JPH0285301A - Aluminum base oxide dispersed reinforcing powder and extruded product having no texture thereof - Google Patents
Aluminum base oxide dispersed reinforcing powder and extruded product having no texture thereofInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、アルミニウム基酸化物分散強化粉末及びその
調製方法並びにテクスチャー(優先結晶方位組織)の実
質上ない、その押出し製品に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an aluminum-based oxide dispersion strengthened powder, a method for its preparation, and an extruded product thereof that is substantially free of texture.
主I目と1旦
次第に増大する高温及び高圧下で腐食及び炭化のような
悪環境に耐えることの出来る高強度で且つ良好な延性を
有する金属合金への強い要求が存在する。従来からの耐
熱合金の上限使用温度は、第2相粒子がマトリックス中
に実質上溶解する温度或いは第2相粒子が過大化する温
度によって制限された。この制限温度を越えると、合金
はもはや有用な強度を示さない。例外的にそうした用途
での使用に有望な合金の1種は、機械的合金化技術によ
り得られる分散強化型合金である。これら分散強化合金
、殊に酸化物分散強化型合金は、実質上均質に分散した
微細な不活性粒子を含有する材料種であり、こうした合
金は、合金材料の融点近い温度まで有用な強度を示す。There is a strong need for metal alloys with high strength and good ductility that can withstand adverse environments such as corrosion and carburization at increasingly high temperatures and pressures. The upper limit service temperature of conventional heat resistant alloys has been limited by the temperature at which the second phase particles substantially dissolve in the matrix or by the temperature at which the second phase particles become too large. Beyond this temperature limit, the alloy no longer exhibits useful strength. One class of alloys that is exceptionally promising for use in such applications are dispersion strengthened alloys obtained by mechanical alloying techniques. These dispersion-strengthened alloys, particularly oxide dispersion-strengthened alloys, are a class of materials that contain a substantially homogeneous distribution of fine, inert particles, and these alloys exhibit useful strength up to temperatures near the melting point of the alloying material. .
分散強化金属材料を製造するのに使用される技術の主た
る要件は、次のような特性を有する第2(硬質)相の均
質な分散を創成しうることとされてきた:
1、小さな粒寸(<50nm)、好ましくは酸化物粒子
;
2、小さな粒子間の間隔(<200nm);3、化学的
に安定な第2相、(負の形成自由エネルギーがなるたけ
太き(、そして合金の使用条件範囲内で相変態を示して
はならない);4、金属質マトリックスに実質上不溶で
あること。The main requirement of the technology used to produce dispersion-strengthened metallic materials has been to be able to create a homogeneous dispersion of the second (hard) phase with the following properties: 1. Small particle size. (<50 nm), preferably oxide particles; 2. Small interparticle spacing (<200 nm); 3. Chemically stable second phase, (large enough to have a negative free energy of formation); and the use of alloys. 4. It must be substantially insoluble in the metallic matrix.
従m術
分散強化合金は一般に、金属粉末と第2相或いは硬質相
粒子の混合物をSzeguariアトリッターのような
高エネルギーミル(粉砕混線機)において緊密に乾式混
合する従来からの機械的合金化法により製造された。そ
うした方法は、酸化物分散強化合金を製造する米国特許
第3.591.362号に開示される。高エネルギーミ
ルは、金属質相の反復的な溶着と破断をもたらし、これ
は硬質相粒子の微細化と分散を伴う。生成する複合粉末
粒子は一般に、金属質成分とそこに充分に分散した第2
(硬質)相との実質上均質な混合物から成る。その後、
最終形状に熱間あるいは冷間で突固め及び押出しするこ
とによりバルク材料が得られる。Conventional dispersion-strengthened alloys are generally produced using traditional mechanical alloying methods in which a mixture of metal powder and second or hard phase particles is intimately dry-mixed in a high-energy mill such as a Szeguari attritor. Manufactured by. Such a method is disclosed in US Pat. No. 3,591,362 for producing oxide dispersion strengthened alloys. High energy mills result in repeated welding and fracture of the metallic phase, which is accompanied by refinement and dispersion of the hard phase particles. The resulting composite powder particles generally consist of a metallic component and a second well dispersed therein.
consisting of a substantially homogeneous mixture with a (hard) phase. after that,
The bulk material is obtained by hot or cold compaction and extrusion into the final shape.
工業的な分散強化合金例えば酸化物分散強化合金が産業
界に広(受は入れられなかった理由の一つは、ミクロ組
織欠陥を含まずそして管体のような所望の形態に成形し
得る複合マトリックス中に微細な酸化物粒子の一様な分
散を得るための技術的に且つ経済的に適当な技術が存在
しなかったためである。酸化物分散強化材料についての
研究と開発はここ20年にわたって続けられてきたけれ
ども、これら材料製品は充分の工業的水準に達し得なか
った。これは、これまで合金製品中の粒寸と粒形状の制
御を可能とするような処理加工中のミクロ組織の進行状
況が理解されていなかったからである。更に、細脈状酸
化物(ストリンガ)、結晶粒界空洞、及び微小孔のよう
な処理加工中導入される固有のミクロ組織欠陥の形成に
ついての説明も存在しなかった。One reason industrial dispersion-strengthened alloys, such as oxide dispersion-strengthened alloys, have not gained widespread acceptance in industry is that composites that do not contain microstructural defects and can be formed into desired shapes, such as tubes, This is because there was no technically and economically suitable technique to obtain a uniform dispersion of fine oxide particles in the matrix.Research and development of oxide dispersion reinforced materials has been carried out over the last 20 years. However, these materials products have not been able to reach a sufficient industrial level because, until now, it has not been possible to improve the microstructure during processing to allow control of grain size and shape in alloy products. Further, the formation of inherent microstructural defects introduced during processing such as stringers, grain boundary cavities, and micropores was not understood. It didn't exist.
細脈状酸化物(ストリンガ)は、構成金属成分の酸化物
の細長い断片から成る。これら細脈状酸化物はその長さ
を横切って強度の弱い面として作用しまた爾後の再結晶
中粒寸及び粒形状の制御を阻止する作用を為す。粒界で
の空洞を含めて微小孔は、それらが降伏強さ、引張強さ
、延性及びクリープ破断強さに悪影響を与えるから、分
散強化合金に有害である。Stringer stringers consist of elongated fragments of the oxides of the constituent metal components. These veinlet oxides act as weak surfaces across their length and serve to prevent control of grain size and shape during subsequent recrystallization. Micropores, including voids at grain boundaries, are detrimental to dispersion strengthened alloys because they adversely affect yield strength, tensile strength, ductility, and creep rupture strength.
軽量で高強度の金属材料に対する大きな要望が様々の産
業界で存在する。こうした材料は、航空機外板、航空機
内部構造体、ライフル部品、自動車部品、並びに油井探
査用穿孔パイプの製造に特に有用である。そうした材料
に対する一番の有力候補は、アルミニウム基材料である
。アルミニウム及びアルミニウム基合金は、高い強度対
重量比が主たる考慮因子であるような用途において使用
するのに一般に選択される。しかし、こうした金属は、
従来からのアルミニウム基合金がそれらの絶対融点の半
分を越える温度においては(即ち〉200℃)強度を失
う傾向があるから比較的低温で使用しつるのみである。There is a great need in various industries for lightweight, high strength metallic materials. These materials are particularly useful in the manufacture of aircraft skins, aircraft internals, rifle parts, automotive parts, and perforated pipe for oil well exploration. The best candidates for such materials are aluminum-based materials. Aluminum and aluminum-based alloys are commonly selected for use in applications where a high strength-to-weight ratio is a primary consideration. However, these metals
Conventional aluminum-based alloys tend to lose strength at temperatures above half their absolute melting point (i.e., >200° C.), so they can only be used at relatively low temperatures.
航空産業界での燃料効率の増大及び−層大きな積載率へ
の要望が、外板及びフレーム材料としてチタン合金や高
強度鋼に代えてアルミニウム合金への需要を促してきた
。The desire for increased fuel efficiency and higher load factors in the aviation industry has driven the demand for aluminum alloys in place of titanium alloys and high strength steels as skin and frame materials.
もっと最近になって、傾斜掘りにおいてトルク及び抗力
減少への要求がドリルストリングとしてアルミニウム基
合金の使用を促進したが、それらの使用は上述の昇温下
での強度損失問題により厳しく制限された。More recently, the need for reduced torque and drag in inclined drilling has encouraged the use of aluminum-based alloys as drill strings, but their use has been severely limited by the strength loss problems at elevated temperatures mentioned above.
アルミニウムの強度を増大するための早期の試みは、ア
ルミニウム粉末を酸素含有雰囲気中でホットプレスして
、元のアルミニウム粉末粒子の表面にその場で酸化アル
ミニウムの薄い皮膜を形成せしめることであった。一般
に焼結アルミニウム製品(S、A、P、 )として知ら
れるこの分散強化アルミニウム材料は、驚(べき程に高
い水準の硬度と引張り強さを示した。この方法に伴う欠
点は、酸化アルミニウムが、不溶性ではあるけれども、
比較的粗く分散することであった。その結果として、合
金は昇温下で非常に高い強度を実現し得ず、工業界での
実際の使用に至らなかった。An early attempt to increase the strength of aluminum was to hot press aluminum powder in an oxygen-containing atmosphere to form a thin film of aluminum oxide in situ on the surface of the original aluminum powder particles. This dispersion-strengthened aluminum material, commonly known as sintered aluminum products (S, A, P, ), exhibited surprisingly high levels of hardness and tensile strength. , although insoluble,
It was relatively coarsely dispersed. As a result, the alloys were unable to achieve very high strength at elevated temperatures and were not of practical use in industry.
焼結粉末材料の欠点を呈することのないアルミニウム分
散強化材料を製造するために、機械的合金化法が使用さ
れた。この技術は一般に、−層均質な材料を生成し、そ
して化学的組成について一層正確で緻密な制御を与えた
。更に、これら機械的合金化技術は、成分中の1種以上
が互いに不混和性であるような多成分材料の作製に適し
た。その例は、タングステンと銅或いは金属中の高融点
物質である。Mechanical alloying methods were used to produce aluminum dispersion strengthened materials that do not exhibit the drawbacks of sintered powder materials. This technique generally produced -layer homogeneous materials and gave more precise and finer control over chemical composition. Furthermore, these mechanical alloying techniques are suitable for making multi-component materials where one or more of the components are immiscible with each other. Examples are tungsten and copper or high melting point materials in metals.
が しようと る
しかしながら、機械的合金化技術により分散強化アルミ
ニウム材料を製造する早期の試みは不首尾に終った。こ
れは、アルミニウムの展延性が粉末粒子同志の溶着並び
にプロセス設備部品への溶着なもたらし、分散相の分散
を妨げたからである。この問題を軽減する一つの試みが
米国特許第4、409.038号に開示され、ここでは
そうした溶着を防止するのにステアリン酸のようなプロ
セスコントロール剤の使用を開示する。この方法はある
程度の成功を納めたが、分散質がマトリックスに不溶な
高融点物質であるような分散強化材料を製造することは
出来なかった。例えば、上記方法は、粗(分散した酸化
物と細かく分散した炭化物で強化された合金をもたらす
。これら粗く分散した酸化物はそれらの比較的広い間隔
のために殆ど強度に寄与せず、そして炭化物は比較的不
安定でありそして昇温下で粗大化する傾向があり急速な
強度損失につながった。従って、こうした合金は通常的
200℃より低い温度での使用に制限される。However, early attempts to produce dispersion-strengthened aluminum materials by mechanical alloying techniques were unsuccessful. This is because the malleability of aluminum led to welding of the powder particles to each other and to process equipment parts, which prevented the dispersion of the dispersed phase. One attempt to alleviate this problem is disclosed in US Pat. No. 4,409.038, which discloses the use of process control agents such as stearic acid to prevent such welding. Although this method has had some success, it has not been possible to produce dispersion-strengthened materials in which the dispersoid is a high melting point material that is insoluble in the matrix. For example, the above method results in alloys strengthened with coarsely dispersed oxides and finely dispersed carbides. These coarsely dispersed oxides contribute little to strength due to their relatively wide spacing, and the carbides are relatively unstable and tend to coarsen at elevated temperatures, leading to rapid strength loss. Therefore, such alloys are typically restricted to use at temperatures below 200°C.
斯くして、斯界には、高温強度を有する分散強化アルミ
ニウム材料に対する要望が依然として存在する。Thus, there remains a need in the industry for dispersion strengthened aluminum materials that have high temperature strength.
lユ凹且1
本発明に従えば、アルミニウムとアルミニウム酸窒化物
から成り、個々の粉末粒子がアルミニウムマトリックス
とマトリックス全体を通して実質的に一様に分散される
アルミニウム酸窒化物の分散質粒子構成される機械的合
金化複合体粉末が提供される。本発明は更に、酸窒化物
粒子を実質上一様に分散せしめたアルミニウムマトリッ
クスから成り、テクスチャーを実質上台まない押出し機
械的合金化物品を提供する。According to the present invention, dispersoid particles of aluminum oxynitride are comprised of aluminum and aluminum oxynitride, wherein the individual powder particles are substantially uniformly dispersed throughout the aluminum matrix and the matrix. A mechanically alloyed composite powder is provided. The present invention further provides an extruded mechanically alloyed article comprising an aluminum matrix having substantially uniformly dispersed oxynitride particles with substantially no texture distortion.
本発明の好ましい具体例において、複合体粉末は、50
重量%を越えるアルミニウム、酸窒化物並びに1種以上
の他の金属、高融点物質或いは両者を含有する。In a preferred embodiment of the invention, the composite powder comprises 50
% by weight of aluminum, oxynitrides and one or more other metals, high melting point substances, or both.
本発明の一つの好ましい具体例において、分散質粒子の
少なくとも0.1容積%はアルミニウム酸窒化物であり
、1種以上の他の高融点物質は酸化物である。In one preferred embodiment of the invention, at least 0.1% by volume of the dispersoid particles are aluminum oxynitride and the one or more other high melting point substances are oxides.
本発明の他の好ましい具体例において、分散質粒子の少
なくとも0.5容積%はアルミニウム酸窒化物でありそ
して高融点物質はアルミナである。In another preferred embodiment of the invention, at least 0.5% by volume of the dispersoid particles are aluminum oxynitride and the high melting point material is alumina.
本発明のアルミニウム基材料は、アルミニウム単独或い
は11!!以上の他の金属を添加して成る金属粉末をミ
、ル中に導入し、そして液体酸素の沸点より低い温度で
窒素含有極低温液体で粉末混合物をミリングすることに
より調製される。The aluminum-based material of the present invention may be aluminum alone or 11! ! It is prepared by introducing the metal powder with the addition of the other metals mentioned above into a mill and milling the powder mixture with a nitrogen-containing cryogenic liquid at a temperature below the boiling point of liquid oxygen.
本発明のまた別の好ましい具体例においては、高融点物
質が金属粉末と共に導入される。好ましくは、高融点物
質は、酸化物及び酸窒化物から選択され、好ましくは酸
窒化物である。In another preferred embodiment of the invention, a high melting point substance is introduced together with the metal powder. Preferably, the high melting point substance is selected from oxides and oxynitrides, preferably oxynitrides.
本発明のアルミニウム酸窒化物分散質粒子を含む、テク
スチャーを含まないアルミニウム材料物品は、約5ミク
ロンより小さな平均粒寸を有する粒から成る機械的に合
金化されたアルミニウム粉末材料のビレットを次の式
%式%
(ここで、Rはグイオリフィスの主軸線に沿ってその入
口面からある与えられた点Xにおけるダイ輪郭の半径で
あり、Roはビレットの半径でありそしてKは任意の定
数である。)
に実質上従う内部輪郭を有する押出しダイを通して押出
すことにより作製される。Texture-free aluminum material articles containing aluminum oxynitride dispersoid particles of the present invention are prepared by forming a billet of mechanically alloyed aluminum powder material comprising grains having an average grain size of less than about 5 microns. Formula % Formula % (where R is the radius of the die profile at a given point X along the main axis of the goo orifice from its entrance face, Ro is the radius of the billet and K is an arbitrary constant. ) is made by extrusion through an extrusion die having an internal contour substantially conforming to .
1肚立且婆旦1j
本発明の実施によって、次の特徴を有する、アルミニウ
ム基分散強化材料が得られる:1、マトリックス全体を
通して約20nm未満の平均間隔で実質上一様に分布さ
れるアルミニウム酸窒化物粒子を具備し、それにより優
れた高温強度を有する材料をもたらす。The practice of the present invention provides an aluminum-based dispersion reinforced material having the following characteristics: 1. aluminum acid substantially uniformly distributed throughout the matrix with an average spacing of less than about 20 nm; nitride particles, resulting in a material with excellent high temperature strength.
2、低温ミリング工程で充分に蓄えられたエネルギーが
、合金粉末の爾後の再加熱中、解放され、生成する複合
粉末粒中に微細な粒寸をもたらす。2. The sufficient energy stored in the low temperature milling process is released during the subsequent reheating of the alloy powder, resulting in fine grain size in the resulting composite powder grains.
3、複合粉末表面は実質上酸化物スケールを有しない。3. The composite powder surface has virtually no oxide scale.
複合材料の強度(σ)は、マトリックスの弾性モジュラ
ス(E)及び分散質粒子の粒子間間隔(え)に次の式に
従って関係づけられる:σ=αE/λ
(ここで、αは定数である。)
鉄基分散強化材料が低温ミリングにより製造されるとき
、分散質の粒子間の距離は約60nmのオーダにある。The strength (σ) of the composite material is related to the elastic modulus (E) of the matrix and the interparticle spacing (E) of the dispersoid particles according to the following formula: σ = αE/λ (where α is a constant ) When iron-based dispersion-strengthened materials are produced by cryogenic milling, the distance between particles of the dispersoid is on the order of about 60 nm.
鉄の弾性モジュラスは210 GPaであるから、この
粒子間距離はそうした材料に所要の強度を与えるに充分
である。上記式に従えば、鉄基系における分散質の粒子
間の間隔は低温ミリング中の高融点粉末の微細化のみに
よって実現されつる。アルミニウムのような金属に対し
てば、弾性モジュラスが鉄のそれの約1/3であり、従
って同等の高温強度を実現するのに粒子間の間隔は1/
3小さ(なければならない(<20nm)。Since the elastic modulus of iron is 210 GPa, this interparticle distance is sufficient to give such a material the required strength. According to the above formula, the spacing between particles of the dispersoid in iron-based systems can be achieved only by refining the high melting point powder during cold milling. For metals such as aluminum, the elastic modulus is approximately 1/3 that of iron, so to achieve the same high temperature strength, the spacing between particles must be 1/3 that of iron.
3 small (must be <20 nm).
所要の粒子間距離は分散質を約2〜6nmの寸法範囲と
することにより初めて実現されるが、これは鉄の場合の
ように高融点相の微細化によるだけでは得られない。そ
の代わり、アルミニウム系における微細寸法の分散質は
、原子規模でのコントロールされた化学反応を通して実
現される。1重量%までの酸素を有する窒素含有極低温
液体中での極低温ミリングプロセスの使用によって、反
応性アルミニウムと窒素とのその場での表面反応が約7
7°にの温度でもたらしつる。この温度においては、状
況は、熱力学及び反応速度論から、アルミニウム、酸素
及び窒素の反応を通して極めて微細な酸窒化物(oxy
−nitride)種の形成に好都合である。The required interparticle distance can only be achieved by setting the dispersoid to a size range of approximately 2 to 6 nm, but this cannot be achieved solely by refining the high melting point phase, as is the case with iron. Instead, microdimensional dispersoids in aluminum systems are achieved through controlled chemical reactions on the atomic scale. By using a cryogenic milling process in a nitrogen-containing cryogenic liquid with up to 1% oxygen by weight, the in situ surface reaction of reactive aluminum with nitrogen is approximately 7%
Bring vines at a temperature of 7°. At this temperature, the thermodynamics and kinetics dictate that through the reaction of aluminum, oxygen, and nitrogen, the situation is to form extremely fine oxynitrides.
-nitride) species formation.
1種以上の金属の機械的ミリング(粉砕混線)は、ミリ
ング媒体の連続的な衝撃作用により最初の成分粉末が反
復的に粉砕されそして冷間溶着される工程であるから、
この操作中かなりの歪エネルギーが蓄えられる。押出し
前の続いての再加熱中、生成複合粉末の再結晶が起こる
。冷間加工後の再結晶により生成される粒寸は冷間加工
の程度の依存することがよ(知られている。しかし、そ
の量より下では再結晶が起こらない加工量の下限が存在
する。冷間加工の程度は材料中に蓄えられる歪みエネル
ギーの目安であるから、ミリング温度の減少は所定の期
間にわたって材料中に蓄λることの出来る加工I及び飽
和まで蓄えることの出来る加工量の増加につながる。従
って、ミリング温度の減少は粉末粒子寸法の減少率の増
加及び長いミリング時間において実現される粒寸の減少
をもたらす。Mechanical milling of one or more metals is a process in which initial component powders are repeatedly ground and cold welded by the continuous impact action of a milling medium.
Considerable strain energy is stored during this operation. During subsequent reheating prior to extrusion, recrystallization of the resulting composite powder occurs. It is known that the grain size produced by recrystallization after cold working depends on the degree of cold working.However, there is a lower limit to the working amount below which recrystallization does not occur. Since the degree of cold working is a measure of the strain energy stored in the material, the reduction in milling temperature increases the amount of work I that can be stored in the material over a given period of time and the amount of work that can be stored up to saturation. Therefore, a decrease in milling temperature leads to an increase in the rate of reduction in powder particle size and a decrease in particle size realized at longer milling times.
アルミニウム粉末単独を酸素の実質上不存在下で低温ミ
リングすることにより機械的に合金化して生成粉末を極
めて小さな粒寸とすることもまた本発明の範囲内である
。この場合には、即ちアルミニウム酸窒化物を生成する
ことが所望されない場合には、極低温物質は約−240
℃〜−150℃の範囲の沸点を宵する任意の液体でよい
。その例としては、液化気体窒素、メタン、アルゴン、
クリプトンなどである。It is also within the scope of this invention to mechanically alloy the aluminum powder alone by cold milling in the substantial absence of oxygen to give the resulting powder a very small particle size. In this case, i.e. if it is not desired to produce aluminum oxynitride, the cryogenic material should be about -240
Any liquid having a boiling point in the range of -150°C may be used. Examples include liquefied gaseous nitrogen, methane, argon,
Such as krypton.
押出し前の再結晶中超微細粒の生成は、材料が押出し及
び続いての加工中粒界空洞んを形成する傾向を軽減する
役目を為す。この理由は、粒寸が細か(なるにつれ、粒
界近傍での拡散過程によりすべり変形が一段と多く吸収
され得るためと信ぜられる。その結果として、粒内での
すべりの(製度は減少しそしてすべり帯の粒界濃度も比
例的に減少する。The production of ultrafine grains during recrystallization prior to extrusion serves to reduce the tendency of the material to form grain boundary cavities during extrusion and subsequent processing. The reason for this is believed to be that as the grain size becomes finer, more slip deformation can be absorbed by the diffusion process near the grain boundaries. The grain boundary concentration of the band also decreases proportionally.
既に論議したように、細脈状酸化物(ストリンガ)は、
アルミニウム、クロム及び鉄のような溝成金属元素の酸
化物の細長い断片である。驚くべきことに、本発明者は
、これら酸化物ストリンガが大気中でのボールミリング
中粒子上に形成される酸化物スケールから由来すること
を発見した。As already discussed, veinlet oxides (stringers)
They are elongated fragments of oxides of metal elements such as aluminum, chromium, and iron. Surprisingly, the inventors have discovered that these oxide stringers originate from the oxide scale that forms on the particles during atmospheric ball milling.
もっと驚くべきことに、この酸化物スケールは、工業等
級のアルゴンを使用して従来からのミリング中でもアル
ミニウム、クロム及び鉄のような金属が微量の酸素と反
応して粒子表面上に外面酸化物スケールを形成するとき
には生じる。これらスケールは爾後の圧縮団結中破砕し
そして押出し中細長く伸びて酸化物ストリンガを形成す
る。ストリンガはバルク材料の弱化中心として働きそし
て焼鈍中粒界移動を阻止するよう作用する。そうするこ
とによって、ストリンガは、最終的な熱機械的処理段階
中粒寸及び粒形状のコントロールを妨害する。本発明の
実施において酸素は使用されるけれとも、極低温ミリン
グを行なう温度はそうした酸化物スケールの形成を防止
するに充分低い。More surprisingly, this oxide scale is produced even during conventional milling using industrial grade argon, where metals such as aluminum, chromium, and iron react with trace amounts of oxygen to form external oxide scales on the particle surfaces. Occurs when forming. These scales fracture during subsequent compaction and elongate during extrusion to form oxide stringers. The stringers serve as centers of weakness in the bulk material and act to prevent grain boundary movement during annealing. By doing so, the stringers interfere with particle size and shape control during the final thermomechanical processing step. Although oxygen is used in the practice of this invention, the temperature at which cryogenic milling is performed is low enough to prevent the formation of such oxide scale.
本発明によって製造される材料の性状は、高融点粒子(
代表的に粒子は約3nmの平均直径と約20nmの間隔
を有する)の実質上均一な細かい分散、外部酸化物スケ
ールの不存在及び工業的実施条件下でテキスチャーの実
質存在しない押出し製品成形能力の格段の向上を含む。The properties of the material produced by the present invention include high melting point particles (
A substantially uniform fine dispersion of particles (typically particles having an average diameter of about 3 nm and a spacing of about 20 nm), the absence of external oxide scale, and the ability to form extruded products with substantially no texture under industrial practice conditions. Including significant improvements.
本発明の実施においての使用に適当な高融点化合物とし
ては、約25℃において酸素単位ダラム原子当たりの酸
化物形成の負の自由エネルギーが少なくとも約90.0
00カロリーでありそしてその融点が少なくとも約13
00℃であるような酸窒化物、酸化物、炭化物、窒化物
、硼化物、炭窒化物等が挙げられる。好ましいものは、
酸窒化物及び酸化物である。こうした酸窒化物及び酸化
物の例は、けい素、アルミニウム、イツトリウム、セリ
ウム、ウラン、マグネシウム、カルシウム、ベリリウム
、トリウム、ジルコニウム、ハフニウム、チタン等のそ
れらである。次のような、アルミニウムとイツトリウム
の混合酸化物もまた含まれ6 : AI□Os ・2
Y203 (YA P ) 、 Al2O3・Y2oz
(YAM)及び5A1□0.・3Y、0. (Y A
G )。好ましいものは、アルミニウム酸窒化物及び
酸化物であり、より好ましいものはアルミニウム酸窒化
物である。High melting point compounds suitable for use in the practice of the present invention include those having a negative free energy of oxide formation per duram atom of oxygen of at least about 90.0 at about 25°C.
00 calories and its melting point is at least about 13
Examples include oxynitrides, oxides, carbides, nitrides, borides, carbonitrides, etc. that have a temperature of 00°C. The preferred one is
Oxynitrides and oxides. Examples of such oxynitrides and oxides are those of silicon, aluminum, yttrium, cerium, uranium, magnesium, calcium, beryllium, thorium, zirconium, hafnium, titanium, and the like. Mixed oxides of aluminum and yttrium are also included, such as: AI□Os 2
Y203 (YAP), Al2O3・Y2oz
(YAM) and 5A1□0.・3Y, 0. (YA
G). Preferred are aluminum oxynitrides and oxides, and more preferred is aluminum oxynitride.
本発明の材料中に存在するアルミニウム酸窒化物の総量
は少なくとも有効量である。ここで、有効量とは、アル
ミニウムマトリックスの強度を少なくとも約lO%、好
ましくは少なくとも約20%増大するに必要とされる最
少量を意味する。The total amount of aluminum oxynitride present in the materials of the invention is at least an effective amount. By effective amount is meant the minimum amount required to increase the strength of the aluminum matrix by at least about 10%, preferably at least about 20%.
般に、この量は、材料総容積に基づいて約5容積%まで
、好ましくは約2容積%まで一層好ましくは約1容積%
まで、最も好ましくは約0.1〜0.5容積%の範囲で
ある。1種以上の他の高融点化合物が存在するときには
、高融点物質の総容積(添加量+その場での生成M)は
、材料総容積に基づいて、約0.5〜25%、好ましく
は約0.5〜10%、−層好ましくは0.5〜5%の範
囲である。Generally, this amount will be up to about 5% by volume, preferably up to about 2% by volume, and more preferably up to about 1% by volume, based on the total volume of the material.
and most preferably in the range of about 0.1-0.5% by volume. When one or more other high melting point compounds are present, the total volume of high melting point substances (addition amount + in situ generation M) is about 0.5 to 25%, preferably about 0.5 to 25%, based on the total volume of the material. It ranges from about 0.5 to 10%, preferably 0.5 to 5%.
本発明以前には、アルミニウムのような展延性金属を機
械的に合金化することは実用的でなかった。これは、ア
ルミニウムがアトリッター(磨砕機)及びその部品に粘
着する傾向を有するからである。この問題を実質上排除
するために従来からのミリング中プロセスコントロール
剤を使用しても、多(の産業用途に対して不十分な高温
強度しか有しない材料をもたらすだけである。本発明の
実施によって、アルミニウム及びアルミニウムを基とす
る合金は極低温ミリングによって好首尾に機械的に合金
化し得て、マトリックス全体を通してアルミニウム酸窒
化物粒子の実質上均一な分散を有する分散強化複合粒子
を生成する。Prior to this invention, it was not practical to mechanically alloy malleable metals such as aluminum. This is because aluminum has a tendency to stick to the attritor and its parts. The use of conventional process control agents during milling to virtually eliminate this problem only results in materials with insufficient high temperature strength for many industrial applications. Aluminum and aluminum-based alloys can be successfully mechanically alloyed by cryogenic milling to produce dispersion-strengthened composite particles having a substantially uniform distribution of aluminum oxynitride particles throughout the matrix.
本発明の分散強化機械的合金化アルミニウムは主にアル
ミニウムと分散質から成る。本材料はまた、アルミニウ
ムを例えば固溶体硬化或いは時効硬化しそして成る種の
特定性質を提供し得る様々の添加剤を含有しつる。例え
ばアルミニウムと固溶体を形成するマグネシウムは、耐
食性、良好な疲労耐性及び低密度を伴って追加強度を提
供しよう。追加強度を与えることのできる他の添加剤と
しては例えば、Li、Cr、SL、Zn、Ni、Ti、
Zr、Co、Cu及びMnが挙げられる。The dispersion-strengthened mechanically alloyed aluminum of the present invention mainly consists of aluminum and dispersoids. The material also contains various additives that can provide certain properties to the aluminum, such as solid solution hardening or age hardening. For example, magnesium forming a solid solution with aluminum would provide additional strength with corrosion resistance, good fatigue resistance and low density. Other additives that can provide additional strength include, for example, Li, Cr, SL, Zn, Ni, Ti,
Examples include Zr, Co, Cu and Mn.
アルミニウムへの添加剤及び添加量は斯界で周知である
。Additives and amounts added to aluminum are well known in the art.
一般に、本発明の分散強化機械的合金化アルミニウム材
料は、材料の総重量に基づいて少なくとも50%、好ま
しくは少なくとも約80%、−層好ましくは少なくとも
約90%アルミニウムから構成される。Generally, the dispersion strengthened mechanically alloyed aluminum materials of the present invention are comprised of at least 50%, preferably at least about 80%, -layers preferably at least about 90% aluminum based on the total weight of the material.
本発明は、液体窒素のような窒素含有極低温物質をアル
ミニウム粉末を収納する高エネルギーミル中に装填する
ことによって実施される。他の種金属粉末及び/或いは
高融点(高融点)物質も存在し得る。高エネルギーミル
はまた、高度に活発な相対運動状態に維持される金属ボ
ール或いはセラミックボールのような磨砕媒体をも収納
する。The invention is practiced by loading a nitrogen-containing cryogenic material, such as liquid nitrogen, into a high energy mill containing aluminum powder. Other seed metal powders and/or high melting point (high melting point) materials may also be present. High energy mills also contain grinding media such as metal or ceramic balls that are maintained in a state of highly active relative motion.
有効量の酸素の存在下で実施されるミリング作業は混合
物成分を細かく砕き、そして結着し或いは溶着せしめそ
して生成物粉末の金属マトリックス全体を通して互いに
分散せしめ、そして爾後の加熱による再結晶化に際して
所望の粒寸及び微細な粒組織を得ることを可能ならしめ
るに充分な時間継続される。The milling operation, carried out in the presence of an effective amount of oxygen, breaks up the mixture components and binds or welds them together and disperses them with each other throughout the metal matrix of the product powder and upon subsequent recrystallization by heating. grain size and fine grain structure can be obtained.
有効量の酸素とは、金属粉末粒子の表面に酸化物スケー
ルの形成をもたらすような量未満で、所望量のアルミニ
ウム酸窒化物を生ぜしめるような量を意味する。この量
は一般に約1重量%まで、好ましくは約0.1〜0.5
重量%の範囲である。このミリング作業から生成する材
料は、成分が緊密に結合して出発成分の微細な粉砕片の
相互分散を与えるような凝集内部組織により金属組織学
的に特徴づけられる。By effective amount of oxygen is meant an amount that produces the desired amount of aluminum oxynitride but less than that which results in the formation of oxide scale on the surface of the metal powder particles. This amount is generally up to about 1% by weight, preferably about 0.1-0.5%.
% by weight. The material produced from this milling operation is metallographically characterized by a cohesive internal structure in which the components are closely bound to provide an interdispersion of finely ground pieces of the starting components.
ミリング工程中、最初のアルミニウム粉末粒子は磨砕媒
体と衝突しそして砕ける。この破断は自動的に高度に反
応性のアルミニウム原子を有する清浄な表面を生みだす
。存在する窒素及び酸素原子がこれら清浄な表面上に吸
着しそしてアルミニウム原子と結合し、それによりここ
でアルミニウム酸窒化物と呼ばれるアルミニウム、酸素
及び窒素の複合物を形成する。これら複合物の寸法は超
微細である。即ち、これらは一般に、約300〜700
原子(2〜5nm直径)の範囲にある。これら現場で生
成されるアルミニウム酸窒化物に加えて、金属マトリッ
クスは最初の粉末装入物と共に導入された他の種高融点
化合物をも含有し得る。During the milling process, the initial aluminum powder particles collide with the grinding media and break up. This fracture automatically creates a clean surface with highly reactive aluminum atoms. The nitrogen and oxygen atoms present adsorb onto these clean surfaces and combine with the aluminum atoms, thereby forming a composite of aluminum, oxygen and nitrogen, referred to herein as aluminum oxynitride. The dimensions of these composites are ultrafine. That is, they generally range from about 300 to 700
atomic (2-5 nm diameter). In addition to these in-situ produced aluminum oxynitrides, the metal matrix may also contain other species high melting compounds introduced with the initial powder charge.
極低温ミリング後、これら高融点化合物は30〜50n
mの寸法範囲となる。斯くして、アルミニウム酸窒化物
をその場で生成することによってのみ本発明の優れた性
質の複合粉末につながる超微細粒寸を得ることが出来る
。After cryogenic milling, these high melting point compounds
The size range is m. Thus, only by in-situ production of aluminum oxynitride can one obtain the ultra-fine grain size that leads to the superior properties of the composite powder of the present invention.
ここで使用する用語「極低温媒体」とは、1〜10n+
nの平均直径を有するアルミニウム酸窒化物を生成し得
る酸素含有液体材料を意味し、好ましいものは液体窒素
である。The term "cryogenic medium" used here means 1 to 10n+
means an oxygen-containing liquid material capable of forming aluminum oxynitrides with an average diameter of n, preferred is liquid nitrogen.
本発明の材料は、押出し製品が実質上テクスチャーを持
たないよう押出される。ここで使用するものとしての「
実質上テクスチャーを持たない」とは、優先結晶方位を
実質1有しないことを意味する。これを表現する別の方
法は、実質上テクスチャー(優先結晶方位)のない材料
から極図が得られるとき、その極図のどの領域も無秩序
方位サンプルから得られるような極密度の約10倍を越
える極密度を示さない、より好ましくは約5倍以下、最
も好ましくは約3倍以下となっていることである。これ
は材料を等方性とする、即ちすべての方向に実質上同じ
機械的及び物理的性質を有するものとする。本発明の実
施によりこうした材料を得ることが可能である。これは
、ダイの内部輪郭がダイ帯域においてダイを通して押し
出されつつある材料を次の式、即ち
ら
(ここで、Aはダイ入口面からダイオリフィス主軸線に
沿って成る与えられた点Xにおける断面積であり、八〇
はビレットの断面積であり、Lは真のく或いは自然)歪
速度でありそしてVは押出しプレスのラムの速度である
。)
に合致せしめるような態様で連続的に変化するようにさ
れているからである。The materials of the present invention are extruded such that the extruded product has substantially no texture. As used here,
"Substantially no texture" means substantially no preferred crystal orientation. Another way to express this is that when a polar figure is obtained from a material with virtually no texture (preferred crystallographic orientation), no region of that polar figure has a polar density approximately 10 times greater than that obtained from a disorderly oriented sample. It is preferable that the polar density is not more than 5 times, more preferably about 5 times or less, and most preferably about 3 times or less. This makes the material isotropic, ie, has substantially the same mechanical and physical properties in all directions. It is possible to obtain such materials by practicing the present invention. This indicates that the internal contour of the die defines the material being extruded through the die in the die zone by the following equation: (where A is the cross section at a given point where 80 is the cross-sectional area of the billet, L is the true strain rate and V is the speed of the ram of the extrusion press. ) is made to change continuously in such a manner as to match the .
本発明の機械的合金化粉末材料は、任意の適宜の従来手
段によりビレットに成形される。ビレットはその後、鍛
造、据え込み、圧延、或いは高温等圧プレスのような技
術により押出し前に粉末を圧縮団結するべ(熱間加工さ
れる。The mechanically alloyed powder material of the present invention is formed into a billet by any suitable conventional means. The billet is then hot worked to compact the powder prior to extrusion by techniques such as forging, upsetting, rolling, or hot isostatic pressing.
第1O図は、ロッド押出しダイの手部分の斜視図であり
そして第11図は同じダイの断面図を示す。内部通路1
4の輪郭は実質上次の式に従う:%式%
i)成る与えられた所望の押出し比E(ここでEはビレ
ットの断面積対押出しロッドの断面積の比に等しい)に
対しては、収斂するダイチャネルの長さは
り、(E−1)
Ro2
により与えられる;
ii)成る与λられたラム速度に対しては、ダイを通過
する材料に賦課される真の歪速度はL =K v R。FIG. 1O is a perspective view of the hand portion of a rod extrusion die, and FIG. 11 shows a cross-sectional view of the same die. Internal passage 1
The profile of 4 substantially follows the following formula: For a given desired extrusion ratio E (where E is equal to the ratio of the cross-sectional area of the billet to the cross-sectional area of the extruded rod), The length of the converging die channel is given by (E-1) Ro2; ii) For a given ram speed λ, the true strain rate imposed on the material passing through the die is L = K vR.
により与えられる。is given by
ダイオリフイス即ち通路の半径Rは入口面Yからダイオ
リフイスんも主軸線12に沿って成る与えられた点Xに
おいて示される。ダイは入口面Yにおいて入口オリフィ
スを含み、ここでダイオリフィスの半径は最大である。The radius R of the die orifice or passageway is indicated at a given point X along the principal axis 12 of the die orifice from the entrance face Y. The die includes an entrance orifice at the entrance face Y, where the radius of the die orifice is at its maximum.
ダイ内部輪郭とここでは呼ばれるダイ輪郭14は、上記
の式に従って収斂しそして16において示されるような
主軸線に沿う成る距離において終端する。その後、ダイ
オリフイスは16と18との間で小さな平行区画を含む
ことが出来、この区画はもし存在するとしてもダイオリ
フイスの内壁に沿っての押出し材料の摩擦を最小限にす
るために最小長さに維持されるべきである。18から出
口面Y“までダイの内部輪郭20の半径はダイからの押
出し製品の離れを許容するように僅かに増大する。ダイ
のダイ離れ区画は従来通りでありそしてその上限は通常
ダイ支持システムにより設定される。実際の離れ区画角
度は従来通りであり、与えられたダイシステムに対し当
業者により容易に決定されつるが、通常約3度の下限を
有しよう。The die profile 14, referred to herein as the internal die profile, converges according to the above formula and terminates at a distance along the major axis as shown at 16. The die orifice can then include a small parallel section between 16 and 18, which section, if present, has a minimum length to minimize friction of the extruded material along the inner walls of the die orifice. should be maintained. The radius of the internal contour 20 of the die from 18 to the exit face Y" increases slightly to allow for separation of the extruded product from the die. The die separation section of the die is conventional and its upper limit is normally determined by the die support system. The actual separation angle is conventional and readily determined by one skilled in the art for a given die system, but will typically have a lower limit of about 3 degrees.
一般に、本発明の実施は、カン(被覆容器缶)に納めた
微粒アルミニウム基粉末から成るビレットを押出しプレ
スの容器内に置(ことにより行われる。ビレットは、先
ずカンに微粒粉末材料を充填することにより作製されつ
る。カンは任意の適当なアルミニウム基材料から構成し
得る。ビレットはグラファイト或いは二硫化モリブデン
のような従来型式の潤滑剤で被覆され、これはまた容器
壁及びダイにも塗布される。押出し前の潤滑剤の損失を
防止するために、ビレットはその前端においてそれがダ
イオリフイスにぴったりと嵌入するように細長い部分を
有することが好ましい。その後、ビレットはラムを所定
の速度で前方に移動せしめることにより押出され、これ
によりビレットはダイを通してロッドに一定の自然歪み
速度で押出される。ダイの出口面は押出しプレスの剪断
板に当接して開放されている。実質上テクスチャーの無
い製品を製造するように与えられた材料が向上せる塑性
で押出されるのに必要な特定の温度及び歪み速度は、引
張試験、圧縮試験或いはねじり試験のような従来からの
手法により材料の歪み速度敏感性を先ず測定することに
よって決定される。約04を越える歪み速度敏感性を与
えるような温度及び歪み速度の組合せがその後計算され
る。成る与えられた分散強化材料に対する基準を決定す
るためここで使用される手法については、次の節で詳細
に論議する。Generally, the invention is carried out by placing a billet of finely divided aluminum-based powder in a can (coated container can) into the container of an extrusion press. The can can be constructed from any suitable aluminum-based material.The billet is coated with a conventional lubricant such as graphite or molybdenum disulfide, which is also applied to the container walls and die. To prevent loss of lubricant before extrusion, the billet preferably has an elongated section at its front end so that it fits snugly into the die orifice.The billet then moves forward through the ram at a predetermined speed. The billet is extruded by moving the billet through the die into the rod at a constant natural strain rate.The exit face of the die is open against the shear plate of the extrusion press.It is substantially texture-free. The specific temperature and strain rate required for a given material to be extruded with enhanced plasticity to produce a product can be determined by conventional techniques such as tensile, compression or torsion testing. The sensitivity is determined by first measuring the temperature and strain rate combinations that give a strain rate sensitivity of greater than about 0.04 cm. The techniques used in are discussed in detail in the next section.
微粒複合材料を管に押出すのに使用されるダイは次式に
実質従う内部輪郭を有さねばならない=1 = (
1−に、)
R2(R,”+Rffi”K、)
(ここで、Rはダイオリフイスの主軸線に沿ってその入
口面からある与えられた点Xにおけるダイ輪郭の半径で
あり、Roはビレットの半径であり、R□はマンドレル
の半径でありそしてKは任意の定数である。)
L=Kv
(各因子は定義ずみ)
次の例は、例示目的で本発明を更に詳しく説明するもの
である。The die used to extrude the particulate composite material into a tube must have an internal contour that substantially conforms to the formula = 1 = (
1-,) R2(R,"+Rffi"K,) (where R is the radius of the die profile at a given point X from its entrance face along the main axis of the die orifice and Ro is (where R□ is the radius of the mandrel and K is an arbitrary constant.) L=Kv (factors defined) The following example further describes the invention for illustrative purposes. be.
比jd」Δ
567、5 gのアルミニウムと175のアルミナから
成る585gの金属混合物を口n1on Proces
sInc、Laboratory model I−3
により製造された高速アトリッター(ボールミル)内に
装入した。アトリッターは、18:1の装入時比率での
6mm直径のステンレス鋼ボールを収蔵した。Ratio jd"Δ 567, 585 g of a metal mixture consisting of 5 g of aluminum and 175 g of alumina was poured into the mouth.
sInc, Laboratory model I-3
The sample was charged into a high-speed attritor (ball mill) manufactured by. The attritor contained 6 mm diameter stainless steel balls at a charging ratio of 18:1.
ミリングは、180 rpmのミル回転速度で室温(約
25℃)においてアルゴン中で行なわれた。Milling was carried out in argon at room temperature (approximately 25° C.) with a mill rotation speed of 180 rpm.
試験は、ミルが失速したので28分後に停止された。ミ
ルの検査から、合金粉末が互いにそして部分的にミルに
溶着し、ミル内周面に馬蹄状の断片を形成したことが判
明した。この結果は、溶着防止剤の助は無しでの乾式ミ
リングは、金属相の展延性がきわめて大きいこと及び新
たに創出されたアルミニウム表面が冷間溶着し易いこと
によりアルミニウム基系では実施不可能であることを示
す。The test was stopped after 28 minutes because the mill stalled. Inspection of the mill revealed that the alloy powders were welded to each other and partially to the mill, forming horseshoe-shaped fragments on the inner circumference of the mill. This result shows that dry milling without the aid of anti-welding agents is not possible on aluminum-based systems due to the extremely malleable nature of the metallic phase and the susceptibility of the newly created aluminum surface to cold welding. Show that something is true.
比1u糺旦
Novamet Inc、のサンプル Novamet
lN9052−F、Novamet lN9021−
F T−651及びNovamet lN905 XL
を購入した。これら合金は、最大限の情報によれば、米
国特許第4.297.136号に教示された機械的合金
化技術により作製されたものである。即ち、当該特許は
、室温でアルゴン及びミリング助剤の存在下で成分金属
粉末をボールミル処理することにより機械的に合金化さ
れた粉末を調製する方法を開示する。Sample of Novamet Inc. Novamet
lN9052-F, Novamet lN9021-
F T-651 and Novamet IN905 XL
I bought it. These alloys, to the best of our knowledge, were made by mechanical alloying techniques taught in US Pat. No. 4,297,136. That is, the patent discloses a method for preparing mechanically alloyed powders by ball milling component metal powders in the presence of argon and milling aids at room temperature.
7、2 X 5.6 mm直径寸法の試験サンプルを合
金lN9021−F T−651から圧縮試験片として
作製し、そして25 X 8.1 mm直径寸法の他の
試験サンプルをlN9021−F T−651及びlN
9052−F両方からクリープ試験片として作製した。7, 2 test samples with diameter dimensions of 2 x 5.6 mm were prepared as compression specimens from the alloy lN9021-F T-651, and other test samples with diameter dimensions of 25 x 8.1 mm were made from lN9021-F T-651. and lN
A creep test piece was prepared from both 9052-F.
ついで、クリープ試験片に51〜L 03 MPa範囲
の様々の適用応力水準においてそして177.232及
び275度の温度において一定応力クリープ試験を施し
た。これら試験から得られた破断までの時間対適用応力
及び温度の関係を表工及びIIに示しれそして第1図に
応力−破断曲線としてプロットした。圧縮試験サンプル
は、3 X s −’の歪み速度で一方向圧縮を受けた
。力及びサンプル収縮を測定しそして材料の応カー歪応
答性(レスポンス)を得た。圧縮試験は、25.125
.175.225.275.325:、375及び42
5度において行なった。The creep specimens were then subjected to constant stress creep tests at various applied stress levels ranging from 51 to L 03 MPa and at temperatures of 177,232 and 275 degrees. The relationship between time to failure versus applied stress and temperature obtained from these tests is shown in Table II and plotted as a stress-to-break curve in FIG. Compression test samples were subjected to unidirectional compression at a strain rate of 3×s−′. The force and sample shrinkage were measured and the stress-strain response of the material was obtained. Compression test is 25.125
.. 175.225.275.325:, 375 and 42
It was performed at 5 degrees.
各試験サンプルに対して0.2%オフセット耐力を測定
しそしてこれらデータを表INに示しそして第2図に試
験温度に対してプロットした。The 0.2% offset yield strength was measured for each test sample and these data are shown in Table IN and plotted against test temperature in FIG.
表■
Novamet lN9052−Fに対するクリープ破
断データ温度 適用応力 破断までの時間’C
M P a h
177 68.9 332+表II
Novamet lN9021−F T−651に対す
る応力破断データ温度 適用応力 破断までの
時間’CM P a h
177 103.4 600+232
51.8 2592+232
68.9 242232
103.4 0.723
2 68.9 3264232
86.1 4642232
102.4 13.251.8
68.9
6.4
51.8
68.9
75.8
86.1
5230+
3 77、8
0.5
Novamet lN9021−F
温度
C
表III
T−651に対する圧縮試験データ
歪速度 降伏応力
/s MPa
3X10−3 412
3XIO−410
3X10−” 340
3X10−3 176
3X10−3 113
3X10−’ 72
3X10−3 52
3X10−” 34
加えて、受は取ったままのバーを光学顕微鏡用の試料と
して断片をとり、固定しそして研磨した。また、合金I
N 905XLのバーから薄い断片をとりそして透過電
子顕微鏡用の薄い箔試料を調製するのに使用した。この
材料から得た透過電子顕微鏡写真の例を第3図に示す。Table ■ Creep rupture data for Novamet lN9052-F Temperature Applied stress Time to rupture 'C
M P a h 177 68.9 332+Table II Stress rupture data for Novamet lN9021-F T-651 Temperature Applied stress Time to rupture'CM P a h 177 103.4 600+232
51.8 2592+232
68.9 242232
103.4 0.723
2 68.9 3264232
86.1 4642232
102.4 13.251.8 68.9 6.4 51.8 68.9 75.8 86.1 5230+ 3 77, 8 0.5 Novamet lN9021-F Temperature C Table III Compression test data distortion for T-651 Speed Yield stress/s MPa 3X10-3 412 3XIO-410 3X10-" 340 3X10-3 176 3X10-3 113 3X10-' 72 3X10-3 52 3X10-" 34 In addition, the bar with the bridge still attached was examined under an optical microscope. A piece was taken as a specimen, fixed and polished. Also, alloy I
Thin sections were taken from the N 905XL bars and used to prepare thin foil samples for transmission electron microscopy. An example of a transmission electron micrograph obtained from this material is shown in FIG.
L蝮五二考I
Novamet IN 905XLの試料の電子顕微鏡
写真は、平均粒寸が0.5μmから2μmを越える範囲
をとることを示す(第3図参照)。この比較的大きな粒
寸分布は超微粒分散質の一様な分布が存在しない結果で
ある。同様の観察は調査した他の2つのNovamet
合金のミクロ組織についても為された。Electron micrographs of samples of Novamet IN 905XL show that the average grain size ranges from 0.5 μm to over 2 μm (see Figure 3). This relatively large particle size distribution is a result of the lack of a uniform distribution of ultrafine dispersoids. Similar observations were made in the other two Novamet studies investigated.
The microstructure of the alloy was also investigated.
−軸圧縮試験から得られたデータは、第2図に見られる
ように、合金は室温近くでは即ち175℃までは高い強
度を示すけれども、それ以上温度が増大するにつれ強度
は急速に低下することを示す。- The data obtained from the axial compression test shows that, as seen in Figure 2, the alloy exhibits high strength near room temperature, i.e. up to 175°C, but the strength decreases rapidly as the temperature increases beyond that point. shows.
実」1糺工
5つの585gmg/酸化物粉末混合物を、ミリングを
液体窒素スラリー中で行ないそしてアトリック−を液体
を維持するよう液体窒素の連続流れを許容するように改
良したことを除いて比較例Aに記載した過程により調製
した。金属/酸化物粉末混合物の4つのバッチを3%、
7%、10%及び15%(重量に基づ()アルミナを使
用して調製した。これはそれぞれ、17.5g、40g
、585g及び87.8gのアルミナに相当する。Comparative Example: Five 585 g mg/oxide powder mixtures were modified with the exception that the milling was done in a liquid nitrogen slurry and the atrique was modified to allow a continuous flow of liquid nitrogen to keep it liquid. Prepared by the process described in A. four batches of metal/oxide powder mixture at 3%;
7%, 10% and 15% (by weight) alumina were prepared using 17.5g, 40g, respectively.
, 585 g and 87.8 g of alumina.
各場合に、ミリングは15時間行なった。ミリングの完
了に際して、粉末は、乾燥アルゴンの連続流れの下で室
温に昇温せしめそして後ミルから取り出した。粉末は2
50μmを越える粒を除去するべ(分篩した後アルミニ
ウムカン(端蓋と排気口を有する円筒状容器)中に装填
した。カンを排気しそして真空下で24時間にわたって
250℃に加熱した。その後、カンを密閉しそしてAS
EAModel 5L−I Mini−Hipper
Laboratory高温静水圧プレスに装入した。カ
ン充填粉末は2000バール(206,7MPa )の
囲い込み圧力の下で510℃の温度に5時間置かれた。In each case milling was carried out for 15 hours. Upon completion of milling, the powder was allowed to warm to room temperature under a continuous flow of dry argon and then removed from the mill. powder is 2
After sieving to remove particles larger than 50 μm, it was loaded into an aluminum can (cylindrical container with end cap and exhaust port). The can was evacuated and heated to 250° C. for 24 hours under vacuum. , seal the can and AS
EAModel 5L-I Mini-Hipper
It was loaded into a Laboratory high temperature isostatic press. The can-filled powder was placed at a temperature of 510° C. for 5 hours under a containment pressure of 2000 bar (206.7 MPa).
こうして生成された圧縮粉末サンプルを金属学的試験及
び機械的試験のために用意した。The compacted powder samples thus produced were prepared for metallurgical and mechanical tests.
各極低温ミリングした粉末のサンプルを透明固定用媒体
に固定し、研磨しそして粒寸及び粒形状を光学的に調べ
た。サンプルをまた走査電子顕微鏡によっても調べた。Samples of each cryogenically milled powder were fixed in transparent fixing media, polished, and optically examined for particle size and shape. The samples were also examined by scanning electron microscopy.
4種の合金に対する粒寸及び縦横比を表IVに掲げる。The grain sizes and aspect ratios for the four alloys are listed in Table IV.
表IV
極低温ミリング粉末に対する粒寸及び形状アルミナ
粒寸 標準偏差 縦横比1且1上 −二り−
314,612,70,612
715,513,00,591
1019,615,90,565
1517,914,90,617
3%、7%及び15%アルミナを含有する圧縮粉末のサ
ンプルを断片にとり、ベークライトに固定し、研磨しそ
して光学顕微鏡及び走査電子顕微鏡により調べた。Table IV Particle Size and Shape Alumina for Cryogenically Milled Powders
Particle size Standard deviation Aspect ratio 1 and 1 - 2 - 314,612,70,612 715,513,00,591 1019,615,90,565 1517,914,90,617 3%, 7% and 15% Samples of compressed powder containing alumina were cut into pieces, fixed in Bakelite, polished and examined by optical microscopy and scanning electron microscopy.
高温静水圧プレス(HIP)により圧縮しそして3%、
7%及び15%アルミナを含有する圧縮粉末サンプルを
6mm直径及び9mm長さ寸法の円筒に切断した。これ
らサンプルに3X10−’s−’の歪み速度で一軸圧縮
を施した。力及びサンプル収縮量を測定しそして材料の
応カー歪応答を導出した。圧縮試験を25.125.1
75.225.325.375及び425℃で行なった
。0.2%オフセット耐力を各試験サンプルに対して測
定した。これらデータを表v、■工及びVIIに掲げそ
して第4〜6図に試験温度に対してプロットした。compressed by hot isostatic pressing (HIP) and 3%;
Compressed powder samples containing 7% and 15% alumina were cut into cylinders of 6 mm diameter and 9 mm length dimensions. These samples were subjected to uniaxial compression at a strain rate of 3 x 10-'s-'. The force and sample shrinkage were measured and the stress strain response of the material was derived. Compression test 25.125.1
75.225.325.375 and 425°C. 0.2% offset yield strength was measured for each test sample. These data are listed in Tables v, 1 and VII and plotted against test temperature in Figures 4-6.
加えて、アルミニウム−3%アルミナ合金の高温静水圧
プレスしたサンプルを70%減面率までスェージしそし
てクリープ試験片として25 X 8.1mm直径寸法
のサンプルに切断した。これら後者のサンプルに232
〜275℃の範囲の温度でそして34〜103 MPa
の応力水準で一定応力クリープ試験を施した。これらデ
ータを表VIIIにまとめそして第7図にグラフとして
示す。In addition, hot isostatically pressed samples of aluminum-3% alumina alloy were swaged to a 70% area reduction and cut into samples measuring 25 x 8.1 mm diameter as creep specimens. 232 for these latter samples.
at temperatures ranging from ~275 °C and from 34 to 103 MPa
A constant stress creep test was conducted at a stress level of . These data are summarized in Table VIII and shown graphically in FIG.
表V
HIP加工処理したままのアルミニウム/酸窒化物−3
%アルミナに対する圧縮試験データ温度 歪速度
降伏強さ
’C/s M P a
25 3X10”” 450125 3x
lO−3443
1753xlO−3373
2253xlO−3223
2753X10−3 206
325 3xlO−3163
3753X10弓 110
425 3xlO−3105
表VI
旧P加工処理したままのアルミニウム/酸窒化物−7%
アルミナに対する圧縮試験データ温度 歪速度
降伏強さ
’C/ s M P a
25 3xlCM” 51112c3 3X
IO−” 493175 3X10−3
443
225 3xlO−” 283275 3
X10−” 196325 3X10−3
146
375 3X10−3 104
425 3X10−3 105
表VII
HIP加工処理したままのアルミニウム/酸窒化物−1
5%アルミナに対する圧縮試験データ温度
℃
歪速度
/S
3×1
3×1
3×1
3×1
3×1
3×1
3×1
X1
降伏強さ
Pa
表VIII
HIP加工処理したままのアルミニウム/酸窒化物−3
%アルミナに対するクリープ破断データ
温度 適用応力
’CM P a
232 34.5
232 68.9
232 103.4
275 51.8
275 68.9
275 103.4
*試験終了−破損なし
+試験まだ進行中
破断までの時間
10.986”
5.491+
215+
10.773 。Table V As-HIP processed aluminum/oxynitride-3
Compression test data for % alumina Temperature Strain rate
Yield strength 'C/s M Pa 25 3X10"" 450125 3x
lO-3443 1753xlO-3373 2253xlO-3223 2753X10-3 206 325 3xlO-3163 3753X10 Bow 110 425 3xlO-3105 Table VI Old P As Processed Aluminum/Oxynitride - 7%
Compression test data for alumina Temperature Strain rate
Yield strength 'C/s M Pa 25 3xlCM" 51112c3 3X
IO-” 493175 3X10-3
443 225 3xlO-” 283275 3
X10-” 196325 3X10-3
146 375 3X10-3 104 425 3X10-3 105 Table VII As-HIP processed aluminum/oxynitride-1
Compression test data for 5% alumina Temperature °C Strain rate/S 3×1 3×1 3×1 3×1 3×1 3×1 3×1 X1 Yield strength Pa Table VIII As-HIP processed aluminum/acid Nitride-3
% Creep rupture data for alumina Temperature Applied stress 'CM P a 232 34.5 232 68.9 232 103.4 275 51.8 275 68.9 275 103.4 *Test completed - no damage + test still in progress until rupture Time 10.986” 5.491+ 215+ 10.773.
452 +
310 +
3重量%及び7重量%アルミナを含有する追加の585
g金属/酸化物粉末混合物バッチを上述した手順で調製
した。合金化粉末バッチを75mm直径のアルミニウム
押出しカン内に置きそして高温等圧ブレスカンとして上
述の態様で排気した。452 + 310 + additional 585 containing 3 wt% and 7 wt% alumina
A metal/oxide powder mixture batch was prepared using the procedure described above. The alloyed powder batch was placed in a 75 mm diameter aluminum extrusion can and evacuated in the manner described above as a hot isobaric breath can.
これら押出しビレットを続いて5 non/sのラム速
度で450℃において18mm直径のバーとして押出し
た。これらバーから切出した材料サンプルを7、2 X
5.1 mm直径の圧縮試験サンプルとして作製しそ
して上記の態様で試験した゛。これらデータを表IXに
示しそして温度の関数としての0.2%耐力を第8図に
示す。These extruded billets were subsequently extruded as 18 mm diameter bars at 450° C. with a ram speed of 5 non/s. Material samples cut from these bars were
5.1 mm diameter compression test samples were prepared and tested in the manner described above. These data are shown in Table IX and the 0.2% yield strength as a function of temperature is shown in FIG.
各押出しロッドに対して、押出し軸線に対して直角にサ
ンプルを切出しそして自動極図デバイスと組合わせたR
igaku DMAX−ll−4デイフラクトメータの
使用によりテクスチャーを解析した。データを(200
>反射に対して収集した。全極図が得られるようにデツ
カ−法を透過において使用しそしてシエルツ法を反射に
おいて使用した(R,D。For each extrusion rod, a sample was cut perpendicular to the extrusion axis and R
The texture was analyzed using an igaku DMAX-ll-4 diffractometer. data (200
>Collected against reflection. The Detzker method was used in transmission and the Schierz method was used in reflection so that all-pole figures were obtained (R,D).
Cu1lity著 Elements of X−ra
y Diffraction参照)。3%アルミナを含
有するアルミニウム/アルミニウム酸窒化物合金につい
て得られた極図である第12図に示されるように、サン
プルは実質上テクスチャーを有しなかった。Elements of X-ra by Cu1lity
y Diffraction). The sample had virtually no texture, as shown in FIG. 12, which is a polar diagram obtained for an aluminum/aluminum oxynitride alloy containing 3% alumina.
追加的に、合金サンプルを薄い板状に切出しそして透過
電子顕微鏡煮よる観察の為の薄い箔として作製した。こ
れらサンプルから得られた透過電子顕微鏡写真の例を第
98及び9b図に示す。Additionally, alloy samples were cut into thin plates and prepared as thin foils for transmission electron microscopy observation. Examples of transmission electron micrographs obtained from these samples are shown in Figures 98 and 9b.
表IX
押出し及びスェージ処理したままのアルミニウム/酸窒
化物−3%アルミナに対する圧縮試験データ
温度
℃
歪速度
/S
3×1
3×1
3×1
3×1
X1
3×1
3×1
3×1
0″3
降伏強さ
Pa
績1jと(察
表■〜VIIのデータ及び第4〜6図に示されたデータ
の比較から、本発明に従って作製された合金は比較例B
に示されたような従来形式の機械的合金化アルミニウム
材料に比較して優れた強度性質を示す。本合金は、室温
で示す強度をNovamet合金に対する約180℃と
比べて高い250℃を越えて初めて失い始める。従って
、本発明合金は温度耐性を約50℃延長する。更に、4
00℃を越える高温において、強度水準は比較材料のそ
れより約3倍高い。Table IX Compression test data for as-extruded and swaged aluminum/oxynitride-3% alumina Temperature °C Strain rate/S 3×1 3×1 3×1 3×1 X1 3×1 3×1 3×1 From a comparison of the yield strength Pa and the data shown in Tables ① to VII and the data shown in Figures 4 to 6, the alloy prepared in accordance with the present invention was compared to Comparative Example B.
It exhibits superior strength properties compared to conventional mechanically alloyed aluminum materials such as those shown in The alloy only begins to lose its room temperature strength above 250°C, which is high compared to about 180°C for the Novamet alloy. Therefore, the alloy according to the invention extends the temperature resistance by about 50°C. Furthermore, 4
At high temperatures above 00° C., the strength level is approximately three times higher than that of the comparative material.
高温で観察された強度は、極低温ミリング工程その場で
の表面反応の結果として導入されるアルミニウム酸窒化
物の超微細分散質の存在による。The strength observed at elevated temperatures is due to the presence of ultrafine dispersoids of aluminum oxynitrides that are introduced as a result of in situ surface reactions during the cryogenic milling process.
を強く固定しそして高温での再結晶及び粒成長をコント
ロールし、その結果として代表的に0.05μm直径の
極めて一様な粒寸をもたらす。これは、こうした細かい
分散質の兆候が全く見られずそして粒寸が不均一であり
且つ平均粒直径が代表的に0.5μmである比較例Bの
従来からの機械的合金化材料と対照的である。and controls recrystallization and grain growth at high temperatures, resulting in highly uniform grain sizes, typically 0.05 μm in diameter. This is in contrast to the conventional mechanically alloyed material of Comparative Example B, where there is no sign of such fine dispersoids and where the grain size is non-uniform and the average grain diameter is typically 0.5 μm. It is.
特に高温強度が長微細アルミニウム酸窒化物粒子により
付与されるという事実は、3%、7%及び15%アルミ
ナを添加した合金に対して0.2%耐力対温度曲線がほ
とんど正確に重なり合っているという観察結果により裏
付けられる。換言すれば、本発明により調製された合金
の耐力は、ミルに最初添加されたアルミナの量に関係な
(すべての温度において同じ強度を示す。この結果は、
添加アルミナの反復的粉砕により形成されるアルミナ粒
子により提供される強度水準が、粒子が比較的太きく(
0,02μm)そしてそれらの間隔も大きい(0,1μ
m)から、小さいことを認識することにより説明される
。対照的に、極低温ミリング中その場で形成されるアル
ミニウム酸窒化物粒子ははるかに小さく(約3nm直径
)そして約002μmの間隔で分散せしめられ、従って
はるかに高い強度水準を生成する。従って、強度の大部
分は超微細酸窒化物の存在によりそしてそれらの容積分
率は添加アルミナ量に依存しないから、合金強度は添加
アルミナ含有量に無関係なのである。In particular, the fact that high temperature strength is imparted by long fine aluminum oxynitride particles means that the 0.2% proof stress vs. temperature curves for alloys with 3%, 7% and 15% alumina overlap almost exactly. This is supported by the following observation. In other words, the yield strength of the alloy prepared according to the present invention is independent of the amount of alumina initially added to the mill (same strength at all temperatures.
The level of strength provided by alumina particles formed by repeated grinding of added alumina is significantly reduced by the fact that the particles are relatively thick (
0.02μm) and their spacing is also large (0.1μm)
m), it is explained by recognizing that it is small. In contrast, aluminum oxynitride particles formed in situ during cryogenic milling are much smaller (approximately 3 nm diameter) and dispersed with spacing of approximately 0.002 μm, thus producing much higher strength levels. Therefore, alloy strength is independent of added alumina content since most of the strength is due to the presence of ultrafine oxynitrides and their volume fraction is independent of the amount of added alumina.
更に、本組成物を第10及び11図に示したようなダイ
を通して押出すことにより、テキスチャーのない製品が
得られる。これは、ここで開示した極低温ミリングによ
り生成される粉末の超微細粒寸による結果である。Additionally, by extruding the composition through a die such as that shown in Figures 10 and 11, a texture-free product is obtained. This is a result of the ultrafine grain size of the powders produced by cryogenic milling as disclosed herein.
lユ立血】
極低温ミリング工程その場での表面反応の結果として導
入されるアルミニウム酸窒化物の超微細分散質の存在に
より、高温強度に優れたアルミニウム基合金の開発に斯
界で初めて成功した。テキスチャーのない等方性押出し
製品が得られる。[1] Due to the presence of ultrafine dispersoids of aluminum oxynitride introduced as a result of in-situ surface reactions during the cryogenic milling process, we succeeded for the first time in the world in developing an aluminum-based alloy with excellent high-temperature strength. . Texture-free isotropic extruded products are obtained.
4、゛ の な雷日
第1図は、市販の2種類の機械的合金化アルミニウム合
金に対して得られたクリープ破断データのグラフである
。4. Figure 1 is a graph of creep rupture data obtained for two commercially available mechanically alloyed aluminum alloys.
て得られた0、2%耐力対温度の関係を示すグラフであ
る。2 is a graph showing the relationship between 0 and 2% proof stress versus temperature obtained by
第3図は、比較例Bの市販合金の金属組織を示す電子顕
微鏡写真である。FIG. 3 is an electron micrograph showing the metal structure of the commercially available alloy of Comparative Example B.
第4図は、例1に記載された3%アルミナを有する高温
静水圧圧縮されたアルミニウムーアルミニウム酸窒化物
材料サンプルについて圧縮試験において得られた0、2
%耐力対温度データのグラフである。FIG. 4 shows the 0,2 obtained in a compression test for the hot isostatically pressed aluminum-aluminum oxynitride material sample with 3% alumina described in Example 1.
2 is a graph of % proof stress versus temperature data.
第5図は、例1に記載された7%アルミナを有する高温
静水圧圧縮されたアルミニウムーアルミニウム酸窒化物
材料サンプルについて圧縮試験において得られた0、
2%耐力対温度データのグラフである。FIG. 5 shows the 0,
2 is a graph of 2% proof stress versus temperature data.
第6図は、例1に記載された15%アルミナを有する高
温静水圧圧縮されたアルミニウムーアルミニウム酸窒化
物材料サンプルについて圧縮試験において得られた0、
2%耐力対温度データのグラフである。FIG. 6 shows the 0,
2 is a graph of 2% proof stress versus temperature data.
第2図は、市販の合金に対して圧縮試験におい第7図は
、例1に記載された3%アルミナを有する高温静水圧圧
縮及びスェージされたアルミニウムーアルミニウム酸窒
化物材料に対して得られたクリープ破断データのグラフ
である。FIG. 2 shows the compression test for a commercially available alloy. FIG. Fig. 2 is a graph of creep rupture data.
第8図は、例1に記載された3%アルミナを有するアル
ミニウムーアルミニウム酸窒化物材料押出しサンプルに
ついて圧縮試験において得られた0、2%耐力対温度デ
ータのグラフである。FIG. 8 is a graph of 0.2% proof stress vs. temperature data obtained in a compression test for an aluminum-aluminum oxynitride material extrusion sample with 3% alumina as described in Example 1.
第9a図は、実施例1に従ってそして押出しを受けたア
ルミニウム基材料の金属組織を示す透過電子顕微鏡写真
である。FIG. 9a is a transmission electron micrograph showing the metallography of an aluminum-based material according to Example 1 and subjected to extrusion.
第9b図は、実施例1に従ってそして押出しを受けたア
ルミニウム基材料の金属組織、特に3nm直径の酸窒化
物粒子を示す透過電子顕微鏡写真である。FIG. 9b is a transmission electron micrograph showing the metallographic structure of an aluminum-based material according to Example 1 and subjected to extrusion, in particular 3 nm diameter oxynitride particles.
第10図は、本発明に従いロッドな押出すのに使用され
るダイの半部分の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of one half of a die used to extrude rods in accordance with the present invention.
第11図は、ダイの内部輪郭を例示するロッドを押出す
のに使用されるダイの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the die used to extrude the rod illustrating the internal profile of the die.
第12図は、表IXに呈示しそして押出し軸線に直角に
切り出された断片から得られた3%アルミナを有するア
ルミニウムーアルミニウム酸窒化物材料の標準<200
>極面である。FIG. 12 shows the standard <200 aluminum-aluminum oxynitride material with 3% alumina presented in Table IX and obtained from sections cut at right angles to the extrusion axis.
>It is extreme.
10:ダイ 12:主軸線 14:内部輪郭 16:収斂部終端地点 Y二人ロ面 Y :出口面10: Die 12: Main axis line 14: Internal contour 16: Convergence section terminal point Y two person b side Y: Exit surface
Claims (1)
マトリックス全体を通して実質上一様に分散されるアル
ミニウム酸窒化物の分散質粒子を有することを特徴とす
る機械的合金化アルミニウム複合体粉末。 2)アルミニウム酸窒化物の濃度が約5容積%までであ
る特許請求の範囲第1項記載の複合粉末。 3)アルミニウム酸窒化物の濃度が約0.1〜0.5容
積%である特許請求の範囲第2項記載の複合粉末。 4)1種以上の他の金属が存在し、そしてアルミニウム
金属含有量が総粉末重量に基づいて少なくとも50重量
%である特許請求の範囲第1〜3項いづれか記載の複合
粉末。 5)他の金属がLi、Cr、Si、Zn、Ni、Ti、
Zr、Co、Cu、Mg、Mn及びその混合物から成る
群から選択される特許請求の範囲第4項記載の複合粉末
。 6)粉末がアルミニウム酸窒化物と少なくとも1種の他
の高融点化合物から成る高融点化合物を約25容積%ま
で含有する特許請求の範囲第1〜6項いづれか記載の複
合粉末。 7)少なくとも1種の他の高融点化合物が酸化物、酸窒
化物、炭化物、窒化物、硼化物、炭窒化物及びその混合
物から成る群から選択される特許請求の範囲第6項記載
の複合粉末。 8)高融点化合物がAl_2O_3、Al_2O_3・
2Y_2O_3、Al_2O_3・Y_2O_3及び5
Al_2O_3・3Y_2O_3から成る群から選択さ
れる酸化物である特許請求の範囲第7項記載の複合粉末
。 9)特許請求の範囲第1〜8項いづれか記載の分散強化
アルミニウム複合粉末を製造する方法であって、アルミ
ニウム粉末を有効量の酸素を含む窒素含有極低温液体で
酸化物スケールを実質上含まない前記複合粉末を生成す
るに有効時間ミリングすることを特徴とする分散強化ア
ルミニウム複合粉末を製造する方法。 10)窒素含有極低温液体が液体窒素である特許請求の
範囲第8項記載の方法。 11)1重量%までの酸素が存在する特許請求の範囲第
9項或いは10項記載の方法。 12)アルミニウム粉末が少なくとも50重量%アルミ
ニウム、1種以上の他の金属或いは添加材並びに1種以
上の高融点物質から成る特許請求の範囲第9〜11項い
づれか記載の方法。 13)1種以上の他の金属がLi、Cr、Si、Zn、
Ni、Ti、Zr、Co、Cu、Mg、Mn並びにその
混合物から成る群から選択されそして高融点物質が酸化
物、酸窒化物、炭化物、窒化物、硼化物、炭窒化物及び
その混合物から成る群から選択される特許請求の範囲第
12項記載の方法。 14)特許請求の範囲1〜8項いづれか記載の微粒アル
ミニウムの機械的合金化粉末材料をテキスチャーを実質
上含まないロッドに押出す方法であって、約5ミクロン
より小さな平均粒寸を有する粉末材料のビレットを次の
式 1/R^2=(1/R_o^2)+K_x (ここで、Rはダイオリフィスの主軸線に沿ってその入
口面からある与えられた点xにおけるダイ輪郭の半径で
あり、R_oはビレットの半径でありそしてKは任意の
定数である。) に実質上従う内部輪郭を有するダイを通して押出すこと
を特徴とする押出し方法。 15)特許請求の範囲1〜8項いづれか記載の微粒アル
ミニウムの機械的合金化粉末材料をテキスチャーを実質
上含まないチューブに押出す方法であって、約5ミクロ
ンより小さな平均粒寸を有する粉末材料のビレットを次
の式 1/R^2=(1−K_x)/(R_o^2+R_m^
2K_x)(ここで、Rはダイオリフィスの主軸線に沿
ってその入口面からある与えられた点xにおいてのダイ
輪郭の半径であり、R_oはビレットの半径であり、R
_mはマンドレルの半径でありそしてKは任意の定数で
ある。) に実質上従う内部輪郭を有するダイを通して押出すこと
を特徴とする押出し方法。Claims: 1) A mechanically alloyed aluminum composite characterized in that the individual powder particles have an aluminum matrix and dispersoid particles of aluminum oxynitride substantially uniformly distributed throughout the matrix. body powder. 2) The composite powder of claim 1, wherein the concentration of aluminum oxynitride is up to about 5% by volume. 3) The composite powder according to claim 2, wherein the concentration of aluminum oxynitride is about 0.1 to 0.5% by volume. 4) Composite powder according to any of claims 1 to 3, in which one or more other metals are present and the aluminum metal content is at least 50% by weight, based on the total powder weight. 5) Other metals include Li, Cr, Si, Zn, Ni, Ti,
Composite powder according to claim 4, selected from the group consisting of Zr, Co, Cu, Mg, Mn and mixtures thereof. 6) A composite powder according to any one of claims 1 to 6, wherein the powder contains up to about 25% by volume of a high melting point compound consisting of aluminum oxynitride and at least one other high melting point compound. 7) The composite according to claim 6, wherein the at least one other high melting point compound is selected from the group consisting of oxides, oxynitrides, carbides, nitrides, borides, carbonitrides and mixtures thereof. powder. 8) The high melting point compound is Al_2O_3, Al_2O_3.
2Y_2O_3, Al_2O_3・Y_2O_3 and 5
The composite powder according to claim 7, which is an oxide selected from the group consisting of Al_2O_3.3Y_2O_3. 9) A method for producing a dispersion-strengthened aluminum composite powder according to any one of claims 1 to 8, wherein the aluminum powder is a nitrogen-containing cryogenic liquid containing an effective amount of oxygen and substantially free of oxide scale. A method for producing a dispersion-strengthened aluminum composite powder, comprising milling for an effective time to produce the composite powder. 10) The method according to claim 8, wherein the nitrogen-containing cryogenic liquid is liquid nitrogen. 11) A method according to claim 9 or 10, wherein up to 1% by weight of oxygen is present. 12) A method according to any of claims 9 to 11, wherein the aluminum powder comprises at least 50% by weight aluminum, one or more other metals or additives and one or more high melting point substances. 13) One or more other metals include Li, Cr, Si, Zn,
selected from the group consisting of Ni, Ti, Zr, Co, Cu, Mg, Mn and mixtures thereof, and the high melting point material consists of oxides, oxynitrides, carbides, nitrides, borides, carbonitrides and mixtures thereof 13. The method of claim 12, wherein: 14) A method of extruding a fine-grained aluminum mechanically alloyed powder material according to any of claims 1 to 8 into a substantially texture-free rod, the powder material having an average particle size of less than about 5 microns. A billet of , R_o is the radius of the billet and K is an arbitrary constant. 15) A method of extruding a mechanically alloyed fine-grained aluminum powder material according to any of claims 1-8 into a substantially texture-free tube, the powder material having an average particle size of less than about 5 microns. The billet is calculated using the following formula 1/R^2=(1-K_x)/(R_o^2+R_m^
2K_x) (where R is the radius of the die profile at a given point x from its entrance face along the major axis of the die orifice, R_o is the radius of the billet, and R
_m is the radius of the mandrel and K is an arbitrary constant. ) an extrusion method characterized by extrusion through a die having an internal contour substantially according to
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63221505A JP2819134B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product |
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|---|---|---|---|
| JP63221505A JP2819134B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0285301A true JPH0285301A (en) | 1990-03-26 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63221505A Expired - Lifetime JP2819134B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Aluminum based oxide dispersion strengthened powder and its textureless extruded product |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2819134B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03122201A (en) * | 1989-10-06 | 1991-05-24 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Aluminum cmosite powder green compact and manufacture thereof |
| JPH0539501A (en) * | 1991-05-27 | 1993-02-19 | Daido Steel Co Ltd | Hard particle dispersed alloy powder and method for producing the same |
| KR100721780B1 (en) * | 2005-05-30 | 2007-05-25 | 주식회사 다이너머트리얼스 | Manufacturing method of high strength ultra fine / nano structured aluminum / aluminum nitride or aluminum alloy / aluminum nitride composite |
| CN110732674A (en) * | 2019-11-19 | 2020-01-31 | 衡东县金源铝银粉有限公司 | method for producing and processing metal aluminium powder |
-
1988
- 1988-09-06 JP JP63221505A patent/JP2819134B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03122201A (en) * | 1989-10-06 | 1991-05-24 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Aluminum cmosite powder green compact and manufacture thereof |
| JPH0539501A (en) * | 1991-05-27 | 1993-02-19 | Daido Steel Co Ltd | Hard particle dispersed alloy powder and method for producing the same |
| KR100721780B1 (en) * | 2005-05-30 | 2007-05-25 | 주식회사 다이너머트리얼스 | Manufacturing method of high strength ultra fine / nano structured aluminum / aluminum nitride or aluminum alloy / aluminum nitride composite |
| CN110732674A (en) * | 2019-11-19 | 2020-01-31 | 衡东县金源铝银粉有限公司 | method for producing and processing metal aluminium powder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2819134B2 (en) | 1998-10-30 |
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