JPH05345942A - 耐酸化性の優れたＴｉ基合金 - Google Patents
耐酸化性の優れたＴｉ基合金Info
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- JPH05345942A JPH05345942A JP8914292A JP8914292A JPH05345942A JP H05345942 A JPH05345942 A JP H05345942A JP 8914292 A JP8914292 A JP 8914292A JP 8914292 A JP8914292 A JP 8914292A JP H05345942 A JPH05345942 A JP H05345942A
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- Japan
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- alloy
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は航空機タービンエンジン、発電用ガ
スタービン、自動車用エンジン、高速回転体などの高温
耐熱強度材に用いるのに適した強度を有し、耐酸化性の
向上を図ったＴｉ基合金を提供するものである。 【構成】 重量にてＡｌ：７〜２４％を含有し、残部が
Ｔｉおよび不可避不純物からなるＴｉ3 Ａｌ系金属間化
合物を含むあるいはこれを主体としたＴｉ基合金におい
て、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ（Ｖｂ族）、Ｓｅ，Ｔｅ（VIｂ族）
のうち少なくとも一種のイオンが注入され表面改質され
た優れた高温耐酸化性を有するＴｉ基合金。
スタービン、自動車用エンジン、高速回転体などの高温
耐熱強度材に用いるのに適した強度を有し、耐酸化性の
向上を図ったＴｉ基合金を提供するものである。 【構成】 重量にてＡｌ：７〜２４％を含有し、残部が
Ｔｉおよび不可避不純物からなるＴｉ3 Ａｌ系金属間化
合物を含むあるいはこれを主体としたＴｉ基合金におい
て、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ（Ｖｂ族）、Ｓｅ，Ｔｅ（VIｂ族）
のうち少なくとも一種のイオンが注入され表面改質され
た優れた高温耐酸化性を有するＴｉ基合金。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は航空機タービンエンジ
ン、発電用ガスタービン、自動車用エンジン、高速回転
体などの高温耐熱強度材に用いるのに適した強度を有
し、耐酸化性の向上を図ったＴｉ基合金に関するもので
ある。
ン、発電用ガスタービン、自動車用エンジン、高速回転
体などの高温耐熱強度材に用いるのに適した強度を有
し、耐酸化性の向上を図ったＴｉ基合金に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌを含有するＴｉ基合金は比較的強度
が高く耐食性に優れ、かつ耐熱性にも優れていることか
ら、航空機用部材をはじめ多くの構造用材料の分野で使
用されており、近年その用途は拡大しつつある。最も多
く使用されているＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は、重量％に
て（以下、単に％と記す）６％のＡｌおよび４％のＶを
含有しており、強度・延性バランスに優れた合金であ
る。Ｔｉ基合金は用途に応じて板、箔、線、管、形材な
ど各種形状で供給されるが、それらは鋳造されたインゴ
ットを加熱して鍛造あるいは分塊圧延によりスラブある
いはビレットとした後、さらに熱間圧延、熱間押出等の
熱間工程を行って製造される。
が高く耐食性に優れ、かつ耐熱性にも優れていることか
ら、航空機用部材をはじめ多くの構造用材料の分野で使
用されており、近年その用途は拡大しつつある。最も多
く使用されているＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は、重量％に
て（以下、単に％と記す）６％のＡｌおよび４％のＶを
含有しており、強度・延性バランスに優れた合金であ
る。Ｔｉ基合金は用途に応じて板、箔、線、管、形材な
ど各種形状で供給されるが、それらは鋳造されたインゴ
ットを加熱して鍛造あるいは分塊圧延によりスラブある
いはビレットとした後、さらに熱間圧延、熱間押出等の
熱間工程を行って製造される。
【０００３】このＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に代表される
Ｔｉ基合金に、Ａｌ量を増すと耐酸化性および高温強度
などの耐熱性が向上する。Ａｌ量が約７％超となるとマ
トリックス中にＴｉ3 Ａｌ金属間化合物が析出し始め、
約１６％以上においてＴｉ3Ａｌが主体となる。そし
て、２４％を超えると非常に脆いＴｉＡｌ金属間化合物
が析出する。ＴｉＡｌ系金属間化合物は、比強度および
優れた耐食性を有する材料であり、このＴｉＡｌ系金属
間化合物には、化学量論組成のＴｉ3 Ａｌ，ＴｉＡｌお
よびＴｉＡｌ3 の３種類がある。前述したように、Ａｌ
量が多いほど、つまりＴｉ3 Ａｌに較べてＴｉＡｌの方
が耐熱性に優れるが、延性は低くなるために実用化が困
難となっている。Ｔｉ3 ＡｌはＴｉＡｌに較べて耐熱性
は若干劣るが、優れた延性を示すので、既に、ガスター
ビンなどへ実用化されている。Ｔｉ3 Ａｌ系金属間化合
物は、鋳造まま（精密鋳造法）で使用される場合、ま
た、Ｔｉ合金に較べると加工性は劣るものの、ある程度
の延性を有しているので鋳造などの熱間工程を経て使用
される場合などがある。
Ｔｉ基合金に、Ａｌ量を増すと耐酸化性および高温強度
などの耐熱性が向上する。Ａｌ量が約７％超となるとマ
トリックス中にＴｉ3 Ａｌ金属間化合物が析出し始め、
約１６％以上においてＴｉ3Ａｌが主体となる。そし
て、２４％を超えると非常に脆いＴｉＡｌ金属間化合物
が析出する。ＴｉＡｌ系金属間化合物は、比強度および
優れた耐食性を有する材料であり、このＴｉＡｌ系金属
間化合物には、化学量論組成のＴｉ3 Ａｌ，ＴｉＡｌお
よびＴｉＡｌ3 の３種類がある。前述したように、Ａｌ
量が多いほど、つまりＴｉ3 Ａｌに較べてＴｉＡｌの方
が耐熱性に優れるが、延性は低くなるために実用化が困
難となっている。Ｔｉ3 ＡｌはＴｉＡｌに較べて耐熱性
は若干劣るが、優れた延性を示すので、既に、ガスター
ビンなどへ実用化されている。Ｔｉ3 Ａｌ系金属間化合
物は、鋳造まま（精密鋳造法）で使用される場合、ま
た、Ｔｉ合金に較べると加工性は劣るものの、ある程度
の延性を有しているので鋳造などの熱間工程を経て使用
される場合などがある。
【０００４】このように、既存のＡｌを含むＴｉ基材料
およびＴｉ3 Ａｌ系金属間化合物などのＴｉ基合金は耐
熱性に優れた材料であるが、近年、高温環境における用
途の拡大にともなって従来の使用環境よりもさらに高温
域での耐酸化性および高温強度などの耐熱性を備えた高
温耐熱材料が望まれるようになってきた。
およびＴｉ3 Ａｌ系金属間化合物などのＴｉ基合金は耐
熱性に優れた材料であるが、近年、高温環境における用
途の拡大にともなって従来の使用環境よりもさらに高温
域での耐酸化性および高温強度などの耐熱性を備えた高
温耐熱材料が望まれるようになってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｔｉ3 Ａｌ
系金属間化合物を含む或はこれを主体としたＡｌ含有Ｔ
ｉ基合金において、耐酸化性をさらに向上させることに
より従来よりも高温での使用を可能にする優れた材料を
提供することを目的とする。
系金属間化合物を含む或はこれを主体としたＡｌ含有Ｔ
ｉ基合金において、耐酸化性をさらに向上させることに
より従来よりも高温での使用を可能にする優れた材料を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するためにＡｌを７〜２４％含有するＴｉ基合金（Ｔ
ｉ3 Ａｌ系金属間化合物を含むあるいはこれを主体とし
た合金）にＰ，Ａｓ，Ｓｂ，ＳｅおよびＴｅをイオン注
入することにより、高温における耐酸化性を向上させた
ものである。すなわち、Ａｌを７〜２４％含有するＴｉ
基合金に対して、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ（周期律表Ｖｂ族）、
Ｓｅ，Ｔｅ（周期律表VIｂ族）の元素のうち、少なくと
も一種のイオンを注入し表面改質を行い高温強度が高く
かつ耐酸化性に富んだＴｉ基合金を提供するものであっ
て、溶製する段階でＶｂ族、VIｂ族元素を直接Ｔｉ基合
金に添加する方法と比較して、イオン注入法を用いるこ
とにより簡便かつ安全に耐酸化性に富んだＴｉ基合金を
製造することが可能である。
成するためにＡｌを７〜２４％含有するＴｉ基合金（Ｔ
ｉ3 Ａｌ系金属間化合物を含むあるいはこれを主体とし
た合金）にＰ，Ａｓ，Ｓｂ，ＳｅおよびＴｅをイオン注
入することにより、高温における耐酸化性を向上させた
ものである。すなわち、Ａｌを７〜２４％含有するＴｉ
基合金に対して、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ（周期律表Ｖｂ族）、
Ｓｅ，Ｔｅ（周期律表VIｂ族）の元素のうち、少なくと
も一種のイオンを注入し表面改質を行い高温強度が高く
かつ耐酸化性に富んだＴｉ基合金を提供するものであっ
て、溶製する段階でＶｂ族、VIｂ族元素を直接Ｔｉ基合
金に添加する方法と比較して、イオン注入法を用いるこ
とにより簡便かつ安全に耐酸化性に富んだＴｉ基合金を
製造することが可能である。
【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明の構成成分としてＡｌ量を７〜２４％の範囲とした
のは、金属間化合物Ｔｉ3 Ａｌの単一相もしくはＴｉ3
Ａｌを第二相として含む組成域とするためである。つま
り、７％のＡｌを含有するＴｉ基合金から、Ａｌ量を増
すに従いマトリックス中にＴｉ3 Ａｌ金属間化合物が析
出しはじめて、Ａｌ量が１６％でほぼ全てがＴｉ3 Ａｌ
系金属間化合物となる。Ａｌ量が７％以下では、高温で
の強度が不足し、２４％を超えるとＴｉＡｌ金属間化合
物の析出によって延性が低下する。従って、Ａｌ量を７
〜２４％とした。
発明の構成成分としてＡｌ量を７〜２４％の範囲とした
のは、金属間化合物Ｔｉ3 Ａｌの単一相もしくはＴｉ3
Ａｌを第二相として含む組成域とするためである。つま
り、７％のＡｌを含有するＴｉ基合金から、Ａｌ量を増
すに従いマトリックス中にＴｉ3 Ａｌ金属間化合物が析
出しはじめて、Ａｌ量が１６％でほぼ全てがＴｉ3 Ａｌ
系金属間化合物となる。Ａｌ量が７％以下では、高温で
の強度が不足し、２４％を超えるとＴｉＡｌ金属間化合
物の析出によって延性が低下する。従って、Ａｌ量を７
〜２４％とした。
【０００８】本発明では更にＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｅおよ
びＴｅのイオンを注入し、表面改質を行いこれにより、
Ｔｉの酸化物の成長を抑制し高温における耐酸化性を、
向上させる。Ｖｂ族（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ）、VIｂ族（Ｓ
ｅ，Ｔｅ）のイオン注入により耐酸化性の改善を図った
Ｔｉ基合金の製造法は以下の通りである。すなわち、重
量にてＴｉ：９３〜７６％、Ａｌ：７〜２４％を一旦真
空（１０-6Torr以上）にし、Ａｒガス雰囲気に置換した
後、融点以上に加熱し、溶解、凝固する。こうして得ら
れてインゴットに対し、加熱し、鍛造あるいは分塊圧延
によりスラブあるいはビレットとした後、更に熱間圧
延、熱間押出などの熱間工程により所望の形状とする。
次に、このＴｉ基合金に対しイオン注入専用装置を用い
Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，ＳｅおよびＴｅの各イオンを１０15〜
１０17ions／cm2 程度注入し、表面改質を行う。こうし
て得られたイオン注入を行ったＴｉ基合金は注入を行わ
なかったＴｉ基合金に比べて高温耐酸化性について顕著
な向上がみられる。
びＴｅのイオンを注入し、表面改質を行いこれにより、
Ｔｉの酸化物の成長を抑制し高温における耐酸化性を、
向上させる。Ｖｂ族（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ）、VIｂ族（Ｓ
ｅ，Ｔｅ）のイオン注入により耐酸化性の改善を図った
Ｔｉ基合金の製造法は以下の通りである。すなわち、重
量にてＴｉ：９３〜７６％、Ａｌ：７〜２４％を一旦真
空（１０-6Torr以上）にし、Ａｒガス雰囲気に置換した
後、融点以上に加熱し、溶解、凝固する。こうして得ら
れてインゴットに対し、加熱し、鍛造あるいは分塊圧延
によりスラブあるいはビレットとした後、更に熱間圧
延、熱間押出などの熱間工程により所望の形状とする。
次に、このＴｉ基合金に対しイオン注入専用装置を用い
Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，ＳｅおよびＴｅの各イオンを１０15〜
１０17ions／cm2 程度注入し、表面改質を行う。こうし
て得られたイオン注入を行ったＴｉ基合金は注入を行わ
なかったＴｉ基合金に比べて高温耐酸化性について顕著
な向上がみられる。
【０００９】次に、本発明のＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｅおよ
びＴｅのイオン注入による高温耐酸化性向上の理由につ
いて説明する。高温耐酸化性は材料表面にできた酸化皮
膜が酸素の浸透を防ぐことにより向上する。Ｔｉ基合金
の場合には試料表面上にできたＴｉＯ2-x の酸素イオン
空孔を通して酸素イオンが拡散することにより酸化が進
行すると考えられる。よって、耐酸化性を向上させるた
めには酸素イオン空孔の濃度を低減し、酸素イオンの内
方拡散の速度を制御する必要がある。本発明のＴｉ基合
金で高温耐酸化性が向上する理由は、イオン注入法によ
って導入されたＶｂ族（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ）またはVIｂ族
（Ｓｅ，Ｔｅ）のイオンがＴｉの価電子数の４より大き
な５価または６価をもつため、表面に生成されたＴｉＯ
2-x 層中の酸素イオン空孔の濃度を減少させ、酸素の内
方拡散を制御し、高温酸化雰囲気でＴｉ基合金の表面上
にできる酸化層ＴｉＯ2-x の成長を低減するためと考え
られる。
びＴｅのイオン注入による高温耐酸化性向上の理由につ
いて説明する。高温耐酸化性は材料表面にできた酸化皮
膜が酸素の浸透を防ぐことにより向上する。Ｔｉ基合金
の場合には試料表面上にできたＴｉＯ2-x の酸素イオン
空孔を通して酸素イオンが拡散することにより酸化が進
行すると考えられる。よって、耐酸化性を向上させるた
めには酸素イオン空孔の濃度を低減し、酸素イオンの内
方拡散の速度を制御する必要がある。本発明のＴｉ基合
金で高温耐酸化性が向上する理由は、イオン注入法によ
って導入されたＶｂ族（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ）またはVIｂ族
（Ｓｅ，Ｔｅ）のイオンがＴｉの価電子数の４より大き
な５価または６価をもつため、表面に生成されたＴｉＯ
2-x 層中の酸素イオン空孔の濃度を減少させ、酸素の内
方拡散を制御し、高温酸化雰囲気でＴｉ基合金の表面上
にできる酸化層ＴｉＯ2-x の成長を低減するためと考え
られる。
【００１０】
【実施例】次に本発明の実施例を示す。表１に示す化学
成分の各種Ｔｉ合金を溶製し、そのインゴットより１０
mm×１０mm×１mmの試験片を切り出した。その後、この
試験片に対し、イオン注入装置により５０〜１５０keV
のエネルギーにてＶｂ，VIｂ族のイオン注入を行った。
オージェ電子分光装置などの表面解析機器により、イオ
ン注入を行ったＴｉ基合金の表面深さの分析を行いＶ
ｂ，VIｂ族のイオンが表面より約１．０μｍの深さまで
存在することを確認した。その後、Ｐ，ＳｅおよびＴｅ
の各イオンの注入を行ったＴｉ基合金を静止大気中、９
００℃，６０時間での高温酸化試験を行い、酸化増量
（ｇ／ｍ2 ）を測定した。その結果を表１に示す。尚、
比較例はイオン注入を施さなかったＴｉ基合金である。
以上の高温酸化試験によりイオン注入を行った場合、酸
化による増量が低い値を示し、耐酸化性の向上が顕著に
認められた。
成分の各種Ｔｉ合金を溶製し、そのインゴットより１０
mm×１０mm×１mmの試験片を切り出した。その後、この
試験片に対し、イオン注入装置により５０〜１５０keV
のエネルギーにてＶｂ，VIｂ族のイオン注入を行った。
オージェ電子分光装置などの表面解析機器により、イオ
ン注入を行ったＴｉ基合金の表面深さの分析を行いＶ
ｂ，VIｂ族のイオンが表面より約１．０μｍの深さまで
存在することを確認した。その後、Ｐ，ＳｅおよびＴｅ
の各イオンの注入を行ったＴｉ基合金を静止大気中、９
００℃，６０時間での高温酸化試験を行い、酸化増量
（ｇ／ｍ2 ）を測定した。その結果を表１に示す。尚、
比較例はイオン注入を施さなかったＴｉ基合金である。
以上の高温酸化試験によりイオン注入を行った場合、酸
化による増量が低い値を示し、耐酸化性の向上が顕著に
認められた。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、Ｔｉ基合金の耐酸化性
を大幅に向上することができたので、優れた耐酸化性を
有するＴｉ基合金を提供することができ、その工業的効
果は大きい。
を大幅に向上することができたので、優れた耐酸化性を
有するＴｉ基合金を提供することができ、その工業的効
果は大きい。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年４月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【表１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】
【表２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 欽一 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 吉村 博文 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 高村 仁一 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 重量にてＡｌ：７〜２４％を含有し、残
部がＴｉおよび不可避不純物からなるＴｉ3 Ａｌ系金属
間化合物を含む、あるいはこれを主体としたＴｉ基合金
において、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ（周期律表Ｖｂ族）、Ｓｅ，
Ｔｅ（周期律表VIｂ族）のうち少なくとも一種のイオン
が注入され表面改質された優れた高温耐酸化性を有する
Ｔｉ基合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8914292A JPH05345942A (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 耐酸化性の優れたＴｉ基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8914292A JPH05345942A (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 耐酸化性の優れたＴｉ基合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05345942A true JPH05345942A (ja) | 1993-12-27 |
Family
ID=13962622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8914292A Withdrawn JPH05345942A (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 耐酸化性の優れたＴｉ基合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05345942A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6309699B2 (en) | 1998-02-20 | 2001-10-30 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Method of producing a metallic part exhibiting excellent oxidation resistance |
| RU2504600C1 (ru) * | 2012-11-06 | 2014-01-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения люминофора в виде аморфной пленки диоксида кремния с ионами селена на кремниевой подложке |
-
1992
- 1992-04-09 JP JP8914292A patent/JPH05345942A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6309699B2 (en) | 1998-02-20 | 2001-10-30 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Method of producing a metallic part exhibiting excellent oxidation resistance |
| RU2504600C1 (ru) * | 2012-11-06 | 2014-01-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения люминофора в виде аморфной пленки диоксида кремния с ионами селена на кремниевой подложке |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990706 |