JP7250717B2 - 熱安定化ニッケル-コバルト材料及びこれを熱安定化する方法 - Google Patents
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Description
によって次のように記載され得る。そのため、ホール-ペッチの関係によれば、材料の強度は一般に、粒サイズが減少するに伴って上昇し、粒界に沿った析出が増加するに伴って上昇する。ホール-ペッチの関係は一般に、ある最小の転移間隔又は析出間隔までは当てはまり、その点を下回ると、材料はホール-ペッチの関係とは逆にふるまう傾向がある。したがって、転移又は析出の間隔aを減少させることだけによって到達できる強度の上昇には限度があり、より小さな粒サイズは一般に、より小さい靭性をもたらす。
引張強さ及び靭性
電着プロセスを用いて、前駆体リンドープニッケル-コバルトナノ結晶質材料を形成した。電着プロセスは、35℃~60℃の範囲内の温度、並びに0~600mA/cm2の範囲の電流密度、及び15mA/cm2又は25mA/cm2の平均電流密度を提供するDynatronix 12-1010電力供給を有するワット浴において行った。前駆体材料をステンレス鋼基材上に形成し、5インチ幅、5インチ長、及び0.040インチ厚の寸法を有していた。電着プロセスによって得た前駆体材料は、約30重量%のコバルト、及び約70重量%のニッケルを含有する、リンドープニッケル-コバルト合金であった。前駆体材料についての投入パラメータ及び得られた堆積組成物を、Table 1(表1)に示す。
等時熱処理の検討
実施例1において記載した方法で調製した前駆体材料に関して、等時熱処理の検討を行った。Table 3(表3)に示すように、前駆体材料は様々なレベルのリンを含んでいた。前駆体材料を異なる温度における等時熱処理に曝露し、次いで粒成長について、硬さを介する間接的な試験をした。Table 3(表3)に示すようにして、粒成長の開始温度T開始を、初期の硬さ低下を特定することによって決定した。
高温における引張強さ
ASTM E8-16aに準拠して、熱処理済引張試験片に関して、高温(650°F(約376.9℃))においても引張試験を行った。実施例1を参照しながら、記載した通りに、熱処理済引張試験片を調製した。高温引張試験による結果をTable 4(表4)に示す。
リンドープニッケル-コバルト材料のミクロ構造
実施例1を参照しながら、記載した通りに、引張試験片を調製した。引張試験片は、700°F(371.1℃)において、500時間の析出強化熱処理を受けた。引張試験片に関して、ASTM E21-17に準拠し、伸び計を用いて、室温において引張試験を行った。透過型電子顕微鏡を用いて、引張試験片の破面を分析した。透過型電子顕微鏡により得た画像を、図13Aに示す。破面は、大規模な粒の膨出(cupping)を伴う延性破壊の証拠を示し、これは高い靭性を示している。
ニッケル-コバルト材料を、材料における粒成長の開始温度未満の第1の温度帯内で熱処理する工程を含み、第1の温度帯が約600K~約750K(約326.9℃~約476.9℃)である、方法。
ニッケル-コバルト材料を、ニッケル-コバルト材料における粒成長の開始温度未満の温度帯内で熱処理する工程を含み、ニッケル-コバルト材料がドーパントを含み、ニッケル-コバルト材料中のドーパントの濃度が約1,000重量ppm~約2,500重量ppmであり、ニッケル-コバルト材料中のコバルトの濃度が約30重量%~約50重量%である、方法。
100 応力ひずみ曲線
102 非晶質構造
104 ミクロ結晶質構造、ナノ結晶粒構造
106 超微細ナノ結晶粒構造
200 応力ひずみ曲線
202 超微細ナノ結晶粒構造
204 ピンニングを有するナノ結晶粒構造
400 応力ひずみ曲線
402 ピンニングを有するナノ結晶粒構造
404 ピンニングと粒子内双晶の両方を有するナノ結晶粒構造、広範な粒子内双晶
500 相図
502 融解温度
504 基線開始温度
506 開始温度
600 プロット
602 初期の硬さ低下
700 マルチモーダル複合体マトリクス
702 ナノ結晶粒領域、結晶粒領域、結晶質領域
704 粗粒領域
706 非晶質領域
708 リン析出
710 粒子内双晶
800 相図
802 第1の析出強化熱処理
804 第2のアニーリング熱処理
900 ニッケル-コバルト材料を形成する方法
902 ニッケル-コバルト材料を、材料における粒成長の開始温度未満の第1の温度帯内で熱処理する工程
904 ニッケル-コバルト材料を、材料における粒成長の開始温度を超える第2の温度帯内で熱処理する工程
906 電着プロセスによってドープニッケル-コバルト材料を形成する工程
908 材料を、粒成長の開始温度未満の温度帯内で熱処理する工程
910 電着プロセスによって、ナノ結晶粒構造を有するドープニッケル-コバルト材料を形成する工程
912 ニッケル-コバルト材料を、材料における粒成長の開始温度未満の温度帯内で熱処理する工程
914 材料を、材料における粒成長の開始温度を超える温度帯内で熱処理する工程
916 非晶質金属領域とナノ結晶粒領域とを有する、ドープニッケル-コバルト金属マトリクス複合体材料を形成する工程
1000 応力ひずみ曲線
1002 析出強化応力ひずみ範囲
1004 アニーリング応力ひずみ範囲
1100 長期熱曝露応力ひずみ範囲
Claims (15)
- ニッケル-コバルト材料を形成する方法(900)であって、
ニッケル-コバルト材料を、前記ニッケル-コバルト材料における粒成長の開始温度(506)未満の第1の温度帯内で熱処理する工程(908)を含み、前記第1の温度帯が600K~750Kであり、
前記ニッケル-コバルト材料は、ドーパントを含む、方法(900)。 - 前記ニッケル-コバルト材料を、前記ニッケル-コバルト材料における粒成長の開始温度(506)を超える第2の温度帯内で熱処理する工程(908)を含み、
前記第2の温度帯が800K~900Kである、請求項1に記載の方法(900)。 - 前記ニッケル-コバルト材料がドープニッケル-コバルト材料を含み、前記ドープニッケル-コバルト材料が電着プロセスを用いて形成される(906)、請求項1又は2に記載の方法(900)。
- 前記ドープニッケル-コバルト材料がドーパントを含み、前記ドーパントが、アルミニウム、アンチモン、ヒ素、ホウ素、ベリリウム、カドミウム、炭素、クロム、銅、エルビウム、ユーロピウム、ガリウム、ゲルマニウム、金、鉄、インジウム、イリジウム、鉛、マグネシウム、マンガン、水銀、モリブデン、ニオブ、ネオジム、パラジウム、リン、白金、レニウム、ロジウム、セレン、ケイ素、硫黄、タンタル、テルル、スズ、チタン、タングステン、バナジウム、亜鉛、及び/又はジルコニウムを含む、請求項3に記載の方法(900)。
- 前記ニッケル-コバルト材料がリンドープニッケル-コバルト材料を含み、前記リンドープニッケル-コバルト材料が電着プロセスを用いて形成される(906)、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法(900)。
- 前記ニッケル-コバルト材料が、40重量%~90重量%のニッケル、10重量%~60重量%のコバルト、及び100重量ppm(26)~20,000重量ppm(26)のドーパントを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法(900)。
- 前記ニッケル-コバルト材料中のドーパントの濃度が、1,000重量ppm(26)~2,500重量ppm(26)である、請求項6に記載の方法(900)。
- 前記ニッケル-コバルト材料が、40重量%~90重量%のニッケル、10重量%~60重量%のコバルト、及び100重量ppm(26)~20,000重量ppm(26)のリンを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法(900)。
- 前記ニッケル-コバルト材料を、30分~36時間の期間、前記第1の温度帯内で熱処理する工程を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法(900)。
- 前記ニッケル-コバルト材料を、10分~5時間の期間、第2の温度帯内で熱処理する工程を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法(900)。
- ニッケル-コバルト材料を熱安定化する方法(900)であって、
ニッケル-コバルト材料を、前記ニッケル-コバルト材料における粒成長の開始温度(506)未満の温度帯内で熱処理する工程(908)を含み、前記ニッケル-コバルト材料がドーパントを含み、前記ニッケル-コバルト材料中の前記ドーパントの濃度が1,000重量ppm(26)~2,500重量ppm(26)であり、前記ニッケル-コバルト材料中のコバルトの濃度が30重量%~50重量%である、方法(900)。 - 前記ドーパントが、アルミニウム、アンチモン、ヒ素、ホウ素、ベリリウム、カドミウム、炭素、クロム、銅、エルビウム、ユーロピウム、ガリウム、ゲルマニウム、金、鉄、インジウム、イリジウム、鉛、マグネシウム、マンガン、水銀、モリブデン、ニオブ、ネオジム、パラジウム、リン、白金、レニウム、ロジウム、セレン、ケイ素、硫黄、タンタル、テルル、スズ、チタン、タングステン、バナジウム、亜鉛、及び/又はジルコニウムを含み、
前記ニッケル-コバルト材料における粒成長の開始温度(506)未満の温度帯(908)が600K~750Kである、請求項11に記載の方法(900)。 - 熱処理する工程の前に、前記ニッケル-コバルト材料が、前記ニッケル-コバルト材料の結晶質領域(702)を包囲する20~100ナノメートルの粒サイズ分布を有するナノ結晶粒構造(104)を含み、
熱処理する工程の後、前記ニッケル-コバルト材料が、前記ニッケル-コバルト材料の結晶質領域(702)を包囲する20~100ナノメートルの粒サイズ分布を有するナノ結晶粒構造(104)を含む、請求項11又は12に記載の方法(900)。 - 前記ニッケル-コバルト材料を、前記ニッケル-コバルト材料における粒成長の開始温度(506)を超える温度帯内で熱処理し、非晶質金属領域(706)と結晶粒領域(702)とを含む金属マトリクス複合体をもたらす工程(908)を含み、前記結晶粒領域(702)が50~800ナノメートルの粒サイズ分布を有し、前記ニッケル-コバルト材料における粒成長の開始温度(506)を超える温度帯(908)が800K~900Kである、請求項11から13のいずれか一項に記載の方法(900)。
- 非晶質領域(706)と結晶質領域(702)とを有する金属マトリクス複合体を含むニッケル-コバルト材料であって、
前記結晶質領域(702)が、50ナノメートル~800ナノメートルの粒サイズ分布を有するナノ結晶粒構造(104)によって包囲され、前記ナノ結晶粒構造(104)が、広範な粒子内双晶(404)を含み、前記金属マトリクス複合体が、50重量%~80重量%のニッケル、20重量%~50重量%のコバルト、及び100重量ppm(26)~20,000重量ppm(26)のドーパントを含む化学構成を有する、ニッケル-コバルト材料。
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