JPH02247362A - 複合強化合金と金属繊維 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、Ｖｌａ金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）等の粒界が脆
くて加工が難しい金属と延性に富む母相金属との２和合
金を塑性加工し、粒界脆性金属の微細繊維で複合強化し
てなる合金と、これより取り出すことが可能な粒界脆性
金属微細繊維に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、単結晶的な粒界脆性金属相を延性に富む母相
金属中に溶解鋳造晶出により均一に分散した２相合金を
冷間、温間、もしくは熱間加工することにより、粒界脆
性金属相を繊維径１０μｍ以下に加工して強化した複合
合金と、この複合強化合金より母相合金を選択的にエツ
チング等により溶かして形成した粒界脆性金属の微細繊
維に関するものである。

（従来の技術とその課題） Ｃｒ、Ｍｏ、ＷのＶｉａ金属やその他の高融点金属、も
しくはその合金は化学的に安定で、高温耐食性に優れ、
しかも高強度なものとして注目されているが、これら金
属の多くのものは、結晶粒界が脆いという欠点があるた
め、その特徴を生かした材料として充分に使いきれてい
ないのが実状である。

このような粒界が脆い金属に関しては、多結晶とせずに
単結晶材料として使用することや、繊維状金属として他
の金属と複合化することなどが考えられてきている。

しかしながら、単結晶材料についてはその製造と使用に
多くの制約があり、コスト的にも高いものとなる。また
現実的な展開が期待される複合材料についても、これら
の粒界脆性金属を繊維として製造する場合、通常は多結
晶インゴットを出発素材とする限り、粒界への微量不純
物元素の偏析のために加工途中で粒界で割れ易く、その
ため特に冷間で加工することは極めて困難である。一方
、Ｖｉａ金属のＭｏ、Ｗでは、熱間、温間加工を行えば
、結晶粒界組織を壊することができ、線径が０、１ｃｍ
程度まで伸線が可能である。しかし、熱間、温間加工を
行う必要があるため製造コストが増加し、しかも熱間、
温間加工によって６０，１簡より細い径の４１１雌を得
るのは極めて難しい、さらに、Ｃｒに関しては熱間、温
間加工することも難しく、細線を得るのが極めて困難で
ある。また、Ｃｒ。

Ｍｏ、Ｗに対し水素雰囲気中で帯溶融精製などにより高
純度化を行うとその加工性が幾らか改善されることが知
られているが、中間焼鈍なしに冷間加工でインゴットか
ら細線を直接得るのは極めて困難である。

他方、粒界脆性金属の細線を利用した複合強化材料に関
しては、線径が０．１−０．５　ａｙａのＭｏあるいは
Ｗ細線を真空中において鋳くるんで溶融銅と複合化する
技術がすでに知られているが、複合前にＭｏ、Ｗ細線を
熱間加工して予め用意する必要があり、また、銅とＭｏ
、Ｗ４１１線との界面における空隙を小さくするため高
圧凝固鋳造法等を採用する必要がある。しかも、複合化
の際に１１００℃以上の高温になることからＭｏ、Ｗ４
１線の再結晶化ならびに脆化は避けられず、このように
して得られた複合体そのものをさらに冷間加工すること
も困難である。それゆえ、長尺の複合合金細線や薄板を
得るのは龍しい、Ｃｒに関しては熱間加工によってもそ
れ自身の繊維を得るのが難しく、溶融銅で鋳くるんだ複
合合金は現在も存在していない。

なお、Ｃｕ−Ｃｒ複合合金に関しては、共晶組成で一方
向凝固してＣｒウィスカーが分散した接金銅合金が得ら
れることが報告されている。しかし、共晶組成が小さく
、Ｃｒウィスカーの体積率が僅か約１．６％のため、機
械的強度は母相の銅の強度とほとんど同じである。また
、一方向凝固を利用して長尺の細線や薄板を得るのは極
めて困難である。

２相合金を冷間加工して第２相の繊維を分散した複合合
金としては、Ｃｕ−Ｖ、Ｃｕ−Ｎｂ。

Ｃｕ−Ｆｅ、Ｃｕ−（Ｆｅ、Ｃｒ）、Ｃｕ　　Ａｇ＋Ａ
ｇ　　Ｆｅが知られているが、いずれもその第２相がも
ともと良好な加工性を有しているものであり、Ｖｌａ金
属のような、潜在的に優れた機械的強度を有するが、粒
界が脆い金属で繊維強化された複合合金を、２相合金を
冷間加工することにより作製した報告はない。

このように、Ｖｌａ金属等の粒界脆性金属については、
その特性と、繊維複合化の加工法の発展が期待されなが
らも、依然として解決しなければならない多くの課題を
かかえている。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、従来は実現できなかった粒界脆性金属の微細繊維
と、これにより複合強化した合金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） この発明は、上記の課題を解決するものとして、Ｖｌａ
金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）等の粒界脆性金属と延性に富む
母相金属との溶解鋳造晶出により形成した２相合金を塑
性加工して粒界脆性金属のａｔ細繊維を複合化してなる
複合強化合金とその製造方法、および、その合金母相金
属から粒界脆性金属のＦＲＭＡ繊維を取出してなる粒界
脆性金属の繊維とその製造方法をも提供する。

粒界脆性金属としては、たとえば、Ｃｒ、Ｍｏ。

Ｗが単独で用いられてもよいし、あるいは、これらの成
分が２種以上含まれたＣｒ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｗ、　Ｍ　ｏ
−Ｗ、　Ｃｒ−Ｍ　ｏ−Ｗ等の合金であってもよい、こ
れに対応する母相金属にも特別の限定はないが、延性の
大きなきなＣｕ、Ａｇおよび／またはＡｕが好適なもの
として例示される。

Ｃｕ、Ａｇに添加されるＣｒ、Ｍｏ、Ｗあるいはそれら
の合金は、優れた複合合金の機械強度を得るためにｌａ
ｔ％以上、また、良好な冷間加工生を保持する上から５
０８ｔ％以下の範囲とし、Ａｕに添加されるＭｏ、Ｗあ
るいはそれらの合金も同様の理由でｆａｔ％以上、５０
ａｔ％以下の範囲に、さらに、Ａｕに添加されるＣｒ、
Ｃｒ−Ｍｏ。

Ｃｒ−Ｗの量は、Ｃｒを第２相として晶出させるために
２０ａｔ％以上、また、良好な冷間加工生を保持する上
から５０ａｔ％以下の範囲とするのが好ましい。

忍解鋳造晶出においては、粒界脆性金属が融点の高いＭ
ｏ、Ｗの場合には、母相金属の沸点を上昇させるために
１気圧以上の不活性ガス雰囲気中で溶解を行ってもよい
。

さらにまた、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗには繊維の冷間加工性を改
善するためにｌａｔ％以上のＲｅを添加してもよい、た
だし、Ｃｒ−Ｒｅ、Ｍｏ−Ｒｅ。

Ｗ　−Ｒｅの金属間化合物を生成させないためには緋加
するＲｅ量は３７ａｔ％以下とするのが好ましい、なお
、Ｍｏ−Ｒｅは超電導特性の優れた合金線材であり、Ｍ
ｏ−Ｒｅ微細繊維が分散した複合合金線は超電導線材と
しても使用できる。

次に実施例を示してさらに詳しくこの発明について説明
する。もちろん、この発明は以下の実施例によって限定
されるものではない。

実施例１〜３ 高純度Ｃｒ　（９９，９９ｍａｓｓ％）と電解不純Ｃｒ
（９９，２＋１ａＳＳ％）の２種類のＣｒを原材料とし
てＣｕ−１０ａｔ％Ｃｒ、Ｃｕ−２０ａｔ％Ｃｒ合金を
各々０．５気圧Ａｒ雰囲気中で非消耗電極型アーク溶解
法により溶解した。添付した図面の第１図（ａ＞に示し
たように、Ｃｕ−２０ａｔ％Ｃｒ合金においては結晶方
位が揃った単結晶的なＣｒのデンドライトが融液から成
長し、−ｍに、Ｃｕマトリックス中に分散する。ついで
、これを溝ロールと線引きにより断面減少率（線径０．
６ａｍ）で９９，８％まで冷間伸線すると、原料Ｃｒの
組成及び純度に依らず、第１図（ｂ）に示したようにＣ
ｒデンドライトが加工変形し、厚さ０．２μｍ、幅４μ
ｍ以下のリボン状繊維となる。

また、表１にはＣｕ−Ｃｒ複合線の引張り降伏強度と電
気抵抗値を示した。Ｃｕ線に比べて引っ張り強度が大幅
に上昇している。

なお、得られた複合強化合金中に分散されたＣｒの繊維
は、母相金属のＣｕを第２塩化鉄でエツチングすること
により容易に抽出できた。

実施例４ Ｃｕ−ｆｌａｔ％ＭＯ合金を溶解することを試みた。Ｃ
ｕの沸点（２５６６℃、１気圧）がＭｏの融点（２６１
７℃、１気圧）より低いため、Ｃｕ　−Ｍ　ｏ合金液相
を得るのは通常の減圧下での非消耗電極型アーク溶解法
ではできなかった０次にＣｕの沸点を上昇させるために
１０気圧のＡｒ雰囲中で同じく非消耗電極型アーク溶解
法により溶解を試みたが、水冷銅ハースへの熱の逃げが
著しく、試料を一様に溶解できなかった。そこで高圧下
でさらに高温溶解が可能な方法として１０気圧のＡｒ雰
囲気中で消耗電極型アーク溶解法により溶解を行い、第
２図（ａ）に示したように、球状Ｍｏが鋼中に一様に分
散した組織が得られた。これを実施例１と同じように冷
間加工すると第２図（ｂ）に示したようにＭｏの繊維が
得られた。

実施例５ Ｃｕ−１０ａｔ％（Ｃｒ−５ａｔ％Ｍｏ）、Ａｕ−１０
ａｔ％（Ｍｏ−５８ｔ％Ｃｒ）合金を、１０気圧のＡｒ
雰囲気中で消耗電極型溶解法により溶解した。実施例１
と同様にＣｕ、Ａｕ母相中にデンドライト状のＣｒ−Ｍ
ｏ、Ｍｏ−Ｃｒ合金粒子がそれぞれ一様に分散した組織
が得られた。これを溝ロールと線引きにより断面減少率
（線径が０．６ｍ）で９９．８％まで冷間伸線すると、
実施例１と同様にＣｒ−Ｍｏ、Ｍｏ−Ｃｒ合金デンドラ
イトが加工変形し、厚さ０．２μｍ、幅４μｍ以下のリ
ボン状Ｃｒ−Ｍｏ、Ｍｏ−Ｃｒ繊維となった。

実施例６ Ｃｕ−１０８ｔ％（Ｍｏ−３５ａｔ％Ｒｅ）合金を、１
０気圧のＡｒ雰囲気中で消耗電極型溶解法により溶解し
た。実施例２と同様に球状のＭｏ−Ｒｅ合金粒子が一様
に分散した組織が得られた。これを径が０，５噛の細線
に加工して超電導特性を測定し、１２にの温度を得た。

（発明の効果） この発明により、次のような特長を有する繊維複合強化
合金が実現される。

（１）　粒界脆性金属の本来有している優れた機械的強
度が複合材料の強度向上に反映され、きわめて機械的強
度の優れた複合材料となる。

＜２）　　Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗは高融点金属で化学的に安定
な金属であることから、高温で耐食性に優れた高強度複
合合金が得られる。

（３）　お互いの固溶度が極めて小さな２相合金を出発
材料としていることから電気伝導度が小さい銅を母相金
属とした場合、強磁界の発生を可能とする高強度高電気
伝導度複合材料が製造できる。

（４）　２相合金の溶解鋳造によって粒界脆性金属粒子
を母相中に一様に分散させることができるので、その後
冷間加工して得られる黴、ｉｎ＋ｍ維複合合金の機械的
強度、電気伝導度、耐食性等の物理化学的性質は極めて
一様である。

（５）　この発明の方法においては初めから複合化され
た合金を冷間加工するだけであるので、従来の様な別途
脆性金属を加工しその後複合化する工程が省略され、そ
の製造コストが著しく節減される。

（６）　複合材として塑性加工できるので、細線や薄板
等の任意の形状の材料が容易に得られる。

（７）　複合合金の加工度を制御することによって分散
している繊維の間隔を容易に制御でき、その間隔をきわ
めて狭くすることによって複合剤から予測される値以上
のｆｉ械的強度を実現できる。

（８）　母相を優先的にエツチングで溶かしたり、また
は、融点の差を利用して母相のみを溶かすことにより、
粒界脆性金属の繊維だけを取り出すことができる。この
方法は、粒界脆性金属の繊維の製造法としても注目され
る。従来製造が不可能だった粒界脆性金属繊維が得られ
るだけでなく、しかも冷間加工により容易に得られるこ
とからその製造コストも低い、これらの繊維は先端技術
素材としての活用が可能である６例えば高温耐食性金属
繊維布等のこれまでにない新しい応用が考えられるなど
、その経済的波及効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）＜ｂ）は、Ｃｕ−２０ａｔ％Ｃｒ合金の溶
解ｍ織と、これを加工した後の組織を、それぞれ、研磨
断面を第２塩化鉄エツチング液で腐食した後の金属組織
として示した図面代用の走査電子顕微鏡写真である。 第２図（ａ）（ｂ）は、Ｃｕ−１１ａｔ％Ｍｏ合金の溶
解組織と、これを加工した後の組織を、それぞれ、研磨
断面を第２塩化鉄エツチング液で腐食した後の金属組織
として示した図面代用の走査電子顕微鏡写真である。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒界脆性金属と延性に富む母相金属とを溶解鋳造
   晶出させて形成した２相合金を塑性加工して微細金属繊
   維を複合化してなることを特徴とする複合強化合金。
2. （２）２相合金を熱間または温間で塑性加工してなる請
   求項（１）記載の複合強化合金。
3. （３）Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷを粒界脆性金属とす
   る請求項（１）記載の複合強化合金。
4. （４）Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷにＲｅを添加してな
   る請求項（３）記載の複合強化合金。
5. （５）Ｃｕ、Ａｇおよび／またはＡｕを母相金属とする
   請求項（１）記載の複合強化合金。
6. （６）請求項（１）記載の複合化を特徴とする複合強化
   合金の製造方法。
7. （７）ＭｏまたはＷを粒界脆性金属とし、１気圧以上の
   不活性ガス雰囲気で溶解する請求項（６）記載の複合強
   化合金の製造方法。
8. （８）粒界脆性金属と延性に富む母相金属とを溶解鋳造
   晶出させて形成した２相合金を塑性加工して得られた請
   求項（１）記載の繊維複合強化合金より母相金属を取除
   いてなることを特徴とする粒界脆性金属繊維。
9. （９）請求項（８）記載の母相金属の取除きを特徴とす
   る粒界脆性金属繊維の製造方法。
10. （１０）Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷを粒界脆性金属と
    してなる請求項（８）記載の金属繊維。
11. （１１）Ｃｒ、Ｍｏおよび／またはＷにＲｅを添加して
    なる請求項（１０）記載の金属繊維。
12. （１２）Ｃｕ、Ａｇおよび／またはＡｕを母相金属とし
    てなる請求項（８）記載の金属繊維。