JPH02101134A - 耐熱複合材料 - Google Patents
耐熱複合材料Info
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- JPH02101134A JPH02101134A JP25117088A JP25117088A JPH02101134A JP H02101134 A JPH02101134 A JP H02101134A JP 25117088 A JP25117088 A JP 25117088A JP 25117088 A JP25117088 A JP 25117088A JP H02101134 A JPH02101134 A JP H02101134A
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- Japan
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- intermetallic compound
- heat
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、軽量であって慣性重量が小さくしかも耐熱性
や靭性に優れていることが要求される例えばエンジンバ
ルブ、ピストン、ロッカーアームなどの往復運動部品の
素材として好適に利用され、また、軽量であって応答性
に優れしかも耐熱性および靭性にも優れていることが要
求される例えばターボチャージャーロータやタービンブ
レードなどの回転運動部品の素材として好適に利用され
る軽量な耐熱複合材料に関するものである。 （従来の技術） 従来、上述した各種往復運動部品や回転運動部品におい
ては、例えば、ピストンの素材として鋳造用アルミニウ
ム合金が使用され、またエンジンバルブの素材として耐
熱鋼が使用され、ロッカーアームの素材として鋳鉄が使
用され、ターボチャージャーロータやタービンブレード
の素材としてＮｉ基耐熱合金が使用されていた。 しかしながら、例えば、アルミニウム系合金の場合には
軽量であるものの耐熱性に劣り、耐熱鋼、鋳鉄などの鉄
系材料やＮｉ基合金では耐熱性が良好であるものの重量
が大であり、例えば、ターボチャージャーロータにおけ
る応答性の向上、エンジンバルブやロッカーアームにお
ける慣性重量の減少による高速化（エンジンの高回転化
）に限界を有しているという問題点があった。 そこで、このような問題点を解消するために。 セラミックス材料の開発もなされており、なかにはＴｉ
Ａ、ｌ系金属間化合物を軽量な耐熱材料として活用する
試みもなされている。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このようなＴ ｉ Ａ ｌ系金属間化合
物は、７００℃以上において温度の上昇とともに酸化が
進行するので、とくに高温での耐熱性が要求される部品
、例えば、ターボチャージャーロータ、ニゲソーストバ
ルブ、タービンブレードなどの素材としての適用が困難
であるという課題を有していた。 （発明の目的） 本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされたも
ので、軽量であって構造体としての必要な強度および靭
性（延性）を有しているとともに、高温酸化雰囲気中例
えば高温大気雰囲気中での酸化が著しく少なく耐熱・耐
酸化性に優れた高比強度の耐熱複合材料を提供すること
を目的としている。
や靭性に優れていることが要求される例えばエンジンバ
ルブ、ピストン、ロッカーアームなどの往復運動部品の
素材として好適に利用され、また、軽量であって応答性
に優れしかも耐熱性および靭性にも優れていることが要
求される例えばターボチャージャーロータやタービンブ
レードなどの回転運動部品の素材として好適に利用され
る軽量な耐熱複合材料に関するものである。 （従来の技術） 従来、上述した各種往復運動部品や回転運動部品におい
ては、例えば、ピストンの素材として鋳造用アルミニウ
ム合金が使用され、またエンジンバルブの素材として耐
熱鋼が使用され、ロッカーアームの素材として鋳鉄が使
用され、ターボチャージャーロータやタービンブレード
の素材としてＮｉ基耐熱合金が使用されていた。 しかしながら、例えば、アルミニウム系合金の場合には
軽量であるものの耐熱性に劣り、耐熱鋼、鋳鉄などの鉄
系材料やＮｉ基合金では耐熱性が良好であるものの重量
が大であり、例えば、ターボチャージャーロータにおけ
る応答性の向上、エンジンバルブやロッカーアームにお
ける慣性重量の減少による高速化（エンジンの高回転化
）に限界を有しているという問題点があった。 そこで、このような問題点を解消するために。 セラミックス材料の開発もなされており、なかにはＴｉ
Ａ、ｌ系金属間化合物を軽量な耐熱材料として活用する
試みもなされている。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このようなＴ ｉ Ａ ｌ系金属間化合
物は、７００℃以上において温度の上昇とともに酸化が
進行するので、とくに高温での耐熱性が要求される部品
、例えば、ターボチャージャーロータ、ニゲソーストバ
ルブ、タービンブレードなどの素材としての適用が困難
であるという課題を有していた。 （発明の目的） 本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされたも
ので、軽量であって構造体としての必要な強度および靭
性（延性）を有しているとともに、高温酸化雰囲気中例
えば高温大気雰囲気中での酸化が著しく少なく耐熱・耐
酸化性に優れた高比強度の耐熱複合材料を提供すること
を目的としている。
（課題を解決するための手段）
本発明の第１請求項に係る耐熱複合材料は、ＡｆＬを３
０〜４２重量％含み、残部実質的にＴｉからなるＴｉＡ
Ｊｌ系金属間他金属間化合物たは全部に、Ｃｒ基被被覆
材被覆してなる構成としたことを特徴としており、本発
明の第２請求項に係る耐熱複合材料は、Ａｕを３０〜４
２重量％含み、さらにＮｉ：０．０５〜３．０重量１％
、Ｓｉ：０．０５〜３．０重量％、Ｍｎ：０．０５〜３
．０重量％、Ｂ：０．００５〜０．５重量％のうちから
選ばれる１種または２種以上の元素を含み、残部実質的
にＴｉからなるＴｉＡＪｌ系金属間他金属間化合物たは
全部に、Ｃｒ基被被覆材被覆してなる構成としたことを
特徴としており、このような耐熱複合材料の構成を上述
した従来の課題を解決するための手段としている。 本発明に係る耐熱複合材料においては、Ａｕを３０〜４
２重量％含み、必要に応じてさらにＮｉ：０．０５〜３
．０重量％、Ｓｉ：０．０５〜３．０重量％、Ｍｎ ：
０ 、０５〜３ 、０重量％。 Ｂ：０．００５〜０．５重量％のうちから選ばれる１種
または２種以上の元素を含み、残部実質的にＴｉからな
るＴｉＡｕ系金属間化合物を基材として用いているが、
この場合、Ｔｉ中に添加するＡｌｌはＴｉＡＪＬ系金属
間他金属間化合物るのに必要な元素であって、ＴｉＡｕ
系金属間化合物を形成させるためには３０〜４２重量％
の範囲とするのが望ましく、３０重量％未満ではＴｉ３
ＡＭ系金属間化合物が多くなって基材の延性が低下し、
４２重量％超過ではＴｉＡ皇３系金属間化合物が析出し
てこれもまた基材の延性が低下するので好ましくない。 また、必要に応じて添加するＮｉ、ＳｉＭ ｎ 、 Ｂ
はいずれも基材の延性を向上させるのに有効な元素群で
あり、これらのうちＮｉ、Ｓｉ。 ＭｎはＴｉＡＪＬ系金属間他金属間化合物相中て基材の
延性を向上させる効果があり、Ｓｉは基材の耐酸化性を
向上させ不効果もあり、このような効果を得るために添
加する場合はＮｉを０．０５重量％以上、Ｓｔも０．０
５重量％以上、Ｍｎも０．０５重量％以上のうちの１種
または２種以上とするのがよい。しかし、添加量が多す
ぎると未固溶部分が発生して基材の延性が低下するので
、添加するとしてもＮｉを３．０重量％以下、Ｓｉも３
．０重量％以下、Ｍｎも３．０重量％以下とするのがよ
い。また、ＢはＴ ｉ Ａ ｌ系金属間化合物の粒界を
強化して基材の延性を向上させるとともに結晶粒を微細
化して基材の強度を向上させるのに有効な元素であり、
このような効果を得るために添加する場合は０．００５
重量％以上とするのがよい。しかし、０．５重量％より
も多く添加すると脆いほう化物相が生成されて基地の延
性の低下をまねくので、添加するとしても０．５重量％
以下とするのがよい。 このような組成をもつＴｉＡｌ系金属間化合物は、鋳造
、＠９造、粉末焼結のいずれによっても製造することが
可能であり、製法については特に限定されない。 そして、このような組成をもつＴ ｉ Ａ ｌ系金属間
化合物の一部または全部にＣｒ基被被覆材被覆すること
によって１本発明に係る耐熱複合材料となるが、この場
合のＣｒ基被被覆材しては純クロムを用いることができ
、その他必要に応じてＣｒに他の成分を添加したものを
用いることもできる。そして、このＣｒ基被被覆材Ｔｉ
Ａｌ系金属間化合物の一部または全部に被覆するに際し
ては、溶融めっきや、火炎、プラズマ、爆裂などによる
溶射被覆や、物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学的蒸着（ＣＶ
Ｄ）などの手法が採用され、とくに限定はされない。そ
して、このＴｉＡｌ系金属間化合物へのＣｒ基被被覆材
被覆厚さは数ｇｍ〜数百ｐＬｍ程度であり、ＴｉＡｕ系
金属間化合物の特徴である低比重、すなわち軽量性を損
うものではない。 （実施例） プラズマアークを熱源とし、水冷銅るつぼを備えたスカ
ル炉を用いてＡｒガス雰囲気中で第１表に示す化学成分
のＴｉＡｌ系合金を溶製し、各々Ｌｋｇの鋳塊とした。 次いで、各鋳塊に対し１２５０°Ｃで５時間加熱後炉冷
する熱処理を施したのち、３ ｍｍＸ １０ ｍｍＸ
２５ ｍｍの試験片を切り出した。 次に、前記試験片の表面にＣｒめっきを施すことによっ
て厚さ１０〜３５ルｍの範囲で同じく第１表に示すそれ
ぞれの厚さのＣｒめっき層を被覆して各々耐熱複合材料
を得た。 次いで、酸化増量試験（Ｉ）として、露点２０°Ｃの合
成空気中において９００°Ｃで９６時間加熱し、加熱後
の酸化増量を調べ、また、酸化増量試験（ＩＴ）として
、露点２０°Ｃの合成空気中において第１図に示すパタ
ーンでの加熱冷却を１９２サイクルくり返し行い、この
くり返し加熱冷却後の酸化増量を調べた。これらの結果
を同じく第１表に示す。 また、各複合材料からなる引張試験片を用いて室温にお
ける引張試験を行うことにより引張強さおよび延性（伸
び）を調べたところ、同じく第１表に示す結果であった
。 第１表に示すように、発明例Ｎｏ、１−１０の耐熱複合
材料では、酸化増量がかなり少ないと共に、延性にも優
れたものとなっており、耐熱耐酸化性および靭性に優れ
ていることが要求される回転運動部品や往復運動部品の
素材として好適な軽量の耐熱耐酸化材料であることが認
められた。 これに対して、ＴｉＡＪｌ系金属間他金属間化合物Ｃｒ
被覆を施していない比較例Ｎｏ、１１＝１４の材料では
、酸化増量がかなり多いものとなっており、耐熱耐酸化
材料としてあまり適していないものであった。また、Ａ
ｎ量が少なすぎる比較例Ｎｏ、１５の材料では、Ｔｉ３
ＡＪ１全３ＡＪ合物が多くなっているため、伸びが低く
延性に劣るものとなっており、Ａｎ量が多すぎる比較例
Ｎｏ、１６の材料では、ＴｉＡＪＪ：＋金属間化合物が
析出しているため、伸びが低く延性に劣るものとなって
いた。
０〜４２重量％含み、残部実質的にＴｉからなるＴｉＡ
Ｊｌ系金属間他金属間化合物たは全部に、Ｃｒ基被被覆
材被覆してなる構成としたことを特徴としており、本発
明の第２請求項に係る耐熱複合材料は、Ａｕを３０〜４
２重量％含み、さらにＮｉ：０．０５〜３．０重量１％
、Ｓｉ：０．０５〜３．０重量％、Ｍｎ：０．０５〜３
．０重量％、Ｂ：０．００５〜０．５重量％のうちから
選ばれる１種または２種以上の元素を含み、残部実質的
にＴｉからなるＴｉＡＪｌ系金属間他金属間化合物たは
全部に、Ｃｒ基被被覆材被覆してなる構成としたことを
特徴としており、このような耐熱複合材料の構成を上述
した従来の課題を解決するための手段としている。 本発明に係る耐熱複合材料においては、Ａｕを３０〜４
２重量％含み、必要に応じてさらにＮｉ：０．０５〜３
．０重量％、Ｓｉ：０．０５〜３．０重量％、Ｍｎ ：
０ 、０５〜３ 、０重量％。 Ｂ：０．００５〜０．５重量％のうちから選ばれる１種
または２種以上の元素を含み、残部実質的にＴｉからな
るＴｉＡｕ系金属間化合物を基材として用いているが、
この場合、Ｔｉ中に添加するＡｌｌはＴｉＡＪＬ系金属
間他金属間化合物るのに必要な元素であって、ＴｉＡｕ
系金属間化合物を形成させるためには３０〜４２重量％
の範囲とするのが望ましく、３０重量％未満ではＴｉ３
ＡＭ系金属間化合物が多くなって基材の延性が低下し、
４２重量％超過ではＴｉＡ皇３系金属間化合物が析出し
てこれもまた基材の延性が低下するので好ましくない。 また、必要に応じて添加するＮｉ、ＳｉＭ ｎ 、 Ｂ
はいずれも基材の延性を向上させるのに有効な元素群で
あり、これらのうちＮｉ、Ｓｉ。 ＭｎはＴｉＡＪＬ系金属間他金属間化合物相中て基材の
延性を向上させる効果があり、Ｓｉは基材の耐酸化性を
向上させ不効果もあり、このような効果を得るために添
加する場合はＮｉを０．０５重量％以上、Ｓｔも０．０
５重量％以上、Ｍｎも０．０５重量％以上のうちの１種
または２種以上とするのがよい。しかし、添加量が多す
ぎると未固溶部分が発生して基材の延性が低下するので
、添加するとしてもＮｉを３．０重量％以下、Ｓｉも３
．０重量％以下、Ｍｎも３．０重量％以下とするのがよ
い。また、ＢはＴ ｉ Ａ ｌ系金属間化合物の粒界を
強化して基材の延性を向上させるとともに結晶粒を微細
化して基材の強度を向上させるのに有効な元素であり、
このような効果を得るために添加する場合は０．００５
重量％以上とするのがよい。しかし、０．５重量％より
も多く添加すると脆いほう化物相が生成されて基地の延
性の低下をまねくので、添加するとしても０．５重量％
以下とするのがよい。 このような組成をもつＴｉＡｌ系金属間化合物は、鋳造
、＠９造、粉末焼結のいずれによっても製造することが
可能であり、製法については特に限定されない。 そして、このような組成をもつＴ ｉ Ａ ｌ系金属間
化合物の一部または全部にＣｒ基被被覆材被覆すること
によって１本発明に係る耐熱複合材料となるが、この場
合のＣｒ基被被覆材しては純クロムを用いることができ
、その他必要に応じてＣｒに他の成分を添加したものを
用いることもできる。そして、このＣｒ基被被覆材Ｔｉ
Ａｌ系金属間化合物の一部または全部に被覆するに際し
ては、溶融めっきや、火炎、プラズマ、爆裂などによる
溶射被覆や、物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学的蒸着（ＣＶ
Ｄ）などの手法が採用され、とくに限定はされない。そ
して、このＴｉＡｌ系金属間化合物へのＣｒ基被被覆材
被覆厚さは数ｇｍ〜数百ｐＬｍ程度であり、ＴｉＡｕ系
金属間化合物の特徴である低比重、すなわち軽量性を損
うものではない。 （実施例） プラズマアークを熱源とし、水冷銅るつぼを備えたスカ
ル炉を用いてＡｒガス雰囲気中で第１表に示す化学成分
のＴｉＡｌ系合金を溶製し、各々Ｌｋｇの鋳塊とした。 次いで、各鋳塊に対し１２５０°Ｃで５時間加熱後炉冷
する熱処理を施したのち、３ ｍｍＸ １０ ｍｍＸ
２５ ｍｍの試験片を切り出した。 次に、前記試験片の表面にＣｒめっきを施すことによっ
て厚さ１０〜３５ルｍの範囲で同じく第１表に示すそれ
ぞれの厚さのＣｒめっき層を被覆して各々耐熱複合材料
を得た。 次いで、酸化増量試験（Ｉ）として、露点２０°Ｃの合
成空気中において９００°Ｃで９６時間加熱し、加熱後
の酸化増量を調べ、また、酸化増量試験（ＩＴ）として
、露点２０°Ｃの合成空気中において第１図に示すパタ
ーンでの加熱冷却を１９２サイクルくり返し行い、この
くり返し加熱冷却後の酸化増量を調べた。これらの結果
を同じく第１表に示す。 また、各複合材料からなる引張試験片を用いて室温にお
ける引張試験を行うことにより引張強さおよび延性（伸
び）を調べたところ、同じく第１表に示す結果であった
。 第１表に示すように、発明例Ｎｏ、１−１０の耐熱複合
材料では、酸化増量がかなり少ないと共に、延性にも優
れたものとなっており、耐熱耐酸化性および靭性に優れ
ていることが要求される回転運動部品や往復運動部品の
素材として好適な軽量の耐熱耐酸化材料であることが認
められた。 これに対して、ＴｉＡＪｌ系金属間他金属間化合物Ｃｒ
被覆を施していない比較例Ｎｏ、１１＝１４の材料では
、酸化増量がかなり多いものとなっており、耐熱耐酸化
材料としてあまり適していないものであった。また、Ａ
ｎ量が少なすぎる比較例Ｎｏ、１５の材料では、Ｔｉ３
ＡＪ１全３ＡＪ合物が多くなっているため、伸びが低く
延性に劣るものとなっており、Ａｎ量が多すぎる比較例
Ｎｏ、１６の材料では、ＴｉＡＪＪ：＋金属間化合物が
析出しているため、伸びが低く延性に劣るものとなって
いた。
本発明に係る耐熱複合材料は、Ａｎを３０〜４２屯量％
含み、必要に応じてさらにＮｉ：０．０５〜３．０重量
％、Ｓｉ：０．０５〜３．０重量％、Ｍｎ：０．０５〜
３．０重量％。 Ｂ：０．００５〜０．５重量％のうちから選ばれる１種
または２種以上の元素を含み、残部実質的にＴｉからな
るＴ ｉ Ａ ｌ系金属間化合物にＣｒ基被被覆材被覆
してなる構成を有するものであるから、高温酸化雰囲気
中、例えば高温大気雰囲気中での酸化が少なく、耐熱φ
耐酸化性に著しく優れたものであり、軽量であってしか
も構造物品として必要な強度および靭性（延性）を有し
ている高比強度の耐熱複合材料であるといえる。それゆ
え、この耐熱複合材料は、軽量であって慣性重量が小さ
くしかも耐熱性や、靭性に優れていることが要求される
例えばエンジンバルブ、ピストン。 ロッカーアームなどの往復運動部品の素材として好適な
ものであり、かつまた軽量であって応答性に役れしかも
耐熱性および靭性にも優れていることが要求される例え
ばターボチャージャーロータやタービンブレードなどの
回転運動部品の素材として好適なものであるという一１
１常に優れた効果がもたらされる。
含み、必要に応じてさらにＮｉ：０．０５〜３．０重量
％、Ｓｉ：０．０５〜３．０重量％、Ｍｎ：０．０５〜
３．０重量％。 Ｂ：０．００５〜０．５重量％のうちから選ばれる１種
または２種以上の元素を含み、残部実質的にＴｉからな
るＴ ｉ Ａ ｌ系金属間化合物にＣｒ基被被覆材被覆
してなる構成を有するものであるから、高温酸化雰囲気
中、例えば高温大気雰囲気中での酸化が少なく、耐熱φ
耐酸化性に著しく優れたものであり、軽量であってしか
も構造物品として必要な強度および靭性（延性）を有し
ている高比強度の耐熱複合材料であるといえる。それゆ
え、この耐熱複合材料は、軽量であって慣性重量が小さ
くしかも耐熱性や、靭性に優れていることが要求される
例えばエンジンバルブ、ピストン。 ロッカーアームなどの往復運動部品の素材として好適な
ものであり、かつまた軽量であって応答性に役れしかも
耐熱性および靭性にも優れていることが要求される例え
ばターボチャージャーロータやタービンブレードなどの
回転運動部品の素材として好適なものであるという一１
１常に優れた効果がもたらされる。
第１図は酸化増量試験
（ＩＩ）
において用いた１
サイクルの加熱冷却パターンを示す説明図である。
Claims (2)
- （１）Ａｌを３０〜４２重量％含み、残部実質的にＴｉ
からなるＴｉＡｌ系金属間化合物にＣｒ基被覆材を被覆
してなることを特徴とする耐熱複合材料。 - （２）Ａｌを３０〜４２重量％含み、さらにＮｉ：０．
０５〜３．０重量％、Ｓｉ：０．０５〜３．０重量％、
Ｍｎ：０．０５〜３．０重量％、Ｂ：０．００５〜０．
５重量％のうちから選ばれる１種または２種以上の元素
を含み、残部実質的にＴｉからなるＴｉＡｌ系金属間化
合物にＣｒ基被覆材を被覆してなることを特徴とする耐
熱複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25117088A JPH02101134A (ja) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | 耐熱複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25117088A JPH02101134A (ja) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | 耐熱複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02101134A true JPH02101134A (ja) | 1990-04-12 |
Family
ID=17218720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25117088A Pending JPH02101134A (ja) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | 耐熱複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02101134A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0641661A (ja) * | 1991-05-01 | 1994-02-15 | Natl Res Inst For Metals | Ｔｉ／Ａｌ基金属間化合物材料とその加工法 |
| CN110643853A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-03 | 太原理工大学 | 一种高强韧高稳定性TiAl-Ni合金板材的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6270531A (ja) * | 1985-09-24 | 1987-04-01 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物部材の成形法 |
| JPS63111152A (ja) * | 1986-10-30 | 1988-05-16 | Natl Res Inst For Metals | Ｓｉを添加した金属間化合物ＴｉＡｌ基耐熱合金 |
| JPS63114930A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Daido Steel Co Ltd | Ｔｉ−Ａｌ系粉末冶金用合金 |
-
1988
- 1988-10-05 JP JP25117088A patent/JPH02101134A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6270531A (ja) * | 1985-09-24 | 1987-04-01 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物部材の成形法 |
| JPS63111152A (ja) * | 1986-10-30 | 1988-05-16 | Natl Res Inst For Metals | Ｓｉを添加した金属間化合物ＴｉＡｌ基耐熱合金 |
| JPS63114930A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Daido Steel Co Ltd | Ｔｉ−Ａｌ系粉末冶金用合金 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0641661A (ja) * | 1991-05-01 | 1994-02-15 | Natl Res Inst For Metals | Ｔｉ／Ａｌ基金属間化合物材料とその加工法 |
| CN110643853A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-03 | 太原理工大学 | 一种高强韧高稳定性TiAl-Ni合金板材的制备方法 |
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