JPH0432527A - Ｔｉ―Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方法と製品 - 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】 ａ、　産業上の利用分野 本発明はＴｉ−＾ｌ系金属間化合物の発泡体の製造方法
と、その発泡体を用いた強化製品に関する。

ｂ、　従来の技術 従来、Ｔｉ−Ａ　ｌ系金属間化合物に関して、Ａｌ１．
Ｔｉ等の粉末を混合し、加圧成形後、高温処理して緻密
な組織の材料を製造する技術が開示されている（特願平
１−３０８９８号）。

また、ニッケル発泡体としてウレタンまたはポリスチレ
ンのビーズを金型内で発泡させて、発泡集合体を形成し
たあと、これに無電解二ンケルメッキを施し、これを加
熱してビーズを消失させＮｉの発泡体を製作する方法が
知られている。

一方、ピストン頭部の強化方法として、頭部のＦＲＭ化
、頭部へのセラミックス溶射、頭部への鋳ぐるみ等の技
術が知られている。

Ｃ８発明が解決しようとする課題 頭部のＦＲＭ化によるピストンの強化法は、用いるウス
カーの価格が高く、また、その部分の熱伝導率が悪いた
め蓄熱し易いという欠点がある。さらにＦＲＭ化した部
分はマトリンクス合金と熱膨脹率が異なるため、その境
界部分に割れが発注し易いという問題点がある。

また、セラミックス溶射による方法は、熱衝撃に弱く溶
射被膜が基材表面から剥離し易いという欠点がある。同
様に熱伝導率が悪く蓄熱し熱ブレを起し易い。

さらにセラミックスを鋳込む方法は、接合強度が弱く、
信軌性に欠けるという欠点があった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、軽量かつ耐
熱性に優れたＴｉ−Ａ　ｌ系金属間化合物を用いて発泡
体を作り、該発泡体を用いて部品、たとえばピストン頭
部等を強化することによって、前記各問題点を解消して
なるＴｉ−Ａ　ｌ系金属間化合物の発泡体の製造法と製
品を提供することを目的とする。

ｄ、　課題を解決するための手段 前記目的に添い、本発明は、Ｔｉ−Ａ　ｌ系金属間化合
物の粉末と発泡性樹脂のビーズとを７０〜９５：３０〜
５ｗｔ％の割合で混合撹拌して、前記ビーズ表面に前記
粉末を付着させたあと、これを加圧して成形体を形成し
、次にこれを加熱して、成形体中のビーズを消失せしめ
るとともに焼結をおこない、Ｔｔ−Ａ　ｌ系金属間化合
物からなる焼結体に多数の空隙を形成したことを特徴と
するＴｉ−Ａ　ｌ系金属間化合物の発泡体製造方法とす
ることによって、また、この発泡体を複合強化材料とし
た製品とすることによって前記課題を解消した。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

本発明が対象とするＴｉ−Ａ　ｌ系金属間化合物は、難
焼結性であり、真空焼結を施しても気孔率は約２０％（
成形圧力４ｔｆ／ｃ＋１での成形体を１２００℃で４時
間に亘って焼結した場合）である。ＴｉＡ　ｌ単相また
はＴｉ３Ａ　ｌを若干含むＴｉＡ　ｊ！基合金は温度の
上昇とともに強度が増大するという°゛強度逆温度依存
性パが存在するが、こうした材料の真空焼結材では強度
が低く単体で構造部材に用いることは難しい。本発明は
材料内の気孔を更に多くして発泡体とし、これをプリフ
ォームとして利用し、この発泡体の隙間にマトリンクス
となる溶湯を加圧鋳造することによって優れた耐熱材料
や製品が製造できるようにしたものである。

第１図に示すように、まずＴｉ−（１５〜４５）　ｗｔ
％ＡＩ！、組成の粉末１と、発泡ポリスチレンのビーズ
２多数とを容器３内に収容し、充分混合撹拌する。

なお、発泡ポリスチレンに代って発泡ウレタン及びこれ
に類する他の発泡合成樹脂のビーズを用いてもよい。

このＴｉ−（１５〜４５）ｗｔ％Ａｌ粉末と発泡ポリス
チレンのビーズとの配合割合は７０〜９５　：　３０〜
５（ｗｔ％）とし、その粉末粒度は１０〜１００μｍ１
上記ビーズ径は０，５〜４＋ｍｍとする。

なお、この粉末粒度が１０μｍ以下では、後の工程で必
要な成形性が劣り、１００　μｍ以上ではビーズに粉末
が付着しない。またビーズ径が０．５１１ＩＩｌｌ以下
では焼結体の空隙が大きくならず、４ｍ以上では空隙が
大きくなりすぎるからである。さらに前記粉末と前記ビ
ーズの配合割合において、ビーズが３０−１％以上では
、ビーズ消失時に加圧成形体が破壊する。また５−ｔ％
以下では空洞が少なすぎ効果が得られない。

前記混合物には、さらに第三添加元素としてＭｎ粉末を
０．１〜５ｈｔ％添加し、焼結体の靭性改善をしておく
。また、■粉末を０．１〜４ｗｔ％添加してもよい。

なお、ビーズへの粉体の付着を良好にするため、かつ後
述の加圧成形性を良好にするためポリビニルアルコール
（Ｐ、Ｖ、Ａ）を１〜１０−ｔ％を添加する。

これを添加しないとビーズが上部に分離した状態となる
。

このようにして処理されたものは、第１図に拡大して示
すように静電気的引力と機械的撹拌によって単一のビー
ズ２の表面に粉末１が付着した状態となっている。

次に、このように処理された混合粉を金型５内に収容し
、パンチ６によって成形圧力２〜６ｔｆ／ｃ＋ａで常温
で加圧成形し、成形体８を得る。ビーズ２は潰されて偏
平な状態で集積されている。なお、この場合、成形圧力
を６ｔｆ／ｄ以上とすると、後述のビーズの消失時にお
けるガス抜けが悪くなり、割れる原因となる。また前記
加圧成形時に、１００〜１３０℃の温度範囲でビーズを
更に発泡させながら加圧してもよい、このようにすると
成形体が強化される。

次に、この成形体８を焼結炉９に収容し、真空または不
活性ガス（例えばアルゴン）の雰囲気（大気中でもよい
）のもとで、第２図に示す昇温パターンに従って焼結す
る。すなわち、真空中において、まず、１０〜ｂ 昇温し、その温度領域で０．５〜１時間保持して成形体
８内のポリスチレンと、バインダーとして用いたポリビ
ニルアルコールを焼失させ、さらに１０〜ｂ 約４時間にわたって焼結後、−１０℃／分の速さで常温
まで冷却する。なお、前記３００〜４００℃の加熱領域
までは、大気中でおこなってもよい。

また、Ｔｉ−（１５〜３６）賀ｔ％Ａ１合金粉末及びＴ
ｉ５Ａ　ｌ粉末を用いた場合には前記焼結温度は１０５
０〜１１００”Ｃ，ＴｉＡ！！、基台金粉使用の場合に
は１２００〜１４００℃が好ましい。また、アルゴンガ
ス雰囲気中では直ちに４００〜５００”Ｃに昇温しで０
．５〜１時間保持し、同様に１０〜３０’Ｃ／分の速さ
で１２００付近に昇温する。

このようにして得られた発泡焼結体（以下発泡体とする
）の拡大断面を第３図に示す。なお、この図は加圧成形
方向に沿う平面で切断した断面を示す。金属間化合物の
間に多数の空隙が形成されている。

なお、このＴｉＡ　ｌ粉末の焼結処理について、その焼
結温度と焼結時間について、多数のサンプルについて試
験をしたところ、夫々、次のようなデーターがえられた
。すなわち、圧縮強度と破断歪とに対する焼結温度と焼
結時間との関係を第４図と第５図に示す。これらの関係
からＴｉＡ　ｊ！の焼結温度は１２００℃以上、焼結時
間は約４時間またはそれ以上必要であることが確認でき
た。

次に、前記発泡体をピストンの強化に用いた例について
説明する。

利用例１ まず、第６図に示すように金型１１内に、本発明に係る
発泡体で製作したプリフォーム１２をセントする。この
プリフォーム１２は発泡体を製作する際に加圧した方向
（矢印Ｎ方向）が金型１１の底面に対し水平となるよう
に配置する。

次にマトリックスとなるアルミニウム合金、たとえば、
ＡＣ８Ａ、　ＡＣ９Ａ、　ＡＣ９Ｂ等の高Ｓｉを含む溶
湯１３を、金型１１内に注湯して加圧鋳造する。脱型後
、機械仕上加工を施して完成する。

これによって発泡体内の空隙に前記アルミ合金が浸透、
充填し、ピストン頭部に金属間化合物からなる発泡体が
複合されて強化された強化ピストンが得られる。

利用例２ 第７図に示すように、加熱炉１５内に発泡体１６をセッ
トし、その上部にＡＣ８Ａ、　ＡＣ９Ａ、＾Ｃ９Ｂ、　
Ａ３９０等の素材１７を載置し、真空中（アルゴンガス
中でもよい）でこの素材１７が溶融する７５０℃付近の
温度に加熱して、発泡体１６内の空隙に素材１７を溶浸
させ、被溶浸体１８を得る。

次に、この被溶浸体１８をピストン頭部に位置するよう
に通常の重力鋳造用の鋳型１９にセットしたあと、溶浸
した素材と同じ溶湯を注湯して鋳ぐるみ、頭部を金属間
化合物で複合強化したピストン２０を得る。

利用例３ タービンブレードを製作するため、前記利用例２で用い
た溶浸用の素材しとてＮｉ−１３ｗｔ％Ａｆ合金を用い
る。これに用いる発泡体には融点の関係上、ＴｉＡ　ｌ
単相のものを用いる。

これを真空又はアルゴンの雰囲気の加熱炉で約１４５０
℃で溶浸すればよい、なおＮｉ−１３ｗｔ％Ａ！合金の
融点は１３８５℃であるが、この材料も温度の上昇とと
もに強度が増大する“強度の適温度依存性”を有し、タ
ービン材として用いられている。なお、Ｎｉ４３ｗｔ％
ＡＩ！合金は、Ｃｒ、　ｌ’ｌｏ、　Ｃｏ等を３〜１０
ｗｔ％をそれぞれ含むものでもよい。このようにして得
られたものを削り出しによってタービンブレードに仕上
げればよい。

ｅ、　発明の効果 本発明に係る方法によれば、軽量・耐熱性に優れるＴｉ
−Ａ　ｊｌ！系金属間化合物の発泡体を製造することが
可能になり、従来の耐熱材料に代って、軽量・高強度の
材料かえられる。

また高価なチタンの使用量が少なくてすみ、コストを低
くする置きができる。さらに、本発明に係る方法で製造
した材料を、たとえばピストン頭部に複合材として利用
することによって、ピストンの耐熱性が向上し、また熱
伝導率や線膨張率もセラミックスより金属に近いため熱
衝撃にも強くなる。さらにタービンブレード等へ応用す
れば、タービンの軽量化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法の実施要領を説明する図、第
２図は同熱処理パターンの説明図、第３図は本発明の方
法で製造した発泡体の断面の拡大写真、第４図及び第５
図は加圧成形体の焼結温度と焼結時間に対する圧縮強さ
と破断歪との関係を示す図、第６図及び第７図は本発明
の方法で製造した発泡体を用いたピストンの製造要領を
それぞれ示す説明図である。 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の粉末と発泡性樹脂のビ
   ーズとを７０〜９５：３０〜５ｗｔ％の割合で混合撹拌
   して、前記ビーズ表面に前記粉末を付着させたあと、こ
   れを加圧して成形体を形成し、次にこれを加熱して成形
   体中のビーズを消失せしめるとともに焼結をおこない、
   Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物からなる焼結体に多数の空隙
   を形成したことを特徴とするＴｉ−Ａｌ系金属間化合物
   の発泡体製造方法。 ２）発泡性樹脂の前記ビーズ径が０．５〜４ｍｍであり
   、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の前記粉末の粒度が１０〜
   １００μｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方法
   。 ３）前記ビーズと前記粉末に、バインダーを添加混合す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＴｉ
   −Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方法。 ４）前記成形体の成形圧力が２〜６ｔｆ／ｃｍ＾２であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＴｉ
   −Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方法。 ５）前記成形体を３００〜５００℃で０．５〜１時間加
   熱後、昇温し、少なくとも１０００℃以上で４時間以上
   にわたって焼結することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物の発泡体製造方
   法。 ６）Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の粉末と発泡性樹脂のビ
   ーズとを７０〜９５：３０〜５ｗｔ％の割合で混合撹拌
   して、前記ビーズ表面に前記粉末を付着させたあと、こ
   れを加圧して成形体を形成し、次にこれを加熱して、成
   形体中のビーズを消失せしめるとともに焼結をおこない
   、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物からなる焼結体に多数の空
   隙を形成してなる発泡体を、複合強化材料として用いた
   ことを特徴とする強化製品。 ７）前記発泡体に他の合金を溶浸したあと、複合強化材
   料として用いることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   に記載の強化製品。