JPH11172351A - Ｔｉ−Ａｌ合金および同合金の製造方法ならびに同合金の接合方法 - Google Patents
Ｔｉ−Ａｌ合金および同合金の製造方法ならびに同合金の接合方法Info
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- JPH11172351A JPH11172351A JP9362368A JP36236897A JPH11172351A JP H11172351 A JPH11172351 A JP H11172351A JP 9362368 A JP9362368 A JP 9362368A JP 36236897 A JP36236897 A JP 36236897A JP H11172351 A JPH11172351 A JP H11172351A
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/23—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step
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- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
- B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原材料となるＴｉ粉とＡｌ粉を調整し、パル
ス通電加圧−燃焼合成法における昇温速度、合成温度、
圧力などをコントロールして、内部欠陥がなく高温比強
度および高温耐蝕性に優れた均一緻密な金属組織を有す
るＴｉ−Ａｌ合金部材を得る。 【解決手段】 ９９％以上の相対密度を有し、ＴｉＡｌ
相８０〜８８％およびＴｉ3 Ａｌ相１２〜２０％からな
り、ＴｉＡｌに平均粒径１０μｍ〜２０μｍであるＴｉ
ＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した緻密な組織を
備えているＴｉ−Ａｌ合金およびパルス通電加圧−燃焼
合成法による同合金の製造方法。
ス通電加圧−燃焼合成法における昇温速度、合成温度、
圧力などをコントロールして、内部欠陥がなく高温比強
度および高温耐蝕性に優れた均一緻密な金属組織を有す
るＴｉ−Ａｌ合金部材を得る。 【解決手段】 ９９％以上の相対密度を有し、ＴｉＡｌ
相８０〜８８％およびＴｉ3 Ａｌ相１２〜２０％からな
り、ＴｉＡｌに平均粒径１０μｍ〜２０μｍであるＴｉ
ＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した緻密な組織を
備えているＴｉ−Ａｌ合金およびパルス通電加圧−燃焼
合成法による同合金の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｔｉ粉とＡｌ粉を
使用してパルス通電加圧−燃焼合成法により空孔がなく
緻密な組織を持ち、高温耐蝕性および高温比強度に優
れ、特に自動車用エンジン吸排気バルブ（以下「吸排
気」を省略）などに有用であるＴｉ−Ａｌ合金および同
合金の製造方法ならびに同Ｔｉ−Ａｌ合金の接合方法に
関する。
使用してパルス通電加圧−燃焼合成法により空孔がなく
緻密な組織を持ち、高温耐蝕性および高温比強度に優
れ、特に自動車用エンジン吸排気バルブ（以下「吸排
気」を省略）などに有用であるＴｉ−Ａｌ合金および同
合金の製造方法ならびに同Ｔｉ−Ａｌ合金の接合方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｔｉ−Ａｌ合金のような金属間化合物や
高融点無機化合物を製造する方法として燃焼合成法があ
る。これは上記のような金属間化合物や高融点無機化合
物を構成する元素の反応熱を利用するものであり、比較
的簡単な装置ですみ製造エネルギーも少なくてすむので
有効な方法と考えられている。また、反応の際の急激な
反応熱の解放によって粉末粒子表面に吸着していたガス
および不純物が揮発するために、装置上の条件が整えば
高純度の材料が製造できると考えられている。
高融点無機化合物を製造する方法として燃焼合成法があ
る。これは上記のような金属間化合物や高融点無機化合
物を構成する元素の反応熱を利用するものであり、比較
的簡単な装置ですみ製造エネルギーも少なくてすむので
有効な方法と考えられている。また、反応の際の急激な
反応熱の解放によって粉末粒子表面に吸着していたガス
および不純物が揮発するために、装置上の条件が整えば
高純度の材料が製造できると考えられている。
【０００３】しかし、この燃焼合成法をそのまま用いて
も、急速な反応が災いして多孔質体となり易く、強度の
高い材料が得られないという欠点を有する。このため、
燃焼合成体を緻密化するための手法として、燃焼合成と
同時に圧力を加えるホットプレス法、静水圧加圧法、ガ
ス加圧法、さらには合成後に改めて圧力を加えるＨＩＰ
法（熱間静水圧加圧法）が提案された。しかし、これら
のいずれの方法も密閉された状態で加圧するため、本来
合成反応中に、粉末粒子表面に吸着しているガスおよび
不純物が揮発除去できると考えられていたものが材料の
中にそのまま残存し、結果として不純物レベルが高くな
りまた緻密化もできないという欠点を有していた。そし
てまた、このような製造法においてはカプセル化という
工程もあるので、経済的にも問題が多かった。
も、急速な反応が災いして多孔質体となり易く、強度の
高い材料が得られないという欠点を有する。このため、
燃焼合成体を緻密化するための手法として、燃焼合成と
同時に圧力を加えるホットプレス法、静水圧加圧法、ガ
ス加圧法、さらには合成後に改めて圧力を加えるＨＩＰ
法（熱間静水圧加圧法）が提案された。しかし、これら
のいずれの方法も密閉された状態で加圧するため、本来
合成反応中に、粉末粒子表面に吸着しているガスおよび
不純物が揮発除去できると考えられていたものが材料の
中にそのまま残存し、結果として不純物レベルが高くな
りまた緻密化もできないという欠点を有していた。そし
てまた、このような製造法においてはカプセル化という
工程もあるので、経済的にも問題が多かった。
【０００４】このような中で、パルス通電による発熱を
燃焼合成反応の熱源として利用し、反応と同時に加圧す
ることができるパルス通電加圧−燃焼合成法が提案され
た。この方法は材料の緻密化および低温、短時間の焼結
が可能なため上記のようなホットプレス法、静水圧加圧
法、ガス加圧法に比べ格段に優れた材料が得られると考
えられた。しかし、現実には結晶粒が粗大化したり、特
に細長い材料（例えば自動車用エンジンバルブ軸部のよ
うな材料）ではその材料の途中に空孔が発生したりし
て、全体に亘って緻密な組織を得ることが困難であっ
た。
燃焼合成反応の熱源として利用し、反応と同時に加圧す
ることができるパルス通電加圧−燃焼合成法が提案され
た。この方法は材料の緻密化および低温、短時間の焼結
が可能なため上記のようなホットプレス法、静水圧加圧
法、ガス加圧法に比べ格段に優れた材料が得られると考
えられた。しかし、現実には結晶粒が粗大化したり、特
に細長い材料（例えば自動車用エンジンバルブ軸部のよ
うな材料）ではその材料の途中に空孔が発生したりし
て、全体に亘って緻密な組織を得ることが困難であっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、原料となる
Ｔｉ粉とＡｌ粉を調整し、またパルス通電加圧−燃焼合
成法における昇温速度、合成温度、圧力などをコントロ
ールして、内部欠陥がなく高温比強度および高温耐蝕性
に優れかつ均一緻密な金属組織を有するＴｉ−Ａｌ合金
およびその製造方法ならびに同合金の接合方法を提供す
るものである。
Ｔｉ粉とＡｌ粉を調整し、またパルス通電加圧−燃焼合
成法における昇温速度、合成温度、圧力などをコントロ
ールして、内部欠陥がなく高温比強度および高温耐蝕性
に優れかつ均一緻密な金属組織を有するＴｉ−Ａｌ合金
およびその製造方法ならびに同合金の接合方法を提供す
るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、 １．９９％以上の相対密度を有し、ＴｉＡｌ相８０〜８
８％およびＴｉ3 Ａｌ相１２〜２０％からなる緻密な組
織を備えていることを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金 ２．ＴｉＡｌ相に平均粒径１０μｍ〜２０μｍであるＴ
ｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した緻密な組織
を備えていることを特徴とする上記１記載のＴｉ−Ａｌ
合金 ３．パルス通電加圧−燃焼合成法により形成されたもの
であることを特徴とする上記１または２に記載のＴｉ−
Ａｌ合金 ４．エンジンバルブ用合金であることを特徴とする上記
１〜３のそれぞれに記載のＴｉ−Ａｌ合金 ５．平均粒径２０μｍ以下のＴｉ粉末と５０μｍ以下の
Ａｌ粉末を用い、これらを混合した後、真空雰囲気下で
昇温速度１０〜１００Ｋ／ｍｉｎ、合成温度１２７３〜
１３２３Ｋ、圧力４５〜７０ＭＰａの条件でパルス通電
加圧焼結することを特徴とするパルス通電加圧−燃焼合
成法によるＴｉ−Ａｌ合金の製造法 ６．パルス通電加圧−燃焼合成法により予め形成した複
数個のＴｉ−Ａｌ合金との間、または一方が前記Ｔｉ−
Ａｌ合金そして他方が耐熱鋼もしくは他のＴｉ合金との
間に、前記Ｔｉ−Ａｌ合金の原料粉もしくは該原料粉を
主成分とする混合粉末またはＮｉ粉末を充填し、パルス
通電加圧−燃焼合成法により、前記Ｔｉ−Ａｌ合金相互
をまたは該Ｔｉ−Ａｌ合金と耐熱鋼もしくは他のＴｉ合
金とを接合することを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金の接合
方法 ７．真空雰囲気下で昇温速度１０〜１００Ｋ／ｍｉｎ、
合成温度１２７３〜１３２３Ｋ、圧力４５〜７０ＭＰａ
の条件でパルス通電加圧焼結して接合することを特徴と
する上記６記載のＴｉ−Ａｌ合金の接合方法 ８．パルス通電加圧−燃焼合成法により予め形成したＴ
ｉＡｌ相に平均粒径１０μｍ〜２０μｍであるＴｉＡｌ
とＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した複数個のＴｉ−Ａ
ｌ合金相互をまたは一方が前記Ｔｉ−Ａｌ合金そして他
方が耐熱鋼もしくは他のＴｉ合金とを摩擦溶接法により
接合することを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金の接合方法 、に関する。
８％およびＴｉ3 Ａｌ相１２〜２０％からなる緻密な組
織を備えていることを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金 ２．ＴｉＡｌ相に平均粒径１０μｍ〜２０μｍであるＴ
ｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した緻密な組織
を備えていることを特徴とする上記１記載のＴｉ−Ａｌ
合金 ３．パルス通電加圧−燃焼合成法により形成されたもの
であることを特徴とする上記１または２に記載のＴｉ−
Ａｌ合金 ４．エンジンバルブ用合金であることを特徴とする上記
１〜３のそれぞれに記載のＴｉ−Ａｌ合金 ５．平均粒径２０μｍ以下のＴｉ粉末と５０μｍ以下の
Ａｌ粉末を用い、これらを混合した後、真空雰囲気下で
昇温速度１０〜１００Ｋ／ｍｉｎ、合成温度１２７３〜
１３２３Ｋ、圧力４５〜７０ＭＰａの条件でパルス通電
加圧焼結することを特徴とするパルス通電加圧−燃焼合
成法によるＴｉ−Ａｌ合金の製造法 ６．パルス通電加圧−燃焼合成法により予め形成した複
数個のＴｉ−Ａｌ合金との間、または一方が前記Ｔｉ−
Ａｌ合金そして他方が耐熱鋼もしくは他のＴｉ合金との
間に、前記Ｔｉ−Ａｌ合金の原料粉もしくは該原料粉を
主成分とする混合粉末またはＮｉ粉末を充填し、パルス
通電加圧−燃焼合成法により、前記Ｔｉ−Ａｌ合金相互
をまたは該Ｔｉ−Ａｌ合金と耐熱鋼もしくは他のＴｉ合
金とを接合することを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金の接合
方法 ７．真空雰囲気下で昇温速度１０〜１００Ｋ／ｍｉｎ、
合成温度１２７３〜１３２３Ｋ、圧力４５〜７０ＭＰａ
の条件でパルス通電加圧焼結して接合することを特徴と
する上記６記載のＴｉ−Ａｌ合金の接合方法 ８．パルス通電加圧−燃焼合成法により予め形成したＴ
ｉＡｌ相に平均粒径１０μｍ〜２０μｍであるＴｉＡｌ
とＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した複数個のＴｉ−Ａ
ｌ合金相互をまたは一方が前記Ｔｉ−Ａｌ合金そして他
方が耐熱鋼もしくは他のＴｉ合金とを摩擦溶接法により
接合することを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金の接合方法 、に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】原料粉末として、平均粒径２０μ
ｍ以下のＴｉ粉末（例えば純度９９．９％以上の）と２
０μｍ以下のＡｌ粉末（例えば純度９９．９％以上の）
を用い、これらを例えばＴｉ：Ａｌ＝１：１（モル比）
に配合し、ヘキサン中で約３時間ボールミル混合を行
い、乾燥して混合粉とした。次に、この混合粉を用いて
パルス通電加圧−燃焼合成を行なう。図１にパルス通電
加圧−燃焼合成装置の概念図を示す。黒鉛製モールド１
に粉末２を充填し、これを上下電極間（上部ロッド３、
下パンチ４）で圧縮しながら、直流パルス通電して燃焼
合成を行ない焼結緻密化する。Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合
物は燃焼合成中に融液が形成されるので、少量の圧力で
もほぼ９９％以上の緻密化が可能となる。加熱中の温度
は図１のように、混合粉末から５ｍｍの距離までモール
ド１に穴を開け、そこにＫタイプシース熱電対５により
測定する。高温になる場合には赤外放射温度計を用いて
モールド表面の温度を測定してもよい。図１でモールド
１の外層６は黒鉛製フエルトである。
ｍ以下のＴｉ粉末（例えば純度９９．９％以上の）と２
０μｍ以下のＡｌ粉末（例えば純度９９．９％以上の）
を用い、これらを例えばＴｉ：Ａｌ＝１：１（モル比）
に配合し、ヘキサン中で約３時間ボールミル混合を行
い、乾燥して混合粉とした。次に、この混合粉を用いて
パルス通電加圧−燃焼合成を行なう。図１にパルス通電
加圧−燃焼合成装置の概念図を示す。黒鉛製モールド１
に粉末２を充填し、これを上下電極間（上部ロッド３、
下パンチ４）で圧縮しながら、直流パルス通電して燃焼
合成を行ない焼結緻密化する。Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合
物は燃焼合成中に融液が形成されるので、少量の圧力で
もほぼ９９％以上の緻密化が可能となる。加熱中の温度
は図１のように、混合粉末から５ｍｍの距離までモール
ド１に穴を開け、そこにＫタイプシース熱電対５により
測定する。高温になる場合には赤外放射温度計を用いて
モールド表面の温度を測定してもよい。図１でモールド
１の外層６は黒鉛製フエルトである。
【０００８】雰囲気は真空（例えば真空度１０-3Ｐａ）
とし、昇温速度１０〜１００Ｋ／ｍｉｎ、好ましくは１
０〜４０Ｋ／ｍｉｎ、合成温度１２７３〜１３２３Ｋ、
圧力４５〜７０ＭＰａの条件でパルス通電加圧焼結す
る。特に自動車用エンジンバルブの軸部のような長尺の
部材を得るためには、昇温速度を比較的遅くし時間をか
けて燃焼合成を行なうことが必要である。昇温速度が速
すぎる場合にはパンチ部分だけが合成温度より遥かに高
くなり、作製した材料の形成相が不均一となって好まし
くない。また昇温速度が遅すぎる場合には、迅速な製造
が可能であるという本方法のもつ特有性（経済効果）が
失われ得策ではない。以上から上記の昇温速度範囲とす
る。このような条件においてパルス通電加圧−燃焼合成
を行なうことにより９９％以上の相対密度を有しＴｉＡ
ｌ相が８０〜８８％（容積率）およびＴｉ3 Ａｌ相が１
２〜２０％であり、かつＴｉＡｌ相中に平均粒径１０μ
ｍ〜２０μｍであるＴｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一
に分散した緻密な組織を備えているＴｉ−Ａｌ合金が得
られる。
とし、昇温速度１０〜１００Ｋ／ｍｉｎ、好ましくは１
０〜４０Ｋ／ｍｉｎ、合成温度１２７３〜１３２３Ｋ、
圧力４５〜７０ＭＰａの条件でパルス通電加圧焼結す
る。特に自動車用エンジンバルブの軸部のような長尺の
部材を得るためには、昇温速度を比較的遅くし時間をか
けて燃焼合成を行なうことが必要である。昇温速度が速
すぎる場合にはパンチ部分だけが合成温度より遥かに高
くなり、作製した材料の形成相が不均一となって好まし
くない。また昇温速度が遅すぎる場合には、迅速な製造
が可能であるという本方法のもつ特有性（経済効果）が
失われ得策ではない。以上から上記の昇温速度範囲とす
る。このような条件においてパルス通電加圧−燃焼合成
を行なうことにより９９％以上の相対密度を有しＴｉＡ
ｌ相が８０〜８８％（容積率）およびＴｉ3 Ａｌ相が１
２〜２０％であり、かつＴｉＡｌ相中に平均粒径１０μ
ｍ〜２０μｍであるＴｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一
に分散した緻密な組織を備えているＴｉ−Ａｌ合金が得
られる。
【０００９】１回の製造できる最大長さは、緻密度およ
び強度を維持する最適な形成相の関係から限界がある。
したがって、さらに長い部材を得るためにはこれらを接
合する、すなわち予めパルス通電加圧−燃焼合成法によ
り形成した複数個のＴｉ−Ａｌ合金に間に、該Ｔｉ−Ａ
ｌ合金の原料である混合粉末またはＮｉ粉末を充填し、
同様に充填材のパルス通電加圧−燃焼合成法により接合
して、長尺のＴｉ−Ａｌ合金材を得ることができる。こ
の場合、接合できる長さに制限はなく、２個以上の複数
の予め形成した上記Ｔｉ−Ａｌ合金材をつぎつぎに接合
していくことができる。また、接合のために充填する混
合粉末はすでに形成されたＴｉ−Ａｌ合金材と同組成の
混合粉末を用いることが望ましいが、該Ｔｉ−Ａｌ合金
の組成の粉末を主成分とし、他の粉末を混合した粉末ま
たはＮｉ粉末を用いて充填材とし、パルス通電加圧−燃
焼合成法により接合することができる。この場合は、金
属組織も殆ど変化なく接合強度も特に問題となることは
ない。
び強度を維持する最適な形成相の関係から限界がある。
したがって、さらに長い部材を得るためにはこれらを接
合する、すなわち予めパルス通電加圧−燃焼合成法によ
り形成した複数個のＴｉ−Ａｌ合金に間に、該Ｔｉ−Ａ
ｌ合金の原料である混合粉末またはＮｉ粉末を充填し、
同様に充填材のパルス通電加圧−燃焼合成法により接合
して、長尺のＴｉ−Ａｌ合金材を得ることができる。こ
の場合、接合できる長さに制限はなく、２個以上の複数
の予め形成した上記Ｔｉ−Ａｌ合金材をつぎつぎに接合
していくことができる。また、接合のために充填する混
合粉末はすでに形成されたＴｉ−Ａｌ合金材と同組成の
混合粉末を用いることが望ましいが、該Ｔｉ−Ａｌ合金
の組成の粉末を主成分とし、他の粉末を混合した粉末ま
たはＮｉ粉末を用いて充填材とし、パルス通電加圧−燃
焼合成法により接合することができる。この場合は、金
属組織も殆ど変化なく接合強度も特に問題となることは
ない。
【００１０】一般に、自動車用エンジンバルブはＪＩＳ
ＳＵＨ１１（０．５Ｃ−１．８Ｓｉ−８Ｃｒ−残Ｆｅ）
あるいはＪＩＳＳＵＨ３５（０．５５Ｃ−２１Ｃｒ−１
０Ｍｎ−４Ｎｉ−０．４Ｎ−残Ｆｅ）などの耐熱鋼が使
用されているが、近年自動車用エンジンの高温完全燃焼
の要求から、自動車用エンジンバルブもそれに応じた、
より高温比強度に優れた材料が求められている。本発明
のＴｉ−Ａｌ合金このような要求に適合する材料であ
る。本発明においては、自動車用エンジンバルブのかさ
部と同軸部とを初めから一体なものとして作製できる
が、これとは別に本発明の接合方法を使用して、自動車
用エンジンバルブのかさ部と同軸部とを予めパルス通電
加圧−燃焼合成法により別々に作製しておき、次にこれ
らのＴｉ−Ａｌ合金からなるかさ部と軸部間に前記Ｔｉ
−Ａｌ合金の原料である混合粉末を充填し、同様に充填
材のパルス通電加圧−燃焼合成法により、かさ部および
軸部ならびにこれらの接合部の全てをＴｉＡｌ相中にＴ
ｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した緻密な組織
を有するＴｉ−Ａｌ合金からなる自動車用エンジンバル
ブを作製することができる。このようにして得られた自
動車用エンジンバルブは極めて優れた耐熱比強度および
耐蝕性を有する。
ＳＵＨ１１（０．５Ｃ−１．８Ｓｉ−８Ｃｒ−残Ｆｅ）
あるいはＪＩＳＳＵＨ３５（０．５５Ｃ−２１Ｃｒ−１
０Ｍｎ−４Ｎｉ−０．４Ｎ−残Ｆｅ）などの耐熱鋼が使
用されているが、近年自動車用エンジンの高温完全燃焼
の要求から、自動車用エンジンバルブもそれに応じた、
より高温比強度に優れた材料が求められている。本発明
のＴｉ−Ａｌ合金このような要求に適合する材料であ
る。本発明においては、自動車用エンジンバルブのかさ
部と同軸部とを初めから一体なものとして作製できる
が、これとは別に本発明の接合方法を使用して、自動車
用エンジンバルブのかさ部と同軸部とを予めパルス通電
加圧−燃焼合成法により別々に作製しておき、次にこれ
らのＴｉ−Ａｌ合金からなるかさ部と軸部間に前記Ｔｉ
−Ａｌ合金の原料である混合粉末を充填し、同様に充填
材のパルス通電加圧−燃焼合成法により、かさ部および
軸部ならびにこれらの接合部の全てをＴｉＡｌ相中にＴ
ｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した緻密な組織
を有するＴｉ−Ａｌ合金からなる自動車用エンジンバル
ブを作製することができる。このようにして得られた自
動車用エンジンバルブは極めて優れた耐熱比強度および
耐蝕性を有する。
【００１１】上記のＴｉ−Ａｌ合金からなる自動車用エ
ンジンバルブの欠点として、やや価格が高いということ
が挙げられる。この点の解決策として、自動車用エンジ
ンバルブのかさ部にＴｉ−Ａｌ合金を使用し、高温腐食
を強く受けない軸部に比較的安価な耐熱鋼やＴｉ合金を
使用することができる。この場合には、本発明のパルス
通電加圧−燃焼合成法により予め作製したＴｉ−Ａｌ合
金からなる自動車用エンジンバルブのかさ部と耐熱鋼か
らなる軸部（鍛造品など）との間に前記Ｔｉ−Ａｌ合金
の原料である混合粉末またはＮｉ粉末を充填し、同様に
本発明の充填材のパルス通電加圧−燃焼合成法を実施し
て、本発明のＴｉ−Ａｌ合金からなる自動車用エンジン
バルブのかさ部と耐熱鋼からなる軸部とが結合した自動
車用エンジンバルブを製造することができる。このよう
にして得た自動車用エンジンバルブは強い結合強度が得
られ、また製造速度が速く、比較的安価で、優れた耐熱
比強度と高温耐蝕性を有する。軸部に使用する材料とし
ては、前記ＪＩＳＳＵＨ１１、ＪＩＳＳＵＨ３５などの
ＪＩＳ規格材はもとより、その他の低合金鋼、高クロム
鋼などのマルテンサイト系耐熱鋼、Ｃｒ−Ｎｉ鋼などの
オーステナイト系耐熱鋼あるいは６Ａｌ４Ｖなどの他の
比較的安価なＴｉ合金を使用することができる。
ンジンバルブの欠点として、やや価格が高いということ
が挙げられる。この点の解決策として、自動車用エンジ
ンバルブのかさ部にＴｉ−Ａｌ合金を使用し、高温腐食
を強く受けない軸部に比較的安価な耐熱鋼やＴｉ合金を
使用することができる。この場合には、本発明のパルス
通電加圧−燃焼合成法により予め作製したＴｉ−Ａｌ合
金からなる自動車用エンジンバルブのかさ部と耐熱鋼か
らなる軸部（鍛造品など）との間に前記Ｔｉ−Ａｌ合金
の原料である混合粉末またはＮｉ粉末を充填し、同様に
本発明の充填材のパルス通電加圧−燃焼合成法を実施し
て、本発明のＴｉ−Ａｌ合金からなる自動車用エンジン
バルブのかさ部と耐熱鋼からなる軸部とが結合した自動
車用エンジンバルブを製造することができる。このよう
にして得た自動車用エンジンバルブは強い結合強度が得
られ、また製造速度が速く、比較的安価で、優れた耐熱
比強度と高温耐蝕性を有する。軸部に使用する材料とし
ては、前記ＪＩＳＳＵＨ１１、ＪＩＳＳＵＨ３５などの
ＪＩＳ規格材はもとより、その他の低合金鋼、高クロム
鋼などのマルテンサイト系耐熱鋼、Ｃｒ−Ｎｉ鋼などの
オーステナイト系耐熱鋼あるいは６Ａｌ４Ｖなどの他の
比較的安価なＴｉ合金を使用することができる。
【００１２】前記自動車用エンジンバルブのかさ部と耐
熱鋼からなる軸部の間に充填する接合用粉末は、前記Ｔ
ｉ−Ａｌ合金の原料である混合粉末だけでなく該混合粉
末を主成分として他の粉末を混合したり、あるいはかさ
部側すなはち前記本発明のＴｉ−Ａｌ合金側に該Ｔｉ−
Ａｌ合金の原料である混合粉末またはＮｉ粉末を、軸部
側にそのときに使用する耐熱鋼あるいは他のＴｉ合金の
組成あるいは熱膨張が近似する粉末を傾斜的に配合して
使用することもできる。これによりかさ部と軸部の接合
時の熱膨張の差を減少させ、材料に与える熱影響（熱応
力）を抑制して接合強度を高めることができる。さらに
また、かさ部に本発明のＴｉＡｌ相中にＴｉＡｌとＴｉ
3 Ａｌの混晶が均一に分散した緻密な組織を有するＴｉ
−Ａｌ合金を使用し、軸部に上記耐熱鋼あるいは他のＴ
ｉ合金を使用して、これらを摩擦溶接しかさ部と耐熱鋼
からなる軸部とが結合した自動車用エンジンバルブを製
造することができる。これにより両材料の特性を生かし
かつより安価な自動車用エンジンバルブが得られる。
熱鋼からなる軸部の間に充填する接合用粉末は、前記Ｔ
ｉ−Ａｌ合金の原料である混合粉末だけでなく該混合粉
末を主成分として他の粉末を混合したり、あるいはかさ
部側すなはち前記本発明のＴｉ−Ａｌ合金側に該Ｔｉ−
Ａｌ合金の原料である混合粉末またはＮｉ粉末を、軸部
側にそのときに使用する耐熱鋼あるいは他のＴｉ合金の
組成あるいは熱膨張が近似する粉末を傾斜的に配合して
使用することもできる。これによりかさ部と軸部の接合
時の熱膨張の差を減少させ、材料に与える熱影響（熱応
力）を抑制して接合強度を高めることができる。さらに
また、かさ部に本発明のＴｉＡｌ相中にＴｉＡｌとＴｉ
3 Ａｌの混晶が均一に分散した緻密な組織を有するＴｉ
−Ａｌ合金を使用し、軸部に上記耐熱鋼あるいは他のＴ
ｉ合金を使用して、これらを摩擦溶接しかさ部と耐熱鋼
からなる軸部とが結合した自動車用エンジンバルブを製
造することができる。これにより両材料の特性を生かし
かつより安価な自動車用エンジンバルブが得られる。
【００１３】Ｔｉ−Ａｌ合金の燃焼合成反応はＡｌの溶
解から始まる。燃焼合成反応はＴｉ粉のサイズにより開
始温度が異なり、粉のサイズが細かい程開始温度が低い
傾向がある。この原因は、粒径による混合粉の熱伝導率
の差およびＴｉ粒子とＡｌ粒子との接触面積の差に基づ
くものと考えられる。より緻密なＴｉ−Ａｌ合金部材を
得るためには、本発明の粉の粒度の範囲が最も良い。
解から始まる。燃焼合成反応はＴｉ粉のサイズにより開
始温度が異なり、粉のサイズが細かい程開始温度が低い
傾向がある。この原因は、粒径による混合粉の熱伝導率
の差およびＴｉ粒子とＡｌ粒子との接触面積の差に基づ
くものと考えられる。より緻密なＴｉ−Ａｌ合金部材を
得るためには、本発明の粉の粒度の範囲が最も良い。
【００１４】本発明によるパルス通電加圧−燃焼合成反
応の過程を模式的に示すと図２のようになる。ＡｌとＴ
ｉの混合粉末は最初にＡｌが溶融し、Ｔｉ粉末の周囲７
に存在するようになる。さらに燃焼反応によりＡｌが拡
散し、ＡｌとＴｉの金属間化合物が形成されていく。図
２はその過程を示したものである。 外層はＡｌリッチ
のＴｉＡｌ3 相で、内層に行くにしたがってＴｉＡｌ
相、Ｔｉ3 Ａｌ相が形成される。そして、本発明の場合
には最終的にＴｉＡｌ相とＴｉ3 Ａｌ相の２相からなる
Ｔｉ−Ａｌ合金が形成される。図２の上部は１００μｍ
のＴｉ粉末を使用した場合で、下部は１０μｍのＴｉ粉
末を使用した場合である。Ｔｉ粉末が細かい程すなわち
１０μｍのＴｉ粉末を使用した場合によりＡｌが拡散し
易いことを示している。
応の過程を模式的に示すと図２のようになる。ＡｌとＴ
ｉの混合粉末は最初にＡｌが溶融し、Ｔｉ粉末の周囲７
に存在するようになる。さらに燃焼反応によりＡｌが拡
散し、ＡｌとＴｉの金属間化合物が形成されていく。図
２はその過程を示したものである。 外層はＡｌリッチ
のＴｉＡｌ3 相で、内層に行くにしたがってＴｉＡｌ
相、Ｔｉ3 Ａｌ相が形成される。そして、本発明の場合
には最終的にＴｉＡｌ相とＴｉ3 Ａｌ相の２相からなる
Ｔｉ−Ａｌ合金が形成される。図２の上部は１００μｍ
のＴｉ粉末を使用した場合で、下部は１０μｍのＴｉ粉
末を使用した場合である。Ｔｉ粉末が細かい程すなわち
１０μｍのＴｉ粉末を使用した場合によりＡｌが拡散し
易いことを示している。
【００１５】本発明の平均粒径２０μｍ以下のＴｉ粉末
と５０μｍ以下のＡｌ粉末を用いた場合には、８０〜８
８％のＴｉＡｌ相と１２〜２０％Ｔｉ3 Ａｌ相からな
り、ＴｉＡｌ相に平均粒径が１０μｍ〜２０μｍである
ＴｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した層状組織
のない、全体に亘り強度が高く緻密な組織を有するＴｉ
−Ａｌ合金部材が得られる。Ａｌ粉末は後述するよう
に、強度を増加させるために平均粒径５０μｍ以下のＡ
ｌ粉末を用いるのがよい。他方Ｔｉ粉末もできるだけ細
かい方がよい。上記ＴｉＡｌ相およよびＴｉ3 Ａｌ相を
形成する場合に固相拡散によるからである。この拡散は
粉末の粒径が細かいほど迅速に行なわれる。したがって
Ｔｉ粉末は平均粒径２０μｍ以下とするのがよい。溶解
法によって得たＴｉ−Ａｌ合金部材を熱拡散処理しても
同様な成分組成のＴｉ−Ａｌ合金が得られる場合がある
が、この場合は層状組織となって、強度を低下させ均一
で緻密な組織を得ることができない。
と５０μｍ以下のＡｌ粉末を用いた場合には、８０〜８
８％のＴｉＡｌ相と１２〜２０％Ｔｉ3 Ａｌ相からな
り、ＴｉＡｌ相に平均粒径が１０μｍ〜２０μｍである
ＴｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した層状組織
のない、全体に亘り強度が高く緻密な組織を有するＴｉ
−Ａｌ合金部材が得られる。Ａｌ粉末は後述するよう
に、強度を増加させるために平均粒径５０μｍ以下のＡ
ｌ粉末を用いるのがよい。他方Ｔｉ粉末もできるだけ細
かい方がよい。上記ＴｉＡｌ相およよびＴｉ3 Ａｌ相を
形成する場合に固相拡散によるからである。この拡散は
粉末の粒径が細かいほど迅速に行なわれる。したがって
Ｔｉ粉末は平均粒径２０μｍ以下とするのがよい。溶解
法によって得たＴｉ−Ａｌ合金部材を熱拡散処理しても
同様な成分組成のＴｉ−Ａｌ合金が得られる場合がある
が、この場合は層状組織となって、強度を低下させ均一
で緻密な組織を得ることができない。
【００１６】本発明で得られたＴｉ−Ａｌ合金材料の組
織を図３に示す。この図３における顕微鏡組織図（写
真）で、黒い部分はＴｉＡｌ相を、白い部分はＴｉＡｌ
とＴｉ 3 Ａｌの混晶を示す。この混晶の平均粒径は１０
μｍ〜２０μｍである。このような層状組織のない緻密
な組織は自動車用エンジンバルブに好適である。これに
対し、より大きなＴｉ粉末を用いた場合、例えば１００
μｍのＴｉ粉末を使用した場合には、Ｔｉ相とＴｉＡｌ
3 相が形成され、このままでは目的とする強度と緻密な
相の形成が得られない。従来の燃焼合成反応の場合で
は、反応時間が非常に短く（わずか数十秒で終了す
る）、合成反応が終了してしまうと熱処理によって形成
相の制御が殆どできない。しかし、パルス通電加圧−燃
焼合成法では、一応燃焼合成反応が終了した後でも温度
コントロールできるので、上記のように１００μｍのＴ
ｉ粉末を使用した場合でも、Ａｌの加熱拡散利用してＴ
ｉ相とＴｉＡｌ3 相からＴｉＡｌ相とＴｉ3 Ａｌ相へと
変化させることが考えられる。
織を図３に示す。この図３における顕微鏡組織図（写
真）で、黒い部分はＴｉＡｌ相を、白い部分はＴｉＡｌ
とＴｉ 3 Ａｌの混晶を示す。この混晶の平均粒径は１０
μｍ〜２０μｍである。このような層状組織のない緻密
な組織は自動車用エンジンバルブに好適である。これに
対し、より大きなＴｉ粉末を用いた場合、例えば１００
μｍのＴｉ粉末を使用した場合には、Ｔｉ相とＴｉＡｌ
3 相が形成され、このままでは目的とする強度と緻密な
相の形成が得られない。従来の燃焼合成反応の場合で
は、反応時間が非常に短く（わずか数十秒で終了す
る）、合成反応が終了してしまうと熱処理によって形成
相の制御が殆どできない。しかし、パルス通電加圧−燃
焼合成法では、一応燃焼合成反応が終了した後でも温度
コントロールできるので、上記のように１００μｍのＴ
ｉ粉末を使用した場合でも、Ａｌの加熱拡散利用してＴ
ｉ相とＴｉＡｌ3 相からＴｉＡｌ相とＴｉ3 Ａｌ相へと
変化させることが考えられる。
【００１７】しかし、事後に反応相をコントロールする
ことは、それだけ加熱処理時間が増加することになり、
また確実に目的とする反応相が形成され得るかどうかと
いう不安定さを残している。したがって、このような不
確実な方法を避ける必要があり、混合粉末の段階から平
均粒径２０μｍ以下のＴｉ粉末と５０μｍ以下のＡｌ粉
末を用いることが望ましい。また、原料粉末の粒径によ
り強度が異なり、上記の粉末の平均粒径の範囲において
最も強度が向上する。上記の１０μｍＴｉ粉末と１００
μｍＡｌ粉末を用いた場合と１０μｍＴｉ粉末と２０μ
ｍＡｌ粉末を用いた場合を対比するために４点曲げ強度
の試験を行なった。その結果を表１に示す。この表１か
ら明らかなように、使用する粉末の粒径が大きい場合に
は強度が著しく低下することが分かる。
ことは、それだけ加熱処理時間が増加することになり、
また確実に目的とする反応相が形成され得るかどうかと
いう不安定さを残している。したがって、このような不
確実な方法を避ける必要があり、混合粉末の段階から平
均粒径２０μｍ以下のＴｉ粉末と５０μｍ以下のＡｌ粉
末を用いることが望ましい。また、原料粉末の粒径によ
り強度が異なり、上記の粉末の平均粒径の範囲において
最も強度が向上する。上記の１０μｍＴｉ粉末と１００
μｍＡｌ粉末を用いた場合と１０μｍＴｉ粉末と２０μ
ｍＡｌ粉末を用いた場合を対比するために４点曲げ強度
の試験を行なった。その結果を表１に示す。この表１か
ら明らかなように、使用する粉末の粒径が大きい場合に
は強度が著しく低下することが分かる。
【００１８】
【表１】
【００１９】本発明においては、Ｔｉ−Ａｌ合金を基本
成分とし、金属組織的にはＴｉＡｌ相とＴｉ3 Ａｌ相を
中心相とするものであるが、これらの基本成分および金
属組織あるいは強度、緻密性などの特性を大きく変えな
い限りは、０、５％以下の他の合金元素あるいは不純物
元素が含まれることは問題がなく、本発明はこれらを包
含するものである。
成分とし、金属組織的にはＴｉＡｌ相とＴｉ3 Ａｌ相を
中心相とするものであるが、これらの基本成分および金
属組織あるいは強度、緻密性などの特性を大きく変えな
い限りは、０、５％以下の他の合金元素あるいは不純物
元素が含まれることは問題がなく、本発明はこれらを包
含するものである。
【００２０】
【実施例および比較例】［実施例１］原料粉末として平
均粒径１０μｍのＴｉ粉末と２０μｍのＡｌ粉末を用い
た。これらの原料粉末を、ＴｉとＡｌが原子量比で１：
１になるように配合し、３次元混合機を用いて２４時間
混合した。この混合機は乾式であり、混合容器の容量は
２リットル、１回の充填粉末総量は２００ｇである。得
られた混合粉末をグラファイトモールドおよびパンチを
備えたパルス通電加圧焼結機を用いて、真空雰囲気（１
０-3Ｐａ）、合成温度１２７３Ｋ、昇温速度４０Ｋ／ｍ
ｉｎ、５分保持、圧力７０ＭＰａの条件で合成を行なっ
た。作成した試料の寸法は直径８ｍｍ、長さ４０、５
０、６０ｍｍであり、これらをそれぞれ１０試料（ロッ
ド）を作製した。作成された試料の密度は全体の平均で
３．８ｇ／ｃｍ3 であり、ほぼ９９％以上の相対密度を
示し、緻密な試料が得られた。このようにして作成した
５０ｍｍのロッドを１０ｍｍ間隔で切断し、その各部の
密度と形成相の観察を行なった結果、１個（本）の試料
の中央部のみの密度が３．６７ｇ／ｃｍ3 と若干落ちる
傾向を示したが、それ以外は十分に緻密化されていた。
また形成相観察によれば、全ての部分でＴｉＡｌ相とＴ
ｉ3 Ａｌ相が観察され、均一なＴｉ−Ａｌ合金ロッドが
得られた。この顕微鏡組織写真が上記に説明した図３で
ある。すでに説明している通り、図３における顕微鏡組
織図（写真）において、黒い部分はＴｉＡｌ相、白い部
分はＴｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶を示す。この混晶の平
均粒径が１０μｍ〜２０μｍである。このように層状組
織のない緻密な組織得られる。しかし、細長いものを製
造する場合には、特別な温度コントロールをしなけれ
ば、上記に示す直径８ｍｍの寸法では１回で作製可能な
最大長さは、緻密度および形成相を考慮すると、せいぜ
い７０ｍｍ程度と考えられる。したがって、より長尺の
ものを製作する場合には、これらを接合することが必要
となる。
均粒径１０μｍのＴｉ粉末と２０μｍのＡｌ粉末を用い
た。これらの原料粉末を、ＴｉとＡｌが原子量比で１：
１になるように配合し、３次元混合機を用いて２４時間
混合した。この混合機は乾式であり、混合容器の容量は
２リットル、１回の充填粉末総量は２００ｇである。得
られた混合粉末をグラファイトモールドおよびパンチを
備えたパルス通電加圧焼結機を用いて、真空雰囲気（１
０-3Ｐａ）、合成温度１２７３Ｋ、昇温速度４０Ｋ／ｍ
ｉｎ、５分保持、圧力７０ＭＰａの条件で合成を行なっ
た。作成した試料の寸法は直径８ｍｍ、長さ４０、５
０、６０ｍｍであり、これらをそれぞれ１０試料（ロッ
ド）を作製した。作成された試料の密度は全体の平均で
３．８ｇ／ｃｍ3 であり、ほぼ９９％以上の相対密度を
示し、緻密な試料が得られた。このようにして作成した
５０ｍｍのロッドを１０ｍｍ間隔で切断し、その各部の
密度と形成相の観察を行なった結果、１個（本）の試料
の中央部のみの密度が３．６７ｇ／ｃｍ3 と若干落ちる
傾向を示したが、それ以外は十分に緻密化されていた。
また形成相観察によれば、全ての部分でＴｉＡｌ相とＴ
ｉ3 Ａｌ相が観察され、均一なＴｉ−Ａｌ合金ロッドが
得られた。この顕微鏡組織写真が上記に説明した図３で
ある。すでに説明している通り、図３における顕微鏡組
織図（写真）において、黒い部分はＴｉＡｌ相、白い部
分はＴｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶を示す。この混晶の平
均粒径が１０μｍ〜２０μｍである。このように層状組
織のない緻密な組織得られる。しかし、細長いものを製
造する場合には、特別な温度コントロールをしなけれ
ば、上記に示す直径８ｍｍの寸法では１回で作製可能な
最大長さは、緻密度および形成相を考慮すると、せいぜ
い７０ｍｍ程度と考えられる。したがって、より長尺の
ものを製作する場合には、これらを接合することが必要
となる。
【００２１】［実施例２］次に、予め作製した直径８ｍ
ｍ、長さ４０ｍｍのロッドを２本用意し、このロッドの
間に平均粒径１０μｍのＴｉ粉末と２０μｍのＡｌ粉末
でＴｉとＡｌが原子量比で１：１であるすでに作製され
たロッドと同一の原料混合粉末を約０．２５ｇ充填し、
上記パルス通電加圧焼結機を用いて、真空雰囲気（１０
-3Ｐａ）、合成温度１２７３Ｋ、昇温速度４０Ｋ／ｍｉ
ｎ、５分保持、圧力７０ＭＰａの条件で合成反応による
接合を行なった。この結果、直径８ｍｍ、長さ約８０ｍ
ｍのロッドが得られた。このようにして得られたロッド
の接合界面の顕微鏡組織観察を行なった結果、欠陥は全
く存在せず十分な強度をもつロッドが得られた。この顕
微鏡組織写真を図５に示す。図５において中央部は接合
用に入れた粉末部であり、また左右はすでに作製したＴ
ｉ−Ａｌ合金ロッド部である。このように、図５におい
てはそれほど明確ではないが、中央の新たに接合用の粉
末を入れた部分と左右の被接合ロッド部の３つの部分か
らなっている。図５に示すように、接合用に入れた粉末
部位とすでに作製したＴｉ−Ａｌ合金ロッドとの間に縦
方向に薄いすじがあり、やや気孔が残っているためそこ
が界面であることが分かる。しかしこのような接合部の
形成層は他の部分の組織と殆ど同じであり、また強度的
にも接合前に作製したＴｉ−Ａｌ合金ロッドと同一であ
り極めて強固な接合が得られていることが分かる。上記
のような本発明の接合法によれば、複数個のＴｉ−Ａｌ
合金ロッドを次々に接合して、より長尺のＴｉ−Ａｌ合
金ロッドを作製することができる。
ｍ、長さ４０ｍｍのロッドを２本用意し、このロッドの
間に平均粒径１０μｍのＴｉ粉末と２０μｍのＡｌ粉末
でＴｉとＡｌが原子量比で１：１であるすでに作製され
たロッドと同一の原料混合粉末を約０．２５ｇ充填し、
上記パルス通電加圧焼結機を用いて、真空雰囲気（１０
-3Ｐａ）、合成温度１２７３Ｋ、昇温速度４０Ｋ／ｍｉ
ｎ、５分保持、圧力７０ＭＰａの条件で合成反応による
接合を行なった。この結果、直径８ｍｍ、長さ約８０ｍ
ｍのロッドが得られた。このようにして得られたロッド
の接合界面の顕微鏡組織観察を行なった結果、欠陥は全
く存在せず十分な強度をもつロッドが得られた。この顕
微鏡組織写真を図５に示す。図５において中央部は接合
用に入れた粉末部であり、また左右はすでに作製したＴ
ｉ−Ａｌ合金ロッド部である。このように、図５におい
てはそれほど明確ではないが、中央の新たに接合用の粉
末を入れた部分と左右の被接合ロッド部の３つの部分か
らなっている。図５に示すように、接合用に入れた粉末
部位とすでに作製したＴｉ−Ａｌ合金ロッドとの間に縦
方向に薄いすじがあり、やや気孔が残っているためそこ
が界面であることが分かる。しかしこのような接合部の
形成層は他の部分の組織と殆ど同じであり、また強度的
にも接合前に作製したＴｉ−Ａｌ合金ロッドと同一であ
り極めて強固な接合が得られていることが分かる。上記
のような本発明の接合法によれば、複数個のＴｉ−Ａｌ
合金ロッドを次々に接合して、より長尺のＴｉ−Ａｌ合
金ロッドを作製することができる。
【００２２】［比較例］実施例１と同様に原料粉末とし
て平均粒径４０μｍのＴｉ粉末と４０μｍのＡｌ粉末を
用いた。これらの原料粉末を、ＴｉとＡｌが原子比で
１：１になるように配合し、ヘキサン中で３時間ボール
ミル混合した後、乾燥させた。得られた混合粉末を耐火
炉の中で燃焼合成法によってＴｉ−Ａｌ合金を得た。こ
のように作製した合金から試料を採取し組織を観察し
た。その試料の断面顕微鏡組織写真を図４に示す。この
図４で白い部分がＴｉとＡｌの化合物相で、黒い部分は
気孔を示す。このように燃焼合成法によってＴｉ−Ａｌ
合金を製造すると、気孔が多くの部分を占めており、均
一微細な組織を持つ正常なＴｉ−Ａｌ合金を得ることが
できない。そして原料粉末の粒径によらず常に多孔質と
なるという結果が得られた。
て平均粒径４０μｍのＴｉ粉末と４０μｍのＡｌ粉末を
用いた。これらの原料粉末を、ＴｉとＡｌが原子比で
１：１になるように配合し、ヘキサン中で３時間ボール
ミル混合した後、乾燥させた。得られた混合粉末を耐火
炉の中で燃焼合成法によってＴｉ−Ａｌ合金を得た。こ
のように作製した合金から試料を採取し組織を観察し
た。その試料の断面顕微鏡組織写真を図４に示す。この
図４で白い部分がＴｉとＡｌの化合物相で、黒い部分は
気孔を示す。このように燃焼合成法によってＴｉ−Ａｌ
合金を製造すると、気孔が多くの部分を占めており、均
一微細な組織を持つ正常なＴｉ−Ａｌ合金を得ることが
できない。そして原料粉末の粒径によらず常に多孔質と
なるという結果が得られた。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、原料となるＴｉ粉とＡ
ｌ粉を調整し、またパルス通電加圧−燃焼合成法におけ
る昇温速度、合成温度、圧力などをコントロールして、
内部欠陥がなく均一緻密な金属組織を持ち、かつ高温比
強度および高温耐蝕性に優れたＴｉ−Ａｌ合金を得るこ
とができ、特に自動車用エンジンバルブに有用であるＴ
ｉ−Ａｌ合金およびその製造方法ならびに同合金の接合
方法を提供する。
ｌ粉を調整し、またパルス通電加圧−燃焼合成法におけ
る昇温速度、合成温度、圧力などをコントロールして、
内部欠陥がなく均一緻密な金属組織を持ち、かつ高温比
強度および高温耐蝕性に優れたＴｉ−Ａｌ合金を得るこ
とができ、特に自動車用エンジンバルブに有用であるＴ
ｉ−Ａｌ合金およびその製造方法ならびに同合金の接合
方法を提供する。
【図１】パルス通電加圧−燃焼合成装置の概念図
【図２】パルス通電加圧−燃焼合成の反応過程を示す模
式図
式図
【図３】本発明のＴｉ−Ａｌ合金の組織を示す図（顕微
鏡写真）
鏡写真）
【図４】従来の燃焼合成法で得られたＴｉ−Ａｌ合金の
組織を示す図（顕微鏡写真）
組織を示す図（顕微鏡写真）
【図５】本発明のパルス通電加圧−燃焼合成法によりＴ
ｉ−Ａｌ合金を接合した接合界面組織を示す図（顕微鏡
写真）
ｉ−Ａｌ合金を接合した接合界面組織を示す図（顕微鏡
写真）
１ 黒鉛製モールド ２ 粉末 ３ 上部ロッド ４ 下パンチ ５ 熱電対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 20/12 Ｂ２２Ｆ 3/10 Ｎ Ｃ２２Ｃ 1/00 3/14 １０１Ｂ // Ｂ２３Ｋ 35/30 ３１０ 3/00 Ｚ Ｂ２３Ｋ 103:14 103:24 (71)出願人 598002408 橋本 等 宮城県仙台市太白区郡山３−11−19 (74)上記３名の代理人 弁理士 小越 勇 (72)発明者 阿部 利彦 宮城県多賀城市東田中２−40−27−601 (72)発明者 厳 泰永 宮城県仙台市太白区三神峯２−２−18 Ａ 205 (72)発明者 橋本 等 宮城県仙台市太白区郡山３−11−19 (72)発明者 斎藤 吉信 宮城県柴田郡村田町大字村田字西ケ丘23 東北特殊鋼株式会社内 (72)発明者 西沢 義喬 宮城県柴田郡村田町大字村田字西ケ丘23 東北特殊鋼株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 ９９％以上の相対密度を有し、ＴｉＡｌ
相８０〜８８％およびＴｉ3 Ａｌ相１２〜２０％からな
る緻密な組織を備えていることを特徴とするＴｉ−Ａｌ
合金。 - 【請求項２】 ＴｉＡｌ相に平均粒径１０μｍ〜２０μ
ｍであるＴｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した
緻密な組織を備えていることを特徴とする請求項１記載
のＴｉ−Ａｌ合金。 - 【請求項３】 パルス通電加圧−燃焼合成法により形成
されたものであることを特徴とする請求項１または２に
記載のＴｉ−Ａｌ合金。 - 【請求項４】 エンジンバルブ用合金であることを特徴
とする請求項１〜３のそれぞれに記載のＴｉ−Ａｌ合
金。 - 【請求項５】 平均粒径２０μｍ以下のＴｉ粉末と５０
μｍ以下のＡｌ粉末を用い、これらを混合した後、真空
雰囲気下で昇温速度１０〜１００Ｋ／ｍｉｎ、合成温度
１２７３〜１３２３Ｋ、圧力４５〜７０ＭＰａの条件で
パルス通電加圧焼結することを特徴とするパルス通電加
圧−燃焼合成法によるＴｉ−Ａｌ合金の製造法。 - 【請求項６】 パルス通電加圧−燃焼合成法により予め
形成した複数個のＴｉ−Ａｌ合金との間、または一方が
前記Ｔｉ−Ａｌ合金そして他方が耐熱鋼もしくは他のＴ
ｉ合金との間に、前記Ｔｉ−Ａｌ合金の原料粉もしくは
該原料粉を主成分とする混合粉末またはＮｉ粉末を充填
し、パルス通電加圧−燃焼合成法により、前記Ｔｉ−Ａ
ｌ合金相互をまたは該Ｔｉ−Ａｌ合金と耐熱鋼もしくは
他のＴｉ合金とを接合することを特徴とするＴｉ−Ａｌ
合金の接合方法。 - 【請求項７】 真空雰囲気下で昇温速度１０〜１００Ｋ
／ｍｉｎ、合成温度１２７３〜１３２３Ｋ、圧力４５〜
７０ＭＰａの条件でパルス通電加圧焼結して接合するこ
とを特徴とする請求項６記載のＴｉ−Ａｌ合金の接合方
法。 - 【請求項８】 パルス通電加圧−燃焼合成法により予め
形成したＴｉＡｌ相に平均粒径１０μｍ〜２０μｍであ
るＴｉＡｌとＴｉ3 Ａｌの混晶が均一に分散した複数個
のＴｉ−Ａｌ合金相互をまたは一方が前記Ｔｉ−Ａｌ合
金そして他方が耐熱鋼もしくは他のＴｉ合金とを摩擦溶
接法により接合することを特徴とするＴｉ−Ａｌ合金の
接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36236897A JP3380892B2 (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Ｔｉ−Ａｌ合金および同合金の製造方法ならびに同合金の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36236897A JP3380892B2 (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Ｔｉ−Ａｌ合金および同合金の製造方法ならびに同合金の接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11172351A true JPH11172351A (ja) | 1999-06-29 |
| JP3380892B2 JP3380892B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=18476673
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