JPH10152704A - 高融点金属間化合物粉末焼結体の製造方法 - Google Patents
高融点金属間化合物粉末焼結体の製造方法Info
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- JPH10152704A JPH10152704A JP31108296A JP31108296A JPH10152704A JP H10152704 A JPH10152704 A JP H10152704A JP 31108296 A JP31108296 A JP 31108296A JP 31108296 A JP31108296 A JP 31108296A JP H10152704 A JPH10152704 A JP H10152704A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ロストワックス法により用意したセラミック
ス鋳型に粉末を充填し、その周囲を二次圧力媒体で包ん
でＨＩＰ処理することからなるニヤネットシェイプ焼結
体の製造方法を、Ｎｂ3 Ａｌのような金属間化合物の粉
末を対象にして実施可能にする。 すなわち、焼結した
二次圧力媒体をサンドブラストなどで除去するときに起
りやすい製品の割れを防ぐ。 【解決手段】 ＨＩＰ缶内に、ＴｉやＴａのような活性
金属の板を複数枚、鋳型を中心に放射状に配置して二次
圧力媒体中に埋設しておく。
ス鋳型に粉末を充填し、その周囲を二次圧力媒体で包ん
でＨＩＰ処理することからなるニヤネットシェイプ焼結
体の製造方法を、Ｎｂ3 Ａｌのような金属間化合物の粉
末を対象にして実施可能にする。 すなわち、焼結した
二次圧力媒体をサンドブラストなどで除去するときに起
りやすい製品の割れを防ぐ。 【解決手段】 ＨＩＰ缶内に、ＴｉやＴａのような活性
金属の板を複数枚、鋳型を中心に放射状に配置して二次
圧力媒体中に埋設しておく。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温で使用する機
械部品を高融点の金属間化合物の粉末の焼結により製造
する方法の改良に関する。
械部品を高融点の金属間化合物の粉末の焼結により製造
する方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】タービンブレードのような高温で使用す
る部品は耐熱超合金で製造されているが、より高い運転
温度をめざして改良が進められるにつれて、在来の超合
金ではその高温に耐えられなくなって来た。 既存のＮ
ｉ基超合金では、１１００℃が耐用限界である。 そこ
で、融点の高い金属間化合物の採用が試みられている。
る部品は耐熱超合金で製造されているが、より高い運転
温度をめざして改良が進められるにつれて、在来の超合
金ではその高温に耐えられなくなって来た。 既存のＮ
ｉ基超合金では、１１００℃が耐用限界である。 そこ
で、融点の高い金属間化合物の採用が試みられている。
【０００３】このような用途に向け得る金属間化合物に
は、ＦｅＡｌ，Ｎi3Ａｌ，ＴｉＡｌ，Ｔｉ3 Ａｌ，Ｎｂ
3 ＡｌおよびＮｂ2 Ａｌのようなアルミナイド系のもの
と、ＦｅＳｉ2，ＴｉＳｉ2，ＭｏＳｉ2 ，ＷＳｉ2 ，Ｎ
ｂＳｉ2 およびＮｂ5 Ｓｉ3のようなシリサイド系のも
のがある。
は、ＦｅＡｌ，Ｎi3Ａｌ，ＴｉＡｌ，Ｔｉ3 Ａｌ，Ｎｂ
3 ＡｌおよびＮｂ2 Ａｌのようなアルミナイド系のもの
と、ＦｅＳｉ2，ＴｉＳｉ2，ＭｏＳｉ2 ，ＷＳｉ2 ，Ｎ
ｂＳｉ2 およびＮｂ5 Ｓｉ3のようなシリサイド系のも
のがある。
【０００４】金属間化合物は、高温で強度がむしろ高ま
るという、一般の金属材料では得られない特性、および
密度が耐熱金属より低く比強度が高いということが利点
である。 しかし、常温で延性に乏しいため塑性加工が
できず、粉末冶金法により、ニヤネットシェイプ（ＮＮ
Ｓ）すなわち製品の形状にできるだけ近い形状の焼結体
を製造して、研削などの仕上げ加工により最終製品とす
るほかない。
るという、一般の金属材料では得られない特性、および
密度が耐熱金属より低く比強度が高いということが利点
である。 しかし、常温で延性に乏しいため塑性加工が
できず、粉末冶金法により、ニヤネットシェイプ（ＮＮ
Ｓ）すなわち製品の形状にできるだけ近い形状の焼結体
を製造して、研削などの仕上げ加工により最終製品とす
るほかない。
【０００５】粉末冶金によるＮＮＳ製品の製造法として
実用されている方法は熱間静水圧プレス(ＨＩＰ)法であ
って、この方法は、ロストワックス法によりセラミック
ス鋳型を用意してその中に金属粉末を充填し、鋳型を金
属缶内の二次圧力媒体中（たとえばＡｌ2Ｏ3粉末）に埋
設して、ＨＩＰを行なうことからなる。 ＨＩＰ終了
後、金属缶を切り開き、二次圧力媒体とセラミックス鋳
型とを除去して、ＮＮＳの焼結製品をとり出す。
実用されている方法は熱間静水圧プレス(ＨＩＰ)法であ
って、この方法は、ロストワックス法によりセラミック
ス鋳型を用意してその中に金属粉末を充填し、鋳型を金
属缶内の二次圧力媒体中（たとえばＡｌ2Ｏ3粉末）に埋
設して、ＨＩＰを行なうことからなる。 ＨＩＰ終了
後、金属缶を切り開き、二次圧力媒体とセラミックス鋳
型とを除去して、ＮＮＳの焼結製品をとり出す。
【０００６】この方法を金属間化合物の粉末に適用する
と、ＨＩＰの条件がより高温・高圧となるため、二次圧
力媒体も焼結してしまう。 焼結した二次圧力媒体と鋳
型とを除くにはサンドブラストをかけるが、そのときに
焼結体製品が割れやすい。
と、ＨＩＰの条件がより高温・高圧となるため、二次圧
力媒体も焼結してしまう。 焼結した二次圧力媒体と鋳
型とを除くにはサンドブラストをかけるが、そのときに
焼結体製品が割れやすい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高融
点の金属間化合物の粉末をセラミックス鋳型に充填して
ＨＩＰ処理し、割れの多発を防いでＮＮＳの焼結製品を
得ることを可能にする製造方法を提供することにある。
点の金属間化合物の粉末をセラミックス鋳型に充填して
ＨＩＰ処理し、割れの多発を防いでＮＮＳの焼結製品を
得ることを可能にする製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の高融点金属間化合物粉末焼結体の製造方法は、高
融点の金属間化合物の粉末をセラミックス鋳型中に充填
し、鋳型を二次圧力媒体でとり囲んで金属缶内に封入
し、熱間静水圧プレス(ＨＩＰ)を行なって焼結させたの
ち、金属間化合物の粉末の焼結体の周囲で焼結した二次
圧力媒体および鋳型を除去することからなる焼結体の製
造方法において、二次圧力媒体中に鋳型を中心にして放
射状に活性金属の板を埋設してＨＩＰを行なうことを特
徴とする。
発明の高融点金属間化合物粉末焼結体の製造方法は、高
融点の金属間化合物の粉末をセラミックス鋳型中に充填
し、鋳型を二次圧力媒体でとり囲んで金属缶内に封入
し、熱間静水圧プレス(ＨＩＰ)を行なって焼結させたの
ち、金属間化合物の粉末の焼結体の周囲で焼結した二次
圧力媒体および鋳型を除去することからなる焼結体の製
造方法において、二次圧力媒体中に鋳型を中心にして放
射状に活性金属の板を埋設してＨＩＰを行なうことを特
徴とする。
【０００９】高融点の金属間化合物は前掲のように多種
類知られているが、本発明で好適に処理できるものは、
Ｎｂ3 Ａｌ，ＭｏＳｉ2 ，ＷＳｉ2 およびＮｂ5 Ｓｉ3
である。 これらの金属間化合物は、溶解容器からの汚
染を避けられるコールドクルーシブル法により溶製し、
水素を含ませて脆くした状態で粉砕すれば、容易に粉末
にすることができる。
類知られているが、本発明で好適に処理できるものは、
Ｎｂ3 Ａｌ，ＭｏＳｉ2 ，ＷＳｉ2 およびＮｂ5 Ｓｉ3
である。 これらの金属間化合物は、溶解容器からの汚
染を避けられるコールドクルーシブル法により溶製し、
水素を含ませて脆くした状態で粉砕すれば、容易に粉末
にすることができる。
【００１０】活性金属としては、Ｔｉ，ＮｂおよびＴａ
からえらんだものが好適であって、後記する作用機構か
ら理解されるように、厚さは０．１〜０．２mm程度あれ
ば足りる。 二次圧力媒体としては、前記のＡｌ2 Ｏ3
粉末のほか、Ｙ2 Ｏ3 の粉末が有用である。 ＣａＯの
粉末も使用できるが、使用に先立って焼成し、不活性ガ
ス中で冷却する前処理を必要とする。
からえらんだものが好適であって、後記する作用機構か
ら理解されるように、厚さは０．１〜０．２mm程度あれ
ば足りる。 二次圧力媒体としては、前記のＡｌ2 Ｏ3
粉末のほか、Ｙ2 Ｏ3 の粉末が有用である。 ＣａＯの
粉末も使用できるが、使用に先立って焼成し、不活性ガ
ス中で冷却する前処理を必要とする。
【００１１】セラミックス鋳型は、前述のようにロスト
ワックス法により製造できる。 すなわち、適宜のバイ
ンダーを加えたＡｌ2Ｏ3 やＹ2Ｏ3 のスラリーにワック
スモデルを浸漬して引き上げる操作を必要な回数繰り返
し、形成されたシェルを乾燥により一体化したのち、加
熱してワックスを溶融除去する一連の方法であって、こ
の方法は精密鋳造の分野で知られている。 金属缶への
封入およびＨＩＰ処理は、ＨＩＰ技術に関して知られて
いるところに従って実施すればよい。
ワックス法により製造できる。 すなわち、適宜のバイ
ンダーを加えたＡｌ2Ｏ3 やＹ2Ｏ3 のスラリーにワック
スモデルを浸漬して引き上げる操作を必要な回数繰り返
し、形成されたシェルを乾燥により一体化したのち、加
熱してワックスを溶融除去する一連の方法であって、こ
の方法は精密鋳造の分野で知られている。 金属缶への
封入およびＨＩＰ処理は、ＨＩＰ技術に関して知られて
いるところに従って実施すればよい。
【００１２】
【作用】ＨＩＰ処理の対象とするものは、図１および図
２に示すような構造をもっている。 すなわち、金属間
化合物の粉末（１）が鋳型（２）内に充填され、その周
囲を二次圧力媒体（３）が埋め、全体が、通常は軟鋼で
製造し、ＨＩＰ缶とよばれる金属缶（４）内に封入され
ている。 符号（４１）は、排気後封鎖された排気孔を
示す。 活性金属の板（５）は、図に示すように、長手
方向が鋳型に関して放射状に配置されている。 板の数
は任意にえらべるが、少なくとも４枚は欲しく、８枚を
超える枚数は通常不要である。 図示した６枚は、通常
の大きさのタービンブレードの製造にとって適切である
ことが、後記する実施例により判明した。
２に示すような構造をもっている。 すなわち、金属間
化合物の粉末（１）が鋳型（２）内に充填され、その周
囲を二次圧力媒体（３）が埋め、全体が、通常は軟鋼で
製造し、ＨＩＰ缶とよばれる金属缶（４）内に封入され
ている。 符号（４１）は、排気後封鎖された排気孔を
示す。 活性金属の板（５）は、図に示すように、長手
方向が鋳型に関して放射状に配置されている。 板の数
は任意にえらべるが、少なくとも４枚は欲しく、８枚を
超える枚数は通常不要である。 図示した６枚は、通常
の大きさのタービンブレードの製造にとって適切である
ことが、後記する実施例により判明した。
【００１３】高融点金属間化合物粉末のＨＩＰ処理は高
温・高圧で行なうため、ＨＩＰ後は二次圧力媒体も焼結
している。 活性金属の板は、この二次圧力媒体の焼結
体を放射状に分断する形で配置されているため、焼結体
をサンドブラストにより除去するときに、それを一方で
補強するとともに他方ではその崩落を容易にし、目的と
する鋳型内の金属間化合物焼結体に曲げ応力が加わるこ
とを防ぐため、割れの発生が抑えられるものと考えられ
る。
温・高圧で行なうため、ＨＩＰ後は二次圧力媒体も焼結
している。 活性金属の板は、この二次圧力媒体の焼結
体を放射状に分断する形で配置されているため、焼結体
をサンドブラストにより除去するときに、それを一方で
補強するとともに他方ではその崩落を容易にし、目的と
する鋳型内の金属間化合物焼結体に曲げ応力が加わるこ
とを防ぐため、割れの発生が抑えられるものと考えられ
る。
【００１４】活性金属はまた、系内に存在する微量のＯ
2 やＨ2 Ｏのような酸化性の物質と反応し、これをトラ
ップする作用をすると考えられる。 ＨＩＰ処理に先立
ち極力脱気を行なうが、なおこれら酸化性物質の若干の
残留は避けられない。 それをほぼ完全に除去すること
で、金属間化合物の酸化がひきおこす脆化を防ぐ効果が
得られ、これも本発明によるときは焼結体に割れが生じ
ない理由のひとつと考えられる。
2 やＨ2 Ｏのような酸化性の物質と反応し、これをトラ
ップする作用をすると考えられる。 ＨＩＰ処理に先立
ち極力脱気を行なうが、なおこれら酸化性物質の若干の
残留は避けられない。 それをほぼ完全に除去すること
で、金属間化合物の酸化がひきおこす脆化を防ぐ効果が
得られ、これも本発明によるときは焼結体に割れが生じ
ない理由のひとつと考えられる。
【００１５】
【実施例】内層Ｙ2 Ｏ3 、外層Ａｌ2 Ｏ3 からなり肉厚
合計約２mmのタービンブレード用鋳型を、ロストワック
ス法により製造した。 ブレードのワックス模型の大き
さは、全長１１０mm×幅６３．５mm×厚さ３８．９mmで
あり、翼の部分は、長さ５２．８mm×幅４８．０mm×厚
さ３．３〜７．１mmである。
合計約２mmのタービンブレード用鋳型を、ロストワック
ス法により製造した。 ブレードのワックス模型の大き
さは、全長１１０mm×幅６３．５mm×厚さ３８．９mmで
あり、翼の部分は、長さ５２．８mm×幅４８．０mm×厚
さ３．３〜７．１mmである。
【００１６】［実施例１］金属間化合物Ｎｂ3Ａlの粉末
を上記の鋳型に充填し、二次圧力媒体としてＹ2Ｏ3 粉
末を使用して軟鋼製の缶に封入した。 活性金属板とし
ては厚さ０．２mmのＴｉ板を用い、図２にみるように６
枚放射状に埋設した。 ＨＩＰ処理は、温度１３００
℃、圧力１９６MPa 、時間３hrの条件で実施した。 処
理後、ＨＩＰ缶を切り開いて、焼結した二次圧力媒体Ｙ
2 Ｏ3 をサンドブラストにより除去した。 目的とする
焼結体を、割れの発生をみることなく取得できた。
を上記の鋳型に充填し、二次圧力媒体としてＹ2Ｏ3 粉
末を使用して軟鋼製の缶に封入した。 活性金属板とし
ては厚さ０．２mmのＴｉ板を用い、図２にみるように６
枚放射状に埋設した。 ＨＩＰ処理は、温度１３００
℃、圧力１９６MPa 、時間３hrの条件で実施した。 処
理後、ＨＩＰ缶を切り開いて、焼結した二次圧力媒体Ｙ
2 Ｏ3 をサンドブラストにより除去した。 目的とする
焼結体を、割れの発生をみることなく取得できた。
【００１７】［実施例２］金属間化合物としてＭｏＳｉ
2 を使用し、実施例１の操作を繰り返した。 ただし、
二次圧力媒体としては、Ｎ2 ガス雰囲気下、１１００℃
で１時間焼成したのち同じ雰囲気を保って冷却したＣａ
Ｏ粉末を使用した。 また、活性金属板としては、厚さ
０．２mmのＴａ板を使用した。 この場合も、ＨＩＰ後
の二次圧力媒体は緻密に焼結していたが、サンドブラス
トでブレード素材の焼結体をとり出すことができた。
2 を使用し、実施例１の操作を繰り返した。 ただし、
二次圧力媒体としては、Ｎ2 ガス雰囲気下、１１００℃
で１時間焼成したのち同じ雰囲気を保って冷却したＣａ
Ｏ粉末を使用した。 また、活性金属板としては、厚さ
０．２mmのＴａ板を使用した。 この場合も、ＨＩＰ後
の二次圧力媒体は緻密に焼結していたが、サンドブラス
トでブレード素材の焼結体をとり出すことができた。
【００１８】［比較例］実施例１において、活性金属板
を使用せずＨＩＰ処理を行なった。 焼結体の取り出し
に当って、サンドブラスト中に目的物は割れてしまっ
た。
を使用せずＨＩＰ処理を行なった。 焼結体の取り出し
に当って、サンドブラスト中に目的物は割れてしまっ
た。
【００１９】
【発明の効果】本発明の方法によれば、セラミックス鋳
型に粉末を充填してその周囲を二次圧力媒体で包んでＨ
ＩＰ処理を行なった後、周囲の焼結した二次圧力媒体を
除去することからなるＮＮＳ粉末焼結体の製造方法を、
金属間化合物の粉末を対象に実施しても、割れの発生を
みることなく目的物を取得することができる。
型に粉末を充填してその周囲を二次圧力媒体で包んでＨ
ＩＰ処理を行なった後、周囲の焼結した二次圧力媒体を
除去することからなるＮＮＳ粉末焼結体の製造方法を、
金属間化合物の粉末を対象に実施しても、割れの発生を
みることなく目的物を取得することができる。
【００２０】これにより、既存の超合金より高い使用温
度に耐え、高比強度をもった金属間化合物粉末焼結体が
高い歩留りで製造でき、高温材料の分野に前進がもたら
される。
度に耐え、高比強度をもった金属間化合物粉末焼結体が
高い歩留りで製造でき、高温材料の分野に前進がもたら
される。
【図１】 本発明の製造方法を説明するための図であっ
て、ＨＩＰ処理を行なう段階のＨＩＰ缶内の構成を示す
縦断面図。
て、ＨＩＰ処理を行なう段階のＨＩＰ缶内の構成を示す
縦断面図。
【図２】 図１に示したＨＩＰ缶の横断面図。
１ 金属間化合物の粉末 ２ セラミックス鋳型 ３ 二次圧力媒体 ４ 金属缶 ４１ 排気孔 ５ 活性金属の板
Claims (4)
- 【請求項１】 高融点の金属間化合物の粉末をセラミッ
クス鋳型中に充填し、鋳型を二次圧力媒体でとり囲んで
金属缶内に封入し、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を行な
って焼結させたのち、金属間化合物の粉末の焼結体の周
囲で焼結した二次圧力媒体および鋳型を除去することか
らなる焼結体の製造方法において、二次圧力媒体中に鋳
型を中心にして放射状に活性金属の板を埋設してＨＩＰ
を行なうことを特徴とする高融点金属間化合物粉末焼結
体の製造方法。 - 【請求項２】 高融点金属間化合物が、Ｎｂ3 Ａｌ，Ｍ
ＯＳｉ2 ，ＷＳｉ2およびＮｂ5 Ｓｉ3 からえらんだも
のである請求項１の製造方法。 - 【請求項３】 活性金属の板としてＴｉ，ＮｂおよびＴ
ａからえらんだ金属の板を使用する請求項１の製造方
法。 - 【請求項４】 二次圧力媒体として、ＣａＯ，Ａｌ2 Ｏ
3 およびＹ2 Ｏ3 からえらんだ酸化物の粉末を使用する
請求項１の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31108296A JPH10152704A (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 高融点金属間化合物粉末焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31108296A JPH10152704A (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 高融点金属間化合物粉末焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10152704A true JPH10152704A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=18012912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31108296A Pending JPH10152704A (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | 高融点金属間化合物粉末焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10152704A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015058534A1 (zh) * | 2013-10-22 | 2015-04-30 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温合金粉末的热等静压工艺 |
| KR102494908B1 (ko) * | 2022-08-02 | 2023-02-07 | 목포대학교산학협력단 | 냉간정수압 다단 성형법을 이용하여 제조한 도전성 이산화티타늄 소결체 및 이의 제조방법 |
-
1996
- 1996-11-21 JP JP31108296A patent/JPH10152704A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015058534A1 (zh) * | 2013-10-22 | 2015-04-30 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温合金粉末的热等静压工艺 |
| KR102494908B1 (ko) * | 2022-08-02 | 2023-02-07 | 목포대학교산학협력단 | 냉간정수압 다단 성형법을 이용하여 제조한 도전성 이산화티타늄 소결체 및 이의 제조방법 |
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