WO2011152553A1

WO2011152553A1 - 銅粉、クロム粉または鉄粉を配合したチタン合金複合粉、これを原料としたチタン合金材及びその製造方法

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Publication number: WO2011152553A1
Application number: PCT/JP2011/062873
Authority: WO
Inventors: 治叶野; 英男高取; 菅原　智
Original assignee: 東邦チタニウム株式会社
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2011-12-08
Also published as: RU2012156888A; JPWO2011152553A1; RU2572928C2; EP2578336A4; US20130071284A1; EP2578336A1; JP5889786B2; CN102905822B; CN102905822A

Abstract

チタン合金スクラップ及びチタン合金インゴットを原料として、粉末法により、品質の優れたチタン合金粉、チタン合金材およびその製造方法を提供する。チタン合金原料を水素化して水素化チタン合金とし、粉砕・篩別、脱水素化により得られたチタン合金粉に銅粉、クロム粉または鉄粉の１種または２種以上を添加してチタン合金複合粉を得、ＣＩＰ処理後にＨＩＰ処理、またはチタン合金複合粉をカプセル封入後にＨＩＰ処理により緻密化したチタン合金材を得る製造方法。また、この製造方法により得られるチタン合金複合粉及びチタン合金材。

Description

銅粉、クロム粉または鉄粉を配合したチタン合金複合粉、これを原料としたチタン合金材及びその製造方法

　本願発明は、銅粉、クロム粉または鉄粉を配合したチタン合金複合粉、これを原料としたチタン合金材およびその製造方法に係り、特に、機械的特性に優れたチタン合金材およびその製法に関する。

　チタン合金、特にＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は、航空機用として古くから知られている。このチタン合金は、真空アーク溶解法あるいは電子ビーム溶解法によって製造されている。真空アーク溶解法は、チタン材に、Ａｌ−Ｖ母合金を適切な量だけ配合した後、プレス成形してブリケットとなし、次いで、前記ブリケットを相互に接合して溶解用電極として、この溶解用電極を真空アーク溶解炉にセットして真空中で溶解して、合金インゴットを製造する方法である。

　これに対して電子ビーム溶解法は、チタン材およびＡｌ−Ｖ母合金からなる溶解原料をハースに供給して電子ビームを照射してこれらを溶解させ、この溶湯を下流に設けた鋳型に流し込んで合金インゴットを製造する方法である。

　しかしながら、これらの溶解法によるチタン合金の溶製方法では、インゴットが下方から上方へ順次凝固していくため、合金成分がインゴットの下方と上方で偏る、所謂成分偏析という課題に、常に対応していくことが求められる。この偏析のために、合金成分や第三の添加成分を高濃度にすることが困難である。また、電子ビーム溶解法においては、ハースから低融点成分が揮発して、溶湯の経時的な成分変動を引き起こすという課題を有する。

　上述した溶解法に対して粉末原料を用いた合金は、均一に混合した合金粉末原料を加圧成形する方法が使用されており、インゴットの下方から上方へ順次凝固させていく溶解法に比べると、偏析という観点では、圧倒的に有利である。また、溶湯を経由しないため、低融点成分の揮発という問題も生じない。このように、溶解法に比べて、粉末法によるチタン合金の製法は、種々の利点がある。

　しかしながら、粉末法で使用されるチタン合金粉は、加工性あるいは成形性が悪く、その結果、焼結密度が上がりにくいという別の課題がある。特に、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に対しては、塑性変形能が小さく、よって、粉末法による通常の方法では、焼結密度が上がり難いことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

　よって、通常の粉末は、冷間等方圧圧縮（Ｃｏｌｄ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、以下ＣＩＰと略称する）熱間等方圧圧縮（Ｈｏｔ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、以下ＨＩＰと略称する）処理に代表されるような焼結法により、緻密なチタン合金材が製造されている。

　しかしながら、前記のようなＣＩＰ処理とＨＩＰ処理を用いた焼結処理をした場合であっても、残留空孔が生じて、製造されたチタン合金材の焼結密度が上がらない場合がある。この点については、例えば、前記合金粉に、第三成分としてＢ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒ、ＮｂあるいはＨｆを添加することで、ＣＩＰ処理とＨＩＰ処理された合金材の強度や靭性が改善される場合があることが知られている（例えば、特許文献２参照）。

　しかしながら、前記特許文献２にも開示されている焼結後のチタン合金中の残留空孔の上限が５０μｍ以下と規定されており、現状に比べて更に高い強度が求められる材料には、更なる微細な空孔や実質的に空孔のない緻密な合金が望まれている。

特公平０２−０５０１７２号公報特開平５−００９６３０号公報

　本願発明は、チタン合金スクラップまたはチタン合金インゴットを原料として、粉末法により品質の優れたチタン合金粉、チタン合金材料およびその製造方法を提供することを目的とする。

　かかる実情に鑑み前記課題について鋭意検討を進めたところ、前記チタン合金スクラップまたはチタン合金インゴットを原料として、これを水素化して水素化チタン合金とした後、これを脱水素することによりチタン合金粉とし、更に、銅粉、クロム粉または鉄粉を配合して組成の均一なチタン合金複合粉を製造できることを知見し、本願発明を完成するに至った。

　また、銅粉、クロム粉または鉄粉を配合したチタン合金複合粉を、ＣＩＰ処理後ＨＩＰ処理する方法、または、チタン合金複合粉をカプセルに封入してＨＩＰ処理する方法により、理論密度に対する見掛け密度を９９％以上に緻密化できることを見出し、本願発明を完成するに至った。

　即ち、本願発明に係るチタン合金複合粉は、チタン合金粉に、銅粉、クロム粉または鉄粉から選択される少なくとも１種の金属粉を配合したチタン合金複合粉であって、配合される金属粉が１種の場合はその配合量は１~１０ｗｔ％であり、２種以上の場合はその配合量は１~２０ｗｔ％であることを特徴とするものである。

　本願発明に係るチタン合金複合粉を構成するチタン合金粉が、アルミニウムおよびバナジウムを含有、または、アルミニウムおよびバナジウムに加えてジルコニウム、スズ、モリブデン、鉄、クロムの中から少なくとも１種または２種以上含有されていることを好ましい態様とするものである。

　本願発明に係るチタン合金複合粉に用いる銅粉、クロム粉または鉄粉のいずれかの平均粒度が１~３００μｍの範囲にあることを好ましい態様とするものである。

　本願発明に係るチタン合金複合粉の製造方法は、これに用いるチタン合金粉が、チタン合金原料を水素化して得られた水素化チタン合金粉を、脱水素してチタン合金粉とした後に、銅粉、クロム粉または鉄粉のうちのいずれかを１種以上配合したことを特徴とするものである。

　本願発明に係るチタン合金材の製造方法は、チタン合金複合粉を、ＣＩＰ処理後ＨＩＰ処理する方法、またはチタン合金複合粉をカプセルに封入してＨＩＰ処理する方法により緻密化したことを特徴とするものである。

　本願発明に係るチタン合金材は、チタン合金材の原料であるチタン合金粉が、チタン合金原料を水素化して得られた水素化チタン合金粉を、脱水素してチタン合金粉とした後に、銅粉、クロム粉または鉄粉のうちのいずれかを１種以上配合したチタン合金複合粉を原料とすることを特徴とするものである。

　前記方法で製造されたチタン合金材の真密度が理論密度の９９％以上であることを好ましい態様とするものである。

　以上、本願発明に係るチタン合金材は、溶解および凝固を経ないため、銅やクロムあるいは鉄の偏析が起きず、その結果、溶解法では分散または固溶させることが困難とされていた高い濃度の銅やクロムまたは鉄を添加することができるという効果を奏するものである。また、チタン合金粉末と、銅粉、クロム粉または鉄粉との反応は緻密化工程でおこるので、混合の段階ではメカニカルアロイング等の特殊な手法は不要であるという別異の効果も奏するものである。

本願発明のチタン合金材の製造工程を示すチャート図である。水素化脱水素化工程で製造されたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末のＳＥＭ写真である。チタン合金粉に銅粉を添加したチタン合金複合粉末のＳＥＭ写真である。５％Ｃｕ含有Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金材の幅方向におけるＥＰＭＡ分析結果である。

　本願発明の最良の実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
　図１は、本願発明に係るチタン合金材の製造に係る好ましい態様を表している。本願発明に係るチタン合金原料は、所望の成分を有する母合金粉を別途製造して、純チタン粉とこの母合金粉を混合して使用してもよいが、母合金粉は高価であるため、コスト削減の観点から、チタン合金切粉、チタン合金鍛造片、あるいは、チタン合金棒の端材等の、当初より所望の成分を有する合金スクラップまたはチタン合金インゴットを原料として用いることが好ましい。

　これらのチタン合金スクラップまたはチタン合金インゴット（以降、単に「チタン合金原料」と略称する場合がある。）は、事前に所定の長さ、あるいは、大きさにサイジングしておく寸法調整を行なうことが好ましい。例えば、合金切粉の場合には、１００ｍｍ以下の長さに、事前に切断しておくことが好ましい。前記のような長さに切断しておくことにより、次工程の水素化工程を効率よく進めることができるという効果を奏するものである。また、鍛造片のようなブロック状の合金スクラップでは、水素化炉に入る程度の大きさであれば、特に事前処理の大きさであれば支障がない。合金原料が、チタン合金インゴットの場合は、切粉にすることが好ましい。

　前記のように処理して調整されたチタン合金原料は、水素雰囲気下での水素化処理工程に供される。水素化処理は、５００~６５０℃の温度域で行なうことが好ましい。合金原料の水素化処理反応は、発熱反応であるため、水素化反応の進行に伴い、加熱炉による昇温操作は不要であり自発的に水素化反応を進めることができる。

　水素化処理されたチタン合金原料（以降、単に「水素化チタン合金」と略称する場合がある。）は、室温まで冷却後、アルゴンガス等の不活性雰囲気で所定の粒度になるまで粉砕・篩別することが好ましい。

　前記した水素化チタン合金粉の粉砕および篩別処理を行なうことにより、次の工程で行なうＣＩＰ処理後にＨＩＰ処理する方法、またはチタン合金複合粉をカプセルに封入後ＨＩＰ処理する方法によるチタン合金複合粉の緻密化工程を効果的に進めることができるという効果を奏する。

　続いて、粉末状に粉砕・篩別された水素化チタン合金粉は、減圧雰囲気に保持された雰囲気中で、高温域まで加熱処理することが好ましい。脱水素処理温度は、５００℃~８００℃の温度域で行うことが好ましい。脱水素反応は、前記の水素化処理反応と異なり吸熱反応であるために、水素化チタン合金粉からの水素の発生がなくなるまで、加熱操作が必要とされる。前記操作により本願発明に係るチタン合金粉を得ることができる。

　本願発明に係るチタン合金粉は、１~３００μｍの範囲に整粒しておくことが好ましいとされる。

　前記脱水素処理が完了して得られたチタン合金粉は、相互に焼結している場合があり、この場合には、再度、粉砕および篩別処理を行なうことが好ましい。

　脱水素処理後、粉砕および篩別されたチタン合金粉に、本願発明に用いる、第三成分である銅粉、クロム粉、または鉄粉を配合することにより、本願発明に係るチタン合金複合粉を得ることができる。粉砕・篩別処理され、銅粉、クロム粉または鉄粉を配合したチタン合金複合粉の粒度は、１~３００μｍの範囲に整粒しておくことが好ましい。

　本願発明においては、前記緻密化処理は、ＣＩＰまたはＨＩＰを適宜、組み合わせて処理することが好ましい。

　例えば、上述の方法で得られたチタン合金複合粉をＣＩＰラバーに充填して、１００~２００ＭＰａで処理した後、次いで、ＨＩＰカプセルに充填し、β変態点を越えない温度において５０~２００ＭＰａの圧力で１~５Ｈｒ、ＨＩＰ処理することが好ましい。このようなＣＩＰ処理後、次いで行うＨＩＰ処理を行なうことにより緻密化されたチタン合金材料を得ることができる。

　また、前記した上述の方法で得られたチタン合金複合粉を、ＣＩＰ処理しないで、ＨＩＰカプセルに充填し、β変態点を越えない温度において５０~２００ＭＰａの圧力で１~５Ｈｒ、ＨＩＰ処理することが好ましい。このようなＨＩＰ処理単独でも行なうことにより緻密化されたチタン合金材料を得ることができる。

　次に、チタン合金粉に配合する銅粉、クロム粉または鉄粉の添加による作用効果について以下に説明する。
銅粉、クロム粉または鉄粉添加の作用効果
　チタン合金粉に対して、銅粉、クロム粉または鉄粉を配合することにより材料の機械的特性向上、成形性と焼結性の改善が期待される。

　本発明では、チタン合金粉に対して、第三成分として、銅粉、クロム粉、または鉄粉を配合することが好ましい。その配合比率は、これらの金属粉が単独添加される場合には、チタン合金粉の重量に対して、１~１０％の範囲に配合することが好ましい。また、銅粉、クロム粉、または鉄粉が２種以上複合配合される場合の配合比率は、チタン合金粉の重量に対して、合計で１~２０％の範囲に配合することが好ましい。

　また、チタン合金に最初から鉄あるいはクロムを含有する場合は、前記チタン合金に含まれている鉄あるいはクロムの含有量と後で添加する鉄あるいはクロムの添加量との合計が１~１０％の範囲に配合することが好ましい。

　チタン合金粉に単独添加される第三成分の銅粉、クロム粉、または鉄粉の配合比が１％以下では、焼結過程での緻密化工程において、十分な緻密化の効果が十分に発揮されない。一方、チタン合金粉に添加される銅粉、クロム粉、または鉄粉の配合比が１０％を超えると、チタン合金の強度が低下して好ましくない。

　チタン合金粉に第三成分が複合添加される場合にも同様の理由により、チタン合金粉に対する配合比率は、１％~２０％の範囲とすることが好ましい。

　また、チタン合金に最初から銅、クロムあるいは鉄が含有されている場合には、前記チタン合金に含まれる銅、クロムあるいは鉄の重量に、後で添加するそれぞれの金属の添加量との合計が１~２０％の範囲に配合することが好ましい。

　本願発明で使用する銅粉、クロム粉、または鉄粉の純度は、２Ｎ５~４Ｎ５程度の純度を有しているものが好ましい。

　チタン合金粉は成形性が悪く、単純な金型プレス等では成形が難しいために、ＣＩＰ処理が必要となる。ＣＩＰ処理した成形体もＣＩＰ圧力に敏感で、１００ＭＰａ未満の加圧力では強度が不足し、良好な成形体が得られない。

　しかしながら、チタン合金粉に銅粉やクロム粉あるいは鉄粉を添加すると成形体の強度が強くなり、１００ＭＰａ以下の成形圧力でも成形体の形状が維持される。これは、チタン合金粉の変形能の少ない性質が銅粉やクロム粉あるいは鉄粉を添加することにより改善されるためと考えられる。

　銅粉やクロム粉あるいは鉄粉を添加したチタン合金粉は、上述のように変形能が改善されているために、その結果、焼結特性も優れているという効果を奏するものである。

　また、銅粉やクロム粉あるいは鉄粉を添加したチタン合金粉をＣＩＰ処理後、次いで行うＨＩＰ処理、またはカプセルに封入してのＨＩＰ処理を行うことでボイドのない理論密度に対する密度比が９９％以上の焼結体が得られる。これは、銅粉やクロム粉あるいは鉄粉が焼結促進剤として作用したためと考えられる。

　また、銅粉やクロム粉あるいは鉄粉の配合比を前記範囲に制御することにより、ＣＩＰ処理後次いで行うＨＩＰ処理する方法、またはカプセルに封入してのＨＩＰ処理を行うことにより、緻密化処理されたチタン合金材料の機械的性質を良好に維持することができるという効果を奏するものである。これは、銅粉やクロム粉あるいは鉄粉の添加による固溶強化効果によるものである。

　チタン合金粉に添加する銅粉やクロム粉あるいは鉄粉は、市販されている粉末状の試料を用いることができる。粉末状の試料が入手困難な場合は、塊状試料を粉砕・篩別して得られた粉末を使用することができる。

　銅粉やクロム粉あるいは鉄粉を添加したチタン合金粉は、ＣＩＰ処理後、次いで行うＨＩＰ処理、またはチタン合金粉をカプセルに封入してのＨＩＰ処理を行うことにより緻密化される。

　例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に銅粉やクロム粉あるいは鉄粉を添加した合金は、β変態点以下の温度９００℃において、１００~２００ＭＰａの静水圧でＣＩＰ処理し、次いで１００ＭＰａの静水圧で１時間ＨＩＰ処理することが好ましい。

　また、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に銅粉やクロム粉あるいは鉄粉を添加した合金は、カプセルに封入後、β変態点以下の温度９００℃において、１００ＭＰａの静水圧で１時間ＨＩＰ処理することが好ましい。このような緻密化処理により密度９９％以上のチタン合金材料が得られる。

　チタン合金粉に配合された銅粉やクロム粉あるいは鉄粉は、緻密化工程で合金材マトリックスのチタン中に拡散することにより、チタン合金中に銅、クロムまたは鉄原子が均一に固溶した合金を製造することができるという効果を奏するものである。

　本願発明においては、チタン合金中に固溶させる銅、クロムまたは鉄は、従来のような溶解法に比べて、単独添加の場合で１~１０ｗｔ％、複合添加の場合で１~２０ｗｔ％の高い範囲まで固溶させることができるという効果を奏するものである。その結果、チタン合金材料の機械的特性を効果的に制御できるという効果を奏するものである。

　また、本願発明においては、前記のチタン合金粉は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ合金、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ合金，Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ合金、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ合金（１０−２−３）、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．６Ｍｏ−０．４Ｆｅ合金（Ｔｉｍｅｔａｌ　５４Ｍ）、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金（ＳＰ７００）、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ合金（１５−３−３−３）、Ｔｉ−４Ａｌ−２．５Ｖ−１．５Ｆｅ合金（ＡＴＩ４２５）Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ合金（Ｔｉ−５５５３）から構成されるチタン合金を原料として使用することができる。

　以上述べた方法により緻密化された銅、クロム、鉄を含有するチタン合金材料は、その後の例えば圧延、押出、引抜き等の加工と熱処理により、一層機械的特性を制御することができるという効果を奏するものである。

　チタン合金粉の具体的な作製例について、以下に説明する。
［実施例１］
　Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金スクラップ切粉を、長さ１０ｍｍ以下のチップに切断した後、容器に挿入し炉にセット、真空排気後加熱を開始し、炉内温度が３００℃になってから水素を炉内に導入、炉内を水素でやや加圧常態にしながら６５０℃まで加熱を続けた。この間Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金スクラップ切粉と水素が反応、炉内温度が上昇したので、ヒーター出力をゼロとし、反応が収まるまで持続させた。

　反応が完全に終了したら、炉を冷却し材料を取り出した。Ｘ線回折で確認したところ、水素化チタンのピークのみが検出され、材料は全て水素化物になったことが確認された。この水素化物をアルゴンガス雰囲気で粉砕、３００メッシュの篩で篩い分け４８μｍ以下の粒度の水素化チタン合金粉を得た。この水素化チタン合金粉をＴｉ製の容器に挿入し、真空加熱炉で脱水素処理した。真空排気後加熱を開始すると、３００℃前後の温度から水素ガスを乖離する反応（脱水素）が起こり、そのまま、５００℃、６００℃と温度を上昇させ、脱水素化を促した。脱水素化反応は吸熱反応であるため、脱水素化を効率よく行うためには、炉内温度を一定に維持することが重要で、６５０℃に１Ｈｒ保持すると、真空度が回復、１×１０^−３ｍｂａｒの真空度が得られたので、ヒーターを停止、冷却した。取り出した粉末はＸ線回折により、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金粉であることが確認された。また、一部凝集していたので、塊砕機により塊砕し、３００μｍ以下のチタン合金粉を得た。図２にここで得られたチタン合金粉のＳＥＭ写真を示す。同写真より、本願発明に係る方法で製造されたチタン合金粉は、比較的粒度の揃った合金粉が得られていることが確認された。

［実施例２］
　実施例１に記載のチタン合金粉に、日鉱金属株式会社製の電解銅粉（粒度、４５μｍ以下）をチタン合金粉に対して５ｗｔ％になるように配合し、Ｖ型混合機で混合した。図３は、上述の方法で製造されたチタン合金複合粉に係るＳＥＭ写真を示す。同写真より、本願発明で製造されたチタン合金複合粉は、比較的粒度が揃っていることが確認された。得られた混合粉の粒度は最大３００μｍ、平均粒度６０μｍであった。

［実施例３］
　実施例２に記載のＣｕ添加チタン合金粉を、ＣＩＰラバーに充填、１００ＭＰａでＣＩＰ処理した。ＣＩＰ成形体の密度は６５％であり、自立できるだけの十分な強度を保有しており、取扱い時に崩れるようなことはなかった。

　ＣＩＰ成形体を、軟鋼カプセルに封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ条件は９００℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒである。ＨＩＰ処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ９９％以上であった。ここでいう密度とは、真密度に対する見掛け密度の比を意味する。

［実施例３−２］
　実施例２に記載のＣｕ添加チタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ条件は９００℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒである。ＨＩＰ処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ９９％以上であった。ここでいう密度とは、真密度に対する見掛け密度の比を意味する。

［実施例４］
　実施例３のチタン合金材の引張り試験と硬さ測定試験を行った。０．２％耐力は１２００ＭＰａ、引張り強さは１３００ＭＰａ、延びは１０％であった。０．２％耐力、引っ張り強さとも、溶解法で作製されたＣｕ無添加のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金焼鈍材より２０％以上高強度であることが確認された。ビッカース硬さは４６５であった。

　実施例３のチタン合金材料を１０．５ｍｍの範囲にわたってＥＰＭＡで分析、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｕの各成分のばらつきを確認し、その結果を図４に示す。Ｃｕ濃度は１０．５ｍｍの分析範囲内で、ほぼ均一に５％となっていることが確認された。

［実施例５］
　実施例１のチタン合金粉にＣｒ粉をチタン合金粉に対して５ｗｔ％になるよう配合して、Ｃｒ含有チタン合金粉を得た。Ｃｒ粉は、日本重化学工業株式会社製の電解Ｃｒを粉砕、５０メッシュの篩いを通過した粉を用いた。実施例３と同様の条件で、ＣＩＰ処理後、次いでＨＩＰ処理を行い、Ｃｒ含有チタン合金材料を得た。その密度は９９％以上であった。

［実施例５−２］
　実施例５に記載のクロム添加チタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ条件は９００℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒである。ＨＩＰ処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ９９％以上であった。

［実施例６］
　実施例１のチタン合金粉にＦｅ粉をチタン合金粉に対して５ｗｔ％になるよう配合して、Ｆｅ含有チタン合金粉を得た。Ｆｅ粉は、市販されているアトマイズ鉄粉であり、平均粒径４μｍの粉を用いた。実施例３と同様の条件で、ＣＩＰ処理後、次いでＨＩＰ処理を行い、Ｆｅ含有チタン合金材料を得た。その密度は９９％以上であった。

［実施例６−２］
　実施例６に記載の鉄添加チタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ条件は９００℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒである。ＨＩＰ処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ９９％以上であった。

［実施例７］
　実施例１のチタン合金粉にＣｕ粉とＦｅ粉をチタン合金粉に対してそれぞれ５ｗｔ％、Ｃｕ＋Ｆｅ合計で１０ｗｔ％になるよう配合して、Ｃｕ、Ｆｅ含有チタン合金粉を得た。Ｃｕ粉、Ｆｅ粉は、それぞれ実施例２、実施例６で記述したものと同じ粉を用いた。実施例３と同様の条件で、ＣＩＰ処理後、次いでＨＩＰ処理を行い、Ｃｕ、Ｆｅ含有チタン合金材料を得た。その密度は９９％以上であった。

［実施例７−２］
　実施例７に記載のＣｕ粉とＦｅ粉を添加したチタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ条件は９００℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒである。ＨＩＰ処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ９９％以上であった。

［実施例８］
　実施例１のチタン合金粉にＣｕ粉とＣｒ粉をチタン合金粉に対してそれぞれ５ｗｔ％、Ｃｕ＋Ｃｒ合計で１０ｗｔ％になるよう配合して、Ｃｕ、Ｃｒ含有チタン合金粉を得た。Ｃｕ粉、Ｃｒ粉は、それぞれ実施例２、実施例５で記述したものと同じ粉を用いた。実施例３と同様の条件で、ＣＩＰ処理後、次いでＨＩＰ処理を行い、Ｃｕ、Ｃｒ含有チタン合金材料を得た。その密度は９９％以上であった。

［実施例８−２］
　実施例８に記載のＣｕ粉とＣｒ粉を添加したチタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ条件は９００℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒである。ＨＩＰ処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ９９％以上であった。

［実施例９］
　実施例１のチタン合金粉にＣｒ粉とＦｅ粉をチタン合金粉に対してそれぞれ５ｗｔ％、Ｃｒ＋Ｆｅ合計で１０ｗｔ％になるよう配合して、Ｃｒ、Ｆｅ含有チタン合金粉を得た。Ｃｒ粉、Ｆｅ粉は、それぞれ実施例５、実施例６で記述したものと同じ粉を用いた。実施例３と同様の条件で、ＣＩＰ処理後、次いでＨＩＰ処理を行い、Ｃｒ、Ｆｅ含有チタン合金材料を得た。その密度は９９％以上であった。

［実施例９−２］
　実施例９に記載のＣｒ粉とＦｅ粉を添加したチタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ条件は９００℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒである。ＨＩＰ処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ９９％以上であった。

［実施例１０］
　実施例１のチタン合金粉にＣｕ粉、Ｃｒ粉、Ｆｅ粉をチタン合金粉に対してそれぞれ４ｗｔ％、Ｃｕ＋Ｃｒ＋Ｆｅ合計で１２ｗｔ％になるよう配合して、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ含有チタン合金粉を得た。Ｃｕ粉、Ｃｒ粉、Ｆｅ粉は、それぞれ実施例２、実施例５、実施例６で記述したものと同じ粉を用いた。実施例３と同様の条件で、ＣＩＰ処理後、次いでＨＩＰ処理を行い、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ含有チタン合金材料を得た。その密度は９９％以上であった。

［実施例１０−２］
　実施例１０に記載のＣｕ粉、Ｃｒ粉、Ｆｅ粉を添加したチタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ条件は９００℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒである。ＨＩＰ処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ９９％以上であった。

［実施例１１］
　実施例２と全く同じ方法でＣｕ粉含有量１％、３％、８％、１０％となるようにＣｕ粉を配合して、Ｃｕ含有チタン合金粉を得た。実施例３と全く同じ方法でＣＩＰ処理、ＨＩＰ処理して、Ｃｕ含有チタン合金材料を得た。これらの材料の密度はいずれも９９％以上であった。ビッカース硬さを測定したところ、表１の通りであった。表１には実施例４でのべた５ｗｔ％含有合金の結果も合わせて示す。

［実施例１１−２］
　実施例１１に記載のＣｕ粉含有量１％、３％、８％、１０％となるようにＣｕ粉を配合したチタン合金粉を、軟鋼カプセルに封入してＨＩＰ処理した。ＨＩＰ条件は９００℃、１００ＭＰａ、１Ｈｒである。ＨＩＰ処理後、チタン合金材を取り出しその密度を測定したところ９９％以上であった。ビッカース硬さを測定したところ、表２の通りであった。表２には実施例３−２で述べた５ｗｔ％含有合金の結果も合わせて示す。

［比較例１］
　実施例１と同じチタン合金粉にＣｕ、Ｃｒ、Ｆｅ粉を添加することなく、実施例３と同じ条件でＣＩＰ処理した。ＣＩＰラバーから取り出すとＣＩＰ成形体は十分な強度を持たず、取り出し直後にコーナー部が崩れた。一部崩れてはいたが、ＨＩＰ容器に封入しようとハンドリングしたところ、中央部から２つに割れてしまい、ＨＩＰ処理することが出来なかった。ついでＣＩＰの静水圧を２００ＭＰａとして同じようにＣＩＰ処理したところ、成形体ができたので、ハンドリングに十分注意してＨＩＰ容器に封入、実施例３と同じ条件でＨＩＰ処理した。ＨＩＰ容器から取り出し密度を測定したところ、９８％であった。

［比較例２］
　実施例１１において、チタン合金粉に添加する銅粉の添加比率を、０．５％と１１％に対しても、焼結後に得られた焼結体の密度比を測定し、その結果を表３に示した。チタン合金粉に添加する銅粉の添加比率が０．５％の場合に得られた焼結体の密度比は、９８．３％であった。また、チタン合金粉に添加する銅粉の添加比率が１１％の場合に得られた焼結体の密度比は、９８．２％であった。このように、チタン合金粉に添加する銅粉の添加比率が、１~１０％の範囲においては、得られた焼結体の密度比は、９９％以上であり良好な結果を示した。しかしながら、チタン合金粉に添加する銅粉の添加比率が１％未満の場合や、１０％超の場合には、焼結体の密度比は、９９％未満と低下することが確認された。

　本願発明は、チタン合金スクラップ又はインゴットを原料として、水素化、脱水素化法によるチタン合金複合粉、及び緻密化したチタン合金材料、及びその製造方法を提供するものである。

Claims

　チタン合金粉に、銅粉、クロム粉または鉄粉から選択される少なくとも１種の金属粉を配合したチタン合金複合粉であって、
　配合される金属粉が１種の場合はその配合量は１~１０ｗｔ％であり、２種以上の場合はその配合量は１~２０ｗｔ％であることを特徴とするチタン合金複合粉。
　前記チタン合金粉が、アルミニウムおよびバナジウムを含有、もしくは、アルミニウムおよびバナジウムに加えて、ジルコニウム、スズ、モリブデン、鉄、クロムの中から少なくとも１種または２種以上含有されていることを特徴とする請求項１記載のチタン合金複合粉。
　前記銅粉、クロム粉または鉄粉のいずれかの平均粒度が１~３００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のチタン合金複合粉。
　チタン合金原料を水素化して水素化チタン合金粉とし、
　前記水素化チタン合金粉を脱水素してチタン合金粉とし、
　銅粉、クロム粉または鉄粉のうちのいずれかを１種以上配合することを特徴とするチタン合金複合粉の製造方法。
　請求項１~３のいずれかに記載のチタン合金複合粉を、ＣＩＰ処理後次いでＨＩＰ処理する方法、または、カプセルに充填後ＨＩＰ処理する方法のいずれかの方法で緻密化することを特徴とするチタン合金材の製造方法。
　請求項５に記載の方法で製造されたチタン合金材。
　前記チタン合金材の真密度が理論密度の９９％以上であることを特徴とする請求項６に記載のチタン合金材。