JPH10152701A - 鉄系合金の低温成形および組織制御方法 - Google Patents
鉄系合金の低温成形および組織制御方法Info
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- JPH10152701A JPH10152701A JP8327953A JP32795396A JPH10152701A JP H10152701 A JPH10152701 A JP H10152701A JP 8327953 A JP8327953 A JP 8327953A JP 32795396 A JP32795396 A JP 32795396A JP H10152701 A JPH10152701 A JP H10152701A
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄系合金にマグネシウムあるいはマグネシウ
ムとセラミックス粉末を添加して機械的合金化処理を施
すことにより、層状構造を有する粉末を作製し、それを
減圧あるいは真空中で加熱することによりマグネシウム
層を除去することにより低温で組織が制御された鉄系材
料あるいは鉄系複合材料を提供するとともにその成形方
法を提供する。 【解決手段】 鉄あるいは鉄系材料とマグネシウムある
いはマグネシウムとセラミックス粒子を機械的合金化処
理により層状構造を有する複合粉末を作製する方法およ
びその材料。また、得られた層状構造を有する粉末を減
圧雰囲気あるいは真空雰囲気中で加熱することによりマ
グネシウム層のみを蒸発除去しながら、低温で機械的合
金化時の組織制御を維持しながら鉄あるいは鉄系合金を
固化成形する方法。さらに、機械的合金化時にセラミッ
クス粉末を添加することにより、鉄あるいは鉄系合金マ
トリックス中に均一に分散した複合材料を作製するとと
もに、鉄あるいは鉄系合金の融点を越えない低温域での
成形方法。
ムとセラミックス粉末を添加して機械的合金化処理を施
すことにより、層状構造を有する粉末を作製し、それを
減圧あるいは真空中で加熱することによりマグネシウム
層を除去することにより低温で組織が制御された鉄系材
料あるいは鉄系複合材料を提供するとともにその成形方
法を提供する。 【解決手段】 鉄あるいは鉄系材料とマグネシウムある
いはマグネシウムとセラミックス粒子を機械的合金化処
理により層状構造を有する複合粉末を作製する方法およ
びその材料。また、得られた層状構造を有する粉末を減
圧雰囲気あるいは真空雰囲気中で加熱することによりマ
グネシウム層のみを蒸発除去しながら、低温で機械的合
金化時の組織制御を維持しながら鉄あるいは鉄系合金を
固化成形する方法。さらに、機械的合金化時にセラミッ
クス粉末を添加することにより、鉄あるいは鉄系合金マ
トリックス中に均一に分散した複合材料を作製するとと
もに、鉄あるいは鉄系合金の融点を越えない低温域での
成形方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄系合金粉末の低
温成形および組織制御方法に関する。さらに詳しくは、
鉄および鉄系合金粉末にマグネシウムを添加して機械的
合金化法により組織制御した材料の作製と加熱によるマ
グネシウムの除去による低温成形に関する。
温成形および組織制御方法に関する。さらに詳しくは、
鉄および鉄系合金粉末にマグネシウムを添加して機械的
合金化法により組織制御した材料の作製と加熱によるマ
グネシウムの除去による低温成形に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄あるいは鉄系合金粉末は低温で成形す
るためには、微細な粉末にする必要がある。しかし、微
細なこれらの粉末は非常に活性であり、粉末作製時に雰
囲気中の酸素や窒素などを取り込んで、成形体の特性が
低下するという問題があった。
るためには、微細な粉末にする必要がある。しかし、微
細なこれらの粉末は非常に活性であり、粉末作製時に雰
囲気中の酸素や窒素などを取り込んで、成形体の特性が
低下するという問題があった。
【０００３】また、機械的合金法を含む粉砕において
は、鉄あるいは鉄系合金粉末の微細化を行うと球状の等
方的な粉末しか作製できず、機械的特性に優れる組織に
制御することは困難であった。
は、鉄あるいは鉄系合金粉末の微細化を行うと球状の等
方的な粉末しか作製できず、機械的特性に優れる組織に
制御することは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鉄あるいは
鉄系合金粉末を微細化せずに粉末の組織を制御すること
により低温で成形する方法を提供するためになされたも
のである。
鉄系合金粉末を微細化せずに粉末の組織を制御すること
により低温で成形する方法を提供するためになされたも
のである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点を解決するため鋭意研究した結果、鉄あるいは鉄系
合金粉末をマグネシウム粉末とともに機械的合金化処理
を行うことにより、層状構造を有する粉末が得られるこ
とを見い出すとともに、得られた粉末を減圧雰囲気下で
加熱することによりマグネシウムが蒸発除去されること
を見い出し、本発明を完成した。本発明は従来混合が困
難であった鉄あるいは鉄を主成分とする合金粉末とマグ
ネシウム粉末を液体が関与しない状態で混合することに
より、鉄あるいは鉄を主成分とする合金とマグネシウム
をサブミクロンレベルで層状構造にし、得られた粉末を
減圧雰囲気中で加熱することによりマグネシウム層のみ
を蒸発除去することにより低温で緻密な成形体を得るも
のである。
題点を解決するため鋭意研究した結果、鉄あるいは鉄系
合金粉末をマグネシウム粉末とともに機械的合金化処理
を行うことにより、層状構造を有する粉末が得られるこ
とを見い出すとともに、得られた粉末を減圧雰囲気下で
加熱することによりマグネシウムが蒸発除去されること
を見い出し、本発明を完成した。本発明は従来混合が困
難であった鉄あるいは鉄を主成分とする合金粉末とマグ
ネシウム粉末を液体が関与しない状態で混合することに
より、鉄あるいは鉄を主成分とする合金とマグネシウム
をサブミクロンレベルで層状構造にし、得られた粉末を
減圧雰囲気中で加熱することによりマグネシウム層のみ
を蒸発除去することにより低温で緻密な成形体を得るも
のである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明に用いる材料には、市販の
鉄粉末あるいは鉄を主成分とする鉄系合金粉末（鉄含有
量が５０原子％以上）が利用できる。また、マグネシウ
ム粉末には市販のマグネシウム粉末が利用できる。粉末
の粒度については特に指定しないが、一般的には数ミリ
〜数十ミクロンの粉末が利用できる。ただ、鉄粉末ある
いは鉄合金粉末の粒径はマグネシウム粉末の粒径の０．
５倍から２倍が望ましい。マグネシウム粉末の添加量は
０．５重量％から２０重量％である。マグネシウム粉末
が０．５重量％以下では均一な分散が達成できず、２０
重量％以上では層状構造の粉末が作製できない。
鉄粉末あるいは鉄を主成分とする鉄系合金粉末（鉄含有
量が５０原子％以上）が利用できる。また、マグネシウ
ム粉末には市販のマグネシウム粉末が利用できる。粉末
の粒度については特に指定しないが、一般的には数ミリ
〜数十ミクロンの粉末が利用できる。ただ、鉄粉末ある
いは鉄合金粉末の粒径はマグネシウム粉末の粒径の０．
５倍から２倍が望ましい。マグネシウム粉末の添加量は
０．５重量％から２０重量％である。マグネシウム粉末
が０．５重量％以下では均一な分散が達成できず、２０
重量％以上では層状構造の粉末が作製できない。
【０００７】機械的合金化処理には乾式の粉砕機が利用
でき、振動型ボールミル、遊星型ボールミル、転動型ボ
ールミル、アトライターなどが利用できる。機械的合金
化時の雰囲気は、粉末の酸化を防止するため、不活性ガ
ス雰囲気や減圧雰囲気が好ましい。
でき、振動型ボールミル、遊星型ボールミル、転動型ボ
ールミル、アトライターなどが利用できる。機械的合金
化時の雰囲気は、粉末の酸化を防止するため、不活性ガ
ス雰囲気や減圧雰囲気が好ましい。
【０００８】複合材料を作製する場合に添加する酸化
物、窒化物、硼化物などのセラミックス粉末は、鉄ある
いは鉄系合金粉末またはマグネシウム粉末の粒径より微
細な粉末を用いる必要がある。鉄あるいは鉄系合金粉末
またはマグネシウム粉末より粗いセラミックス粉末を添
加して機械的合金化を行うと、層状構造の合金粉末を得
ることができない。セラミックス粉末は市販の粉末をそ
のまま用いてもよいし、それらの粉末をあらかじめ粉砕
したものを用いても良い。セラミックス粉末の添加量は
３０体積％以下にしなければならない。３０体積％以上
の添加では、層状構造の合金粉末を得ることができな
い。
物、窒化物、硼化物などのセラミックス粉末は、鉄ある
いは鉄系合金粉末またはマグネシウム粉末の粒径より微
細な粉末を用いる必要がある。鉄あるいは鉄系合金粉末
またはマグネシウム粉末より粗いセラミックス粉末を添
加して機械的合金化を行うと、層状構造の合金粉末を得
ることができない。セラミックス粉末は市販の粉末をそ
のまま用いてもよいし、それらの粉末をあらかじめ粉砕
したものを用いても良い。セラミックス粉末の添加量は
３０体積％以下にしなければならない。３０体積％以上
の添加では、層状構造の合金粉末を得ることができな
い。
【０００９】機械的合金化に供する時間は特に指定しな
いが、３０時間から１００時間が一般的である。また、
圧力伝達媒体としては鋼球、セラミックス球、超硬球な
ど一般的な粉砕球が利用できる。
いが、３０時間から１００時間が一般的である。また、
圧力伝達媒体としては鋼球、セラミックス球、超硬球な
ど一般的な粉砕球が利用できる。
【００１０】鉄あるいは鉄系合金粉末にマグネシウム粉
末あるいはマグネシウム粉末とセラミックス粉末を添加
して機械的合金化処理により作製された合金は、パンケ
ーキ状の粉末となり発火の危険性はないため大気中での
取り出しが可能である。この粉末は鉄あるいは鉄系合金
とマグネシウムがミクロンからナノメートルの大きさで
層状に配列している。
末あるいはマグネシウム粉末とセラミックス粉末を添加
して機械的合金化処理により作製された合金は、パンケ
ーキ状の粉末となり発火の危険性はないため大気中での
取り出しが可能である。この粉末は鉄あるいは鉄系合金
とマグネシウムがミクロンからナノメートルの大きさで
層状に配列している。
【００１１】得られた粉末を成形するための加熱雰囲気
は、マグネシウムを効率良く除去するため、雰囲気を減
圧不活性ガス雰囲気や真空雰囲気にする必要がある。加
熱方法は特に指定しないが、短時間で目的温度に達成す
る方法が好ましく、赤外線イメージ炉や高周波加熱炉、
通電加熱を利用した炉が利用できる。加熱時に成形性を
向上するため、加圧をすることが好ましい。加圧方法は
特に指定しないが、小さな加圧力でも効果があることか
ら、油圧プレスや空圧プレス、機械的な機構のプレスが
利用できる。
は、マグネシウムを効率良く除去するため、雰囲気を減
圧不活性ガス雰囲気や真空雰囲気にする必要がある。加
熱方法は特に指定しないが、短時間で目的温度に達成す
る方法が好ましく、赤外線イメージ炉や高周波加熱炉、
通電加熱を利用した炉が利用できる。加熱時に成形性を
向上するため、加圧をすることが好ましい。加圧方法は
特に指定しないが、小さな加圧力でも効果があることか
ら、油圧プレスや空圧プレス、機械的な機構のプレスが
利用できる。
【００１２】加熱温度は、マグネシウムの除去量にした
がって決定され、加熱時の雰囲気や加圧の有無によって
左右されるため、特に指定はしないが一般的には６００
℃から８００℃が好ましい。
がって決定され、加熱時の雰囲気や加圧の有無によって
左右されるため、特に指定はしないが一般的には６００
℃から８００℃が好ましい。
【００１３】機械的合金化処理された粉末は層状構造を
呈しているため、延性に優れた方向に結晶が引き延ばさ
れ、組織制御が行われている。このため、粉末が微細で
なくても低温での成形が可能となり、鉄とマグネシウム
が反応しないため容易にマグネシウムのみ蒸発除去する
ことができる。
呈しているため、延性に優れた方向に結晶が引き延ばさ
れ、組織制御が行われている。このため、粉末が微細で
なくても低温での成形が可能となり、鉄とマグネシウム
が反応しないため容易にマグネシウムのみ蒸発除去する
ことができる。
【００１４】本発明で得られた成形体は、鉄あるいは鉄
系合金の粉末を機械的合金化処理により微細化したもの
を加熱により固化成形した材料より低温で緻密化が達成
でき、組織が制御されているため耐食性などの特性も改
良される。
系合金の粉末を機械的合金化処理により微細化したもの
を加熱により固化成形した材料より低温で緻密化が達成
でき、組織が制御されているため耐食性などの特性も改
良される。
【００１５】以下実施例で本発明をさらに詳細に説明す
る。
る。
【実施例】実施例１ 鉄粉末（和光純薬試薬特級）３８ｇにマグネシウム粉末
（和光純薬製試薬特級）２ｇを添加して遊星型ボールミ
ルで５０時間の機械的合金化処理を施した。機械的合金
化の雰囲気は減圧アルゴンとし、粉末とボール重量比が
約０．１になるようにした。容器と１０mm径の粉砕球に
はクロム鋼を用いた。得られた材料は直径３mm程度のパ
ンケーキ状であり、サブミクロンのマグネシウム層と５
０ミクロン程度の鉄層が層状に分散していた。
（和光純薬製試薬特級）２ｇを添加して遊星型ボールミ
ルで５０時間の機械的合金化処理を施した。機械的合金
化の雰囲気は減圧アルゴンとし、粉末とボール重量比が
約０．１になるようにした。容器と１０mm径の粉砕球に
はクロム鋼を用いた。得られた材料は直径３mm程度のパ
ンケーキ状であり、サブミクロンのマグネシウム層と５
０ミクロン程度の鉄層が層状に分散していた。
【００１６】得られた材料を直径１５mmの黒鉛型に入
れ、１０-2Torrの真空中で通電加熱を行った。温度は６
００℃で５分間保持し、加圧力は４００kg/cm2で成形し
た。得られた成形体は割れなどはなく、緻密に焼結して
いた。
れ、１０-2Torrの真空中で通電加熱を行った。温度は６
００℃で５分間保持し、加圧力は４００kg/cm2で成形し
た。得られた成形体は割れなどはなく、緻密に焼結して
いた。
【００１７】成形体は、マグネシウムが１重量％以下残
存しているが、室温においては大気中で1ヶ月保管して
も重量の大きな変化は観察されなかった。
存しているが、室温においては大気中で1ヶ月保管して
も重量の大きな変化は観察されなかった。
【００１８】実施例２ ステンレス粉末（ＳＵＳ３０４：アトマイズ粉末）３８
ｇに予備粉砕したマグネシウム粉末（試薬特級：転動ミ
ルで１０時間粉砕）２ｇを混合し、遊星型ボールミルで
５０時間の機械的合金化処理を行った。機械的合金化の
雰囲気は減圧アルゴンガス雰囲気とし、粉末とボールの
重量比が約０．１になるようにした。得られた材料は直
径２mm程度のパンケーキ状であり、サブミクロンのマグ
ネシウム層と５０〜１００ミクロン程度のステンレス層
が層状に分散していた。
ｇに予備粉砕したマグネシウム粉末（試薬特級：転動ミ
ルで１０時間粉砕）２ｇを混合し、遊星型ボールミルで
５０時間の機械的合金化処理を行った。機械的合金化の
雰囲気は減圧アルゴンガス雰囲気とし、粉末とボールの
重量比が約０．１になるようにした。得られた材料は直
径２mm程度のパンケーキ状であり、サブミクロンのマグ
ネシウム層と５０〜１００ミクロン程度のステンレス層
が層状に分散していた。
【００１９】得られた材料を内径１５mmの黒鉛型に入
れ、１０-2Torrの真空中で通電加熱を行った。温度は６
００℃で５分間保持し、下圧力は４００kg/cm2で成形し
た。得られた成形体には割れなどがなく、緻密に焼結し
た。
れ、１０-2Torrの真空中で通電加熱を行った。温度は６
００℃で５分間保持し、下圧力は４００kg/cm2で成形し
た。得られた成形体には割れなどがなく、緻密に焼結し
た。
【００２０】成形体にはマグネシウムが1重量％以下残
存していた。
存していた。
【００２１】実施例３ 市販の鉄粉末（アトマイズ粉末）６．３ｇに市販のマグ
ネシウム粉末（試薬特級）０．３５ｇと炭化珪素粉末
（粒径1ミクロン程度）０．３５ｇを添加して振動型ボ
ールミルで１００時間の機械的合金化処理を施した。機
械的合金化の雰囲気はアルゴンガスとし、粉末とボール
重量比が約０．１になるようにした。容器と１０mm径の
粉砕球にはクロム鋼を用いた。得られた材料は直径２mm
程度のパンケーキ状であり、サブミクロンのマグネシウ
ム層と５０〜１００ミクロン程度の鉄層が層状に分散し
ており、炭化珪素は全面に分散していた。
ネシウム粉末（試薬特級）０．３５ｇと炭化珪素粉末
（粒径1ミクロン程度）０．３５ｇを添加して振動型ボ
ールミルで１００時間の機械的合金化処理を施した。機
械的合金化の雰囲気はアルゴンガスとし、粉末とボール
重量比が約０．１になるようにした。容器と１０mm径の
粉砕球にはクロム鋼を用いた。得られた材料は直径２mm
程度のパンケーキ状であり、サブミクロンのマグネシウ
ム層と５０〜１００ミクロン程度の鉄層が層状に分散し
ており、炭化珪素は全面に分散していた。
【００２２】得られた材料を内径１５mmの黒鉛型に入
れ、１０-2Torrの真空中で通電加熱を行った。温度は８
００℃で３分間保持し、加圧力は４００kg/cm2で成形し
た。得られた成形体は割れなどは観察されず、比較的緻
密な焼結体が得られた。
れ、１０-2Torrの真空中で通電加熱を行った。温度は８
００℃で３分間保持し、加圧力は４００kg/cm2で成形し
た。得られた成形体は割れなどは観察されず、比較的緻
密な焼結体が得られた。
【００２３】成形体は、マグネシウムが1重量％以下残
存しているが、試料全体に炭化珪素が分散した複合材料
となっていた。
存しているが、試料全体に炭化珪素が分散した複合材料
となっていた。
【００２４】本発明の鉄系材料の低温成形および組織微
細化方法を用いて、低温において鉄系材料を成形するこ
とが可能であり、機械的合金化法により延性の優れる方
向に加工された鉄系材料をそのまま固化成形することが
できる。これは鉄系材料の組織制御方法の一つであり、
特性の異方性を有する材料を作製することが可能とな
る。本発明で得られた材料は、実用材料形状への成形も
比較的容易であり、低温で成形することができる。これ
まで、鉄あるいは鉄を含有する合金とマグネシウムを混
合することは、技術的にも困難であり、また学問的にも
局部電池を形成するため行われてこなかった。しかし、
本発明のように固相状態で複合化を行い、マグネシウム
を成形助剤として考えれば、耐食性を劣化させることな
く鉄系材料を作製することができる。また、本発明では
マグネシウムを低温で除去できることから、鉄系の複合
材料を作製することも可能になる。本発明により、新し
い鉄系材料の成形方法が提案できるとともに組織制御お
よび複合化方法として、鉄系材料の工業的用途の拡大に
貢献するものと考えられる。
細化方法を用いて、低温において鉄系材料を成形するこ
とが可能であり、機械的合金化法により延性の優れる方
向に加工された鉄系材料をそのまま固化成形することが
できる。これは鉄系材料の組織制御方法の一つであり、
特性の異方性を有する材料を作製することが可能とな
る。本発明で得られた材料は、実用材料形状への成形も
比較的容易であり、低温で成形することができる。これ
まで、鉄あるいは鉄を含有する合金とマグネシウムを混
合することは、技術的にも困難であり、また学問的にも
局部電池を形成するため行われてこなかった。しかし、
本発明のように固相状態で複合化を行い、マグネシウム
を成形助剤として考えれば、耐食性を劣化させることな
く鉄系材料を作製することができる。また、本発明では
マグネシウムを低温で除去できることから、鉄系の複合
材料を作製することも可能になる。本発明により、新し
い鉄系材料の成形方法が提案できるとともに組織制御お
よび複合化方法として、鉄系材料の工業的用途の拡大に
貢献するものと考えられる。
Claims (3)
- 【請求項１】 鉄および鉄を主成分とする合金粉末に
０．５重量％〜２０重量％のマグネシウム粉末を添加し
て機械的合金化法により合金化した層状構造を有する合
金粉末。 - 【請求項２】 鉄および鉄を主成分とする合金粉末に
０．５重量％〜２０重量％のマグネシウム粉末および３
０体積％以下の酸化物、窒化物、硼化物などのセラミッ
クス粉末を機械的合金化法により合金化した層状構造を
有する合金粉末。 - 【請求項３】 請求項１および請求項２で作製した合金
粉末を減圧雰囲気あるいは真空雰囲気において加熱する
ことによりマグネシウムを蒸発除去した成形材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8327953A JP2981541B2 (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 層状構造を有する鉄系合金の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8327953A JP2981541B2 (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 層状構造を有する鉄系合金の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10152701A true JPH10152701A (ja) | 1998-06-09 |
| JP2981541B2 JP2981541B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=18204864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8327953A Expired - Lifetime JP2981541B2 (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 層状構造を有する鉄系合金の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2981541B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020518726A (ja) * | 2017-05-04 | 2020-06-25 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 鉄含有合金、ならびに関連する系および方法 |
| US11634797B2 (en) | 2013-03-14 | 2023-04-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Sintered nanocrystalline alloys |
| US11644288B2 (en) | 2015-09-17 | 2023-05-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Nanocrystalline alloy penetrators |
-
1996
- 1996-11-21 JP JP8327953A patent/JP2981541B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11634797B2 (en) | 2013-03-14 | 2023-04-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Sintered nanocrystalline alloys |
| US11674205B2 (en) | 2013-03-14 | 2023-06-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Alloys comprising chromium and second metal material |
| US11644288B2 (en) | 2015-09-17 | 2023-05-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Nanocrystalline alloy penetrators |
| JP2020518726A (ja) * | 2017-05-04 | 2020-06-25 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 鉄含有合金、ならびに関連する系および方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2981541B2 (ja) | 1999-11-22 |
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