JPH0293029A - 酸化物粒子分散強化型合金の製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、酸化物粒子分散強化型合金の製造方法に関す
る。

（従来の技術） 金属の母相中に微細な硬質粒子を分散して該金属の強度
を高める分散強化型合金は、高い温度に至るまでその強
化機能を失わず、かつ比較的少量の分散粒子の添加で充
分な強化効果を示すなどの特徴を有するため、広く使用
されている。この分散強化型合金の強度を高めるために
は、分散粒子を非常に微細な状態で金属母相に分散させ
る必要があり、分散が不均一で粗いと高い強度が得られ
ない。例えば、母相となる金属粒子と硬質粒子とをボー
ルミル等により単に機械的に混合したのでは、微細な硬
質粒子を金属粉末中に均一に分散できず、従って強度の
高い分散強化型合金を得ることができない。

このようなことから、金属の母相中に非常に微細な分散
粒子を分散させて分散強化型合金を製造する方法として
特開昭６１−３１１７３号公報等に開示されている内部
酸化法がある。この方法は、銅合金などに適用されてお
り、例えば銅合金の場合、銅と銅に比べて酸化され易い
元素とからなる合金の粉末又は切粉を酸化雰囲気中で加
熱して表面を酸化させ、これを密閉容器に封入して加熱
することによって表面の酸素を内部に拡散させ、合金粉
末の添加元素の酸化物粒子を内部に分散させた粉末又は
切粉を得る方法である。かかる方法によれば、微細な分
散粒子が調号相に均一に分散された分散強化型銅合金を
得ることができるものの、次のような問題があった。即
ち、前記合金粉末表面の酸素を内部に拡散させて添加元
素を完全に酸化させる内部酸化処理は、どうしても一部
の添加元素は酸化されず固溶元素として調号相中に残留
し易い。

添加元素が調号相中に固溶して残留すると、分散強化型
銅合金の電気伝導度は大幅に低下する問題を生じる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、非常に微細な酸化物粒子が均一に分散され、優れ
た強度を有し、同時に添加元素の母相への残留がなく該
母相のもつ電気伝導度性等の低下を解消した酸化物粒子
分散強化型合金の製造方法を提供しようとするものであ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、母相となる金属に該金属よりも酸化物生成自
由エネルギーが小である酸化物粒子生成用の元素を固溶
し、この合金を酸化雰囲気中で酸化して完全な酸化物に
転換する工程と、この酸化物中の添加元素が金属まで還
元されない雰囲気中で該酸化物を還元して母相となる金
属の酸化物のみを選択的に金属まで転換する工程とを具
備したことを特徴とする酸化物粒子分散強化型合金の製
造方法である。

以下、本発明の詳細な説明する。

まず、母相となる金属及び該金属よりも酸化物生成自由
エネルギーが小である酸化物粒子生成用の元素を用意す
る。ここに用いる母相となる金属は、通常の酸化雰囲気
中で熱処理する方法等により酸化物に転換でき、かつ前
記酸化により生成された酸化物が通常得られる還元性雰
囲気で熱処理するか、もしくは還元材と共に熱処理する
などの方法により再び金属の状態に転換できるようなも
のであればよい。かかる金属としては、例えばＣｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ　　Ｃｕ、ＺＺｎＳＭｏ５Ａ、Ｓｎ、Ｗ
、Ｒｅ、Ｐｂを挙げることができ、これらは単独もしく
は２種以上の合金の状態で使用することが可能である。

また、前記酸化物粒子生成用の金属としては、例えば、
Ｍｇ、ＡＪ２、Ｓｔ　％に、Ｃａ５ＳｃＳＴｉ　、Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ。

Ｆｃ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂｓ　Ｈｆ’、Ｔａ、或いは
Ｌａなどの希土類元素を挙げることができ、これらは単
独でも２種以上の合金の状態で使用してもよい。但し、
添加元素としてＣｒ、Ｆｏを用いる場合には母相となる
金属は該添加元素とは異なるものを使用することが必要
である。

次いで、前記母相となる金属に前記酸化物粒子用の元素
を固溶した合金を調製する。この合金の調製方法として
は、例えば溶解法、粉末焼結法などの通常方法で行なう
ことができるが、前記元素を母相となる金属に可能な限
り均一に固溶させることが望ましい。また、母相となる
金属に対する酸化物粒子生成用の元素の固溶量は、最終
的に製造された分散強化型合金の金属母相に対して酸化
物に転換された状態にて１〜ＩＯ体積％となるようにす
ることが望ましい。この理由は、酸化物換算での量を１
体積９６未満にすると分散強化型合金の強度向上に充分
に達成できず、かといって酸化物換算での量が１０体積
％を越えると分散強化型合金の電気伝導度の低下が著し
くなる恐れがあるからである。

次いで、前記合金を酸化雰囲気中で熱処理して完全な酸
化物に転換する。この工程において、合金が塊状である
と酸化処理に長時間を必要とするため、酸化処理に先立
って合金を粉砕するか切粉にするなどして酸化され易い
小片にすることが望ましい。また、ガス・アトマイズ法
、ＲＥＰ法などにより微粉末状の合金を調製し、これを
酸化処理してもよい。更に、酸化工程において酸化反応
での発熱量が非常に大きい場合には、酸化処理中の合金
及び酸化物の混合物の温度が上昇し過ぎ、混合酸化物中
の一方又は両者の酸化物粒子が粗大化することもある。

かかる場合には、酸化性ガスの酸化ポテンシャルを調節
するか、もしくは酸化性ガスの流量を調節して酸化工程
中の合金と酸化物との混合物の温度が過度に上昇しない
ようにすることが望ましい。

次いで、前記酸化処理により得られた複酸化物もしくは
混合酸化物中の母相となる金属の酸化物を選択的に還元
して母相となる金属に変換する。

この工程において、−様な還元を行なうために酸化物を
予め粉砕することが望ましい。但し、酸化工程により得
られた酸化物が混合酸化物で、夫々の酸化物の比重など
の特性が異なる場合には、粉砕工程で酸化物の相互分離
を生じる恐れがあるため、長時間の粉砕を避けることが
望ましい。また、前記還元工程では還元ポテンシャルを
調節した雰囲気中で母相となる金属の酸化物のみを選択
的に金属状態になるまで行なわれるため、酸化物粒子と
なる添加元素の酸化物は全く還元されないか、部分的に
還元されて低級の酸化物となるに止まる。

更に、還元工程において還元反応での発熱量が非常に大
きい場合には、選択還元処理中の金属及び酸化物の混合
物の温度が上昇し過ぎ、酸化物粒子が粗大化する恐れが
ある。かかる場合には、還元性ガスの還元ポテンシャル
を調節するか、もしくは還元性ガスの流量を調節して選
択還元工程中の金属と酸化物との混合物の温度が過度に
上昇しないようにすることが望ましい。なお、選択還元
工程中、特にその後期には酸化物粒子の粗大化が生じな
い範囲で温度を高くすることが望ましい。かかる操作に
より、酸化物粒子（分散粒子）が分散された合金粒子の
粒径を大きくでき、これによって選択還元工程以降での
分散強化型合金粉末の酸化による汚染を避けることが可
能となる。

以上の工程により製造された酸化物粒子分散強化型合金
粉末は、通常の粉末冶金的手法により成形、還元性もし
くは不活性の雰囲気中で焼結してビユレットされる。こ
の工程において、前記分散強化型合金粉末は塊状になっ
てることが多いため、成形に先立って粉砕することが望
ましい。但し、この粉砕工程では前述した酸化工程後で
の粉砕と同様な理由によりあまり長時間の粉砕は避ける
ことが望ましい。また、前記ビユレット製造においては
成形と焼結を同時に行なうホットプレス法を採用し得る
。かかるホットプレス法では、通常の成形、焼結プロセ
スに比べて低温度で行なうことができるため、分散され
た酸化物粒子の粗大化が防止され、より微細な酸化物粒
子が分散されたビユレットを得ることが可能となる。

なお、前述した酸化工程で得られた合金の複酸化物もし
くは混合酸化物をそのまま、又は予め粉砕した後に型内
に入れ、該酸化物中の母相となる金属の酸化物のみを選
択的に還元するように還元ポテンシャルに調節された雰
囲気中でホットプレスして、成形、還元、焼結を同時に
行なってもよい。また、前述した酸化工程で得られた合
金の複酸化物もしくは混合酸化物に炭素などの固体還元
剤の粉末を混合した後、型内に入れ、不活性雰囲気もし
くは還元性雰囲気中でホットプレスして、成形、還元、
焼結を同時に行なってもよい。かかる工程によって得ら
れた酸化物粒子を分散した合金ビユレットは、必要に応
じて圧延、鍛造などの二次加工を施してもよい。

（作用） 本発明によれば、母相となる金属に酸化物粒子生成用の
元素を固溶することによって、該母相金属に元素が均一
に分散された合金を調製でき、この合金を酸化雰囲気中
で酸化して完全な酸化物に転換し、更に酸化物中の添加
元素が金属まで還元されない雰囲気中で該酸化物を還元
することによって、母相となる金属の酸化物のみが選択
的に金属に転換されるため、母相金属に分散粒子として
の添加元素の酸化物粒子が均一に分散され、優れた高強
度性ををし、同時に添加元素の母相への残留がなく該母
相のもつ電気伝導度性等の低下を解消した酸化物粒子分
散強化型合金を製造できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ まず、銅とアルミニウムとを真空溶解して銅−アルミニ
ウム合金（アルミニウム含有量０．６重量％）インゴッ
トを調製した後、該インゴットを切削して厚さ約０．２
ｍｍの切粉を作製した。つづいて、この切粉を大気中で
９５０℃、１８時間の酸化処理を行なって完全に酸化物
に転換した。次いで、得られた酸化物を還元炉中に入れ
、アルゴンと水素の混合比が５　：１　（体積比）、全
圧１気圧の混合ガスを３　Ｉ！／ｍｉｎ　　（２０℃、
１気圧での値）の流量で流しつつ、徐々に昇温しで還元
を行ない、炉の温度が９００℃に到達した時に昇温を停
止して炉の温度を９００℃に保持し、ひきつづきアルゴ
ンの供給を停止して３Ｊ！／ｍｉｎの純水素気流中で１
時間保持した。冷却後、還元して得られた分散強化型銅
合金粉末をカーボン型中に充填し、真空中、９００°Ｃ
の温度にて４００ｋｇ　／　ｃｒｊの圧力でホットプレ
ス成形を行なって分散強化型銅合金のビユレットを製造
した。得られたビユレットは、調号相中に３体積％の酸
化アルミニウム粒子が均一に分散されていた。

比較例 市販の内部酸化法により得られたアルミナ分散強化型銅
合金粉末（酸化アルミニウム含有量３．０体積％）をカ
ーボン型中に充填し、純アルゴン気流中、９００℃の温
度にて４００ｋｇ　／ｃ１ｊの圧力でホットプレス成形
を行なってアルミナ分散強化型銅合金のビユレットを製
造した。なお、前記市販の内部酸化法により得られたア
ルミナ分散強化型銅合金について分析したところ、酸化
アルミニウムの含有量が２．４体積％で、かっ調号相に
０．１３重量％のアルミニウムが固溶していることが確
認された。

しかして、本実施例１及び比較例の分散強化型銅合金の
ビユレットについて室温における比抵抗と導電率、液体
ヘリウム温度における比抵抗及び残留抵抗比を７１１定
した。また、各ビユレットから切り出した試験片を用い
て室温において引張り試験を行ない、引張り強さ、０．
２％耐力及び伸びを測定した。これらの結果を下記第１
表に示した。

第　　１　　表 実施例２ まず、ニッケルとアルミニウムとを真空溶解してニッケ
ルーアルミニウム合金（アルミニウム含″ｔ−７Ｑ０．
４重量％）インゴットを調製した後、該インゴットを切
削して厚さ約０．２　ｍｘの切粉を作製した。つづいて
、この切粉を大気中で１０５０℃、２１時間の酸化処理
を行なって完全に酸化物に転換した。

次いで、得られた酸化物を還元炉中に入れ、アルゴンと
水素の混合比が１　：Ｉ　（体積比）、全圧１気圧の混
合ガスを５ノ／ｍｉｎ　　（２０℃、１気圧での値）の
流量で流しつつ、１０００℃、２時間還元した。

冷却後、還元して得られた分散強化型ニッケル合金粉末
をカーボン型中に充填し、真空中、１０５０’Ｃの温度
にて４００ｋｇ　１０ｊの圧力でホットプレス成形を行
なって分散強化型ニッケル合金のビユレットを製造した
。

得ら、れたビユレットは、ニッケル母相中に２体積％の
酸化アルミニウム粒子が均一に分散されていた。また、
室温におけるビッカース硬さを測定したところ、３２０
と高い値を有していることが確認された。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば非常に微細な酸化物
粒子が均一に分散され、優れた強度を有し、同時に添加
元素の母相への残留がなく該母相のもつ電気伝導度性等
の低下を解消した酸化物粒子分散強化型合金の製造方法
を提供できる。

出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 母相となる金属に該金属よりも酸化物生成自由エネルギ
   ーが小である酸化物粒子生成用の元素を固溶し、この合
   金を酸化雰囲気中で酸化して完全な酸化物に転換する工
   程と、この酸化物中の添加元素が金属まで還元されない
   雰囲気中で該酸化物を還元して母相となる金属の酸化物
   のみを選択的に金属まで転換する工程とを具備したこと
   を特徴とする酸化物粒子分散強化型合金の製造方法。