JPH062011A - 粉末成形品の製造法 - Google Patents

粉末成形品の製造法

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JPH062011A
JPH062011A JP4166158A JP16615892A JPH062011A JP H062011 A JPH062011 A JP H062011A JP 4166158 A JP4166158 A JP 4166158A JP 16615892 A JP16615892 A JP 16615892A JP H062011 A JPH062011 A JP H062011A
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猛 高柳
Hiroshi Endo
博司 遠藤
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 金属、合金、金属間化合物およびセラミック
の群から選択される1種または2種以上の粉末と、昇華
性物質の1種または2種以上の粉末もしくはその融体と
を混合して金型内に注入または圧入して成形体とし、こ
の成形体を必要に応じて耐火物の粉末またはスラリーで
被覆した後にセラミック粉末を充填した容器内に埋設
し、昇華性物質を除去し、冷間または熱間加圧処理す
る。 【効果】 複雑形状の成形品であっても、密度、組成、
さらには特性の均一化が向上し、簡便に、低コストプロ
セスとして粉末成形品製造が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、粉末成形品の製造法
に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、ガ
スタービン、ジェットエンジンの動翼やディスク等の複
雑形状を有する高強度成形品の等方性成形方法等として
有用な粉末成形品の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】近年、TiAl、Ti3 Al
等の金属間化合物や、セラミックス、あるいは金属、合
金、金属間化合物とセラミックとの複合材料による超耐
熱性、軽量高強度材料をガスタービンやジェットエンジ
ンの動翼、タービンディスクに用いることが検討されて
いる。また、このような応用分野は、その他の機械部
品、構造材、化学装置等へ拡大されるものとして期待さ
れている。
【0003】そして、これらの材料の成形は、複雑形状
品としての成形に好適なものとして、いわゆる粉末成形
方法として検討され、すでに実用化されはじめてもい
る。この方法としては、いわゆるセラミックモールド方
法として知られているものがある。このセラミックモー
ルド方法は、たとえば図2に示したように、多孔質のセ
ラミックからなる所定の形状のセラミック型を製造し、
この型の内部に原料のチタン合金粉末等の粉末を充填
し、この型ごと単純形状の金属容器内に挿入し、この容
器内の空隙をセラミック粉末(二次圧媒)で充填し、金
属容器内部全体を真空引き、密封した後に、HIP処理
する方法である。
【0004】この方法は、かなり複雑な形状の製品にも
適用できるという利点があり、これまでのところ、最も
優れた異形成形技術であると考えられている。また、前
記セラミック型に代わるものとしてガラス型を用いた粉
末成形方法も提案されている。しかしながら、このよう
な利点にもかかわらず、従来の粉末成形方法の場合には
複雑形状のセラミック型やガラス型内への金属、合金等
の原料粉末の充填密度を均一化しにくいため、どうして
も成形品組成が不均一となり、特性の信頼性の面で問題
があった。また、複雑形状品の成形とするためのセラミ
ック型やガラス型そのものの製造が難しく、コスト低減
も難しいのが実情であった。
【0005】このため、成形密度、その組成において均
一性に優れ、しかも成形型製造の容易な新しい粉末成形
技術の確立が強く望まれていた。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、従来のセラミッ
クモールド等の粉末成形方法の欠点を解消し、成形精度
はもちろんのこと、密度、組成の均一性に優れた粉末成
形品を、簡便に、低コストで製造することのできる新し
い方法を提供することを目的としている。
【0006】
【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、金属、合金、金属間化合物およ
びセラミックの群から選択される1種または2種以上の
粉末と、昇華性物質の1種または2種以上の粉末もしく
はその融体とを混合して金型内に注入または圧入して成
形体とし、この成形体をセラミック粉末を充填した容器
内に埋設し、昇華性物質を除去し、冷間または熱間加圧
処理することを特徴とする粉末成形品の製造法を提供す
る。
【0007】また、この発明は、前記の埋設に際し、あ
らかじめ成形体を耐火物の粉末またはスラリーで被覆す
ることや、昇華性物質の除去後に等方的加圧処理(HI
P・CIP)すること等をその一つの態様としてもい
る。すなわち、この発明の粉末成形品の製造方法は、図
1にそのプロセスを例示した通り、これまでにない特徴
的な手段を採用している。 a) まず、この方法においては、金属、合金、金属間
化合物およびセラミックの群から選択される1種または
2種以上の原料粉末を、昇華性物質の1種または2種以
上の粉末またはその融体と混合する。
【0008】この場合、原料粉末の種類には特に限定は
なく、これまで粉末成形に使用されてきているチタン、
ニッケル、ニオブ等の金属や各種の合金、あるいはTi
3 Al、TiAl、Ni3 Al、NiAl、Nb3 Sn
等の金属間化合物、さらには、アルミナ、ジルコニア、
シリカ、イットリア、チタニア、マグネシア、窒化ケイ
素、炭化ケイ素、炭化チタン等の酸化物、窒化物、炭化
物、ホウ化物等の適宜なセラミックの群から選択するこ
とができる。
【0009】この原料粉末については、一般的にはその
粒径を平均粒径として150μm以下程度とすることが
好ましい。そして、これらの原料粉末に混合する昇華性
物質としては、従来公知の各種のものをはじめとして適
宜に使用でき、たとえば、ナフタリン、パラジクロルベ
ンゼン、ジクロルナフタリン、ジクロル安息香酸、ジオ
キシナフタリン、ジエトオキサル酸、キシロキノン等を
例示することができる。
【0010】これらの昇華性物質は通常、原料粉末との
合計量に対して10〜50重量%の割合で使用する。粉
末あるいは融体のいずれで使用してもよい。粉末として
用いる場合には、その粒径を500μm以下程度とする
のが好ましい。ただし、半溶融の状態でもよいことか
ら、粒径についての限定は特に厳密とする必要はない。 b) 次いで、得られた混合物は、所要の形状の金型内
に注入もしくは圧入して成形体とする。
【0011】この時の圧入時の圧力にも特に限定はな
い。1〜50kg/cm2 程度から適宜に選択して加圧
すればよい。圧入するかどうかや、また圧入時の圧力、
温度については、対象とする原料粉末と昇華性物質の種
類、あるいは成形品の形状等を考慮して決めることがで
きる。より複雑な形状を成形する場合には、一般的には
圧入条件を採用するのが好ましい。
【0012】金型については、金属、セラミックス、あ
るいは樹脂等によって形成してもよい。 c) 成形体は金型より取出し、必要に応じてその表面
に耐火物の粉末またはスラリーで被覆する。たとえば天
然耐火物粉やそのスラリー、あるいはアルミナゾル、ジ
ルコニアゾル、シリカゾル等の適宜なセラミック被覆を
施すことができる。CIP等の手段を採用して粉末被覆
してもよい。 d) この被覆した、または被覆しないままの成形体
は、次にアルミナ、ジルコニア等のセラミック粉末を充
填した金属容器内に埋設する。 e) この埋設状態において、大気圧下あるいは減圧下
において任意の温度で昇華性物質を除去する。
【0013】通常、この昇華性物質の除去は1×10-3
〜1×10-1Torr程度の減圧下に、50℃〜60℃
程度以下に加温することで円滑に実施することができ
る。 f) 真空、あるいは不活性ガス雰囲気下において、冷
間または熱間加圧処理し、所要の粉末成形品を得る。H
IP・CIPの等方的加圧処理としてもよい。この時の
条件は、対象原料粉末の種類によって適宜に設定するこ
とができる。
【0014】以上のプロセスより明らかなように、この
発明においては、従来のモールド方法のように、複雑形
状品としてのセラミック型やガラス型を使用することが
ない。このため、複雑形状の成形品であっても、その密
度、組成の均一化が確保され、かつ簡便な低コストプロ
セスとしての粉末成形品の製造が可能となる。以下、実
施例を示し、さらに詳しくこの発明の製造法について説
明する。
【0015】
【実施例】実施例1 TiAlの粉末(平均粒径約130μm)500gにパ
ラジクロルベンゼン粉250gを配合し攪拌機でよく混
合した。この混合物を62℃に加熱してパラジクロルベ
ンゼンを溶融して金型へ注入し、成形体とした。この成
形体の表面をアルミナ粉にアルミナゾルを配合したスラ
リーで被覆し、Ti製円筒缶内に充填したアルミナ粉中
に埋設した。引きつづき30℃の温度、10-2Torr
の減圧下でパラジクロルベンゼンを昇華させてから、1
200℃、1000kgf/cm 2 のAr雰囲気中でH
IP処理を行い所要の形状のTiAl製タービン動翼を
得た。その密度は3.96g/cm3 であり、強度は、
次の表1の通りであった。
【0016】
【表1】
【0017】この方法によって、成形品の密度、組成、
ひいては耐熱性、強度等の特性の均一な成形品が得ら
れ、製造も従来に比べてはるかに簡便で、かつ低コスト
に可能であった。実施例2 Nb3 Sn粉末500gにナフタリン粉130gを配合
し、攪拌機でよく混合した。この混合物を90℃に加熱
してナフタリンを溶融し、金型へ注入し超伝導性成形体
とした。この成形体の表面をジルコニア粉にジルコニア
ゾルを配合したスラリーで被覆して乾燥した後に、Ti
製円筒缶内に充填したジルコニア粉中に埋没した。40
℃、10-2Torrの減圧下でナフタリンを昇華除去し
てからアルゴン雰囲気中、1200℃、1000kgf
/cm2 でHIP処理を行い所要形状のNb3 Sn超伝
導体を得た。実施例3 TiC粉400g、Ti粉100g、パラジクロルベン
ゼン粉末180gを配合して攪拌機でよく混合した。こ
の混合物を70℃に加熱して金型内へ2kgf/cm2
で圧入して成形体とした。この成形体の周囲にイットリ
ア粉を被覆してCIPによって成形体の周囲に約5mm
のイットリアのシェル層を形成した後、パラジクロルベ
ンゼンを昇華除去した。次いで、イットリアで被覆した
成形体をTi製円筒缶中に充填したイットリア粉中に埋
没して、Ar雰囲気中1250℃、1000kgf/c
2 でHIP処理を行ってTiAl製タービン動翼を得
た。実施例4 TiAl粉450g、Ti粉5g、ジクロルナフタリン
165gの配合物を攪拌機でよく攪拌した後、この混合
物を60℃に加熱して金型内へ2kgf/cm 2 で圧入
して成形体とした。この成形体表面をアルミナゾルにア
ルミナ粉を配合したスラリーで被覆して乾燥してから、
pt製円筒缶中に充填したアルミナ粉中にセットし、ジ
クロルナフタリンを昇華除去した後に、Ar雰囲気15
50℃、1000kgf/cm2 の条件下でHIP処理
を行いTi−TiC製タービンノズルを得た。実施例5 Nb粉500g、キシロキノン90gの配合物を攪拌機
でよく混合した後、60℃に加熱して金型へ3kgf/
cm2 で圧入した。得られた成形体の周囲をイットリア
粉で被覆した後CIP処理を行って成形体の表層部に約
8mm厚のセラミックシェル層を形成した。次いで、シ
ェル層に包まれた成形体をNb製円筒缶中に充填したイ
ットリア粉中にセットし、常温下でキシロキノンを昇華
除去した後Ar雰囲気中、1600℃、1000kgf
/cm2 でHIP処理を行ってNb製タービンノズルを
得た。
【0018】実施例6 ステンレス鋼粉500g、ジクロル安息香酸粉末100
gを攪拌機で均一に混合した後、この混合物を165°
Cに加熱して金型へ注入して成形体とした。この成形体
を冷間加圧用容器内のアルミナ粉中へ埋設した。最初に
100kgf/cm2 で予加圧した後、ジクロル安息香
酸を予加圧成形体から昇華させて除去した。次いで、1
000kgf/cm2 で加圧し、ステンレス鋼成形体と
した。これをAr雰囲気中、1250°Cで加熱してバ
ルブボディー焼結品を得た。
【0019】実施例72 3 含有Ni基超耐熱合金粉500g、ジエトオキ
サル酸粉末120gを攪拌機で均一に混合した後、この
混合物を90°Cに加熱して金型へ2kgf/cm2
圧入して成形体とした。この成形体を加圧用キャビティ
内のアルミナ粉中へ埋設、ジエトオキサル酸を予成形体
から昇華除去した後、1000°C、1000kgf/
cm2 で加圧した。引続きこの成形体をAr雰囲気中、
1100°Cで焼結を行って、ガスタービ用ノズル翼を
得た。
【0020】実施例8 Ni3 Al粉500g、パラジクロルベンゼン粉末10
0g、ナフタリン粉末50gを攪拌機で均一に混合した
後、この混合物を75°Cに加熱して金型へ注入して成
形体とした。この成形体をステンレス容器内のジルコン
粉中に埋設し、冷間にて150kgf/cm2 で加圧し
た。次いで、パラジクロルベンゼンを冷間加圧成形体か
ら昇華させて除去した。次いで、成形体を含む加圧容器
をHIP装置内にセットし、Ar雰囲気中、1250°
C、1000kgf/cm2 で加熱、加圧処理を行な
い、空隙率の極めて小さなタービン翼を得た。
【0021】
【発明の効果】この発明によって、以上詳しく説明した
通り、複雑形状の成形品であっても、密度、組成、さら
には特性の均一化が向上し、簡便に、低コストプロセス
として粉末成形品製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の方法を例示した工程フロー図であ
る。
【図2】従来の方法を例示した断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 博司 愛知県海部郡弥富町大字荷之上字六十人 461番地 の30

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属、合金、金属間化合物およびセラミ
    ックの群から選択される1種または2種以上の粉末と、
    昇華性物質の1種または2種以上の粉末もしくはその融
    体とを混合して金型内に注入または圧入して成形体と
    し、この成形体をセラミック粉末を充填した容器内に埋
    設し、昇華性物質を除去し、冷間または熱間加圧処理す
    ることを特徴とする粉末成形品の製造法。
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