JPH0625713A

JPH0625713A - Ｃｒ系耐熱合金粉末の焼結法

Info

Publication number: JPH0625713A
Application number: JP4184818A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Morichika; 俊明森近; Tsutomu Shimizu; 勉清水; Yasushi Yamamoto; 裕史山本; Takahiro Kitagawa; 貴宏北川; Takashi Nishi; 隆西
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1992-07-13
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 1994-02-01

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｆｅ５〜50重量％、残部実質的にＣｒからな
るＦｅ−Ｃｒ合金粉末のＨＩＰ焼結において、金属カプ
セルを使用せずに略完全に緻密な焼結品が得られるよう
にする。【構成】原料粉末を調製し、該原料粉末に無電解メッ
キ処理を行ない、原料粉末100重量部に対して１〜５重
量部のＮｉメッキを施し、Ｎｉメッキを施した原料粉末
からグリーンコンパクトを形成し、該コンパクトを焼結
して完全緻密体に対して約94％以上の相対密度を有する
焼結体を形成し、得られた焼結体を更にＨＩＰする工程
から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｃｒ系耐熱合金粉末の
焼結法、特に複雑形状品の製造に好適なＣｒ系耐熱合金
粉末の焼結法に関する。

【０００２】

【従来技術及び問題点】出願人は、以前に、高温におけ
る強度及び耐酸化性にすぐれ、かつ焼結欠陥の生じにく
い焼結材料として、Ｆｅ５〜50重量％を含有し、残部実
質的にＣｒからなるＦｅ−Ｃｒ合金粒子の焼結体を提案
した(特願平１−８０８７２)。

【０００３】ところで、原料粉末を固化する方法とし
て、一般的には、プレス、鋳込み、射出成形、冷間静水
圧加圧(ＣＩＰ)等によって所望形状のグリーンコンパク
トを形成し、該コンパクトを高温で焼結する方法が知ら
れている。

【０００４】しかし、Ｃｒを約50％以上含むと、融点は
約1600℃以上もの高温になる。Ｃｒの含有量が多くなる
ほど、融点も高くなる。緻密な焼結体を得るには、原則
として原料成分の融点近傍の温度で焼結せねばならな
い。しかし、このための高温焼結設備は、経済的にも、
エネルギー消費量の点からも非常に不利であり、約1600
℃以上の温度での焼結は、実用的に不可能に近いという
のが現状である。

【０００５】一方、Ｃｒを約50％以上含むグリーンコン
パクトを、鉄合金の一般的な焼結条件(約1500℃)によっ
て焼結すると、焼結品の密度は完全緻密体の約80％程度
にまでしか達しないため、所望の高温強度が得られず、
実用に供することはできない。焼結品の気孔を消失させ
て、より緻密な構造とするためには、更に熱間静水圧加
圧(ＨＩＰ)を行なえばよいが、ＨＩＰ前の焼結品の密度
が完全緻密体の約94％以上なければ、ＨＩＰを行なって
も圧力がかからず、ＨＩＰによる密度向上効果は殆んど
期待できない。

【０００６】かかる理由から、Ｃｒ系耐熱合金粉末を焼
結する場合、原料粉末を金属カプセルに充填し、脱気密
封した後、ＨＩＰを行なう、いわゆるカプセルＨＩＰ焼
結法が広く採用されている。このカプセルＨＩＰ焼結に
よって、略完全に緻密な焼結品を製造することができ
る。

【０００７】ウォーキングビーム式加熱炉用スキッドボ
タンの如きブロック形状の焼結品は、一般に、このカプ
セルＨＩＰ焼結によって製造されている。

【０００８】しかし、例えばタービンブレードの如く、
複雑形状の製品を作る場合も、一旦ＨＩＰによって緻密
な焼結体ブロックを作製した後、機械加工によって所望
形状に切り出していた。このため、複雑形状の焼結品
は、材料歩留りが非常に悪く、製品コストが高くなる問
題があった。

【０００９】複雑形状の焼結品も、このように焼結体ブ
ロックを形成してから切削等の機械加工を行なうのは、
カプセルＨＩＰ焼結の場合、複雑形状のカプセルを製作
することが非常に困難だからである。また、多大の工数
をかけて複雑形状のカプセルを製作しても、カプセル内
の全ての場所で均一密度になるように原料粉末を充填す
ることはできない。特にカプセルの隅部は、充填密度が
小さくなるため、ＨＩＰ後の収縮量も多くなる。このた
め、カプセルの隅部については、その後の機械加工のた
めの加工しろを十分に考慮してカプセル設計せねばなら
ず、焼結体ブロックから切り出すのと実質的に変わらな
くなってしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｃｒ系耐熱
合金粉末の焼結において、金属カプセルを使用せずにＨ
ＩＰ焼結することによって緻密な焼結品が得られる焼結
法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｆｅ５〜50重
量％、残部実質的にＣｒからなるＦｅ−Ｃｒ合金粉末の
焼結において、グリーンコンパクトを約1500℃の温度で
焼結することによって、完全緻密体の約94％以上の密度
を有する焼結体を形成できるようにしたもので、この焼
結体をさらにＨＩＰすることによって非常に緻密な焼結
品が得られるようにしたものである。本発明の焼結法
は、Ｆｅ５〜50重量％、残部実質的にＣｒのＦｅ−Ｃｒ
合金の粒子からなる原料粉末を調製する工程、該原料粉
末に無電解メッキ処理を行ない、原料粉末100重量部に
対して、１〜５重量部のＮｉをメッキする工程、Ｎｉメ
ッキを施した原料粉末から所定形状のグリーンコンパク
トを形成する工程、該コンパクトを焼結する工程、得ら
れた焼結体を更にＨＩＰする工程を有している。

【００１２】なお、グリーンコンパクトの焼結体は、完
全緻密体の約94％以上の密度を具備できるようにする。
その後のＨＩＰによって、ほぼ完全に緻密な焼結体が得
られるようにするためである。

【００１３】Ｃｒ系耐熱合金の原料粉末として、Ｆｅ５
〜50重量％、残部実質的にＣｒからなるＦｅ−Ｃｒ合金
粒子を使用するのは、1300℃を超える温度域での使用に
おいて、高い圧縮変形抵抗性を有し、また酸化性雰囲気
において安定した酸化抵抗性を確保できる材料だからで
ある。

【００１４】原料粉末の合金粒子にＮｉメッキを施すの
は、粒子界面での拡散を起こり易くして、焼結性を向上
させるためである。しかし、Ｎｉメッキ量が１％に満た
ないと、粒子界面での拡散を起こり易くして焼結性を高
めるという効果は期待できない。一方、Ｎｉメッキ量が
５％を超えると、焼結時にＮｉが母合金に十分固溶され
ずに粒子界面に残存し、Ｆｅ−Ｃｒ合金が本来的に備え
る特性が損なわれ、高温における強度が低下する。かか
る理由から、Ｆｅ−Ｃｒ合金粒子に施すＮｉメッキの量
は、Ｆｅ−Ｎｉ合金100重量部に対して１〜５重量部と
する。

【００１５】

【作用】原料粉末の合金粒子に、Ｎｉメッキを施してい
るから、粒子界面で拡散が起こり易くなり、融点よりも
低温で相互拡散が起こり、焼結緻密化するものと考えら
れる。従って、Ｃｒを50％以上含有し、融点が約1600℃
を超える原料粉末であっても、約1500℃の温度での焼結
によって、完全緻密体の約94％以上の密度を備えた焼結
体を得ることができる。

【００１６】この焼結体は、さらにＨＩＰすることによ
って、気孔が取り除かれ、ほぼ完全に緻密な構造に生成
される。

【００１７】

【実施例】Ｆｅ15％及びＣｒ85％の合金粒子からなる供
試原料粉末Ａと、Ｆｅ５％及びＣｒ95％の合金粒子から
なる供試原料粉末Ｂについて、無電解Ｎｉメッキの焼結
性向上効果を調べた。

【００１８】原料粉末は、Ｆｅ−Ｃｒ合金をアトライタ
ーで粉砕し、粒度20〜40μmに調製した。なお、アトラ
イターによってメカニカルアロイング効果を得る場合
は、Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末に代えて、Ｆｅ粉末とＣｒ粉末
の混合粉末を使用することもできる。

【００１９】次に、この原料粉末に無電解Ｎｉメッキを
施す。無電解法を採用するのは、処理品が粉末であるた
め、電解法でのメッキは実質的に不可能だからである。
なお、無電解Ｎｉメッキの前処理として、酸エッチング
によって合金粒子表面の酸化被膜を除去し、さらに酸洗
を行なう。Ｎｉの無電解メッキは、約90℃の温度に加熱
したメッキ浴槽の中に原料粉末を浸漬し、攪拌しながら
行なう。なお、メッキ浴槽には、活性度を高めるため
に、少量のＰ及び／又はＢを含有させることが望まし
い。合金粒子に施すＮｉメッキ量は、メッキ液の濃度、
原料粉末投入量及びメッキ処理時間によって適宜調整す
ることができる。供試原料粉末Ａ及びＢについて施した
種々のＮｉメッキ量を表１に示す。供試No.１〜No.５は
供試原料粉末Ａから調製したもので、供試No.６〜No.８
は供試原料粉末Ｂから調製したものである。なお、表１
において、Ｎｉメッキ量とは、供試原料粉末を100重量
部としたときのＮｉの重量部を示している。

【００２０】供試材No.１〜No.８を、夫々、ゴム筒に充
填し、冷間静水圧加圧(ＣＩＰ)に付し、加圧力1500気
圧、加圧時間１分の条件で成形し、グリーンコンパクト
(直径30mm×長さ30mm)を作製した。

【００２１】次に、これらのグリーンコンパクトを、電
気炉のＡｒとＨ₂の雰囲気ガス中にて、温度1500℃、加
熱時間４時間の条件で焼結した。焼結体の表面に付着し
た酸化被膜を除去した後、アルキメデス法に基づいて密
度測定を行なった。なお、供試原料粉末Ａ、Ｂとも、完
全緻密体の密度を7.2g/cm³とみなして、相対焼結密度を
算出した。算出結果は、表１中、「ＨＩＰ前」の欄に示
す。

【００２２】得られた各焼結体は、温度1250℃、加圧力
1200気圧、保持時間２時間の条件にてＨＩＰを行なっ
た。ＨＩＰ後、前記と同じ要領にて密度測定を行なっ
た。ＨＩＰ後の相対焼結密度の算出結果を表１に示す。

【００２３】比較例として、Ｎｉメッキなしの供試材N
o.11及びNo.12を準備し、前記と同じ要領にて、グリー
ンコンパクトを作製し、その後、焼結及びＨＩＰを行な
い、相対焼結密度を調べた。その結果を表１に示す。な
お、供試No.１1は供試原料粉末Ａから調製したもので、
供試No.12は供試原料粉末Ｂから調製したものである。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１の結果から明らかなように、供試原料
粉末100重量部に対して、１〜５重量部のＮｉをメッキ
した供試材(供試No.１〜No.８)は、ＨＩＰ前の段階で、
既に完全緻密体の約94〜96％の緻密焼結体が得られてお
り、更にＨＩＰすることによってほぼ完全に緻密な焼結
品を得られることがわかる。

【００２６】これに対し、供試No.11及びNo.12は、Ｎｉ
メッキを施していないため、ＨＩＰ前の段階では、相対
密度が約75％程度の焼結体しか得られていない。この供
試材は更にＨＩＰを行なっても、密度向上効果は殆んど
認められない。

【００２７】以上の結果から、Ｎｉメッキが、焼結性の
向上に極めて有効であり、融点よりもかなり低い温度で
焼結を行なっても、少なくとも約94％の相対密度を有す
る焼結体を得られることがわかる。

【００２８】

【発明の効果】Ｃｒ系耐熱合金粉末のＨＩＰ焼結を、カ
プセルを使用せずに行なうことができるから、焼結すべ
き製品形状の自由度は大きい。従って、原料粉末からほ
ぼ任意形状の製品を成形してグリーンコンパクトを作
り、これを通常の焼結及びＨＩＰを行なうだけで、非常
に緻密な焼結品を得ることができる。高融点のＣｒ系耐
熱合金粉末から複雑形状の焼結品を作る場合でも、カプ
セルの製作、緻密な焼結体ブロック形成後の機械加工等
は不要となるから、その経済的効果は極めて大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｄ 5/28 7825−3Ｇ (72)発明者北川貴宏兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号株式会社クボタ技術開発研究所内 (72)発明者西隆兵庫県尼崎市西向島町64番地株式会社クボタ尼崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ５〜50重量％、残部実質的にＣｒか
らなるＦｅ−Ｃｒ合金を粒子とする原料粉末を調製する
工程、該原料粉末に無電解メッキ処理を行ない、原料粉
末100重量部に対してＮｉ１〜５重量部をメッキする工
程、Ｎｉメッキを施した原料粉末から所定形状のグリー
ンコンパクトを形成する工程、該コンパクトを焼結する
工程、及び、得られた焼結体を熱間静水圧加圧する工
程、を有していることを特徴とするＣｒ系耐熱合金粉末
の焼結法。