JPH03161165A - 金属間化合物要素の接合方法 - 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） 本発明は、超耐熱性、超耐食性などのすぐれた特性を有
し、先進構造用材料として近年活発に開発の進められて
いる金属間化合物材料の接合方法に関する． （従来の技術） 金属間化合物はすぐれた特性を有しているが、加工が困
難であるためこれまで広く実用化されるには至っていな
い．しかし、最近、側圧付加押出法によるＴｉＡｌ系金
属間化合物（合金）の押出加工や、金属粉末から出発し
た戊形体の製造例などが報告されており、金属間化合物
部材の底形方法も実用化されつつある． また、これら従来法の改良方法として、特開昭６３−２
４７３２１号公報には、金属間化合物部材の容易な成形
方法が提案されている。それによれば、金属粉末を出発
原料として使用し、それらを混合脱気し、金属間化合物
の成形温度に加熱し、金属間化合物部材を圧縮或形して
から塑性加工を行うのである。

構造用材料として金属間化合物を実用化するには、成形
方法は勿論であるが、そのようにして或形された金属間
化合物要素の接合方法の開発が不可欠である。しかし、
金属間化合物相互の接合方法については、これまでほと
んど報告がみられない． （発明が解決しようとする課題〉 金属間化合物相互を接合する方法として、従来より金属
材料に用いられている溶接、ろう付けなどの方法をその
まま用いることがまず考えられるが、溶接では溶接時の
熱応力のため溶接部に割れが発生し、ろう付けでは母材
の特性を接合部にも持たせることが困難であり、いずれ
も金属間化合物相互の接合に適した方法であるとは言え
ない。

本発明は、上記の問題点に鑑み、金属間化合物要素の実
用的かつ簡便な接合方法を提供することを目的とするも
のである。

（課題を解決するための手段） 上記目的達威のため種々検討しながら各種の金属間化合
物の形戒挙動を研究した結果、本発明者等は、その金属
間化合物を構戒する各金属元素の粉末を、金属間化合物
の比率で混合してその金属間化合物の形成温度に加熱す
ると、合金化反応が自動的に進行して金属間化合物が形
戒され、この反応を金属間化合物相互の接合に利用でき
ることを見出し、本発明に至った． すなわち、本発明の要旨とするところは、金属間化合物
要素の接合方法であって、その金属間化合物の組成割合
で単体金属または合金の粉末を配合・混合し、得られた
混合物を接合しようとする前記金属間化合物要素の間に
介在させながら、真空中または不活性ガス雰囲気中で前
記金属間化合物の形成温度以上に加熱することから戒る
、金属間化合物要素の接合方法である． このように、本発明によれば、金属間化合物要素の間に
その金属間化合物を構戊する各金属元素またはそれらの
合金の粉末を金属間化合物の構戒比率で混合して介在さ
せ、真空中または不活性ガス雰囲気中で金属間化合物形
成温度に加熱する。

このとき、金属粉末または合金粉末は合金化反応を起こ
し金属間化合物を形成するだけでなく、この反応で生じ
る反応熱により母材ともお互いに拡散を起こし強固な接
合が得られるのである．なお、上記「金属間化合物要素
」は、予め或形された所定形状の金属間化合物部材であ
ってもあるいは金属間化合物粉体であってもよい。後者
の場合、本発明にかかる金属粉末混合物はｌ種の成形バ
インダーとして作用する． さらに、本発明において各金属元素または合金粉末の混
合に際しては、機械的合金化（メカニカルアロイング）
法を用いて、各構戒金属元素の混合状態（元素の隣接距
離）をコントロールすることにより金属間化合物形戒温
度を数１００　”Ｃの範囲内で低下でき、コントロール
可能となる。したがって、予め機械的合金化を充分に行
えば、比較的低温において金属間化合物形戊、つまり接
合が可能となる。

（作用） 本発明の構或について詳細に説明する。

本発明にあっては、金属間化合物要素の接合に使用する
金属または合金粉末の組戒割合は、該要素を構成する金
属間化合物のそれである。異種の＆ｉＩｇ割合を用いて
も金属間化合物生成後の相互拡散が充分に起こらないか
ら接合強度も十分でない．金属粉末の混合比率は、形成
される金属間化合物の比率と同じ比率とすることが必要
であるが、それらの金属間化合物を基として、必要に応
じ延性改善等の目的で他の元素を少量加えることは差し
支えない．例えば、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の場合の
Ｍｏ配合、またＮｉ−Ｓｉ系の場合のＣｒの配合等であ
る。

合金粉末を用いる場合、金属間化合物を形成しない割合
で合金化する必要があり、例えばＮｉ−Ｓｉ系の場合、
Ｎｉ−１０ｗｔ％Ｓｉである。

本発明において粉末の形態は特に制限ないが、好ましく
は平均粒径１０ｍ以下である。

金属粉末の配合・混合は通常のブレンダーを使用して行
ってもよく、要するに均一混合が行われればよい。機械
的合金化法を採用する場合、振動ポールごルなどのいわ
ゆる高エネルギーポールミルによって処理する。この時
点で十分な機械的合金化が行われれば、金属間化合物生
戊のための加熱温度はその合金化の程度に応じてほぼ数
１００　’Ｃの範囲内で低下させることができる。

例えば、Ｔ　ｉ　Ａｌ系金属間化合物の場合、単純な混
合体では金属間化合物形戒温度は８２０゜Ｃであるが、
合金化を十分に行えば金属間化合物成形温度を３７０　
’Ｃ程度にまで低下させることが可能となる．このよう
にして予め配合・混合された金属粉末混合物は、エタノ
ール，金属ステアリン酸塩、アセトンなどの適宜分散媒
を使って分散体として接合面に塗布、散布、あるいは或
形して接合要素間に介在させるか、または接合金属間化
合物要素が粉末バルクである場合には、上記混合物をそ
のまま粉末バルクに／Ｒ合して、接合要素間に介在させ
るようにしてもよい． 介在させる粉末混合物の量について制限はないが、成形
部材の接合の場合、１００〜３００ｇ／ｍ”程度で十分
であり、金属間化合物粉末の接合には重量割合で２０〜
３０％が好ましい。

ところで、金属わ｝末は、その表面積が大きいため非常
に活性であり、金属間化合物形成温度に加熱することに
より、反応が起こり安定な金属間化合物を形成していく
．このとき酸素、窒素などのガス状元素との反応を防止
するために、真空または不活性ガス中で反応を進める必
要がある。具体的には真空加熱炉あるいは不活性雰囲気
加熱炉を使用して炉内加熱すればよい。真空雰囲気は、
ｌ１０”３Ｔｏｒｒ程度が好ましく、不活性ガス雰囲気
としては、Ａｒ雰囲気などが挙げられる。

この金属間化合物形戒反応は発熱反応であり、反応の進
行に伴い温度は上昇していく．このことにより、母材で
ある金属間化合物要素と粉末金属の境界部では、お互い
に拡散が生じ強固な接合が完威されるのである。

接合要素が所定形状の部材である場合には、金属粉末混
合物を介在させた接合面に押圧をかけ、加圧下で接合を
進行させてもよい。また、接合要素が粉末バルクの場合
、所定型内において圧縮戊形しながら加熱を行ってもよ
い。

このような接合時の加圧力は、好ましくは１〜３トン／
Ｃ一程度である。

ここで、本発明の処理の対象となる金属間化合物には、
Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物としては、Ｔ　ｉ　ｚ　Ａ（
１、Ｔ　ｉ　Ａｌ　，　Ｔ　ｉ　Ａｌ　ｓ等が包含され
る．また、Ｎｉ−Ｓｉ系金属間化合物としては、Ｎｉ３
Ｓｉが、Ｍｏ−Ｓｉ系金属間化合物としてはＭｏＳｉｚ
等が包含される。

これらの他、実用に供し得るものはＮｉ−Ａｌ系、Ｎｉ
−Ｔｉ系、Ｔｉ−Ｓｉ系等が存在する。

しかし、本発明にあっては特定の金属間化合物にのみそ
の適用を制限するものではない。

以下に本発明の実施例を説明する。

実施例ｌ 平均粒径１０−のＴｉ粉末、平均粒径１ｔｂａ＋のＡｆ
２粉末、平均粒径２−のＭｏ粉末を用いて、重量比率で
、Ｔｉ３３．５八Ｑ　−　２　ＭｏｌＪｌ戒の単純屯合
粉末および機械的合金化粉末をそれぞれ作戒した．この
混合粉末をエタノールに分散して、母材接合面に塗布し
、接合に供した． 接合すべき母材としては、混合粉末と同威分の平均結晶
粒径５−の金属間化合物（Ｔ　ｉＡｌ　）からなる直径
ｉｏｍｓの棒材を用いた。

接合は真空中（１０−”Ｔｏｒｒ）　、荷重１　ｔｏｎ
／ｃ一で第１表に示す温度で行った。

接合後の棒材より引張試験片を採取し、常温および８０
０″Ｃにて試験を行った。結果を第１表に示す。

第 ｌ 表 第１表において、試験Ｎα１は■ブレンダーによる単純
混合粉末を用いた場合である。このときの金属間化合物
形成温度は８２０゜Ｃであった．試験狙２〜Ｎａ４は、
高エネルギーポールミル、つまり振動ボールミルによる
メカニカルアロイング粉末である。これらの金属間化合
物形成温度は、試験Ｎｉｌｌ２が７５０’Ｃ，隘３が５
７０゜Ｃ，ｋ４が３７０″Ｃであった． 試験ｋｌ−Ｎα４はいづれも、金属間化合物生戒反応時
の発熱により１０００’Ｃ以上まで接合部は加熱され、
強固な結合状態がつくり出された。いずれの場合も、試
験匣５に示した母材の機械的特性と比べても、ほぼ同等
の特性が得られた。

実施例２ 平均粒径５ｐの純Ｎｉ粉末と、平均粒径３０μのＳｉ粉
末を用いて、Ｎｌ　　１４ｗｔ％Ｓｉ組威の単純混合粉
末および機械的合金化粉末を作威した。

この混合粉末を用いて、実施例ｌと同様の方法で接合を
行った．接合に供試した母材は、（昆合粉末と同戒分の
金属間化合物（ＮｉｓＳｉ）から或る直径１０ｍｍの棒
材であった。接合後の棒材より引張試験片を採取し、常
温、８００゜Ｃにて試験を行った。結果を第２表に示す
． 第 ２ 表 第２表における試験＼１〜随４は、実施例１と同様Ｖブ
レンダーによる単純混合、高エネルギーボールミルによ
る機械的合金化（メカニカルアロイング〉粉末である。

これらの金属間化合物形成温度はそれぞれ試験Ｎ［ｌ１
．　７８０゜Ｃ，　Ｎ［ｌ２．　６５０゜Ｃ，馳３．　
４５０’ｃ，隘４．　２５０゜Ｃであった。

いつれの粉末の場合も金属間化合物生戒反応待の発熱に
より１０００″Ｃ以上にまで接合部は加熱され、強固な
結合状態をつくり出しており、試験弘５に示した母材の
機械的特性と比べても、ほぼ同等の特性が得られた。

実施例３ 本例では、接合金属間化合物として、ＴｉＡｌ組戒の金
属間化合物粉末を使用した． ＴｉＡｌ粉末（平均粒径５０μｍ”）　８０ｇと実施例
１で使用した供試粉末■２０ｇとをＶブレンダーを使４
て混合し、１０−’Ｔｏｒｒの真空下で３トン／Ｃ一の
加圧力で圧縮或形するとともに、８００゜Ｃに加熱した
．本例の場合は供試粉末は１種の成形バインダーとして
作用するのであって、得られた威形品の各特性は第３表
にまとめて示すように、全体にわたってほぼ均一組威の
材料が得られた。

第３表 （発明の効果） 以上に説明したように構戒された本発明により、金属間
化合物要素の接合に関し容易な方法が提供され、超耐熱
構造物、超耐食構造物などの組み立てが極めて容易とな
るなど、本発明は産業上極めて有益である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属間化合物要素の接合方法であって、その金属
   間化合物の組成割合で単体金属または合金の粉末を配合
   ・混合し、得られた混合物を接合しようとする前記金属
   間化合物要素の間に介在させながら、真空中または不活
   性ガス雰囲気中で前記金属間化合物の形成温度以上に加
   熱することから成る、金属間化合物要素の接合方法。
2. （２）前記金属間化合物要素が所定形状の部材である請
   求項１記載の金属間化合物要素の接合方法。
3. （３）前記金属間化合物要素が金属間化合物粉体であり
   、金属間化合物の形成温度への加熱と同時に成形をも行
   う請求項１記載の金属間化合物要素の接合方法。
4. （４）前記金属間化合物の組成割合に配合した粉末の混
   合状態を機械的合金化法により調整し、金属間化合物形
   成に要する加熱温度を低下させることを特徴とする請求
   項１ないし３のいずれかに記載の金属間化合物要素の接
   合方法。
5. （５）前記金属間化合物が、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物
   を基とする請求項１ないし４のいずれかに記載の金属間
   化合物要素の接合方法。
6. （６）前記金属間化合物がＮｉ−Ｓｉ系またはＭｏ−Ｓ
   ｉ系のシリサイドを基とする請求項１ないし４のいずれ
   かに記載の金属間化合物要素の接合方法。