JPH0718360A - 耐摩耗性に優れたＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量でかつ耐摩耗性に優れたＴｉ−Ａｌ系金
属間化合物部材及びその製造方法を提供すること。 【構成】 組成が、Ａｌ：２５〜７５ａｔ％と、Ｆ，Ｃ
ｌ，Ｂｒ，Ｉのハロゲンのうち少なくとも１種以上を
０.００４〜１ａｔ％と、残部がＴｉ及び不可避不純物
と、からなるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材であり、該
Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物部材の耐摩耗性が要求される
部分の表面に、厚さ１〜５０μmの緻密なＡｌ₂Ｏ₃皮膜
を有することを特徴とする耐摩耗性に優れたＴｉ−Ａｌ
系金属間化合物部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車分野，航空宇宙
分野，産業機械分野等に使用されるＴｉ−Ａｌ系金属間
化合物部材及びその製造方法に関し、特に軽量，高温強
度，高比剛性に加え、耐摩耗性が要求されるＴｉ−Ａｌ
系金属間化合物部材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
例えば自動車等の分野においては、環境保護や省エネの
観点から、各種部材の軽量化が求められており、特に従
来の鉄系部品から軽量のアルミニウム系部材への転換が
検討されている。

【０００３】このうち自動車部材、とりわけエンジンま
わりの部材には摺動部材が多く、鉄系からアルミニウム
系へ一部の部材を置き換えた場合に、摩耗が激しく実用
上問題になることがある。そのため、軽量かつ耐摩耗性
に優れた摺動部材の登場が待たれている。

【０００４】本発明は、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の特
性の改善について多面的に研究を実施した結果として得
られたものであり、その目的は、軽量でかつ耐摩耗性に
優れたＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材及びその製造方法
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の請求項１の発明は、組成が、Ａｌ；２５〜７５ａｔ％
と、Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉのハロゲンのうち少なくとも１
種以上を０.００４〜１ａｔ％と、残部がＴｉ及び不可
避不純物と、からなるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材で
あり、該Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物部材の耐摩耗性が要
求される部分の表面に、厚さ１〜５０μmの緻密なＡｌ₂
Ｏ₃皮膜を有することを特徴とする耐摩耗性に優れたＴ
ｉ−Ａｌ系金属間化合物部材を要旨とする。

【０００６】請求項２の発明は、前記Ｔｉ−Ａｌ系金属
間化合物の組成中に、０.０５〜１０ａｔ％のＭｎを含
むことを特徴とする前記請求項１記載の耐摩耗性に優れ
たＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材を要旨とする。

【０００７】請求項３の発明は、組成が、Ａｌ；２５〜
７５ａｔ％と、Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉのハロゲンのうち少
なくとも１種以上を０.００４〜１ａｔ％と、残部がＴ
ｉ及び不可避不純物と、からなるＴｉ−Ａｌ系金属間化
合物部材に対し、酸化雰囲気中にて、８００〜１１００
℃の温度範囲で酸化処理を行なって、表面に緻密なＡｌ
₂Ｏ₃皮膜を形成することを特徴とする耐摩耗性に優れた
Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物部材の製造方法を要旨とす
る。

【０００８】請求項４の発明は、前記Ｔｉ−Ａｌ系金属
間化合物の組成中に、０.０５〜１０ａｔ％のＭｎを含
むことを特徴とする前記請求項３記載の耐摩耗性に優れ
たＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材の製造方法を要旨とす
る。

【０００９】ここで、前記数値を規定する理由を説明す
る。 １）Ａｌ量 下限値未満では、連続したＡｌ₂Ｏ₃皮膜が形成されず耐
摩耗性が十分でない。また、上限値を超えると、ハロゲ
ンを添加しなくとも、Ａｌ₂Ｏ₃皮膜が形成されるので、
耐摩耗性の向上効果が飽和する。

【００１０】２）ハロゲン量 下限値未満では、密着性の良いＡｌ₂Ｏ₃皮膜が形成され
ず耐摩耗性が低下する。また、上限値を超えると、下地
の延性が低下する。 ３）Ａｌ₂Ｏ₃皮膜の厚さ 下限値未満では、Ａｌ₂Ｏ₃皮膜の厚さが薄すぎて耐摩耗
性が十分でない。

【００１１】また、上限値を超えると、Ａｌ₂Ｏ₃皮膜が
厚すぎて割れ易く耐摩耗性が低下する。 ４）Ｍｎ量 下限値未満では、延性向上の効果がない。また、上限値
を超えると、効果が飽和する。

【００１２】５）酸化処理温度 下限値未満では、形成されるＡｌ₂Ｏ₃皮膜が薄く耐摩耗
性が十分でない。また、上限値を超えると、Ａｌ₂Ｏ₃皮
膜が厚くなりすぎて割れ易くなり、耐摩耗性が低下す
る。

【００１３】尚、酸化処理の時間としては、５分〜 ２
４時間の範囲が好適であり、この下限値未満では、形成
されるＡｌ₂Ｏ₃皮膜が薄く耐摩耗性が十分でなく、上限
値を超えると、効果が飽和するとともに、いたずらに生
産性を低下させる。

【００１４】

【作用】本発明は、軽量のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部
材の表面に種々の被膜を形成させたものの耐摩耗性を、
他の材料と比較調査した結果得られたものであり、特に
Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物を酸化させるという比較的簡
単な処理により耐摩耗性に優れたＴｉ−Ａｌ系金属間化
合物部材が得られるものである。

【００１５】この場合、下地となるＴｉ−Ａｌ系金属間
化合物に少量のハロゲンを含ませて、酸化処理を行なう
と、緻密で密着性のよいＡｌ₂Ｏ₃皮膜が形成され、この
優れたＡｌ₂Ｏ₃皮膜が耐摩耗性を向上させる。つまり、
下地に上述した組成のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物を用い
ると、常時は表面のＡｌ₂Ｏ₃皮膜によって優れた耐摩耗
性を発揮するが、もし高温で使用中にＡｌ₂Ｏ₃皮膜が破
損したとしても、下地の表面にすぐＡｌ₂Ｏ₃皮膜が形成
されるので、耐久性が高い。また、この下地とＡｌ₂Ｏ₃
皮膜とは密着性に優れているので、この点でも耐摩耗性
が向上することになる。

【００１６】しかも、耐摩耗性に優れたＡｌ₂Ｏ₃皮膜の
形成は、単に、例えば大気中等の酸化雰囲気で加熱する
だけでいいので、その処理が極めて簡単である。また、
Ｍｎを上述した所定量含むものは、延性が向上するので
一層好ましい。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を具体化したＴｉ−Ａｌ系金属
間化合物部材及びその製造方法の実施例を、比較例とと
もに説明する。 （実施例１；試料No.２，６，７，１７）不純物として
ＮａＣｌを含むＮａ法で作製されたスポンジチタン粉末
（１４９μm以下）と、Ｈｅガスアトマイズ法で作製さ
れたＡｌ粉末或はＡｌ合金粉末（１４９μm以下）と
を、化学分析値が最終組成で下記表１の試料No.２，
６，７，１７に示す値となる様に混合した。この混合物
をアルミニウム容器に挿入し、本容器内を加熱しながら
真空排気して、脱気処理を施した。その後、容器ごと熱
間押出を行った。押出条件は４３０℃、押出比４５とし
た。得られた押出材からアルミニウム容器を外削除去し
反応合成用素材とした。

【００１８】この押出材について、ＨＩＰにて反応合成
（５６０℃）を行ないＴｉ−Ａｌ金属間化合物とした後
に、引き続いてＨＩＰ中にて１３００℃で１０時間の均
質化処理を行った。この時、雰囲気はＡｒガスで、圧力
は１８０MPaとした。この様にして製造した素材に表１
に示す条件にて、大気中にて表面に酸化処理を施してＡ
ｌ₂Ｏ₃皮膜を形成した。

【００１９】（実施例２；試料No.１，４，５，１６）
プラズマ回転電極法によって作製されたチタン粉末（２
９７μm以下）と、Ａｒガスアトマイズ法で作製された
Ａｌ粉末或はＡｌ合金粉末（１４９μm以下）と、Ｚｎ
Ｆ₂粉末（１４９μm以下）とを、化学分析値が最終組成
で下記表１の試料No.１，４，５，１６に示す値となる
様に混合した。この混合物をアルミニウム容器に挿入
し、本容器内を加熱しながら真空排気して、脱気処理を
施した。その後、容器ごと熱間押出を行った。押出条件
は４００℃、押出比４５とした。得られた押出材からア
ルミニウム容器を外削除去し反応合成用素材とした。

【００２０】この押出材について、ＨＩＰにて反応合成
（５６０℃）を行ないＴｉ−Ａｌ金属間化合物とした後
に、引き続いてＨＩＰ中にて１２００℃で１０時間の均
質化処理を行った。この時、雰囲気はＡｒガスで、圧力
は１５０MPaとした。この様にして製造した素材に表１
に示す条件にて、大気中で表面に酸化処理を施してＡｌ
₂Ｏ₃皮膜を形成した。

【００２１】（実施例３；試料No.３，８，９）クロー
ル法で作製されたスポンジチタンを水素化脱水素した粉
末（７４μm以下）と、Ｈｅガスアトマイズ法で作製さ
れたＡｌ粉末或はＡｌ合金粉末（１４９μm以下）と、
ＡｇＢｒ粉末（２５μm以下）とを、化学分析値が最終
組成で下記表１の試料No.３，８，９に示す値となる様
に混合した。この混合物をアルミニウム容器に挿入し、
本容器内を加熱しながら真空排気して、脱気処理を施し
た。その後、容器ごと熱間押出を行った。押出条件は３
６０℃、押出比４５とした。得られた押出材からアルミ
ニウム容器を外削除去し反応合成用素材とした。

【００２２】この押出材について、ＨＩＰにて反応合成
（５６０℃）を行ないＴｉ−Ａｌ金属間化合物とした後
に、引き続いてＨＩＰ中にて１２００℃で１０時間の均
質化処理を行った。この時、雰囲気はＡｒガスで、圧力
は１５０MPaとした。この様にして製造した素材に表１
に示す条件にて、大気中で表面に酸化処理を施してＡｌ
₂Ｏ₃皮膜を形成した。

【００２３】（実施例４；試料No.１０，１１，１２，
１８）プラズマ回転電極法によって作製されたチタン粉
末（２９７μm以下）と、Ａｒガスアトマイズ法で作製
されたＡｌ粉末或はＡｌ合金粉末（７４μm以下）と、
Ａｇｌ粉末（７４μm以下）とを、化学分析値が最終組
成で下記表１の試料No.１０，１１，１２，１８に示す
値となる様に混合した。この混合物をアルミニウム容器
に挿入し、本容器内を加熱しながら真空排気して、脱気
処理を施した。その後、容器ごと熱間押出を行った。押
出条件は４００℃、押出比４５とした。得られた押出材
からアルミニウム容器を外削除去し反応合成用素材とし
た。

【００２４】この押出材について、ＨＩＰにて反応合成
（５６０℃）を行ないＴｉ−Ａｌ金属間化合物とした後
に、引き続いてＨＩＰ中にて１３００℃で１０時間の均
質化処理を行った。この時、雰囲気はＡｒガスで、圧力
は２００MPaとした。この様にして製造した素材に表１
に示す条件にて、大気中で表面に酸化処理を施してＡｌ
₂Ｏ₃皮膜を形成した。

【００２５】（実施例５；試料No.１３，１４，１５）
化学分析値の異なる次の３種の混合粉末を作成した。ま
ず、Ｎａ法で作成され製造中の不可避不純物としてＮａ
Ｃｌを含むスポンジチタン粉末（１４９μm以下）と、
Ｈｅガスアトマイズ法で作製されたＡｌ粉末（１４９μ
m以下）と、ＺｎＦ₂粉末（１４９μm以下）とを、化学
分析値が最終組成で下記表１の試料No.１３に示す値と
なる様に混合して、第１の混合粉末を作成した。

【００２６】また、クロール法で作製されたスポンジチ
タンを水素化脱水素した粉末（７４μm以下）と、Ｈｅ
ガスアトマイズ法で作製されたＡｌ粉末（１４９μm以
下）と、ＡｇＢｒ粉末（２５μm以下）と、ＡｇＩ粉末
（７４μm）とを、化学分析値が最終組成で下記表１の
試料No.１４に示す値となる様に混合して、第２の混合
粉末を作成した。

【００２７】更に、プラズマ回転電極法によって作製さ
れたチタン粉末（２９７μm以下）と、Ａｒガスアトマ
イズ法で作製されたＡｌ粉末（７４μm以下）と、Ｚｎ
Ｆ₂粉末（１４９μm以下）と、ＡｇＢｒ粉末（２５μm
以下）と、Ａｇｌ粉末（７４μm以下）とを、化学分析
値が最終組成で下記表１の試料No.１５に示す値となる
様に混合し、第３の混合粉末を作成した。

【００２８】そして、これら３種の混合物をそれぞれア
ルミニウム容器に挿入し、本容器内を加熱しながら真空
排気して、脱気処理を施した。その後、容器ごと熱間押
出を行った。押出条件はいずれも４００℃、押出比４５
とした。得られた押出材からアルミニウム容器を外削除
去し反応合成用素材とした。

【００２９】この押出材について、ＨＩＰにて反応合成
（５６０℃）を行ないＴｉ−Ａｌ金属間化合物とした後
に、耐酸化性を調べるために、引き続いてＨＩＰ中にて
１３００℃で１０時間の均質化処理を行った。この均質
化処理の時の雰囲気はＡｒガスで、圧力は２００MPaと
した。この様にして製造した素材に表１に示す条件に
て、大気中で表面に酸化処理を施してＡｌ₂Ｏ₃皮膜を形
成した。

【００３０】（比較例；試料No.２１〜３７）比較例と
して、表２に示すNo.２１〜３７の試料を製造した。こ
のうち、試料No.２２，２５，３１は前記実施例１と同
様な方法で製造し、試料No.２１，２４，３０，３６，
３７は前記実施例２と同様な方法で製造し 試料No.３
２，３３は前記実施例３と同様な方法で製造し 試料No.
２３，２６，３４，３５は前記実施例４と同様な方法で
製造した。また、試料No.２７は前記実施例４において
Ａｇｌを添加しなかったものを示し、試料No.２８は比
較例の試料No.２７において酸化処理をしなかったもの
を示し、試料No.２９は従来材の浸炭材において酸化処
理をしなかったものを示している。

【００３１】そして、上述した実施例及び比較例の各試
料に対し、伸びの測定及び比摩耗量の測定を行った。こ
のうち、伸びの測定は、ストレート部φ５mm×１５mmの
引張試験片を削り出し、常温で速度１mm／sにて引張試
験を行ない、その伸びを測定した。また、比摩耗量につ
いては、下記の要領で測定を行った。

【００３２】試料（供試材）の寸法をφ５mm×８mmと
し、３点式ピンオンディスク摩耗試験機にて、相手材Ｓ
ＣＭ４１５（浸炭材），面圧２MPa，摺動速度１m／se
c，潤滑はスピンドル油，油温１００℃，試験時間１時
間の条件で、摩耗試験を行った。これらの試験の結果を
同じく下記表１及び表２に記す。評価の基準（良好なも
の）は、伸び；０.５％以上，供試材の比摩耗量（供試
材を酸化処理なしのＴｉ−４８ａｔ％Ａｌ−２ａｔ％Ｍ
ｎとした場合の摩耗量を１とする）；０.１未満，相手
材の比摩耗量（供試材を酸化処理なしのＴｉ−４８ａｔ
％Ａｌ−２ａｔ％Ｍｎとした場合の相手材の摩耗量を１
とする）；０.１未満とした。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】この表１及び表２から明らかな様に、本実
施例の試料No.１〜１８のものは、伸び及び比摩耗量が
ともに基準値を満たしており、望ましいものであった。
つまり、本実施例のものは、金属部材として必要とされ
る延性を備えているとともに、優れた耐摩耗性を備えて
いる。尚、比摩耗量については、自身（供試材）の摩耗
量及び相手（相手材）の摩耗量ともに少ないものが好ま
しいが、少なくとも自身の摩耗量が少ないことが要求さ
れる。

【００３６】それに対して、比較例の試料No.２１〜３
７のものは、伸び又は比摩耗量の値が悪く好ましくな
い。尚、比較例試料No.２２，３８はＡｌ量が多く、試
料No.２５はハロゲン量が多いため、耐摩耗性に関して
は優れているかもしれないが、伸びが極めて少ないの
で、金属部材としては実際上好ましくない。

【００３７】尚、本発明は、上記実施例に何等限定され
ず、本発明の要旨の範囲内において各種の態様で実施で
きることは勿論である。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したことから明らかな様に、請
求項１のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材では、下地の組
成がＡｌとハロゲンと残部がＴｉとからなり、その表面
に所定厚さの緻密なＡｌ₂Ｏ₃皮膜が形成されているの
で、耐摩耗性に優れしかも軽量であるので、例えば自動
車部品等の摺動部材として好適である。

【００３９】また、請求項３のＴｉ−Ａｌ系金属間化合
物部材の製造方法では、Ａｌとハロゲンと残部がＴｉと
かならる下地に対し、例えば大気中などの酸化雰囲気中
にて所定温度で加熱保持するだけで、下地の表面に表面
に耐摩耗性に優れた緻密なＡｌ₂Ｏ₃皮膜を容易に形成す
ることができる。

【００４０】尚、このＴｉ−Ａｌ系金属間化合物の組成
中に、所定量のＭｎを含む場合は、延性が向上するので
一層好ましい。

フロントページの続き (72)発明者 古山 努 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 組成が、Ａｌ；２５〜７５ａｔ％と、
   Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉのハロゲンのうち少なくとも１種以
   上を０.００４〜１ａｔ％と、残部がＴｉ及び不可避不
   純物と、からなるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材であ
   り、 該Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物部材の耐摩耗性が要求され
   る部分の表面に、厚さ１〜５０μmの緻密なＡｌ₂Ｏ₃皮
   膜を有することを特徴とする耐摩耗性に優れたＴｉ−Ａ
   ｌ系金属間化合物部材。
2. 【請求項２】 前記Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の組成中
   に、０.０５〜１０ａｔ％のＭｎを含むことを特徴とす
   る前記請求項１記載の耐摩耗性に優れたＴｉ−Ａｌ系金
   属間化合物部材。
3. 【請求項３】 組成が、Ａｌ；２５〜７５ａｔ％と、
   Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉのハロゲンのうち少なくとも１種以
   上を０.００４〜１ａｔ％と、残部がＴｉ及び不可避不
   純物と、からなるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物部材に対
   し、酸化雰囲気中にて、８００〜１１００℃の温度範囲
   で酸化処理を行なって、表面に緻密なＡｌ ₂Ｏ₃皮膜を形
   成することを特徴とする耐摩耗性に優れたＴｉ−Ａｌ系
   金属間化合物部材の製造方法。
4. 【請求項４】 前記Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の組成中
   に、０.０５〜１０ａｔ％のＭｎを含むことを特徴とす
   る前記請求項３記載の耐摩耗性に優れたＴｉ−Ａｌ系金
   属間化合物部材の製造方法。