JPH01111858A - チタン−アルミニウム系合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規なチタン−アルミニウム系合金、特に高温
耐酸化性を改善し、更に耐熱衝撃性も改善されたチタン
−アルミニウム系合金に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

近年チタン−アルミニウム系合金はエンジンやタービン
の部材の素材として用いられている。このチタン−アル
ミニウム系合金は一般にチタンとアルミニウムとの金属
間化合物でありＴＬＡＩ。

Ｔ　ｌ　３　Ａ　Ｄを主体としアルミニウムを１４〜３
６ｆｒｍ％含有する合金である。この合金には更にこれ
らの性質を改善するためにＮｂ、　Ｗ、　Ｖ、　Ｍｎ。

Ｎｉ、Ｂ等の添加元素を一種又は数種少量含有せしめる
ことができる。

このような金属間化合物からなるチタン−アルミニウム
系合金は、金属とセラミックの性質をあわせもち、その
比重が鋼の約４８〜５２％、チタンとバナジウムその他
との固溶体からなるチタン合金の８２〜９１％と低く、
高温での比強度にすぐれ、又弾性係数の高い材料である
ため上述のようにエンジンやタービンの材料として用い
られている。例えば特開昭６１−２２９９０１号公報に
はターボチャージャーのタービンロータをチタン−アル
ミニウム系合金によって形成される発明が記載され、タ
ービンの応答性と信頼性の改善が図られている。しかし
ながらそこにはタービンロータに必要な高温耐酸化性に
対する配慮がみられない。

上記の様な金属間化合物からなるチタンアルミニウム系
合金はアルミニウム含有量が１４〜３６重量％と多いた
め元来高温耐酸化性のすぐれた材料であるが、アルミニ
ウムの含有量がＴ　１３　Ａ　ＩＩより多いＴ　ｉ　Ａ
ｌｌ　　（ＡＮ−３６重量％）でも７００℃を越えると
温度上昇につれ酸化が顕著となり無視できなくなる。即
ち７００℃以下の温度域では該合金は軽量で高温比強度
が高く、他の金属では得難い特徴を有するが７００℃を
超える領域では寿命が短くなり、用途を限定せざるを得
なくなる。

この高温耐酸化性を改善するために各種の表面処理が考
えられるが、一般にその処理法或いは被処理材料によっ
てはその処理によってえられた被膜が加熱冷却による熱
衝撃を繰返し受ける厳しい環境下では剥離を生じるおそ
れがあった。

〔発明の概要〕

かくて本発明はまず、７００℃を超える温度域でも寿命
の長い高温耐酸化性にすぐれたチタン−アルミニウム系
合金を提供することを目的とするものである。

本発明はまたかかる高温耐酸化性とともに耐熱衝撃性に
すぐれたチタン−アルミニウム系合金を提供することを
目的とするものである。

本発明者らの研究、実験によれば、かかる目的は、チタ
ン−アルミニウム系合金の表面にアルミニウム濃度６０
〜７０重量％のチタン−アルミニウム金属間化合物から
なる合金被覆を施すことによって、またチタン−アルミ
ニウム系合金の表面にアルミニウム濃度６０〜７０重量
％のチタン−アルミニウム金属間化合物、更にその内側
にアルミニウム濃度３６〜６０重量％のチタン−アルミ
ニウム金属間化合物からなる合金被覆を施すことによっ
て達成されることが見出されたのである。

〔発明の詳細な説明〕

本発明はまず表面にアルミニウム濃度６０〜７０重量％
のチタン−アルミニウム金属間化合物を有する金属被覆
を施してなるチタン−アルミニウム系合金を提供するも
のである。

かかる合金被覆はチタン−アルミニウム系合金にアルミ
ニウム滲透処理法を施すことによって生成される。この
アルミニウム滲透処理法は、通常アルミニウム粉、アル
ミナ粉と滲透促進剤たる塩化アンモニウム粉を混合して
なるアルミニウム滲透剤を半密閉容器に充填し、この中
に処理されるべきチタン−アルミニウム系合金部材を埋
め込んでから６００〜１０００℃の温度に５〜１５時間
、好ましくは約１０時間加熱することにより行われる。

尚、被処理物たるチタン−アルミニウム系合金としては
前述のような添加元素を一種乃至数種少量含何せしめた
ものも用いられる。

このようなアルミニウム滲透処理法によってアルミニウ
ム濃度１４〜３６重量％の金属間化合物たるチタン−ア
ルミニウム系合金の表面にアルミニウム濃度６０〜７０
重量％に及ぶ金属間化合物Ａ　ＩＩ　３　Ｔ　ｉからな
り、厚み、５〜５０ミクロン、硬度４５０〜６５０ｍＨ
ｖを有する合金被覆が形成される。この合金被覆内のア
ルミニウム濃度はほぼ均一であり、内部素材部近傍でも
同様な濃度を有している。

このＡ　１３　Ｔ　ｔは非常に高温耐酸化性の優れた化
合物であるために、Ａｆｌ　３　Ｔ　ｉを表面に被覆さ
せることにより、チタン−アルミニウム系合金の高温耐
酸化性を大幅に向上させることができる。

本発明はまた表面に上記の如き６０〜７０重量％のアル
ミニウム濃度の金属間化合物からなる合金被覆を施すと
ともに、その内側に向けて漸次アルミニウム濃度が減少
するようにアルミニウム濃度勾配を設け、アルミニウム
濃度が素地合金の濃度から表面被覆の濃度の間の３６〜
６０重量％である１〜数層の合金被覆を施してなる、チ
タン−アルミニウム系合金を提供するものである。

このようなチタン−アルミニウム系合金は、上記のよう
にアルミニウム滲透処理を施し、そこに生成したＡ　Ｉ
！　３　Ｔ　ｉ合金層を熱処理することにより得られる
。かかる隼処理は、通常アルゴンガスの如き不活性ガス
雰囲気中又は真空中で行なわれる。従ってアルミニウム
滲透処理後、半密閉容器内の滲透剤から被処理剤を取出
し、これを上記の如き不活性ガス雰囲気中又は真空中に
入れ約１０００℃以上の温度で２〜１０時間熱処理する
ことによって、表面のＡ　ＩＩ　３　Ｔ　１合金被覆層
から、Ａ、Ｑ　２ＴｉＳＴｉＡＩと漸次表層部から素地
へとアルミニウム濃度を下げる合金被覆が内側に形成さ
れる。この場合アルミニウム濃度が少しづつ低下し、緩
かな勾配を構成する場合とアルミニウム濃度が３６〜６
０重量％の範囲で階段状に低下する１層又は数層の合金
被覆が形成される場合とがある。

この内側の合金被覆の厚みは一般に１０〜１００ミクロ
ン、その硬度は３５０〜４５０ｍＨｖの範囲である。

〔実施例〕

実施例１ 材質Ｔ　ｉ　ＡＮ　　（ＡＮ　＝３６重量９６）、寸法
３ｍｍＸ　３０ｍ＋ｉＸ　３０１１１ｍの試片をアルミ
ニウム粉２０重量％、アルミナ粉７９．　５ｆｆｉ量％
、塩化アンモニウム粉０．５重量％を混合してなる滲透
剤とともに半密閉容器に充填し、７００℃に１０時間加
熱してアルミニウム滲透処理を行った。表面に厚さ２５
ミクロン、アルミニウム濃度６４重量％のＡＲ３Ｔ　１
合金被覆を存するチタン−アルミニウム系合金試片がえ
られた。

この例でえられた試片の表面のＸ線回折結果を第１図の
Ａに示す。回折ピークは同図Ｂに示すＡ、Ｑ　３　Ｔ　
ｉの一標準データによく一致しており、表面にＡ　Ｄ　
３　Ｔ　ｔが形成されていることを示している。又えら
れた試片の合金波１！！層の厚さ方向の切断面の顕微鏡
写真を第２図に示す。更にこの合金被覆層のＥＰＭＡ分
析結果を第３図に示す。

実施例２ 実施例１でえられた合金試片を次いでアルゴンガス雰囲
気中で１０００℃で５時間加熱した。このようにアルミ
ニウム滲透処理と熱処理を行なったチタン−アルミニウ
ム系合金の合金被覆は第４図の顕微鏡写真から明らかな
ように二層に形成されている。

ここでえられた合金試片のＥＰＭＡ分析結果を第５図に
示す。この定量分析による各測定位置におけるチタン、
アルミニウムの平均濃度値を次の第１表に示す。

第１表 この第１表から明らかなように、表面５ミクロンはアル
ミニウム濃度６４重量％のＡ　ＩＩ　３　Ｔ　を合金被
覆を形成し、内側１６ミクロンはアルミニウム濃度５３
重量％のＡρ３Ｔｉ合金被覆を形成しており、結局上記
二層は表面ＡＤ　Ｂ　Ｔ　ｉ層、内側Ａｌｌ　２　Ｔ　
を層からなっており次いで、素材Ｔ　ｉ　Ａ１となって
いる。従って内側は表面に比べてアルミニウム濃度が低
くなって、濃度勾配が形成されている。

試験例１ 実施例１と２でえられた合金試片各１ヶと同寸法の従来
品Ｔｉ−３６ＡＦ合金試片１ヶを大気中にて９００℃に
２００時間連続加熱して各試片の重量変化を調査して、
高温耐酸化試験を行った。

この場合評価は単位面積当りの重量増加ｍｇ　／　ｃｉ
で表示し、重量増加の少ない程、高温耐酸化性がすぐれ
ている。その試験結果を次の第２表に示す。

第２表 この第２表から明らかなように、本発明によってえられ
たチタン−アルミニウム合金の酸化増量は従来品のそれ
よりもはるかに低く、僅か１．３〜１．４％にしか達せ
ず、著しく優れた高温耐酸化性を有している。

試験例２ 上記実施例１と２でえられた合金試片を各２ケ大気中で
９００℃で３０分間加熱した後、１０分間空冷すること
を１サイクルとし、３００サイクル連続試験した。この
試験後各試片を切断し、検鏡したところ実施例１．２と
も合金被覆層に異常はなかった。

引き続き１０００す、イクルまで実施したところ、実施
例１に１部合金被覆層に劣化の傾向がみられたが、実施
例２には全く異常が認められなかった。

〔効　果〕

本発明のチタン−アルミニウム系合金は従来の同系合金
に比べて特に７００℃以上の高温域においてはるかに良
好な高温耐酸化性を有するため寿命が大幅に延長し、更
に耐熱衝撃性も著しく向上しており、誠にを効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１でえられた合金試料の表面のＸ線回折
結果を示す図（上段Ａは実測データ、下段Ｂは標準デー
タを示す）、第２図は同試料の合金被覆部の厚さ方向の
切断面の金属組織を示す顕微鏡写真（３００倍）、第３
図は同試料の合金被覆のＥＰＭＡ分析結果を示す図、第
４図は実施例２でえられた合金試料の合金被覆部の厚さ
方向の切断面の金属組織を示す顕微鏡写真（７００倍）
、第５図は同試料のＥＰＭＡ分析結果を示す図である。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面にアルミニウム濃度６０〜７０重量％のチタン
   −アルミニウム金属間化合物からなる合金被覆を施して
   なる高温耐酸化性チタン−アルミニウム系合金。 ２、表面にアルミニウム濃度６０〜７０重量％のチタン
   −アルミニウム金属間化合物、その内側にアルミニウム
   濃度３６〜６０重量％のチタン−アルミニウム金属間化
   合物からなる合金被覆を施してなる、高温耐酸化性、耐
   熱衝撃性チタン−アルミニウム系合金。