JPH03243733A - 室温延性の改善された耐熱性Ｎｉ３Ａｌ金属間化合物の製造法 - 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） この発明は、耐熱性Ｎ　ｌ　３　Ａ　ｊ金属間化合物に
関するものである。さらに詳しくは、この発明は、機械
的特性、耐酸化性の良好な耐熟梢造材料として有用な延
性に富む耐熱性Ｎ１５Ａｆｔ金属間化合物に関するもの
である。

（従来の技術とその課題） Ｎｉ３ＡＪ全３ＡＪ合物は、高温強度等の機械的特性や
耐酸化性の良好な金属間化合物として知られている。こ
のＮｉ３ＡＪ全３ＡＪ合物は優れた耐熱材料としてター
ビンブレード、ボイラー管、原子炉用燃料被覆管、航空
宇宙材料等への応用が期待されているものである。

しかしながら、このＮ１５Ａｊ金属間化合物は、室温に
おける延性がないことから、この点が実用化のための大
きな障害となっている。

最近、このような欠点を解消するための手段としてボロ
ン、マンガン、鉄等の元素をＮ　ｌ　３　Ａ　Ｊに微量
添加し、Ｎ　ｉ　３Ａ　ｊ金属間化合物の延性を改善す
る方法が提案されている。

この新しい方法によって、Ｎ　１３　ＡＪ金属間化合物
を実用化する見通しも得られてきた。しかしながら一方
で、ボロンの添加には高温脆化が生じやすいという問題
があり、またマンガン、鉄を添加する場合には、Ｎ１５
Ａｌｌ金属間化合物の耐酸化性を低下させるという欠点
が避けられない、このため、Ｎｉ３ＡＪ全３ＡＪ合物に
ついては依然として実用上の課題が残されているのが実
情である。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、延性を大幅に改善することができるとともに、耐
熱性、耐酸化性等の特性も良好なＮｉ３Ａｊ金属間化合
物を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとして、一方向
性凝固により、［１１１］方向に強配向させてなる耐熱
性Ｎ１５ＡＪ金属間化合物を提供する。

この発明のＮ　ｌ　３　Ａ　Ｊ金属間化合物においては
その原料の化学組成として、Ｎｉ３Ａｊが単相で存在す
ることができるように、Ｎ　ｉ　−１２，２〜１４．９
重量％Ａｊ程度の範囲とする。この範囲は、添付した図
面の第１図に示した斜線部分に相当する原子比のＮ　ｉ
　３Ａ　ｊ金属間化合物からなることを意味している。

成長速度は、およそ１３　ｔｍ／　ｈ　ｒ以上とするこ
とが好ましい、すなわち、第１図に図示した液相（Ｌ）
より、この液相（Ｌ）が適冷され、包晶反応を経ずに、
直接Ｎｉ３ＡＪ）単相の結晶が晶出される上記程度の速
度で成長させる。

また、このＮｉ３Ａｊ単相の結晶を成長させるための温
度範囲は、およそ１３５０℃〜１５００℃程度とし、好
ましくは１４００℃前後とする。

さらに、Ｎｉ３Ａｊ単相の結晶を［１１１］方向に成長
させる際の成長雰囲気は、アルミニウムの蒸発を抑える
ために、高純度のアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気
とするのが好ましい。

以上のような条件下において、厳密に一方向凝固させる
ことによって、［１１１１方向に強配向した金属１１１
ｍが得られ、室温においても数十％程度の大きな延性を
有するＮｉ３Ａｊ金属間化合物が得られる。

このような［１１１］強配向のＮｉ３Ａｊを成長させる
には、たとえばハロゲンランプを熱源とする光イメージ
炉でのフローティングゾーン法を用いることができる。

もちろん、周知のように、温度勾配のついた垂直の炉内
に原料を入れたるつぼを下降させて、まず原料を融解さ
せ、さらに下降させることによってるつぼの下端より順
次凝固させて単結晶を得るブリッジマン法によって成長
させてもよい、さらに、これとは逆に、るつぼを固定し
ておいて、炉の温度を時間的に変化させて、るつぼの下
端から冷却凝固させるダンマン法を採用してもよい、上
下方向に温度勾配のついた炉内に融液を入れたるつぼを
置き、融液の上面が融点になるようにして上面に種子結
晶を触れさせてなじませ、凝固速度に見合う速度で種子
結晶を引き上げる、引き上げ法等も適している。

次に実施例を示してさらに詳しくこの発明のＮｉ３ＡＪ
金属間化合物について説明する。

（実施例） ハロゲンラングを熱源とする光イメージ炉でのフローテ
ィングゾーン法によってＮ１５Ａｊ金属間化合物［１１
１］強配向結晶を生成させた。

すなわち、まず、純度が９９．９９９％の高純度アルゴ
ンガスを用いたアーク溶解によって、直径が１５ｍ、長
さが１００閣の化学量論組成のＮ　１３　Ａ　ｊ原料棒
を作成した。

この原料棒の一部を、ハロゲンラングを熱源とする光イ
メージ炉で、フローティングゾーン法によって溶融凝固
させ、一方向に結晶成長をさせた。

その際の成長条件は、成長速度１３ｍ／ｈｒ以上、成長
温度的１４００℃、流量１．Ｊ／分の９９．９９９％の
高純度アルゴンガス気流中雰囲気とした。

液相から包晶反応を経ずに、直接単相のＮ１５Ａｊのみ
を成長させることができた。

このＮｉ３Ａｊ多結晶は［１１１］方向に強く結晶粒が
配向した金属組織を有していた。このＮｉ３Ａｊ金属間
化合物を［１１１１方向に引張ると、室温において約１
７％以上の大きな延性を示した。

添付した第２図（ａ）は、アーク溶解した原料棒の結晶
組織を示したものであり、Ｎｉ３ＡＪの母相にＮ　ｉ　
ＡＪの網状組織が散在している２相組織が確認される。

また、第２図（ｂ）と第２図（ｃ）は、一方向凝固した
材料の組織を示したものであって、各々、成長速度が８
ａｍ／ｈｒ、２４ｗ／ｈｒの条件のものを示している。

第２図（ｂ）では、Ｎ１ＡＪの網状組織が残存している
が、成長速度が２４　ｒｓｍ　／　ｈ　ｒの場合には、
第２図（Ｃ）に示したように、Ｎｉ３ＡＪの単相の金属
組織となっている。

また第３図（ａ）は、この第２図（Ｃ）の金属組織のＸ
線回折パターンを示したもので、第３図（ｂ）の理想的
な粉末Ｘ線回折パターンとの対比からも明らかなように
、［１１１］方向に強配向していることが確認される。

また、第４図は引張試験の結果を示したものであり、一
方向凝固材は約１７％以上の大きな伸びを示しているが
、アーク溶解した等軸結晶材料は伸びが極めて小さく、
破断してしまうことがわかる。

もちろん、この発明は以上の例に限定されるものではな
い。様々な態様が可能である。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、この発明によれば、大きな
延性を付与した耐熱性Ｎ　ｉ　３Ａ　Ｊ金属間化合物が
実現される。しかも、この発明の耐熱性Ｎ　ｉ　３Ａｊ
金属間化合物はボロン、マンガン等の第３成分を含有し
ていないので、耐熱性材料として問題となる高温脆性、
耐酸化性の低下などの問題が発生することはない、さら
には、ボロンが含まれていないことから中性子吸収の問
題が起こることがなく、原子炉用燃料被覆管としてこの
発明の材料を使用することができる。金属間化合物とし
て必要な耐照射損傷特性に優れているという長所も有し
ており、その特性を充分に活がすことが可能となる。高
温における機械的性質を要求されるタービンブレード、
ボイラー管などの用途に、そして航空宇宙材料の用途に
も実用化可能な材料が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｎ　１−Ａｊ系の状態図を示している。 第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、各々、 Ｎ　１３Ａｊの結晶の組織を示した図面代用写真である
。 第３図は、Ｎ　１３Ａ１金Ｘ組織のＸ＃！回折パターン
を示した図である。 第４図は、引張試験結果を示した伸びと応力の相関図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方向性凝固により、［１１１］方向に強配向さ
   せてなる耐熱性Ｎｉ＿３Ａｌ金属間化合物。