JPH0379735A - Ｔｉ―Ａｌ系軽量耐熱材料 - 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Ｔｉ　−Ａｌ系軽量耐熱材料に関し、詳しく
はその耐酸化性改良のための技術手段に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）エンジ
ンバルブ、ピストン、ロッカーアーム等の高速往復連動
部品或いはガスタービンやジェットエンジンのタービン
ブレード、ターボチャージャーロータ等の高温回転部品
は、近年、エンジン等の高性能化、エンジンの利用効率
化等に伴なってますます軽量性、耐熱性が要求されてき
ており、これに応じてこれら部品用の材料の研究。

開発が盛んに行なわれている。

現在これら部品用の材料としてはＮｉ基の超合金が主流
で、その他にＴｉ合金やセラミックス材料等が用いられ
ているが、このＮｉ基の合金は重量が重い欠点があり、
またセラミックス材料は靭性に劣り、上記部品の材料と
して信頼性に欠ける難点がある。

そこで近時Ｔｉ−＾！金属間化合物をベースとするＴｉ
　−Ａｌ系材Ｉが注目されている。このＴｉ−Ａｌ系材
料は軽量性においてＮｉ基合金よりも優れ、また靭性に
おいてセラミ−７クス材料よりも優れているが、反面、
耐酸化性が悪いという欠点があり、未だ実用化されるに
至っていないのが実情である。

（課題を解決するための手段） 本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、その要旨は、Ｔｉ−Ａｌ系材料の組成を重量％
でＡｌ：３０〜４２％、Ｓｉ：０．１〜２％、Ｎｂ：０
．１〜５％を含み、残部が実質的にＴｉから威るように
したことにある。

木発明者は、かかる発明に至る過程で、Ｓｉ及ＣＮｂを
夫々単独で〒１−Ａｌ系材料中に含有させる￥馬を行な
ってみた。これにより耐酸化性が向上す毫ことが認めら
れたが、その向上の程度は十分とＣ１元ないものであっ
た。ｊ！ＩＩちＳｌを単独で３％程月まで含有させたと
ころ、材料の酸化＃！量はこれ４添加しないものに比べ
てｌ／３程度止りであり。

また一方Ｎｂを単独で１％まで含有させたところ、酸化
増量は無添加のものに比べて１／４まで程趨であった。

しかるに本発明者がＳｉとＮｂとを共に含有させ１両者
を共存させたところ、相乗効果が現われ、＃酸化性が著
しく向上することが判明した６本発１はこのような知見
に基づいて完成されたものでまり、上記のようにこれら
ｊＱ威成分所定割合で合本させることを骨子とするもの
である。

ところでこれら周成分を共存状態で含有させ大場合に、
Ｔｉ−Ａｌ系材料の耐酸化性が著しく向上することの詳
しい理由については分かっていなしが、現象として、こ
れら周成分を含有させた場自に表面に形成される酸化膜
の厚みが、これら周成分を含有させない場合に比べて著
しく薄くなる事実が確認されている。因みに第１図（Ａ
）として、Ａｔを３３．５％含有するＴｉ−Ａｌ系材料
にＳｉ：１％、Ｗｂ：１％を添加した場合の表層部のｊ
ｌｉｌｉ微鏡写真を、また（Ｂ）としてＳｊ、Ｎｂを添
加しないＴｉ　−Ａｌ系材料の表層部のＩＩＪ微鏡写真
を夫々示しているが、これらの比較から明らかなように
、Ｓｉ。

Ｎｂ両酸成分添加した場合に酸化膜の厚みが極めて薄く
なっている。

またこの他、Ｓｉ、Ｎｂを含有させた場合の酸化膜（第
１図（Ａ）の酸化膜）は、これらを含有させない場合の
酸化膜（第１図（Ｂ）の酸化！りに比べて著しく剥離し
難いことも確認されており、そしてこれらがＴｉ−Ａｌ
系材料における耐酸化性を向」二させている要因になっ
ているものと考えられる。

次に本発明における各成分の含有量の限定理由を詳説す
る。

Ａｌ：３０〜４２重着％ ＾！はＴｉと金属間化合物を形成する一方の成分であり
、その含有量は３０％以上とする必要がある。これは、
Ａｌが３０％未満であると、ＴｉｘＡｌの生成量が多く
なり過ぎて、常温での延性２Ｍ性が不足するとともに、
耐酸化性億も不足するからである。この丁！３Ａ１は、
適量に存在する限りむしろＴｉ−Ａｌ材料の常温延性を
良くするが、適ｉ範囲を超えて多量に存在すると、上記
特性の低下をもたらす。

一方、＾ｌが４２％を超えるとＡｌｘＴｉが多量に生成
し、常温延性、＠性が不足するようになる。

そこで本発明では、Ａｌを３０〜４２重量％の範囲内に
抑えるようにした。尚、望ましい範囲は３１〜３６重量
％のａ囲である。

Ｓｉ：０．１〜２重量％ Ｓｉは耐酸化性向上のために必須の成分であり。

その含有量をＷｂとの共存下で０．１％以上にすると、
相乗作用により耐酸化性が大幅に向上する。

但し０．１％未満の場合には期待するだ（すの効果は得
られない。

逆に２％を超えて含有させると、珪素化合物が多く生成
するようになり、常温延性、＠性が不足する。

以上の理由により、本発明ではＳｉを０１１〜２重量％
の範囲で含有させる。但し望ましい範囲は０．２〜１重
量％の範囲である。

Ｎｂ：０．１〜５重量％− ＮｂはＳｉと共に耐酸化性向上成分であり、その含右贋
は少なくとも０１１％以上とする必要がある。これより
少ないと耐酸化性向上効果が不足する。

このＮｂは、添加量を増すほど耐酸化性が向上するが、
その効果は５％でほぼ飽和する。従って本発明ではその
上限値を５％とする。尚Ｎｂを５％を超えて含有させる
と、かかるＮｂの比重が高いことから、本来軽量性を＃
長とするτ１−Ａ１系材料の比重が増大してその利点が
減殺されてしまう、またこの他にも、高価なＷｂの多量
添加によって材料コストが不必要に高くなってしまう不
具合も生ずる。尚このＮｂの望ましい範囲は０．１〜２
重量％の範囲である。

（実施例） 次に本発明の特徴をより明確にすべく、以下にその実施
例を詳述する。

原料としてスポンジＴｉと高純度粒状Ａｌを用い、これ
をＡｒ雰囲気中、プラズマスカル炉で溶解し、第１表に
示す組成の１００口鳳φ、１５ｋｇ鋳塊を得た。これを
１３００℃×２４時間熱処理して炉冷し、これより３ｔ
＋＋（厚み）Ｘ１０ｍｍ（輻）×２５０（長さ）の試験
片を切り出して、以下の耐酸化性評価試験に供した。結
果を第１表に示している。

［耐酸化性評価試験］ 内容：９００℃までの繰返し加熱及び冷却による酸化増
量の測定 試験装置：昇降装置付カンタル炉 試験条件：９００℃／９６時間（加熱時間）加熱・冷却
の繰返し回数：１９２回 雰囲気：露点２０℃２合成空気中 加熱・冷却パターン：第２図に示しているように９００
℃に加熱して３０分保持した後。

１８０℃まで冷却してこれを繰り返す。

第１表：化学組成と試験結果 尚、第１表に示した結果より、Ａ１の含有量と酸化＃Ｉ
量との関係を求めて第２図に示した。また併せて、Ｓｉ
とＷｂの添加効果を整理して第２表に別途示しである。

第２表：酸化増量 これらの結果にみられるように、ＳｉとＮｂとを共存状
ＩＳで含有させた場合、酸化増量が著しく減少する。尚
前述したようにＳｉ　、　Ｎｂを夫々単独で含イ了させ
た場合、酸化＃ｓ量の抑制効果は不十分であって、例え
ばＳｉを３％まで含有させた場合、酸化増量は無添加の
場合の１７３程度であり、またＮｂを１％添加した場合
、酸化＃１量は無添加の場合の１７４程度であった。

以上本発明の実施例を詳述したが、これはまくまで本発
明の一例であり１本発明はその主旨を逸脱しない範囲に
おいて、当業者の知識に基づき様々な変更を加えた形態
で構成可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るＴｔ−＾！系材料と従来
のＴｉ　−Ａｌ系材料との各金属組織の顕微鏡写真であ
り、第２図は本発明の効果確認のために行なった耐酸化
性評価試験における繰返し加熱・冷却パターンの説明図
、第３図は同実験の結果得られたＡ１含有量と酸化増量
との関係を示す図である。 第 １ 図 （Ａ） ３３Ｊ　Ａｌ　＋　ＩＳｉ　、　１Ｎｉ（Ｂ） ３３．５　Ａｌ Ｓｉ　、　Ｎｉ無添加 温度 （”Ｃ） 第 閃 時間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％でＡｌ：３０〜４２％、Ｓｉ：０．１〜２％、Ｎ
   ｂ：０．１〜５％を含み、残部が実質的にＴｉから成る
   ことを特徴とするＴｉ−Ａｌ系軽量耐熱材料。