JPH101767A

JPH101767A - チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体形成方法及び溶射皮膜形成方法

Info

Publication number: JPH101767A
Application number: JP8150522A
Authority: JP
Inventors: Takao Araki; 孝雄荒木; Minoru Nishida; 稔西田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-06-12
Filing date: 1996-06-12
Publication date: 1998-01-06
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: JP2830912B2

Abstract

(57)【要約】【課題】チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体あ
るいは溶射皮膜を、連続的かつ効率的に形成する方法を
提供する。【解決手段】レーザ照射部８に対し、Ａｌ材料がＴｉ
材料よりも先にレーザビーム２を照射されるよう、Ｔｉ
材料の少なくともレーザ照射側にＡｌ材料が位置する状
態で、Ｔｉ材料とＡｌ材料とを連続的に供給して、Ｔｉ
材料とＡｌ材料とをレーザビーム２で溶融させながら接
触させ、Ｔｉ材料とＡｌ材料とが接触した位置に不活性
ガスＧを噴射して、Ｔｉ材料とＡｌ材料とを化合させな
がら飛散させ、飛散するＴｉ材料とＡｌ材料とで形成さ
れた金属間化合物を固化させ、あるいは、対象基材１３
上に溶射してＴｉ−Ａｌ金属間化合物の粉体あるいは溶
射皮膜を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チタン−アルミニ
ウム金属間化合物の粉体形成方法及び溶射皮膜形成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】チタン−アルミニウム金属間化合物は、
高温で高い比強度を持ち、８００℃においてもその強度
は３５０ＭＰａであり、耐酸化特性にも優れている。こ
のため、チタン−アルミニウム金属間化合物は、その軽
量耐熱材料としての特長を生かし、ジェットエンジン等
の部品を作製するための材料として期待されている。し
かし、チタン−アルミニウム金属間化合物は、室温では
引張変形が困難であり、被加工性に乏しい。従来より、
チタン−アルミニウム金属間化合物を利用すべく、基材
金属の表面に当該金属間化合物を溶射する方法が考えら
れている。このように、金属表面に溶射皮膜を形成すれ
ば、チタン−アルミニウム金属間化合物の脆い性質を基
材金属で補うことが可能となり、かつ、金属表面にはチ
タン−アルミニウム金属間化合物の特性を備えた高機能
材料を得ることができる。従来においては、チタン−ア
ルミニウム金属間化合物の粉末を減圧下でプラズマ溶射
し、溶射被覆を作製しているものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のチ
タン−アルミニウム金属間化合物の溶射皮膜形成方法で
は、粉末燃焼合成法あるいは真空溶解法によって、予め
チタン−アルミニウム金属間化合物を作製し、さらにこ
れを粉砕して得たチタン−アルミニウム金属間化合物の
粉末をプラズマ溶射していたから、溶射皮膜を作製する
ために多くの手間と費用とを必要としていた。

【０００４】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体
あるいは溶射皮膜を、連続的かつ効率的に形成する方法
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
の本発明の特徴手段を、図２および図３に示した例を参
考に説明する。

【０００６】（構成１）本発明に係るチタン−アルミニ
ウム金属間化合物の粉体形成方法は、請求項１に記載し
たごとく、レーザ照射部８に対し、アルミニウム材料が
チタン材料よりも先にレーザビーム２を照射されるよ
う、チタン材料の少なくともレーザ照射側にアルミニウ
ム材料が位置する状態で、前記チタン材料と前記アルミ
ニウム材料とを連続的に供給して、前記チタン材料と前
記アルミニウム材料とを前記レーザビーム２で溶融させ
ながら接触させ、前記チタン材料と前記アルミニウム材
料とが接触した位置に不活性ガスＧを噴射して、前記チ
タン材料と前記アルミニウム材料とを化合させながら飛
散させ、飛散する前記チタン材料と前記アルミニウム材
料とで形成された金属間化合物を固化させることを特徴
とする。（作用・効果）チタンとアルミニウムとの燃焼合成は、
少なくとも一方の金属が溶融し、他方の金属の内部に拡
散することで生じると考えられる。本発明の方法によれ
ば、融点の低いアルミニウムが先にレーザ照射されるよ
うレーザ照射部に送給され、一旦このアルミニウムが溶
融すれば燃焼合成が発生可能となる。よって、本発明の
方法によれば、より少ないエネルギー消費でチタンとア
ルミニウムとの燃焼合成を発生させることができる。ま
た、燃焼合成は大きな反応熱の発生を伴い、この反応熱
は、レーザ照射によるエネルギーに付加されるから、ア
ルミニウムの溶融およびチタンとアルミニウムとの燃焼
合成がより促進され、チタン−アルミニウム金属間化合
物が極めて短時間のうちに形成される。このように、本
発明の方法によれば、レーザビームが有するエネルギー
を最大限に利用して燃焼合成を発生させることができ、
チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体を効率的に形
成することができる。さらに、本発明の方法は、レーザ
照射部に対してチタンおよびアルミニウムを連続的に供
給し、溶融した双方の金属を順次飛散させながら燃焼合
成させ、飛散中に凝固を完了させることができる。よっ
て、チタン−アルミニウム金属間化合物の粉末を連続的
に得ることを可能にするだけでなく、従来の方式のよう
に、前記金属間化合物を得た後、粉砕する手間を省略す
ることができる。

【０００７】（構成２）本発明に係るチタン−アルミニ
ウム金属間化合物の粉体形成方法においては、請求項２
に記載したごとく、前記チタン材料をチタンワイヤ５と
し、前記アルミニウム材料をアルミニウムワイヤ６とす
ることができる。（作用・効果）従来の燃焼合成では、チタンとアルミニ
ウムとが反応し易いようにするため、予め粉体化して混
合しておく必要があり、しかも、例えばバッチ方式で燃
焼合成させていたからチタン−アルミニウム金属間化合
物の形成効率が悪かった。本発明のごとく、供給するチ
タンおよびアルミニウムを単なるワイヤで構成すること
で、このような前工程を不用にできるばかりでなく、レ
ーザ照射部への連続供給も可能である。さらに、使用す
る材料の純度についても、ワイヤ材料の方が粉体材料よ
りも高純度のものを容易に得ることができ、その結果、
より純度の高いチタン−アルミニウム金属間化合物の粉
体を得ることができる。

【０００８】（構成３）本発明に係るチタン−アルミニ
ウム金属間化合物の溶射皮膜形成方法は、請求項３に記
載したごとく、レーザ照射部８に対し、アルミニウム材
料がチタン材料よりも先にレーザビーム２を照射される
よう、チタン材料の少なくともレーザ照射側にアルミニ
ウム材料が位置する状態で、前記チタン材料と前記アル
ミニウム材料とを連続的に供給して、前記チタン材料と
前記アルミニウム材料とを前記レーザビーム２で溶融さ
せながら接触させ、前記チタン材料と前記アルミニウム
材料とが接触した位置に不活性ガスＧを噴射して、前記
チタン材料と前記アルミニウム材料とを化合させながら
飛散させ、飛散する前記チタン材料と前記アルミニウム
材料とで形成された金属間化合物を対象基材１３上に溶
射することを特長とする。（作用・効果）本発明の方法によれば、上記構成１と同
様の作用・効果を発揮することができるから、従来の溶
射皮膜形成方法のように、一旦、チタン−アルミニウム
金属間化合物の粉体を形成した後、改めて溶射を行うと
いう手間を省くことができる。つまり、チタンとアルミ
ニウムの材料供給から、双方の材料の燃焼合成を経て、
溶射皮膜の形成に至る工程を連続して行うことができる
から、チタン−アルミニウム金属間化合物の溶射皮膜を
極めて効率的かつ連続的に得ることができる。

【０００９】（構成４）本発明に係るチタン−アルミニ
ウム金属間化合物の溶射皮膜形成方法においては、請求
項４に記載したごとく、前記チタン材料をチタンワイヤ
５とし、前記アルミニウム材料をアルミニウムワイヤ６
とすることができる。（作用・効果）本方法によれば、上記構成２と同様の作
用・効果を得ることができ、より純度の高いチタン−ア
ルミニウム金属間化合物の溶射皮膜を形成することがで
きる。

【００１０】（構成５）本発明に係るチタン−アルミニ
ウム金属間化合物の溶射皮膜形成方法においては、請求
項５に記載したごとく前記不活性ガスＧを窒素ガスとす
ることができる。（作用・効果）通常、チタンは、窒素ガスと大きい発熱
を伴いながら燃焼反応する金属であるが、本発明の方法
においては、チタンとアルミニウムとの反応がチタンと
窒素ガスとの反応より先行して生じるため、窒素ガスは
チタン−アルミニウム金属間化合物を生成する上で特に
影響を及ぼすものではない。ただし、チタン−アルミニ
ウム金属間化合物の内部には、微量の窒素原子が固溶す
ることとなり、この窒素原子は、形成された溶射皮膜の
硬さ・強度を向上させる効果を有する。また、窒素ガス
は安価な不活性ガスであるから、チタン−アルミニウム
金属間化合物の溶射皮膜を連続的に得る場合でも、その
製造コストを低減化させることができる。

【００１１】尚、上記課題を解決するための手段の説明
中、図面を参照し、図面との対照を便利にするために符
号を記すが、当該記入により本発明が添付図面の構成に
限定されるものではない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１３】（概要）本発明は、燃焼合成によって形成
可能であり、高温で高い比強度を持ち、耐酸化特性にも
優れたチタン−アルミニウム金属間化合物の粉体あるい
は溶射皮膜を、連続的かつ効率的に形成するための方法
に関するものである。図１にはチタン−アルミニウム二
元系状態図を示す。本発明では、前記チタン−アルミニ
ウム金属間化合物の中でも、特に、高温で幅広い組成を
有しており、軽量耐熱材料として利用される TiAl を得
るのが目的である。本発明のチタン−アルミニウム金属
間化合物の粉体形成方法及び溶射皮膜形成方法において
は、レーザビームの照射位置に対して、チタンワイヤお
よびアルミニウムワイヤからなる複合ワイヤを連続的に
供給し、双方のワイヤを溶融させつつ、別途設けた噴霧
装置を用いてこの溶融したチタンおよびアルミニウムを
噴霧化し、主に、前記双方のワイヤが飛散している最中
に燃焼合成させることにより前記 TiAl を生成するもの
である。そして、前記 TiAl が飛散している最中に固化
したものを回収することにより、前記 TiAl の粉体を得
ることができ、一方、燃焼合成された前記 TiAl を、固
化する前に任意の対象基材の表面に溶射することにより
前記 TiAl の溶射皮膜を得ることができる。

【００１４】（使用設備・材料）本発明に用いる金属間
化合物形成装置Ｓの概要を図２に示す。熱源としては、
出力１．４ｋＷの熱流型シングルモールドタイプのＣＯ
₂レーザ発振器１を用いる。この発振器１から発振され
る２０ｍｍ径のレーザビーム２を焦点距離１２５ｍｍの
ＺｎＳｅレンズ３を用いて直径０．２ｍｍに集光し、溶
融する複合ワイヤＷに対して、その供給方向とは直角な
方向の一方側から照射する。前記複合ワイヤＷの供給位
置を挟んで前記レーザ発振器１と反対側には、レーザビ
ームを受け止めるためのダンパー４を設けてある。

【００１５】前記複合ワイヤＷは、図３に示すごとく、
チタンワイヤ５およびアルミニウムワイヤ６を縒り線に
したものを用いる。本実施形態においては、純度９９．
９％以上で直径０．３ｍｍの前記チタンワイヤ５を中央
に三本並べ、その両側に、純度９９．８％以上で直径
０．３ｍｍのアルミニウムワイヤ６を夫々二本並べてこ
れを縒り線にした複合ワイヤＷを用いることとする。こ
れにより、前記双方のワイヤ５，６を供給する時点にお
ける両者の比率は、原子の数量比で表現すると、チタン
が約４２at. ％、アルミニウムが約５８at. ％となる。
この比率を有するチタン−アルミニウム金属間化合物
は、 TiAl であり、当該TiAl は、例えば、１０００℃
以上の高温域においても安定である。上記のごとく構成
した前記複合ワイヤＷは、前記装置Ｓの上部に設けたワ
イヤ送給口７を通じてレーザ照射部８に送給され、加熱
・溶融される。

【００１６】前記複合ワイヤＷのワイヤ送給口７の周囲
には、同心円状に二重のガス噴射口を設ける。このう
ち、内側のガス噴射口は、溶融した前記複合ワイヤＷを
霧状にするための噴霧ガス噴射口９であり、外側のガス
噴射口は、酸素等の不純物が外部からレーザ照射部８に
混入するのを防止するための遮蔽ガス噴射口１０であ
る。本発明に係る噴霧ガス１１および遮蔽ガス１２とし
ては、安価な不活性ガスＧである窒素ガスを用いる。前
記レーザビーム２で加熱・溶融された前記複合ワイヤＷ
は、前記噴霧ガス１１によって霧状に飛散し、主に飛散
中にチタンとアルミニウムとが燃焼合成して前記 TiAl
が形成される。

【００１７】本発明の方法により前記 TiAl の粉体を得
るには、飛散している最中にチタンとアルミニウムとの
燃焼合成が完全に終了することは勿論、飛散中に凝固が
完了することが必要である。本実施形態では、前記噴霧
ガス１１の噴射方向下手側に粉体回収手段１２として、
例えばドライアイスを配置する。これにより、前記レー
ザ照射部８と前記ドライアイスとの間の空間に、前記ド
ライアイスが昇華して生じた低温の二酸化炭素が充満す
るから、前記 TiAl の粉体は飛散中に積極的に冷却さ
れ、凝固が促進される。さらに、飛散した前記 TiAl の
粉体は前記ドライアイスにより捕捉されるが、前記ドラ
イアイスはその後完全に昇華してしまうから、改めて前
記 TiAlの粉体を分別回収する手間を要しない。尚、前
記 TiAl の凝固を促進させるためには、この他にも種々
の構成を採ることが可能である。例えば、前記 TiAl の
粉体回収手段１２を、前記噴霧ガス１１の噴射位置から
十分に距離を隔てて配置してもよい。一方、本発明の方
法により前記 TiAl の溶射皮膜を得るには、前記噴霧ガ
ス１１の噴射方向下手側に対象基材１３を配置する必要
がある。しかも、チタンとアルミニウムとが燃焼合成し
た後、凝固する前に前記対象基材１３に溶射する必要が
あるから、前記噴霧ガス１１の噴射位置と前記対象基材
１３との間隔を適切に設定する必要がある。対象基材１
３としては、各種の鋼材を任意に選択することができ、
本実施形態においてはＳＵＳ３０４鋼材を用いた。

【００１８】（運転条件）前記 TiAl の粉体形成に係る
前記金属間化合物形成装置Ｓの主な運転条件を以下に示
す。前記レーザ照射は、レーザ出力を０．８ｋＷ〜１．
２ｋＷの範囲で変化させて行った。前記噴霧ガス１１お
よび前記遮蔽ガス１２の噴射は、夫々９８ｋＰａ〜２９
６ｋＰａの範囲で変化させて行った。前記複合ワイヤＷ
の送給は、２０ｍｍ／ｓ〜３５ｍｍ／ｓの範囲で変化さ
せて行った。

【００１９】（燃焼合成）従来、前記 TiAl を形成する
ための一般的な方法としては、チタン粉末とアルミニウ
ム粉末とを混合した後、燃焼合成して得るものが知られ
ている。つまり、混合した粉末の一か所をアルミニウム
の融点直上である約９７３Ｋ程度まで加熱すると、溶融
したアルミニウムがチタンの内部に拡散し始め、燃焼合
成が生じる。その際には７０ｋＪ／ｍｏｌという大きな
発熱を伴い、両者は激しく反応する。この発熱は、さら
に隣接するアルミニウムを溶融させて連続的に前記燃焼
合成を誘発させるのである。従来の方法においては、上
記のごとく、チタンとアルミニウムとを連続的に反応さ
せるためには、両者を確実に接触させる必要があり、そ
のためには両者を粉末に形成する必要があった。しか
し、本発明においては、レーザ照射によって溶融を始め
たアルミニウムが、前記噴霧ガス１１によってチタンワ
イヤ５の周囲に流動されることとなり、しかも、燃焼合
成を開始したチタンとアルミニウムとは前記噴霧ガス１
１によって順次飛散させられるから、レーザ照射部８に
は、未反応のアルミニウムとチタンとを常に存在させる
ことができて、両者の燃焼合成を連続的に発生させるこ
とが可能となる。チタンとアルミニウムとの燃焼合成が
生じるためには、上記のごとく、アルミニウムを溶融さ
せてチタンの内部に拡散させる必要がある。本発明の方
法においては、前記複合ワイヤＷをレーザ照射部８に供
給する際には、レーザビーム２がチタンよりも先にアル
ミニウムに対して照射されるように配置している。図４
（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）は、前記複合ワイヤＷ
に対してレーザ照射した場合の、前記複合ワイヤＷにお
けるチタンとアルミニウムとの反応モデルを示す。レー
ザ照射を受けたアルミニウムワイヤ６は高温化し、それ
に伴ってレーザエネルギーの吸収率がさらに増すことと
なって、前記アルミニウムワイヤ６はますます高温化さ
れる。そして融点に達したアルミニウムワイヤ６は溶融
を開始し、図４（ロ）に示すごとくチタンワイヤ５を包
み込むように流動する。この溶融したアルミニウムは、
チタンと爆発的な燃焼合成反応を起こして前記 TiAl を
生成する。この時放出される反応熱は、レーザ照射によ
る入熱に加えられ、図４（ハ）に示すごとく前記複合ワ
イヤＷの溶融はさらに促進される。そして、完全に溶融
したチタンとアルミニウムとは、図４（ニ）（ホ）に示
すごとく燃焼合成を生じさせながら前記噴霧ガス１１に
より噴霧化される。このように、本発明の方法において
は、溶融したチタンおよびアルミニウムが噴霧化される
までは、両者はレーザビーム２によって加熱される。よ
って、燃焼合成に伴って発生する燃焼熱のみを利用する
従来方法と比較して、本発明の方法では、利用し得るエ
ネルギーが多いといえる。このため、チタンとアルミニ
ウムとの燃焼合成がより促進され、前記 TiAl が極めて
短時間のうちに形成されると考えられる。このような反
応に必要な時間は、従来の方法の場合には燃焼熱の発生
状況を測定することにより、また、本発明の場合には前
記噴霧ガス１１の噴射速度および前記レーザ照射部８と
粉体回収手段１２との距離に基づいて求めることができ
る。例えば、２０μｍ程度の粒径を有するチタン粉体と
アルミニウム粉体とを使用した場合、所定量の前記 TiA
l を生成する際の燃焼合成の開始から凝固完了までの時
間は、従来の燃焼合成においては数秒オーダーの時間を
必要としていたのに対し、本発明の場合には数十分の１
秒で済む。

【００２０】（生成したチタン−アルミニウム金属間化
合物の粉体の分析）図５には、レーザ出力および噴霧ガ
ス１１圧力を変化させて得た前記 TiAl の粉体を、走査
電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した結果を示す。何
れの条件においても表面の滑らかな球状の粉体が回収で
きる。前記粉体の粒径はレーザ出力にはそれほど影響さ
れず、主に、噴霧ガス１１圧力に影響されることがわか
る。そして、前記粉体の粒径は前記噴霧ガス１１圧力を
増加させるほど小さくなる傾向がみられる。例えば、レ
ーザ出力１．２ｋＷの場合には、前記噴霧ガス１１圧力
を９８ｋＰａとして得た粉体の粒径はおよそ３０μｍで
あるのに対して、噴霧ガス１１圧力を２９６ｋＰａに増
大させて得た粉体の粒径はおよそ１０μｍに縮径した。
尚、図示は省略するが、例えば、レーザ出力が０．８ｋ
Ｗで、噴霧ガス１１圧力が９８ｋＰａより低い場合など
のように、入熱が不足していると思われる条件下におい
て、あるいは、噴霧ガス１１圧力が小さいと思われる条
件下においては、未溶融チタンワイヤ５を含む粒径１５
０μｍ以上の粉体が多数得られた。

【００２１】また、得られた粉体をＸ線回折装置を用い
て組成分析した結果を図６（イ）（ロ）（ハ）に示す。
レーザ出力が０．８ｋＷの場合、得られた粉体は TiA
l が主体であり、この他には、Ti₃Al 、TiAl₃、あるい
は未反応のチタン、さらには、チタンが噴霧ガス１１で
ある窒素と反応して生成した TiN も存在した。この傾
向は噴霧ガス圧力を変化させても変わらなかった（同図
（イ））。レーザ出力を１．０ｋＷに上昇させ、かつ、
噴霧ガス圧力を１９６ｋＰａ以上にすると、TiAl₃、未
反応のチタンおよびTiN はみられず、粉体は前記 TiAl
が主体で少量のTi₃Al を含む組織になった（同図
（ロ））。さらに、レーザ出力を１．２ｋＷに上昇させ
ても同じ組織が得られた（同図（ハ））。

【００２２】また、図７には、回収粉体をＸ線マイクロ
アナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて行った点分析結果を示
す。マトリックス部分の定量濃度はチタンが約４６at.
％、アルミニウムが５４at. ％であった。よって、当該
生成粉体は、図１のチタン−アルミニウム二元系状態図
からみて前記 TiAl であることがわかる。一方、前記マ
トリックス中に析出あるいは晶出した組織は、チタンが
約６６at. ％、アルミニウムが約３４at. ％であり、Ｘ
線回折の結果、Ti₃Al であることがわかった。レーザ照
射位置に送給する前記複合ワイヤＷのアルミニウム組成
は５８at. ％であり、チタンよりもアルミニウムが多い
組成であるのにも拘わらず、このようなチタンリッチな
Ti₃Al が析出あるいは晶出するのは、レーザビーム２の
入熱が小さい等の理由でチタンとアルミニウムとの反応
が十分に進行することができず、前記チタンワイヤ５の
中心部まで反応が終了しなかったためと考えられる。こ
のことは、図８（イ）（ロ）に示すごとく、実際に、得
られたチタン−アルミニウム金属間化合物を圧力５０Ｍ
Ｐａ、１４７３Ｋの温度で１時間焼結させたところ、前
記 Ti₃Al は殆ど消失し、前記 TiAl を主体とする組織
が得られることから推測することができる。また、上記
焼結した金属間化合物の組織の中には Ti₂AlN が僅かに
見られた。この Ti₂AlN は、前記噴霧ガス１１の窒素か
ら混入し、前記 TiAl および前記 Ti₃Alに固溶していた
窒素原子と不安定な Ti₃Al とが反応して生成したもの
と考えられるが、このように金属間化合物の内部に固溶
した窒素原子は、金属間化合物の硬さ・強度を向上させ
る効果を有する。この点、前記噴霧ガス１１に窒素ガス
を用いることは、高強度を有するチタン−アルミニウム
金属間化合物を生成するうえで有効である。

【００２３】（生成したチタン−アルミニウム金属間化
合物の溶射皮膜）一方、本発明の溶射皮膜形成方法によ
って、チタン−アルミニウム金属間化合物の溶射皮膜を
形成する場合には、前記複合ワイヤＷの供給速度が、健
全な溶射皮膜を形成する上で重要となる。本実施形態に
おいては、ＳＵＳ３０４鋼の基材上に厚さ４００μｍの
溶射皮膜を形成した。溶射は、レーザ出力を１．２ｋ
Ｗ、噴霧ガス圧力を２９６ｋＰａとして行い、前記複合
ワイヤＷの送給速度は、２０〜３５ｍｍ／ｓの範囲で変
化させた。図示は省略するが、形成した溶射皮膜の断面
は、溶射粒子が高速で基材に衝突して変形・付着を繰り
返した溶射皮膜特有の組織となる。ワイヤ送給速度が２
０ｍｍ／ｓと遅い場合には多孔質な溶射皮膜が形成され
る。これは、前記レーザのエネルギーによって溶融・燃
焼合成し得るワイヤ送給量に比べて、前記複合ワイヤＷ
の送給が少な過ぎるため、溶融した金属の噴霧が間欠的
になるからである。ワイヤ送給速度を高めると溶射皮膜
は緻密になり、ワイヤ送給速度が３０ｍｍ／ｓの場合に
最も良好な溶射皮膜が得られた。しかし、さらにワイヤ
送給速度を３５ｍｍ／ｓに高めると、チタンとアルミニ
ウムとの燃焼合成が間に合わずに未溶融のチタンワイヤ
５が残存し、その結果、再び空孔を有する溶射皮膜が形
成された。

【００２４】図９には、得られた溶射皮膜のＸ線回折結
果を示す。粉体の場合と同様に、当該溶射皮膜も前記 T
iAl を主体とするものであることがわかる。

【００２５】通常、チタンは、窒素と大きい発熱を伴い
ながら燃焼反応する金属であるが、本発明の方法により
作製したチタン−アルミニウム金属間化合物は、上記の
ごとく TiAl が主体であった。つまり、前記噴霧ガス１
１として窒素ガスを用いた場合でも、チタンあるいはア
ルミニウムの窒化物は殆ど認められなかった。これは、
図４に示したごとく、アルミニウムがチタンを包み込む
ように溶融し、チタンと窒素ガスとの反応を阻止したこ
と、および、チタンとアルミニウムとの反応温度が９７
３Ｋであって、チタンと窒素との反応温度である１１０
０Ｋよりも低いため、チタンとアルミニウムとの燃焼合
成が優先的に生じたためと考えられる。

【００２６】〔別実施形態〕〈１〉上記実施形態においては、噴霧ガス１１として
窒素ガスを用いたが、これに替えてアルゴンガス等のよ
り不活性なガスを用いてもよい。この場合、アルゴン等
が金属間化合物の内部に固溶することは殆ど無いから、
所望の成分を有するチタン−アルミニウム金属間化合物
を確実に得ることができる。〈２〉上記実施例においては、複合ワイヤＷをレーザ
照射部８に供給するものとしたが、前記複合ワイヤＷの
代わりにチタンおよびアルミニウムの粉末を連続的に供
給するものであってもよい。ただし、この場合には、ア
ルミニウム粉末が確実にチタン粉末と接触できるように
する必要がある。例えば、双方の粉末を予め混合してお
いたり、あるいは、アルミニウム粉末がチタン粉末の周
囲を取り囲む状態となるよう、バインダー等を用いて夫
々の粉末をある程度成形しておくこと等が考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】チタン−アルミニウム二元系平衡状態図

【図２】チタン−アルミニウム金属間化合物形成装置の
説明図

【図３】複合ワイヤの断面図

【図４】チタンとアルミニウムとの燃焼合成の過程を示
す説明図

【図５】レーザー出力および噴霧ガス圧力と、得られた
チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体の粒径との関
係を示す説明図

【図６】チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体のＸ
線回折結果

【図７】チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体のＥ
ＰＭＡによる点分析結果

【図８】チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体を焼
結したもののＸ線回折結果

【図９】チタン−アルミニウム金属間化合物の溶射皮膜
のＸ線回折結果

【符号の説明】

２レーザビーム５チタンワイヤ６アルミニウムワイヤ８レーザ照射部１３対象基材Ｇ不活性ガス

【手続補正書】

【提出日】平成８年６月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正書】

【提出日】平成８年９月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】レーザー出力および噴霧ガス圧力と、得られた
チタン−アルミニウム金属間化合物の粉体の粒径との関
係を示す顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタンとアルミニウムとの金属間化合物
による粉体を形成する方法であって、レーザ照射部に対し、アルミニウム材料がチタン材料よ
りも先にレーザビームを照射されるよう、チタン材料の
少なくともレーザ照射側にアルミニウム材料が位置する
状態で、前記チタン材料と前記アルミニウム材料とを連
続的に供給して、前記チタン材料と前記アルミニウム材料とを前記レーザ
ビームで溶融させながら接触させ、前記チタン材料と前
記アルミニウム材料とが接触した位置に不活性ガスを噴
射して、前記チタン材料と前記アルミニウム材料とを化
合させながら飛散させ、飛散する前記チタン材料と前記アルミニウム材料とで形
成された金属間化合物を固化させるチタン−アルミニウ
ム金属間化合物の粉体形成方法。
【請求項２】前記チタン材料がチタンワイヤであり、
前記アルミニウム材料がアルミニウムワイヤである請求
項１に記載のチタン−アルミニウム金属間化合物の粉体
形成方法。
【請求項３】チタンとアルミニウムとの金属間化合物
による皮膜を形成する方法であって、レーザ照射部に対し、アルミニウム材料がチタン材料よ
りも先にレーザビームを照射されるよう、チタン材料の
少なくともレーザ照射側にアルミニウム材料が位置する
状態で、前記チタン材料と前記アルミニウム材料とを連
続的に供給して、前記チタン材料と前記アルミニウム材料とを前記レーザ
ビームで溶融させながら接触させ、前記チタン材料と前
記アルミニウム材料とが接触した位置に不活性ガスを噴
射して、前記チタン材料と前記アルミニウム材料とを化
合させながら飛散させ、飛散する前記チタン材料と前記アルミニウム材料とで形
成された金属間化合物を対象基材上に溶射するチタン−
アルミニウム金属間化合物の溶射皮膜形成方法。
【請求項４】前記チタン材料と前記アルミニウム材料
とが、夫々チタンワイヤとアルミニウムワイヤである請
求項３に記載のチタン−アルミニウム金属間化合物の溶
射皮膜形成方法。
【請求項５】前記不活性ガスが窒素ガスである請求項
３又は４に記載のチタン−アルミニウム金属間化合物の
溶射皮膜形成方法。