JPH1068004A

JPH1068004A - チタン合金の粉末成形法

Info

Publication number: JPH1068004A
Application number: JP8244110A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yasue; 和夫安江; Kouri U; 功利于
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-03-10
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: US5930583A; JP2849710B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで、目的とする焼結体の形状が複雑
であっても適用することが出来、しかも略真密度の焼結
体を形成することが出来るチタン合金の粉末成形法を提
供する。【解決手段】チタン若しくはその合金粉末と低融点の
金属若しくは合金粉末とを均一に混合せしめて加圧成形
金型に充填し、次いで低融点金属の融点直上付近温度ま
たは該低融点合金の液相線と固相線の間の温度若しくは
液相線直上付近温度まで加熱せしめて、加圧成形し、目
的とする成形体とする一方、かかる成形体を加圧状態下
に保持して、融解した低融点金属若しくは合金をチタン
若しくはその合金の粉末粒界に浸透させた後、得られた
成形体を不活性雰囲気中または真空中にて焼成すること
により、チタン若しくはその合金と低融点金属若しくは
合金とを相互に拡散せしめて合金化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、チタン合金の粉末冶金法に係
り、特に、複雑な形状を呈するチタン合金の高密度焼結
体を、低コストで成形する方法に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来より、チタン合金の粉末冶金方法とし
て、種々の手法が検討され、実際に採用されてきている
が、それらの手法は、使用される粉末原料の種類、及
び、そのような原料から成形体を成形する際に用いられ
る成形法の種類によって、分類されている。即ち、使用
される粉末原料によって、素粉末混合法と合金粉末法に
大別される一方、採用される成形法によっては、金型成
形法、静水圧成形法、射出成形法等に分類されているの
である。

【０００３】先ず、使用される粉末原料によって大別さ
れる手法のうちの一方の素粉末混合法は、粉末原料とし
て、純チタン粉末と、合金元素添加用金属粉末、即ち、
純チタン粉末に合金元素として添加される金属の粉末と
を、所定の割合にて混合した混合粉末を用いる手法であ
り、また、他方の合金粉末法は、そのような粉末原料と
して、予め合金化されている合金粉末を用いる手法であ
る。

【０００４】一方、粉末原料から成形体を成形する際に
用いられる成形法による分類のうち、金型成形法は、上
記の混合粉末原料若しくは合金粉末原料を、それに若干
の潤滑剤を混合した状態において、所定の成形金型に充
填せしめ、その後、プレスにより加圧成形することによ
り、目的とする成形体を成形する手法である。また、静
水圧成形法にあっては、ゴム或いはプラスチック等から
なる、充分な可撓性を有する型を成形型として用い、該
成形型内に粉末原料を充填した後、該型内を真空吸引せ
しめると共に、その状態を密封し、次いでかかる密封さ
れた成形型を静水圧中に置き、静水圧を負荷せしめるこ
とによって、成形体が成形されることとなる。更に、射
出成形法は、粉末原料に多量のバインダーと潤滑剤等を
混合せしめた混合物を、プランジャーによって、所定の
成形型内に押し出し成形した後、加熱により脱バインダ
ー、即ちバインダーを分解除去せしめて、成形体を成形
する手法である。

【０００５】そして、混合粉末原料若しくは合金粉末原
料から、上記の如き成形法に従って成形された成形体
は、更に真空下あるいは不活性雰囲気中において加熱せ
しめられることによって、焼成されると共に、素粉末混
合法にあっては、混合粉末原料に含まれている各素粉末
成分が、拡散により合金化せしめられ、以て目的とする
チタン合金の焼結体が得られることとなる。

【０００６】ところが、これら種々のチタン合金の粉末
冶金方法は、以下の如く、それぞれ、固有の長所を有す
る反面、問題点をも内在している。例えば、素粉末混合
法にあっては、比較的軟質の純チタンを用いるところか
ら、成形し易く、また高価な合金粉末を使用する合金粉
末法に比べて、材料コスト的に有利であるという長所を
有する一方で、チタンの相互拡散係数と合金元素添加用
金属のそれが異なる場合においては、カーケンダル効果
によって、焼結合金化過程において、焼結体に空孔が形
成され易い問題点を有している。また、チタンと合金元
素添加用金属の融点が著しく異なる場合においては、先
ず、融点の低い方の金属が融解したときに、成形体に膨
張が起こり、成形体に亀裂が入ったり、或いは、該金属
の融液が粒界に浸透して空孔を形成したり、また或い
は、そのような融液とチタンが反応して、脆弱な金属間
化合物を形成したりすることとなるのである。そして、
それらの結果として、得られる焼結体の強度が著しく低
下するという問題点を内在している。

【０００７】また、金型成形法にあっては、他の成形法
に比して加工コスト的に有利である反面、成形時の加圧
が、成形金型のプレス方向の一方向のみにおいて行なわ
れるところから、均一な圧力が粉末原料の全体にわたっ
て作用するためには、粉末原料を構成する各粒子が、金
型内の局所的な圧力差によって、容易に移動し得ること
が必要となるのであるが、実際には、金型と粉末原料間
或いは粉末原料の粒子間の摩擦によって、加圧成形時に
おける粉末原料の粒子の移動が充分に成され得ず、それ
によって、特に目的とする成形体の形状が複雑である場
合には、圧力を均等に粉末原料ひいては成形体に加える
ことが不可能となる。従って、複雑な形状を呈する成形
体の場合にあっては、その密度の局所的な不均一性が大
きくなると共に、局所的に過大な剪断応力が発生し得、
それによるせん断割れが生じ得るのである。また、金型
成形法において成形体の密度を上昇させるには、粒度の
細かい粉末原料を用いる方が幾何学的に有利となるので
あるが、粉末原料の粒度が細かくなるほど、上記の粉末
原料の粒子間等の摩擦力が増大することから、金型成形
法にあっては、成形体、ひいては、それから得られる焼
結体の密度の向上においても、制限を受けることとな
る。

【０００８】さらに、静水圧成形法においては、ゴム或
いはプラスチック等からなる充分な可撓性を有する成形
型を用いると共に、そのような成形型を真空吸引によっ
て粉末原料に対して密着させた状態で、静水圧をかかる
成形型に負荷せしめるところから、目的とする成形体の
形状が如何に複雑であっても、粉末原料を内包する成形
型の全面に略均等な圧力を負荷することが出来、複雑な
形状の成形体を成形することが出来るのであるが、一
方、そのような成形型の準備工程、真空吸引や密封等の
工程、及び静水圧負荷等の工程が必要となり、成形工程
が複雑となる結果、その加工コストが上昇するという問
題点を有している。

【０００９】更にまた、射出成形法にあっては、混合粉
末原料若しくは合金粉末原料を、それに多量のバインダ
ーと潤滑剤等を混合せしめた状態において、用いるとこ
ろから、そのような粉末原料の流動性が大きく、加圧成
形時における粉末原料の粒子の移動が充分に成され得、
それによって、目的とする成形体の形状が複雑である場
合にあっても、圧力を略均等に粉末原料ひいては成形体
に加えることが可能となる。そして、その結果、複雑形
状の成形体を成形し得る特徴を有するのであるが、その
一方で、射出成形法にあっては、上記の脱バインダーの
工程が、数百度の温度において半日程度の時間を必要と
すると共に、粉末原料として十数ミクロン以下の粒度を
有する高価なものを必要とすることから、加工コスト及
び材料コストにおいて不利となる。また、かかる脱バイ
ンダーは、焼結工程における成形体の形状の保持のため
に、該成形体中に少量のバインダーを残存させた状態に
おいて、完了せしめられるところから、焼成工程におい
て、チタンのように高活性の金属においては、このバイ
ンダーがチタンと炭化物や酸化物を形成し、それによっ
て、得られる焼結体の強度等の特性が損なわれ得る。更
に、目的とする成形体が肉厚の場合には、均一に脱バイ
ンダーすることが難しく、該成形体の表層部を最適条件
で脱バインダーしたとしても、その内部には未だ多量の
バインダーが残っており、上記の如き特性劣化や、焼結
時の大きな変形の原因となる結果、射出成形法を適用し
得る成形体の大きさは、せいぜい数十グラム以下の部材
に限定される。

【００１０】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その解決課題とすると
ころは、低コストで、目的とする焼結体の形状が複雑で
あっても適用することが出来、しかも略真密度の焼結体
を形成することが出来るチタン合金の粉末成形法を提供
することにある。

【００１１】

【解決手段】そして、本発明者らは、かかる課題を解決
すべく鋭意研究を重ねた結果、チタン若しくはその合金
粉末と低融点の金属若しくは合金粉末との混合物を、粉
末原料として使用し、金型成形法を採用する場合におい
ても、該低融点金属の融点直上付近温度または該低融点
合金の液相線と固相線の間の温度若しくは液相線直上付
近温度において、加圧成形すると共に、そのような加圧
状態を所定の時間保持することによって、上記の如き、
素粉末混合法及び金型成形法の有する問題点を悉く解決
し得、その結果、素粉末混合法及び金型成形法が本来有
する長所と相まって、上記の課題を有利に解決し得るこ
とを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

【００１２】すなわち、本発明に係るチタン合金の粉末
成形法の特徴とするところは、チタン若しくはその合金
粉末と低融点の金属若しくは合金粉末とを均一に混合せ
しめて加圧成形金型に充填し、次いで該低融点金属の融
点直上付近温度または該低融点合金の液相線と固相線の
間の温度若しくは液相線直上付近温度まで加熱せしめ
て、加圧成形し、目的とする成形体とする一方、かかる
成形体を加圧状態下に保持して、融解した前記低融点金
属若しくは合金を前記チタン若しくはその合金の粉末粒
界に浸透させた後、得られた成形体を不活性雰囲気中ま
たは真空中にて焼成することにより、前記チタン若しく
はその合金と前記低融点金属若しくは合金とを相互に拡
散せしめて合金化させることにある。

【００１３】そして、この本発明に係るチタン合金の粉
末成形法に従えば、チタン若しくはその合金粉末と低融
点の金属若しくは合金粉末とからなる粉末原料が、該低
融点金属の融点直上付近温度または該低融点合金の液相
線と固相線の間の温度若しくは液相線直上付近温度まで
加熱せしめられて、加圧成形されるところから、該粉末
原料に含有される低融点金属若しくは合金が、少なくと
も部分的に融解して潤滑剤の作用を為し、金型と粉末原
料間或いは粉末原料の粒子間の摩擦を抑えつつ、かかる
粉末原料に流動性を付与せしめ、それによって、加圧成
形時における粉末原料の粒子の移動が充分に成され得る
こととなるのである。従って、目的とする成形体の形状
が複雑であっても、成形圧力を略均等に、粉末原料、ひ
いては成形体に加えることが可能となり、また、局所的
に過大な剪断応力の発生が効果的に阻止され、それによ
って、略均一な密度分布を有すると共に、剪断割れのな
い、複雑形状の成形体を容易に成形し得るのである。

【００１４】また、このような本発明のチタン合金の粉
末成形法によれば、そのような成形体を加圧状態下に保
持して、融解した前記低融点金属若しくは合金を、前記
チタン若しくはその合金の粉末粒界に浸透させるところ
から、該成形体の焼成時に発生し得る、上記の如き、低
融点金属若しくは合金が先に融解して膨張することによ
る成形体の割れ、溶融した低融点金属若しくは合金が流
れ出すことによる空孔の形成、更には、溶融した低融点
金属若しくは合金とチタン若しくはその合金とが反応す
ることによる脆弱な金属間化合物の形成が、効果的に抑
制され、以て、強度の高い、略真密度の焼結体を得るこ
とが出来るのである。

【００１５】さらに、かかる本発明のチタン合金の粉末
成形法によれば、素粉末混合法及び金型成形法を基礎と
していることから、比較的粗い低廉な粉末原料を使用す
ることが出来ると共に、ゴムやプラスチック型の準備、
真空吸引や封入、静水圧負荷等の複雑な工程を必要とせ
ず、材料コスト及び加工コストを低減させることが可能
となる。加えて、バインダーを一切使用しないことか
ら、上記の如き、肉厚等、成形体の大きさに関する制限
や、得られる焼結体における残存バインダーによる強度
等の特性の劣化がないと共に、加工プロセスにおいて、
脱バインダー工程等を必要とせず、加工コストの一層の
低減が可能となるのである。

【００１６】更にまた、このような本発明のチタン合金
の粉末成形法によれば、成形体の成形工程は、後述の如
く、大気中で行なうことが出来ることから、高活性金属
であるチタンの金属加工のために、特別の雰囲気調整等
も必要とせず、プロセスの制御が簡単になり、生産性の
向上が図られ得る特徴も存するのである。

【００１７】従って、かかる本発明のチタン合金の粉末
成形法に従えば、略真密度で、優れた強度等の特性を有
する、複雑な形状のチタン合金製焼結体を、低コストで
得ることが出来るのである。

【００１８】ところで、本発明方法の好ましい第一の態
様においては、前記低融点の金属若しくは合金が、アル
ミニウム若しくは錫またはそれらの合金とされ、これに
よって、焼成工程において、かかる金属若しくは合金
と、チタン若しくはその合金との間で、良好な合金が形
成され得る。

【００１９】また、かかる本発明の好ましい第二の態様
においては、前記融点直上付近温度または前記液相線直
上付近温度が、融点または液相線直上１００℃までの温
度とされ、これによって、チタン若しくはその合金の粒
界において、上記の金属間化合物の形成が有利に防止さ
れることとなる。

【００２０】更にまた、本発明の好ましい第三の態様に
おいては、前記成形体の加圧状態下の保持が、１０〜５
００ＭＰａの圧力にて、１０分以上の間、行なわれるこ
ととなり、これによって、上記の如き、低融点金属若し
くは合金が、チタン若しくはその合金の粉末の粒界へ、
確実に浸透することになる。

【００２１】また、本発明の好ましい第四の態様におい
ては、前記成形体の焼成が、１０００℃以上の温度で、
３０分以上の間、行なわれる。

【００２２】

【発明の実施の形態】ところで、この本発明に係るチタ
ン合金の粉末成形法において用いられるチタン若しくは
その合金粉末としては、スポンジチタン、チタン−鉄、
チタン−バナジウム等の粉末を挙げることが出来る。ま
た、そのようなチタン若しくはその合金と共に用いられ
得る低融点の金属若しくは合金粉末は、その融点が、使
用するチタン若しくはその合金よりも低いものを意味
し、具体的には、例えば、チタン若しくはその合金との
間で良好な合金を形成し易い、アルミニウム、錫、アル
ミニウム−錫の合金や、それ以外のアルミニウム、錫、
それぞれの合金を挙げることが出来る。

【００２３】なお、そのようなチタン若しくはチタン合
金粉末と低融点の金属若しくは合金粉末の粒径は、好ま
しくは５０〜５００μｍとされ、より好ましくは１００
〜３００μｍとされる。けだし、それらの粉末の粒度が
５０μｍより小さいと、得られる焼結体に空孔が発生し
易いと共に、酸化し易くなるからであり、また、それが
５００μｍより大きいと、粉末粒子間の隙間が大きくな
り過ぎること等により、得られる焼結体に空孔が発生し
易くなるからである。

【００２４】而して、上記の如きチタン若しくはその合
金粉末と、低融点の金属若しくは合金粉末とは、公知の
手法によって、均一に混合せしめられ、混合粉末原料と
された後、所定の加圧成形金型に充填される。次いで、
該低融点金属の融点直上付近温度または該低融点合金の
液相線と固相線の間の温度若しくは液相線直上付近温度
まで加熱せしめられ、所定の圧力を負荷せしめられるこ
とによって加圧成形され、目的とする成形体とされる。

【００２５】ここで、低融点金属の融点直上付近温度と
は、低融点金属の融点以上で、且つ低融点金属とチタン
若しくはその合金との間における金属間化合物の形成が
充分に無視し得る上限の温度以下を意味し、また、低融
点合金の液相線と固相線の間の温度とは、使用される低
融点合金の合金組成における固相線上の値と液相線上の
値の間の温度を意味し、更に、低融点合金の液相線直上
付近温度とは、使用される低融点合金の合金組成におけ
る液相線上の値以上で、且つ上記と同様に、金属間化合
物の形成が充分に無視し得る上限の温度以下を意味す
る。このような低融点金属の融点直上付近温度または低
融点合金の液相線直上付近温度の好ましい範囲として
は、上記の金属間化合物の形成が有利に防止され得ると
いう点から、融点または液相線直上１００℃までの温度
であり、より好ましくは、５０℃までの温度であり、更
に好ましくは、３０℃までの温度とされる。

【００２６】また、そのような混合粉末原料の加圧成形
は、かかる混合粉末の温度を、低融点金属の融点直上付
近温度または該低融点合金の液相線と固相線の間の温度
若しくは液相線直上付近温度に加熱せしめた後に、後述
の所定の圧力にて加圧して、実施してもよいと共に、該
混合粉末をそのような温度になるように加熱せしめつ
つ、それと同時に、所定の圧力にて加圧することにより
実施しても何等差支えないのである。

【００２７】なお、上記の如き加圧成形において、混合
粉末原料に成形金型を介して負荷せしめられる圧力の好
ましい範囲は、１０〜５００ＭＰａ程度とされ、より好
ましくは５０〜３００ＭＰａとされる。なぜなら、かか
る圧力が１０ＭＰａより低くなると、成形体の成形が不
充分となる一方、それが５００ＭＰａより高くなると、
成形金型の耐久性に問題を生じ得るからである。

【００２８】そして、所定の加熱、加圧状態下におい
て、混合粉末原料から、目的とする形状に成形された成
形体を、引き続き、上記の成形時の温度において、成形
時の圧力値を維持した一定の加圧状態下、若しくは成形
時の圧力値から圧力を時間の関数として変化せしめた加
圧状態下にて、後述の時間にわたって保持して、融解し
た低融点金属若しくは合金を前記チタン若しくはその合
金の粉末粒界に浸透させることとなる。このような加圧
状態の保持時間は、少なくとも１０分以上であることが
好ましく、より好ましくは３０分以上、更に好ましくは
１時間以上とされる。また、この工程における好ましい
圧力範囲として、上記の範囲が好適に採用され、これに
よって、上記の加圧状態の好ましい保持時間の採用と相
まって、低融点金属若しくは合金が、チタン若しくはそ
の合金の粉末の粒界へ、確実に浸透することになる。

【００２９】その後、得られた成形体を、アルゴン等の
不活性ガス雰囲気中、または真空中にて焼成することに
より、チタン若しくはその合金と低融点金属若しくは合
金とを相互に拡散せしめて合金化せしめ、以て目的とす
るチタン合金製焼結体（成形体）が得られるのである
が、そのような焼成時の温度は、成形体中の原子の拡散
が充分に行なわれ得るように、１０００℃以上であるこ
とが好ましく、より好ましくは１１００℃以上とされ
る。また、焼成時間は、同様の理由から、好ましくは３
０分以上とされ、特に１時間以上とされることが好まし
い。

【００３０】

【実施例】以下に、本発明を更に具体的に明らかにする
ために、本発明の幾つかの実施例を示すこととするが、
本発明が、そのような実施例の記載によって何等の制約
をも受けるものでないことは、言うまでもないところで
ある。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更に
は上記の発明の実施の形態における具体的記述以外に
も、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の
知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得る
ものであることが、理解されるべきである。

【００３１】先ず、ガスアトマイズ法によって製造され
たチタン粉末（粒度：−１５０μｍ）：２０ｇと、同様
にガスアトマイズ法によって製造されたアルミニウム粉
末（粒度：−４５μｍ）：１．２ｇとを乳鉢にとり、均
一に混合せしめて、混合粉末原料を調合した。なお、こ
のような混合粉末原料を合金化すると、Ｔｉ−６％Ａｌ
の合金が得られる。そして、それを、図１に示される如
き加圧成形金型１０の成形キャビティ２６に、充填し
た。

【００３２】ここで、かかる加圧成形金型１０は、その
上下の主面の略中心部位を上下方向に貫通する円孔１４
を有する本体１２と、図１における上側から、かかる円
孔１４内に摺動可能に挿入された、円柱形状の上パンチ
１６と、図１における下側から、該円孔１４内に摺動可
能に挿入され、該上パンチ１６との間において、所定の
距離を隔てて対向して配された、上部が小径部とされた
段付き短円柱形状を呈する下パンチ１８とから構成され
ている。そして、下パンチ１８の小径部２０と大径部２
２の外周面、上パンチ１６の底面２４、及び円孔１４の
内面にて、目的とするカップ形状の成形体に対応した形
状の成形キャビティ２６が形成されている。なお、この
成形キャビティ２６の各寸法は、ａ：２０ｍｍ，ｂ：１
４ｍｍ，ｃ：１０ｍｍ，ｄ：３ｍｍである。

【００３３】そして、そのような成形金型１０の成形キ
ャビティ２６内に充填された混合粉末原料２８を、成形
金型１０ごと、加熱炉中に配置して、アルミニウムの融
点直上付近温度：６７０℃まで、約３０分で昇温せしめ
た。次いで、該金型１０が６７０℃に達した後、図示し
ない油圧プレスにより、２００ＭＰａの荷重を、成形金
型１０の上下のパンチ１６，１８を介して、混合粉末原
料２８に負荷せしめ、その状態を、以下の所定の時間に
わたって保持して、目的とする成形体を成形した。な
お、保持した時間は、それぞれ、１２０ｓ、１．８ｋ
ｓ、３．６ｋｓ及び７．２ｋｓである。その後、このよ
うにして得られた成形体を該金型１０から取り出し、１
２００℃、１０^-5Ｔｏｒｒの真空下において、２時間焼
成を行ない、カップ状の焼結体を得た。

【００３４】以上のようにして得られたカップ形状の焼
結体のうち、成形時の圧力保持時間が１２０ｓのものと
７．２ｋｓのものに対して、各焼結体の底の部分から、
試料片を切り出し、その断面を観察した。図２及び図３
は、成形時の圧力保持時間がそれぞれ１２０ｓ及び７．
２ｋｓの焼結体の試料片の断面を５０倍に拡大した写真
である。これらの図において、黒い部分は、空孔を示
し、また白い部分はα相を示し、更に灰色の部分は、金
属間化合物（Ｔｉ₃Ａｌ）とα相のラメラー組織（層状
の組織）を示している。図２から明らかなように、成形
時の圧力保持時間が１２０ｓである場合にあっては、圧
力が負荷し易いカップ形状の焼結体の底の部分において
も、多数の空孔が残存していることが確認され、また、
金属間化合物の生成も認められる。一方、図３から明ら
かな如く、該保持時間が７．２ｋｓの場合にあっては、
組織は完全なα相より成っており、空孔もほとんど認め
られず、略真密度であることが分かる。なお、ここには
図示していないが、該保持時間が７．２ｋｓの場合にあ
っては、カップ形状の焼結体の先端部分も同様の組織で
あることを確認した。

【００３５】また、成形時に、成形体に及ぼす圧力を保
持することによって、脆い金属間化合物の生成が効果的
に抑制され得ることを更に確認するために、上記の焼結
前の各成形体を試料として示差熱分析によって分析し、
図４に、その結果を示した。この図において、試料Ａ
は、単に、上記の焼結体に使用したものと同様なチタン
粉末とアルミニウム粉末とを混合しただけの、混合粉末
試料であり、Ｂ〜Ｅは、成形時の圧力保持時間がそれぞ
れ１２０ｓ、１．８ｋｓ、３．６ｋｓ及び７．２ｋｓで
ある、上記の焼結前の成形体試料である。この図から明
らかな如く、試料Ａにあっては、当然のことながら、６
６０℃付近にアルミニウム粉末の融解に伴う吸熱反応が
惹起されると共に、引き続いて昇温させると、アルミニ
ウム融液とチタンが反応して、金属間化合物を生成する
ことに伴う発熱反応が生じていることが分かる。また、
試料Ｂ及びＣにあっては、アルミニウム粉末の融解に伴
う吸熱反応は見られないものの、６５０℃付近に金属間
化合物の生成による発熱反応が見られる。一方、試料Ｄ
及びＥにおいては、そのような吸熱あるいは発熱の反応
は一切見られず、チタンとアルミニウムの合金化が極め
てスムーズに進展することが確認されるのである。

【００３６】そして、以上のことから、成形時における
所定時間の圧力保持が、得られる焼結体において、その
高密度化を達成すると共に、金属間化合物の生成を抑制
せしめて合金化する上で、如何に重要であるかが理解さ
れるのであり、また、そのような圧力保持のための時間
を適宜に選択することにより、目的とする焼結体の形状
が複雑であっても、その高密度化、ひいては優れた強度
等の特性を実現し得ることは、容易に理解され得るとこ
ろである。

【００３７】なお、上記の如き成形過程は大気中で行な
われたものであるところから、その成形時における混合
粉末原料の酸化の度合いを調べるために、該混合粉末原
料と成形体の酸素分析を行なった。その結果、酸素量
は、チタン粉末で０．０７７％、アルミニウム粉末で
０．７２４％であり、成形体の酸素量は０．１７１％で
あった。従って、成形時の酸化によって導入された酸素
量は０．０５５％となるのであって、殆ど問題となら
ず、従って本発明方法によれば、チタンのような高活性
金属を大気中でも成形し得ることが、確認されたのであ
り、それによって、成形体の成形時におけるプロセスの
制御が極めて容易になる効果を奏するのである。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係るチタン合金の粉末成形法に
従えば、目的とする成形体の形状が複雑であっても、成
形圧力を略均等に、粉末原料、ひいては成形体に加える
ことが可能となり、また、局所的に過大な剪断応力の発
生が効果的に防止され、それによって、略均一な密度分
布を有すると共に、剪断割れのない、複雑形状の成形体
を容易に成形し得るのであり、加えて、そのような成形
体から、焼成時に発生し得る各種の欠陥の発生が可及的
に防止された、強度の高い、略真密度の焼結体を、低い
材料コスト及び加工コストにて、得ることが出来るので
ある。

【００３９】従って、かかるチタン合金の粉末成形手法
は、従来、鋳造によって製造されていたチタン合金部材
や、鍛造より機械加工で作られていたチタン合金部材の
各分野に、有利に適用せしめられ得るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るチタン合金の粉末成形法に従うチ
タン合金製焼結体の成形工程において、使用される成形
金型の一例を示す断面図である。

【図２】本発明に係るチタン合金の粉末成形法に従って
形成された、成形時の圧力保持時間が１２０ｓのチタン
合金製焼結体の試料片の金属組織を示す光学顕微鏡写真
である。

【図３】本発明に係るチタン合金の粉末成形法に従って
形成された、成形時の圧力保持時間が７．２ｋｓのチタ
ン合金製焼結体の試料片の金属組織を示す光学顕微鏡写
真である。

【図４】本発明に係るチタン合金の粉末成形法に従っ
て、成形された成形体試料、及び、その混合粉末原料の
示差熱分析結果を示す図である。

【符号の説明】

１０成形金型１２本体１４円孔１６上パンチ１８下パンチ２０小径部２２大径部２４底面２６成形キャビティ２８混合粉末原料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタン若しくはその合金粉末と低融点の
金属若しくは合金粉末とを均一に混合せしめて加圧成形
金型に充填し、次いで該低融点金属の融点直上付近温度
または該低融点合金の液相線と固相線の間の温度若しく
は液相線直上付近温度まで加熱せしめて、加圧成形し、
目的とする成形体とする一方、かかる成形体を加圧状態
下に保持して、融解した前記低融点金属若しくは合金を
前記チタン若しくはその合金の粉末粒界に浸透させた
後、得られた成形体を不活性雰囲気中または真空中にて
焼成することにより、前記チタン若しくはその合金と前
記低融点金属若しくは合金とを相互に拡散せしめて合金
化させることを特徴とするチタン合金の粉末成形法。
【請求項２】前記低融点の金属若しくは合金が、アル
ミニウム若しくは錫またはそれらの合金である請求項１
に記載のチタン合金の粉末成形法。
【請求項３】前記融点直上付近温度または前記液相線
直上付近温度が、融点または液相線直上１００℃までの
温度である請求項１又は請求項２に記載のチタン合金の
粉末成形法。
【請求項４】前記成形体の加圧状態下の保持が、１０
〜５００ＭＰａの圧力にて、１０分以上の間、行なわれ
る請求項１乃至３の何れかに記載のチタン合金の粉末成
形法。
【請求項５】前記成形体の焼成が、１０００℃以上の
温度で、３０分以上の間、行なわれる請求項１乃至４の
何れかに記載のチタン合金の粉末成形法。