JPH02258901A - 耐火金属材料からなる選択された形状の部材及びその製造方法 - 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 本発明の分野は選択された形状を有する耐火金属材料の
１３１材並びにそのような部材の製造方法に関するもの
である。

来技術、および発明が解決しようとする課題異なる金属
が互いに組合わせられるか又は他の材料と組合わされ、
高強度、高耐食性（耐酸化性）を有する低密度特性の如
き所望の特性を達成するか又は高温度における高強度の
如き選択された特性を良好に保持する金属材Ｈは数多く
知られているが、それらの材料は圧延、引抜き及びスタ
ンピングのような慣用の鍛圧手段及び（又は）その類い
によって＋ｉ！Ｊ３２ｉされるようには工夫されていな
い。

何故ならそれらの材料は、たとえば本質的に延性が欠け
ているからである。そのような金属材料で航空産業にと
って大いに興味のあるものはＢｅ化物及びＡＣ化物のよ
うな耐火金属物質であり、特に限定した成分からなり規
則正しい結品組織を有するチタンとアルミニウムの金属
間化合物である。

これらの金属間化合物は格子構造にお１ブるすべり方向
を欠いているため、通常の成形技術にはなじまない。

金属ファイバ又はその類いの補強要素を種々の材料内に
含ませ、より大きな強度を有する材料で形成された部材
を提供することがしばしば提案されてさた。しかしなが
ら、そのような部材は要素間の結合強度が比較的低く、
材料はこれに補強要素が導入された後には部材を典型的
には成形加工しないようにして補強されてきた。この点
に関して言えば、前述の耐火金属材料内に補強要素を導
入するのが望ましいことは認識されてきた。しかしなが
ら内部に十分な補強手段を有するそのような耐火材料を
具体化する部材は、金属材料製部材を成形するのに通常
用いられる前述の鍛圧工程及びその類いを用いることに
よっては成形することが出来なかった。

課題を達成するための手段 本発明の目的は耐火金属材料を具体化する選択形状の新
規かつ改善された部材を提供することであり、内部に補
強手段を有するそのような部材を提供することであり、
選択形状内に３５ける補強手段に確実に接合された耐火
金属材料を有する選択形状のそのような部材を提供する
ことであり、耐火金属材料が規則正しい組織の金属間化
合物を含むそのような部材を提供することであり、耐火
金属材料成分と補強手段の間に金属間化合物を形成する
ことにより同補強手段に耐火金属材料が確実に接合され
ているような部材を提供することであり、チタンアルミ
化物材料を含んだそのような部材を提供することであり
、そのような部材を製造するための新規かつ改良された
方法を提供することである。

略述すれば、本発明の新規かつ改良された部材は複数の
成分を有する耐火金属材料を含み、周部材は選択された
形状を有している。好ましくは、例えば前記耐火金属材
料はＢｅ化物又はＡｌ化物のような規則正しい組織の金
属間化合物を含んでいる。一つの好ましい実施例におい
ては、前記耐火金属材料がα−チタンアルミ化物及びγ
−チタンアルミ化物からなるグループより選択されたチ
タン・アルミニウム合金を含む。好ましくは、前記部材
は複数本のワイヤ要素のような補強手段を内蔵しており
、同要素は金属被覆（クラップイン７′。

気）を備えている場合もそうでない場合もある。

前記要素は選択形状体中において耐火金属材料内に分散
されている。望ましくは、ワイヤ網が１Ｙｉ記耐火金属
材料内に配設され、本発明の一つの好ましい実施例にお
いては、選択形状体中を延びている。好ましくは、前記
金属補強手段はこれと耐火金属物質の成分の間に形成さ
れた金属間化合物によって選択形状体内の定位置に固定
される。

選択形状の改良された部材を製造するべく本発明により
提供された方法においては、耐火金属材料の成分は金兄
粉末形態において、好ましくは金属補強手段のまわりに
おいて結合される。ｔｙ＋記粉末及び補強手段は次に固
着一体止され、好ましくは圧延、スタンピング又は引扱
き又はその類いのような鍛圧手段によって選択された形
状に成形される。前記粉末材料は次にその場で耐火金属
材料を製造するために、選択形状体内において互いに化
学的に反応させられるか、又は以前に反応させられてい
る場合には焼結によって溶融される。好ましくは、選択
形状体中を分散されたか、延びている前記補強手段はま
た粉末材料と反応させられ、これと補強手段間に金属間
化合物が形成され、補強手段が選択形状体内の定位置に
固定される。そのような金属間化合物は、補強材料にお
いて富有化することから粉末材料において富有化するこ
とまで所望に応じて変化させられる。

好ましい実施例の説明 付図を参照すると、例えば第３Ａ図の１０は本発明の新
規な部材の一つの実施例を示しており、同実施例は部材
の選択された形状中を延びる補強手段１４を取囲む少な
くとも二つの構成要素を備えた耐火性金属材料１２を具
現している、選択された形状（この場合には薄肉金属シ
ートの形状）を有しているのが図示されている。すなわ
ち、前記部材は他の金属に溶着又は接合したり、圧延し
たり又は引抜いたり、又はロール成形したり、打法いた
り又は絞ったりのような塑性加工を用いて又は他の慣用
的な成形技術を用いて曲げ形状又は他の形状を得るのが
そのにうな技術によって成形される他の金属材料と比べ
ると、比較的６４度においてさえ比較的困難であるとい
うことが特徴である。典型的には、前記耐火金属材料１
２は宇宙航空産業において用いるのが適した低密度及び
高強度を特徴とする３ｅ化物又はＡｌ化物を有しており
、本発明の一つの好ましい実施例においては、前記耐火
金属材料１２は金属間化合物を具現しているチタンアル
ミ化物を有している。前記金属間化合物はα−チタンア
ルミ化物（Ｔ　ｉ　Ａｌ　）及びγ−チタンアルミ（Ｔ
ｉＡｉｌ）からなるグループより成分が選択されたとす
れば、規則正しい結晶組織を有している。好ましくは前
記補強手段１４は第３Ａ図に例示された織成ワイヤ網の
ような金属製補強手段を有しており、同ワイヤ網は選択
された形状体である部材１０中を延びる部分を有してい
るので、補強網の諸部分は同形状部分中に分散している
。前記補強手段１４の金属材料はモリブデン、タングス
テン、チタン、アルミニウム、ステンレス鋼を含む鋼、
ニッケル及び他のニッケル合金又はその類いからなるグ
ループより選択された金属材料を含むのが好ましい。本
発明の範囲内に含まれる代替的実施例において、前記補
強手段１４も又部材１０から省略され得る。

本発明によれば、前記耐火金属材料１２は部材１０に与
えられた選択された形状物へと現場で形成される。好ま
しくは、例えば、部材１０は第１図に図式的に例示され
た新規かつ好適なプロセスを用いて製作される。すなわ
ち、耐火金属材料の複数の成分１２ａ及び１２ｂは１６
で示される供給器から粉末の形態で分配され、ホッパ１
８内で実質的に化学は論的吊又はその類いにおいて組合
わされ、２０で図式的に示されるよう完全に混合される
。その結果第１図の１２０で示されるように、微細に分
割された形態の複数の成分からなる均質な混合物が提供
される。所望とあらば、バインダ及び／又はスラリー形
成材料１２ｄが２２で示される供給器から必要量だけ分
配され、ａ合物１２ｃ内に入れられ、以下に説明する混
合物の更なる処理を容易ならしめるために完全に分散さ
れる。しかしながら、成分１２ａ及び１２ｂの性質に応
じて、そのようなバインダ又はスラリー形成材口は本発
明の範囲内において省略することが出来る。たとえば、
本発明の好ましい実施例における如く典型的には、＠綱
に分割されたチタンの粉末１２ａが対応するアルミニウ
ムの粉末１２ｂと組合わされ、互いに反応してチタンア
ルミ化物を形成するのに適した実質的に化学量論的な混
合物１２Ｇ又はその類いが形成される。

混合物１２Ｃは次に前記補強手段１４と結合され、同手
段装置を取囲む。次に混合物の金属粉末は互いにかつ補
強手段と一体化され、選択された形状の部材１０が形成
される。たとえば、好ましくは織成金属ワイＡ７網補強
手段１４が供給器（図示せず）から供給され、一対の圧
密用ロール２４間に通過させられる。一方混合物１２も
又ガイド２６を介して前記ロール間に供給され、萌記ワ
イＡ７網を取囲み、網のまわりに圧密され、金属粉末及
び金属補強手段が一体化され、選択された形状の部材１
０が形成される。もしも金属粉末及び前記補強手段の金
属材料がバインダ無しで圧密化され、かつ十分な可鍛性
を持っている場合には、ロール２４間において圧密する
ことにより、好ましくは金属粉末間及び（又は）粉末と
補強手段間に潜在的固相冶金結合部が発生させられる。

所望とあらば、前記ワイヤ網及び粉末渥合物はそのよう
なｔａＳ一体止作業を容易ならしめるために２８で図式
的に例示したように加熱される。もしも粉末及び補強手
段の固着−休止がバインダを用いて実施される場合には
、前記圧密ロールによって固着−休止された金属粉末及
びワイヤ網は第１図の３２において図式的に例示された
ようなスタンピング又はコイニング装置によって更に圧
密化又は固着、−休止される。所望とあらば、前記固着
−休止された材料は３４で示すように、慣用のブランキ
ング又はスリッティング装置によって切断され、前記部
材には第２Ａ図の１０ａで例示するようなＲ柊の選択さ
れた形状が付与される。

本発明によれば、混合物１２ｃ内の金属粉末は次に互い
に反応させられ、金属部材７０の選択された形状内にお
いて、その場で耐火金属材料１２が形成される。好まし
くは、例えば前記固着され一体化された粉末及び網は加
熱され、形成された形状部材１０ａ内の金属粉末が熱的
に反応させられ、第１図の３６において示すように所望
の耐火材料からなる部材１０が形成される。この場合前
記加熱工程及び好ましくは他のプロセスも又部材１２の
物質に適した保護雰囲気内で行なわれる。

これはハ「クジング３８及びそのような雰囲気をハウジ
ング内に導入するための装Ｖ１３９によって図式的に示
されている。しかしながら、固着−休止され成形された
粉末及び網材料を反応させて耐火金属材料１２を形成さ
せるべく前記材料内に導入されるエネルギは熱的、機械
的又は電気的装置又はその類い又はその任意の組合せ物
によって供給することが出来るということを迎解すべき
である。

すなわち、反応のためのエネルギは本発明の範囲内にお
いて圧延ボンディング、スタンピング、爆発成形又はそ
の類いの鍛圧装置又は熱間静水圧成形又は電気的装置に
よる加熱、レーザ加熱又は溶接￥Ｎ置又はその類い又は
超音波接合又はその類いによって供給することが可能で
あり、これによって第３Ａ図に例示されたような部材１
０が形成される。

［ｐＡＡ　］ 本発明の一つの好ましい実施例において、前記耐火金属
材料１２はα−チタンアルミ化物＜ＴｉＡＪ＞を有して
おり、前記金属補強手段１１、ｔＴｉＡｊ！　　Ｖの公
称成分を有するワイヤのようなチタン合金ワイヤの織成
網を有しており、部材１０は第３Ａ図に例示するように
、航空機外皮用途又はその類いに用いるのに適した極め
て低い密度及び高い強度を一１記部材に与えるために薄
肉シート又は箔の形状において提供されている。本発明
に従ってそのようなシート部材を準備するに当り約０．
５０ａｍ　（０，０２インチ）の直径を備えたそのよう
なチタン合金のワイヤが織成され、２４Ｘ２４ワイヤ網
が形成され、選定された長さのストリップ状網体が適当
なバインダ内に入れたチタンとアルミニウム粉末の混合
物とともに圧密ロール間へと送られ、前記粉末がワイヤ
網のまわりに圧密され、シート形状の部材が形成される
。

好ましくは、例えばα−チタンアルミ化物を作るための
そのような粉末の化学ｍ論的混合物は約８０対２０％の
重量比のチタン及びアルミニウムを含む。前記混合物は
好ましくはチタン粉末とアルミニウム粉末の比率が約７
９％対２１％のアルミニウム富化混合物を有している。

好ましくは前記粉末材料は好ましい高密度で托密される
ようにされた約１００〜３２５メツシユ粒子寸法の範囲
内の広範囲に分布した粒子寸法として提供される。

好ましくは前記粉末はエルバサイト（ＥＩＶａＣｉｔＱ
）なる商品名によりデュポン社から市販されている慣用
の高分子メタクリレートバインダとともに混合される。

該バインダはメチルエチルケトンのような溶媒によりう
すめることによりワイヤ網のまわりに圧密されるべき粉
末混合物ペーストが（あるいは又もし好まれるならば網
上へとドクターブレードによる形成が行なわれるスラリ
が）形成される。粉末を塗布し、圧密化されたワイヤ網
は次にバインダを追い出すために約２５０〜４００℃の
温度へと加熱される。ワイヤ網は次に高圧力でコイニン
グされ、所望の密度を達成し、バインダを追い出すため
に約１０００℃で焼結される。ワイヤ網は次に所望の密
度を達成するために高温度でコイニングされ、更に材料
を実質的に中実な形態で固着一体化し、粉末材料を互い
に反応させその場でチタンアルミ化物材料をその形状に
おいてワイヤ網のまわりに形成させ、かつ又前記粉末材
料をワイヤ網の表面部分と反応させチタン−アルミニウ
ムの金属間化合物を形成し、α−チタンアルミ化物材料
をワイヤ網に確実に接合さＵ″るため約１０００℃で焼
結される。所望とあらば、前述のプロセス段階は真空又
は不活性還元ガス雰囲気中で行なわれる。もしもワイヤ
網が圧密化された粉末を受取るために連続的に前進させ
られ、長さ部分に切断され及び（又は）他の方法でシー
ト又は他の形状の部材１０に形成される場合には、その
ような形成段階は粉末材料が相互に、かつ又ワイヤ網と
反応させられ部材１０の耐火材料を形成する最終焼結段
階に先立って行われる。

第３Ｂ図の４０において例示される、本発明の別の代替
実施例、においては、部材４０は前述した材料１２と類
似の耐火金属材料４２を含んでおり、複数個の類金属ワ
イヤファイバ又は金属被覆されたセラミックス・ファイ
バ４４を有する補強手段により固着一体化されている。

各々のファイバは高い長さ／直径比を備えており、前記
部材は例えば第３Ｂ図に例示されるような選択されたテ
ーバ形状又はその類いへと形成される。この形状を成形
するに当っては、前述した粉末混合物１２Ｃに相当する
粉末混合物４２Ｇが第２Ｂ図の４０８で例示するように
補強ファイバ４４と結合され、ファイバは内部に分散さ
れ、粉末及び補強ファイバは固着一体化され、適当なス
タンピング手段、たとえば第１図において３２で図式的
に示されるようなものにより選択された形状へと成形さ
れる。

前述した潜在的グリーン結合部を以って互いにかつ金属
ファイバに結合させることが可能な、混合物４２ｃの固
着一体化された粉末材料並びに前記固着一体化された材
料は次に前述したように金属粉末材料を互いに反応させ
、部材１ｏを成形する時のように部材４０の選択された
形状内へとその場で耐火金属材料４２を形成させるため
加熱される。

［例Ｂ］ 本発明の別の好ましい実施例においては、例△に関して
前述したような粉末材料がニッケルワイヤのまわりに圧
密され、同ワイヤとその場で反応させられ、対応するα
−チタンアルミ化物耐火材料が形成される。なおこの耐
火材料はニッケルアルミ化物を有する金属間化合物によ
って前記ニッケルワイヤへと接合される。

第３Ｃ図において４６により例示された、本発明の別の
好ましい実施例においては、部材４６は耐火金属材料４
８及び金属補強手段５０を含んでおり、再進入表面領域
５１を有するエンジンカウリング又はその類いの一部分
の形状の如き選ばれた形状へと形成される。なお、補強
手段５０は前記選択された形状中を延びている。本発明
のこの実施例においては前記部材は好ましくは金属間化
合物５２を含んでおり、同化合物はやはり耐火金ＩＢ！
材料とすることが出来、第３図に示すように、補強手段
５０を部材４６の選択された形状体内の所望の位置に固
定するため補強手段５ｏと耐火金属材料４８の間に形成
される。本発明の新規かつ好適な方法によりそのような
部材４６を形成するにあたっては、前述した粉末混合物
１２ｃに対応する金属粉末４８ｃの混合物が金属補強手
段５０のまわりに固着一体化される。手段５０も又粉末
材料の少なくとも一つと反応して第２Ｃ図の４６８で示
すように所望の金属間化合物５２を形成するための金属
材料を有している。好ましくは、本発明の一つの好まし
い実施例において、補強手段５０は第２の異なる金ｊｉ
５０．２で被覆すなわちクラッドされた第１の金属のコ
ア５０．１を備えたクラッド金属ワイヤを含む織成ワイ
ヤ網を有している。好ましくは、たとえば混合物４８Ｃ
がα−チタンアルミ化物（ＴｉＡ１）を形成するのに適
したチタンとアルミニウムの粉末の混合物を有している
場合には、補強ワイヤ手段は高強度のチタンワイヤコア
材料５０．１を有している。材料５０．１はそれに冶金
学的に接合されたアルミニウムのクラツデイング５０．
２を備えている。

金属粉末混合物４８Ｃは第１図の２４及び３２で示され
るように鍛圧又はその類いの方法によって織成ワイヤ網
５０と固着−休止され、固着−休止された材料に第２Ｃ
図で例示したような選択された形状が提供される。ここ
にコイニング段階３２【よ好ましくは部材４６の最終形
状を成形するための適当な工具とともに用いられる。固
着−休止され、成形された材料は次に第２Ａ図及び第３
Ａ図において既述したように加熱され、混合物４８ｃの
粉末は互いに、かつ又補強手段５０の材料と熱的に反応
させられ、その場で補強手段５０を取囲んだ耐火金属材
料４８が選択された形状４６内に形成されるとともに、
好ましくは同時に、金属間化合物５２が補強手段と耐火
金属材料の間に形成される。例えば、本発明の一つの好
ましい実施例において、ワイヤクラツデイング５０．２
の厚さは耐火金属材料であるγ−チタンアルミ化物（Ｔ
　ｉ　ＡＪ　）を有づ′る金属間化合物５２を形成する
ための熱反応プロセスに関して規１ｊされる。

方金属粉末４８ｃの化学は論的混合物それ自体は強手補
段５０を部材４６の選択された形状内に確実に定置する
ため、α−チタンアルミ化物を有する耐火金属材Ｒ４８
を同時に形成する。別法として、所望とあらば前記補強
手段はチタンワイヤのみから形成し、これを粉末材料４
８Ｃと反応させ、対応する金属間化合物５２を形成さＬ
ることが出来る。種々の他の金属材料も又補強手段５０
内に含ませ、他の金属間化合物５２又はその類いを形成
し、補強手段とこれを取囲む耐火金属４８の間にしつか
りした接合部を提供することが可能なることを理解され
たい。

［例Ｃ］ 別の実施例においては、金属粉末の粒子が庄屋で９１．
５％のチタン、５％のニオブ及び１％のタンタルという
公称成分を備え、好ましくは粒子寸法が直径２０μｍの
オーダであるチタン合金金属から、慣用のＲ８Ｐ又はＰ
ＲＥＰ技術によって形成される。゛前記粒子は次に任意
の慣用方法により純アルミニウムにより被覆される。γ
−チタンアルミ化物を形成するためには被覆厚さは被覆
された粉末材料が６２％のチタンと、３２％のアルミニ
ウムと、５％のニオブと１％のタンタルを有するような
比率にされるのが好ましい。所望とあらば、被覆された
粉末はチタン合金金属又はその類いの補強ワイヤ網のま
わりに／［化される。好ましくは、例えば被覆された粉
末は第１図に例示されるようにワイヤ網のまわりに圧密
化され、ロールによって固着−休止された後、２４ｍの
長さが約２時開、温度２５０℃において焼結される。

所望とあらば、圧密され焼結された材料は任意の形状に
成形したり、別の金属層にロール圧接したり、そのよう
な接合された金属層を用いて１服された金ＩＡ複合材又
はその類いを形成するよう慣用の処理を行なったり、任
意の他の態様で成形したりすることが可能である。その
ような成形プロセスにおいては、圧密化され焼結された
材料は粒子及び（又は）粒子＋ワイＡ７網を備えたアル
ミニウムの成形性を有することになる。その後、圧密化
され焼結された材料が所望の形状にある時、これは炉中
に置かれ、約４５０〜８００℃の温度で数時間〜数日の
間加熱され、粒子のコアがそれらの被覆と反応させられ
、被覆は（もし用いている場合）ワイヤ網と反応させら
れ、その場で前述した耐火チタンアルミ化物が形成され
るとともに（もし用いている場合）ワイヤ網に耐火材料
を接合するためのチタンアルミ化物金ｉ間化合物が形成
される。この道具立てにより成形される所望の形状は通
常の形状成形手段を用いて容易に製作され、次に反応さ
せることによりその所望の形状を備えた耐火材料が提供
される。

第４Ｂ図の５４において例示された本発明の別の代替実
施例においては、本発明の部材は補強手段５８を取囲む
耐火金属材料５６を有しており、更にこれに冶金学的に
接合された金Ｗ１４層６０をも有している。好ましくは
他方の層６２は金属間化合物の層６２によって耐火金属
材料５６に接合され、諸材料が確実に接合される。好ま
しくは、例えば耐火金属材料５６がチタンアルミ化物を
有している場合には、金属層６０は薄肉のチタン金属筋
又はその類いを有している。前述の議論からも４゜ わかるように、前述した混合物１２ｃに相当する金属粉
混合物６０ｃは前述したのと類似の態様により、補強手
段１４に相当する補強手段及び第１図の６０ａで示され
るような金属箔１６と固着、−体色され、第４Ａ図の５
４８で示されるような選定された形状が与えられる。固
着一体色された材料は次に前述した態様に相当する態様
により熱的に反応させられ、その場で耐火金属材料５６
が選定された形状へと成形されるとともに、同耐火金Ｆ
４材料をチタン箔に固定するための金属間化合物６２が
形成される。

本発明の方法の特定の実施例が本発明を例示するために
説明されてきたが、本発明は付記の請求項の範囲に入る
全ての修正例及び等価例をも含むものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の新規かつ改良された方法を実子方向軸
線に沿って眺めた拡大尺度で描ける断面それぞれ本発明
によって提供される選定形状の耐火金属材料からなる新
規部材の好ましい実施例をと類似の所面図であり、本発
明の部材の代替的好ましい実施例を成形するのに、そこ
に例示された中間製品を利用する９　１１を示している
。 １２・・・耐火金属材料、１４・・・補強手段、１０・
・・部材、１２ａ、１２ｂ・・・成分、１２Ｇ・・・混
合物、１０ａ・・・選択形状。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の成分を備えた耐火金属材料からなる、選択
   された形状の部材において、前記耐火金属材料がその場
   で前記選択された形状に成形されることを特徴とする部
   材。
2. （２）請求項１に記載の部材において、更に前記耐火金
   属材料が規則正しい構造の金属間化合物を含むことを特
   徴とする部材。
3. （３）請求項２に記載の部材において、更に前記耐火金
   属材料がＢｅ化物及びＡｌ化物からなる群から選ばれた
   一つの金属材料を有することを特徴とする部材。
4. （４）請求項３に記載の部材において、更に前記耐火金
   属材料がチタンアルミ化物を有することを特徴とする部
   材。
5. （５）請求項４に記載の部材において、更に前記耐火金
   属材料がα−チタンアルミ化物及びγ−チタンアルミ化
   物からなる群より選択されることを特徴とする部材。
6. （６）請求項１に記載の部材において、該部材はその内
   部に配設された補強装置を備え、更に前記耐火金属材料
   と補強装置の間に形成され、前記補強装置を選択された
   形状内に定置する金属間化合物を有していることを特徴
   とする部材。
7. （７）複数の成分を備えた耐火金属材料からなる選択さ
   れた形状の部材の製造方法であつて、前記成分を組合せ
   、固着一体化し、固着一体化された成分を選択された形
   状へと成形する段階と、同成分をその場で選択された形
   状内で反応させ耐火金属材料を形成せしめる段階とを有
   する方法。