JPH0633109A - 酸化物分散強化耐熱合金焼結体の製法 - Google Patents

酸化物分散強化耐熱合金焼結体の製法

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JPH0633109A
JPH0633109A JP4193550A JP19355092A JPH0633109A JP H0633109 A JPH0633109 A JP H0633109A JP 4193550 A JP4193550 A JP 4193550A JP 19355092 A JP19355092 A JP 19355092A JP H0633109 A JPH0633109 A JP H0633109A
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JP
Japan
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raw material
material powder
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sintered
plating
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Withdrawn
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JP4193550A
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English (en)
Inventor
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
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化物分散耐熱合金粒子からなる粉末の焼結
において、金属カプセルを使用せずにHIP焼結するこ
とによって略完全に緻密な焼結品が得られるようにす
る。 【構成】 実質的にCrからなる金属又はCrを主体と
する金属のマトリックス中に平均粒径0.1μm以下のY2
3を0.2〜2.0重量%微細分散させた原料粉末に無電解
Co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Coメッキを施し、Co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
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、酸化物分散耐熱合金粒
子からなる粉末の焼結に関し、特に複雑形状焼結体の製
造に好適な粉末焼結方法に関する。
【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た酸化物分散強化耐熱焼結
合金を提案した(特願平3−97000)。
【0003】この焼結合金は、実質的にCrからなる金
属又はCrを主体とする金属のマトリックス中に、平均
粒径0.1μm以下のY23を0.2〜2.0重量%微細分散させ
た原料粉末をメカニカルアロイング法によって調製し、
該原料粉末を適当な金属カプセルに充填した後、脱気密
封し、約1000〜1300℃の温度にて、約1000〜2000kgf/cm
2の圧力下で熱間静水圧処理(HIP)される。これは、
いわゆるカプセルHIP焼結法といわれるもので、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。
【0004】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。
【0005】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。
【0006】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。
【0007】一方、この酸化物分散強化耐熱合金粒子か
らなる粉末の焼結をカプセルを使用せずに、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に形成した後、該コンパク
トを高温で焼結すると次のような問題があった。
【0008】上記焼結合金はCrを約70%以上含んでい
るから、融点は約1700℃以上もの高温になる。また、そ
の融点はCrの含有量が多くなるほど高くなる。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が、このような高温で焼結する
と、金属マトリックス中に微細分散していた酸化物が金
属結晶の粒界に凝集し、強度が著しく低下する不都合が
あった。これでは、酸化物を均一に微細分散させて高温
圧縮強度を向上させる意味がない。
【0009】一方、Crを約70%以上含むグリーンコン
パクトを、酸化物の凝集を起こさない温度条件(約1500
℃以下)で焼結すると、焼結品の密度は完全緻密体の約7
5%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。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、酸化物分散
耐熱合金粒子からなる粉末の焼結において、金属カプセ
ルを使用せず、かつ約1500℃よりも高温に加熱せずに緻
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、実質的にCr
からなる金属又はCrを主体とする金属のマトリックス
中に、平均粒径0.1μm以下のY23を0.2〜2.0重量%微
細分散させた原料粉末の焼結において、グリーンコンパ
クトを約1500℃以下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、実質的にCrからなる金属又は
Crを主体とする金属のマトリックス中に、平均粒径0.
1μm以下のY23を0.2〜2.0重量%微細分散させた原料
粉末に無電解Co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Coをメッキする工程、
Co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】金属は、実質的にCrからなる金属、又は
Fe20%以下を含み、残部実質的にCrからなる金属、
又はAl、Mo、W、Nb、Ta、Hf及びAl−Ti
から構成される群の中から選択される少なくとも一種を
合計量で10%以下含み、残部実質的にCrからなる金
属、又はAl、Mo、W、Nb、Ta、Hf及びAl−
Tiから構成される群の中から選択される少なくとも一
種を合計量で10%以下並びにFe20%以下を含み、残部
実質的にCrからなる金属である。なお、Al−Tiは
金属間化合物である。これら金属のマトリックスに、平
均粒径0.1μm以下のY23を0.2〜2.0重量%微細分散さ
せることにより、焼結製品として、1300℃を超える温度
域で使用した場合、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。
【0014】原料粉末の粒子にCo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、Coメッキ量が原料粉末100重
量部に対して1重量部に満たないと、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、Coメッキ量が原料粉末100重量部に対し
て5重量部を超えると、焼結時にCoが母合金に十分固
溶されずに粒子界面に残存し、酸化物分散強化合金が本
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、酸化物分散強化粒子に施すCo
メッキの量は、原料粉末100重量部に対してCo1〜5
重量部とする。
【0015】
【作用】原料粉末の粒子に、Co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70%以上含有し、融点が約1700℃を
超える原料粉末であっても、約1500℃以下の温度での焼
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】この焼結体を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成形される。
【0017】
【実施例】Fe14%、Cr85%及びY231%の合金粒
子からなる供試原料粉末Aと、Fe4%、Cr95%及び
231%の合金粒子からなる供試原料粉末Bについ
て、無電解Coメッキの焼結性向上効果を調べた。
【0018】原料粉末は、金属粉末とY23粉末をアト
ライター等の高エネルギーボールミルを用いることによ
り、メカニカルアロイング処理を施し、平均粒径10μm
以下の酸化物分散強化合金粒子に調製した。
【0019】次に、この原料粉末に無電解Co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Co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。Co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、合金粒子に施すCo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Co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N
o.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、Coメッキ量とは、供試原料
粉末を100重量部としたときのCo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1500kgf/
cm2、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
1200kgf/cm2、HIP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、Co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Co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94〜95%の緻密焼結体が得られてお
り、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、Co
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、Co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】酸化物分散強化耐熱合金粉末の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
酸化物分散強化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 C22C 27/06 C23C 18/31 A 18/32 (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 (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属のマトリックス中に平均粒径0.1μm
    以下のY23を0.2〜2.0重量%微細分散させた粒子から
    なる原料粉末に無電解Coメッキ処理を行ない、原料粉
    末100重量部に対してCo1〜5重量部をメッキする工
    程、Co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
    を有しており、前記金属は、実質的にCrからなる金
    属、又はFe20%以下を含み、残部実質的にCrからな
    る金属、又はAl、Mo、W、Nb、Ta、Hf及びA
    l−Tiから構成される群の中から選択される少なくと
    も一種を合計量で10%以下含み、残部実質的にCrから
    なる金属、又はAl、Mo、W、Nb、Ta、Hf及び
    Al−Tiから構成される群の中から選択される少なく
    とも一種を合計量で10%以下並びにFe20%以下を含
    み、残部実質的にCrからなる金属である、酸化物分散
    強化耐熱合金焼結体の製法。
JP4193550A 1992-07-21 1992-07-21 酸化物分散強化耐熱合金焼結体の製法 Withdrawn JPH0633109A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112006003909T5 (de) 2006-05-24 2009-04-16 Kabushiki Kaisha Shofu Zahnklebstoff-Haftvermittler-Zusammensetzung
CN103422000A (zh) * 2012-05-14 2013-12-04 东睦新材料集团股份有限公司 一种铬基合金材料及其制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE112006003909T5 (de) 2006-05-24 2009-04-16 Kabushiki Kaisha Shofu Zahnklebstoff-Haftvermittler-Zusammensetzung
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