JPH04165042A - 酸化物分散強化合金の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、高温で優れたクリープ強度を有する酸化物分
散強化合金の製造方法に関するものである。

従来の技術 酸化物分散強化合金の製造方法は幾つか明らかにされて
いる。なかでも機械的合金化法（以下ＭＡ法と称する）
は成分系によらず酸化物の均一で微細な分散を得ること
ができるため非常に多（採用されている方法である（例
えば特開昭５Ｏ−３７６３１）。

ＭＡ法は以下のような内容である。まず母相の合金組成
になるように調整された数種類の金属粉末と、酸化物粒
子をボールミルによって不活性雰囲気下で変形、圧着を
繰返させることで酸化物含有合金粉末（以下ＭＡ粒粉末
称する）を得る。次にＭＡ粒粉末金属製の缶に真空封入
した後、熱間押出または高温等圧プレス（ＨＩ　Ｐ）に
よって一体物にし最後に熱処理、加工を施し製品となる
。

発明が解決しようとする課題 ＭＡ法では、ＭＡ粒粉末充填するに必須の金属製の缶の
製作、缶への粉末の充填、真空チャンバー中での加熱脱
気そして壺の電子ビーム溶接からなる真空封入が大変な
手間である。なかでも加熱脱気が不十分な場合は最終製
品に割れが発生するため、粉末の充填から慎重に行わな
ければならない。

そこで真空封入工程を省略するために、熱間押出／ＨＩ
　Ｐの代わりとして冷間等方プレス（以下ＣＩＰと称す
る）十焼結、またはＣＩＰ＋鍛造を行うことができれば
好都合である。

ところがＭＡ粒粉末、強度の加工により加工硬化してい
ることや、酸化物の分散により分散強化されていること
で、硬さがビッカース硬度で１，０００〜２．０００程
度と非常に硬（なっている。そのためＣＩＰを行っても
粉末が十分に塑性変形せず、成形体密度が真空度の４０
〜６０％程度にしかなり得ない。この成形体を焼結して
も内部に多数のボアや割れが発生するため、分散強化合
金の製造方法としてＣＩＰは従来用いられなかった。

課題を解決するための手段 ＭＡ粒粉末ＣＩＰ処理を施す際、プレス圧力で十分塑性
変形する軟質の金属粉末をバインダーとして付与する。

ＭＡ粒粉末軟質の金属粉末と混合し、ＣＩＰにより成形
体を造り、これを焼結及び／又は鍛造によって酸化物分
散強化合金を得る。

このとき含有される酸化物粒子としては、高温クリープ
強度を維持するために融点１６００℃以上、で且つその
粒径が１μｍ以下の特徴を有するものに限定される、例
えばＡｌａＯｎ　、ＹｆＯｓ、Ｔｉ１ｔ、Ｓｉｎ、、Ｚ
ｒＯ，、ＴｈＯ！、ＨｆＯ，、Ｌａ　２０　＊、Ｃｅ、
０１Ｎｄ２０．、ＳｍｚＯｉ、Ｇｄ＊Ｏｓ　５Ｅｒａ’
ｓ　５Ｔａｒｎｓのうちの１種もしくは２種以上の混合
物、また３Ａ１ｓＯｓ・２ＳｉＯｔなどの化合物、さら
にはこれら化合物を含む混合物である。

さらに軟質の金属粉末としてＣ０１Ｎｉまたはそれらの
合金が適当であり、 を満たす。

作用 酸化物含有合金粉末の製造方法として機械的合金化法を
用いたのは、この方法が酸化物の最も良好な分散状態を
得ることができるためである。又この時の酸化物として
は、十分な分散強化を得るために粒径を１μｍｊ２（下
にした。また高温での安定性を考慮すると融点１６００
℃以上のものが良い。

軟質のバインダー金属粉末の条件としては、■ＣＩＰ圧
力により十分塑性変形することである。

この塑性変形により硬いＭＡ粒粉末つなぎとめる役目を
果たすことができる。その目安としてはＣＩＰの圧力（
ｋｇｆ／ｃｍす ≧８８×バインダー金属のビッカース硬さである。つぎ
に■（金属粉末の粒径）／　（ＭＡ粒粉末粒径）≦０．
２５である。この比が０．２５超であれば金属粉末がＭ
Ａ粒粉末間に均一に分散せず成形体の密度があがらない
ため、０．２５以下に限定した。

つぎに■（金属の体積）／　（ＭＡ粒粉末体積）≦０．
１である。これはバインダー金属の体積率が１０％を超
えるとバインダー金属の軟らかい性質によって高温クリ
ープ強度が律速されるようにな′り本来必要な高温クリ
ープ強度が確保できないため、０．１以下に限定した。

より望ましくは（バインダー金属の体積）／　（ＭＡ粒
粉末体積）≦０．０５である。最後に■融点がＭＡ粉末
以上であることである。融点がＭＡ粉末以下であると、
成形体の焼結時に局部的に液相反応が起こり酸化物の凝
集を誘起するため分散強化効果が弱くなる。

例えばＭＡ粒粉末してＰｅ合金を用いる場合バインダー
金属としてはＮｉ、　Ｃｏが適当である。

ＣＩＰにより得られた成形体は、焼結又は鍛造により完
全に緻密化される。その雰囲気は大気中、真空中、水素
流中いずれでもかまわないが、温度と時間については合
金成分によって適切に選ばれる。

実施例 Ｆｅ　　８１６ｇ　　　−１００ｍｅｓｈＣｒ　　１５
０　ｇ　　　−１００ｍｅｓｈＴｉ　　　１０ｇ　　　
−３２５ｍｅｓｈＷ　　　２０　ｇ　　　−８２５ｍｅ
ｓｈＮｂ　　　５　ｇ　　　−３２５ｍｅｓｈＹｓＯｓ
　　５ｇ　　　０．０５μｍ以下のように原料粉末を調
整しＡｒ流（１１／ｗｉｎ）雰囲気においてアトライタ
ーを用いて２４ｈ「機械的合金化を行い、平均粒径２０
μｍ１硬さ１５００ＨｖのＭ人粉末を９６０ｇ得た。こ
れに対して平均粒径１μｍの純Ｃｏ粉末１０ｇを大気中
でＶ字形混合器にてｌｈｒ混合し混合粉末９７０　ｇを
得た。この混合時に固形パラフィンの粉末を０．５ｇ程
混合すると、均一な混合状態が得られ、のちのＣＩＰ時
においても潤滑の役目をし有効である。混合粉末を内径
５８φＸ　１２８Ｌのゴム製の容器に大気中で充填し、
５０００Ｋｇｆ／ｃかにて１５分間ＣＩＰ処理を施して
外形４６φＸ　１０５Ｌ、充填率９０％の成形体を得た
。成形体は真空中にて１２００℃、５ｈｒの焼結処理を
した直後、１１００℃〜８００℃の範囲で鍛造をおこな
い１２ｔ　Ｘ６０ｗ　Ｘ１７０Ｌの板に加工した。この
板の密度は真密度のほぼ１００％で板の中心部には欠陥
は見られなかった。

同様の組成のＭＡ粉末をバインダーとの混合無しで内径
５８φＸ　１２８Ｌのゴム製の容器に０．５ｇのノくラ
フインと伴に大気中で充填し５０００Ｋｇｆ／ａｍ”に
て１５分間ＣＩＰ処理を施した後真空中にて１２００℃
、５ｈｒの焼結処理をした直後１１００℃〜８００℃の
範囲で鍛造をおこなう方法（図１０）と、同様の組成の
ＭＡ粉末を内径６０φＸ　１００Ｌの金属製の缶に充填
し４００℃Ｘ２ｈｒの加熱脱気を行い１２００℃Ｘ　１
１００Ｋｇｆ／ｃがでｌｈｒ高温等方圧縮（ＣＩ　Ｐ）
処理をおこなった後１１００℃〜８００℃の範囲で鍛造
をおこなう方法（図１■）の２つの別の製造プロセスに
よっても板状製品に加工し■のプロセスの比較材として
用いた。

製造法■と■の結果からはバインダーの効果を知る事が
できる。バインダーが無い場合はＣＩＰ後の充填率が５
６％と低（かろうじて成形体としての形を保っている程
度であるが、バインダーを添加する本発明方法によれば
充填率が９０％になっており十分緻密な成形体が得られ
ることがわかる（表１）。また鍛造後には、バインダー
の無い場合割れが多数確認される、−力木発明法では、
光学顕微鏡で観察（Ｘ１００Ｏ）　シても欠陥は見られ
ない。

次に製造法■と■の結果から本発明方法は強度を殆ど落
とさずに製造所要時間を短縮でき工業的に有利な方法で
あることがわかる。従来のＨＩＰを用いる方法によれば
、原料粉末調合から鍛造終了までの製造所要時間は正味
４１ｈｒかかっていたが、本発明法によれば３２ｈｒと
２２％も短縮されている（表１）、また時間以外の製造
コストも本発明方法が従来法より低くおさえられる。そ
れにもかかわらず７００℃で２５Ｋｇｆ／ｍがのクリー
プ破断時間が従来法４６０９．２ｈｒ１本発明方法４２
７１．　Ｏｈｒと、クリープ時間がその対数で整理され
ることを考えれば、両者はほぼ同等なりリープ強度を有
すると判断できる。

表１　　各製造方法の比較 発明の効果 本発明方法によって工業的に低コストで且つ優れた高温
クリープ強度を有する酸化物分散強化合金を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は製造プロセスを示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物分散強化合金を製造するにあたり、機械的合
   金化された酸化物粒子含有粉末を軟質の金属粉末と混合
   し、冷間等方圧縮により成形体を造り、これを焼結及び
   ／又は鍛造によって最終製品を得ることを特徴とする酸
   化物分散強化合金の製造方法。 ２、酸化物粒子として、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｙ＿２Ｏ＿３
   、ＴｉＯ＿２、ＳｉＯ＿２、ＺｒＯ＿２、ＴｈＯ＿２、
   ＨｆＯ＿２、Ｌａ＿２Ｏ＿３、Ｃｅ＿２Ｏ、Ｎｄ＿２Ｏ
   ＿３、Ｓｍ＿２Ｏ＿３、Ｇｄ＿２Ｏ＿３、Ｂｒ＿２Ｏ＿
   ３、Ｔａ＿２Ｏ＿５の１つまたは２つ以上の混合物もし
   くは化合物であり、且つその粒径が１μｍ以下である請
   求項第１項記載の合金の製造方法。 ３、軟質の金属粉末としてＣｏ、Ｎｉまたはそれらの合
   金で （金属粉末の粒径）／（酸化物含有合金粉末の粒径）≦
   ０．２５（金属粉末の体積）／（酸化物含有合金粉末の
   体積）≦０．１を満たす粉末を用いた請求項第１項記載
   の合金の製造方法。