075未満)
F:破断伸びが非常に小さい(0.050未満)
<Evaluation criteria for elongation at break>
A: Very large breaking elongation (0.15 or more)
B: Large breaking elongation (0.125 or more and less than 0.15)
C: Slightly large elongation at break (0.10 or more and less than 0.125)
D: Slightly small elongation at break (0.075 or more and less than 0.10)
E: Small elongation at break (0.050 or more and less than 0.075)
F: Very small elongation at break (less than 0.050)

2.10 細胞毒性試験
次に、各実施例および各比較例のチタン焼結体ならびに各参考例のチタン溶製材等からなる試験体について、細胞毒性試験を行った。なお、細胞毒性試験は、ISO 10993−5:2009に規定されている細胞毒性試験に準じて行った。具体的には、直接接触法によるコロニー形成法によって、対照群のコロニー数の平均値を100%としたとき、試験体に直接播種した細胞のコロニー数の対照群のコロニー数に対する割合(コロニー形成率[%])を求めた。なお、試験条件は以下の通りである。
2.10 Cytotoxicity test Next, a cytotoxicity test was conducted on a test piece composed of a titanium sintered body of each Example and each Comparative Example and a titanium molten material of each Reference Example. The cytotoxicity test was performed according to the cytotoxicity test specified in ISO 10993-5: 2009. Specifically, when the average value of the number of colonies in the control group is set to 100% by the colonization method by the direct contact method, the ratio of the number of cells directly seeded to the test piece to the number of colonies in the control group (colony formation). The rate [%]) was calculated. The test conditions are as follows.

・細胞株:V97細胞
・培地:MEM10培地
・陰性対照材料(ネガティブコントロール):高密度ポリエチレンフィルム
・陽性対照材料(ポジティブコントロール):0.1%ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛含有ポリウレタンフィルム
・対照群(コントロール):培地に直接播種した細胞のコロニー数
-Cell line: V97 cells-Medium: MEM10 medium-Negative control material (negative control): High-density polyethylene film-Positive control material (positive control): Polyurethane film containing 0.1% zinc diethyldithiocarbamate-Control group (control) : Number of colonies of cells seeded directly in the medium

次いで、得られたコロニー形成率を以下の評価基準に照らして分類することにより各試験体の細胞毒性を評価した。評価結果を表1〜3に示す。なお、細胞毒性試験については、上記試験体以外に、SUS316L焼結体、ASTM F75(Co−28%Cr−6%Mo合金)焼結体、およびα−Ti焼結体についても、参考例a、c、dとして評価した(表1)。 Next, the cytotoxicity of each test body was evaluated by classifying the obtained colony formation rate according to the following evaluation criteria. The evaluation results are shown in Tables 1 to 3. Regarding the cytotoxicity test, in addition to the above test specimens, SUS316L sintered body, ASTM F75 (Co-28% Cr-6% Mo alloy) sintered body, and α-Ti sintered body are also referred to as reference example a. , C, d (Table 1).

<細胞毒性の評価基準>
A:コロニー形成率が90%以上
B:コロニー形成率が80%以上90%未満
C:コロニー形成率が80%未満
<Cytotoxicity evaluation criteria>
A: Colony formation rate is 90% or more B: Colony formation rate is 80% or more and less than 90% C: Colony formation rate is less than 80%

Figure 0006922196
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表1〜3から明らかなように、各実施例のチタン焼結体は、耐摩耗性に優れていることが認められた。また、各実施例のチタン焼結体は、相対密度および引張強さが高く、研磨面の鏡面性に優れていることが認められた。 As is clear from Tables 1 to 3, the titanium sintered body of each example was found to have excellent wear resistance. Further, it was confirmed that the titanium sintered body of each example had high relative density and tensile strength, and was excellent in mirror surface property of the polished surface.

ここで、比較例2のチタン焼結体の断面の電子顕微鏡像を図11に示す。図11からは、比較例2のチタン焼結体では、α相が細長い形状、すなわち異方性の大きい形状をなしていることが認められる。 Here, an electron microscope image of a cross section of the titanium sintered body of Comparative Example 2 is shown in FIG. From FIG. 11, it can be seen that in the titanium sintered body of Comparative Example 2, the α phase has an elongated shape, that is, a shape having a large anisotropy.

また、参考例1のチタン溶製材の断面の電子顕微鏡像を図12に示す。図12からは、参考例1のチタン溶製材では、α相の粒径が比較的小さいものの、異方性の大きい形状をなしていることが認められる。 Further, an electron microscope image of a cross section of the titanium molten material of Reference Example 1 is shown in FIG. From FIG. 12, it can be seen that the titanium molten lumber of Reference Example 1 has a shape having a large anisotropy, although the particle size of the α phase is relatively small.

1…チタン焼結体、2…α相、3…β相、4…ノズルベーン、5…インペラーホイール、6…圧縮機翼、11…時計ケース、12…ベゼル、41…軸部、42…翼部、43…軸線、44…センター穴、45…平坦部、46…フランジ部、47…面取り、48…面取り、54…ハブ部、55…翼部、61…内側リム、62…外側リム、63…翼部、112…ケース本体、114…バンド取付部、530…回転軸、541…貫通孔、551…長翼部、552…短翼部、θ…角度 1 ... Titanium sintered body, 2 ... α phase, 3 ... β phase, 4 ... Nozzle vane, 5 ... Impeller wheel, 6 ... Compressor blade, 11 ... Watch case, 12 ... Bezel, 41 ... Shaft, 42 ... Wing , 43 ... Axis, 44 ... Center hole, 45 ... Flat part, 46 ... Flange part, 47 ... Chamfer, 48 ... Chamfer, 54 ... Hub part, 55 ... Wing part, 61 ... Inner rim, 62 ... Outer rim, 63 ... Wing part, 112 ... Case body, 114 ... Band mounting part, 530 ... Rotating shaft, 541 ... Through hole, 551 ... Long wing part, 552 ... Short wing part, θ ... Angle

Claims (8)

チタンを含む材料で構成され、
結晶組織としてチタンのα相とβ相とを含み、
断面において前記α相が占める面積率が78%以上99.8%以下であり、
断面における前記α相の平均粒径が5μm以上30μm以下であり、
酸素含有率が質量比で3200ppm以上5500ppm以下であり、
表面のビッカース硬度が300以上500以下であることを特徴とするチタン焼結体。
Composed of materials containing titanium,
It contains the α phase and β phase of titanium as a crystal structure.
The area ratio occupied by the α phase in the cross section is 78 % or more and 99.8% or less.
The average particle size of the α phase in the cross section is 5 μm or more and 30 μm or less.
The oxygen content is 3200 ppm or more and 5500 ppm or less in terms of mass ratio.
A titanium sintered body having a surface Vickers hardness of 300 or more and 500 or less.
前記α相の平均アスペクト比が1以上3以下である請求項1に記載のチタン焼結体。 The titanium sintered body according to claim 1, wherein the average aspect ratio of the α phase is 1 or more and 3 or less. X線回折法により取得されるX線回折スペクトルにおいて、前記β相の面方位(110)による反射強度のピーク値は、前記α相の面方位(100)による反射強度のピーク値の5%以上60%以下である請求項2に記載のチタン焼結体。 In the X-ray diffraction spectrum acquired by the X-ray diffraction method, the peak value of the reflection intensity due to the plane orientation (110) of the β phase is 5% or more of the peak value of the reflection intensity due to the plane orientation (100) of the α phase. The titanium sintered body according to claim 2, which is 60% or less. 酸化チタンを主成分とする粒子を含む請求項1ないし3のいずれか1項に記載のチタン焼結体。 The titanium sintered body according to any one of claims 1 to 3, which contains particles containing titanium oxide as a main component. 前記粒子の平均粒径は、0.5μm以上20μm以下である請求項4に記載のチタン焼結体。 The titanium sintered body according to claim 4, wherein the average particle size of the particles is 0.5 μm or more and 20 μm or less. 相対密度が99%以上である請求項1ないし5のいずれか1項に記載のチタン焼結体。 The titanium sintered body according to any one of claims 1 to 5, wherein the relative density is 99% or more. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のチタン焼結体を含むことを特徴とする装飾品。 An ornament comprising the titanium sintered body according to any one of claims 1 to 6. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のチタン焼結体を含むことを特徴とする耐熱部品。 A heat-resistant component comprising the titanium sintered body according to any one of claims 1 to 6.
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