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高耐熱性,高強度Co基合金及びその製造方法 コモンズ

国内特許コード P110004127
整理番号 A281P16
掲載日 2011年7月7日
出願番号 特願2007-535454
登録番号 特許第4996468号
出願日 平成18年9月5日(2006.9.5)
登録日 平成24年5月18日(2012.5.18)
国際出願番号 JP2006317939
国際公開番号 WO2007032293
国際出願日 平成18年9月5日(2006.9.5)
国際公開日 平成19年3月22日(2007.3.22)
優先権データ
  • 特願2005-267964 (2005.9.15) JP
発明者
  • 石田 清仁
  • 貝沼 亮介
  • 及川 勝成
  • 大沼 郁雄
  • 佐藤 順
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
発明の名称 高耐熱性,高強度Co基合金及びその製造方法 コモンズ
発明の概要

質量比でAl:0.1~10%,W:3.0~45%,Co:残部を基本組成とし、L1型の金属間化合物〔Co(Al,W)〕が分散析出したCo基合金である。Coの一部をNi,Ir,Fe,Cr,Re,Ruで、Al,Wの一部をNi,Ti,Nb,Zr,V,Ta,Hfで置換しても良い。金属間化合物〔Co(Al,W)〕は融点が高く、マトリックスに対する格子定数ミスマッチも小さいので、Ni基合金に匹敵する高温強度,優れた組織安定性が付与されたCo基合金となる。

従来技術、競合技術の概要


ガスタービン部材,飛行機用エンジン部材,化学プラント部材,ターボチャージャーロータ等の自動車用エンジン部材,高温炉部材等では、高温環境下で強度が必要とされ、優れた耐酸化性が要求される場合もある。そのため、Ni基合金やCo基合金がこのような高温用途に使用されてきた。たとえば、タービンブレード等の代表的な耐熱材料に、L1構造のγ’相:Ni(Al,Ti)で強化されたNiベースのスーパーアロイがある。γ’相は、温度上昇に伴い強度も高くなる逆温度依存性を呈することから、耐熱材料の高強度化には好適である。
耐食性,延性が必要な高温用途では、Ni基合金よりもCo基合金が使用されている。Co基合金は、M23又はMC型炭化物により高強度化される。Ni基合金のγ’相の結晶構造と同じL1型構造を有するCoTi,CoTa等が強化相として報告されているが、CoTiは融点が低くCoTaは高温での安定性に乏しい。そのため、CoTiやCoTaを強化相とする材料では、合金元素の添加によっても使用温度の上限が750℃程度に過ぎない。Ni,Al,Ti等を添加しγ’相〔Ni(Al,Ti)〕により析出強化することも特開昭59-129746号公報で報告されているが、Ni基合金ほど著しい強化が得られていない。γ’相と類似の結晶構造であるE2型金属間化合物を有するCoAlC相を利用した析出強化(特開平10-102175号公報)も検討されているが、未だ実用化に至っていない。

産業上の利用分野


本発明は、高温強度が要求される用途や高強度,高弾性が要求される用途等に好適なCo基合金及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】 質量比でAl:0.1~10%、W:3.0~45%で両者の合計が50%未満であって、残部が不可避的不純物を除きCoの組成を有するCo基合金であって、
前記Co基合金が、fcc構造を有するCo主体のマトリックス相(γ相)と、
原子比でCo(Al,W)のL1構造を有するfcc構造の金属間化合物からなり、前記マトリックス相の粒内に析出する析出相(γ´相)とを有し、
前記Co基合金のマトリックス相(γ相)と前記Co(Al,W)の析出相(γ´相)との格子定数のミスマッチが0.5%以下で、
前記Co(Al,W)の析出相(γ´相)は、粒径が50nm~1μmで、析出量が40~85体積%の範囲にあり、かつ、
前記Co基合金が、800℃におけるビッカース硬度が250以上である
ことを特徴とするCo基合金。
【請求項2】 請求項1に記載のCo基合金において、
前記Co基合金は、
前記Co(Al,W)の析出相(γ´相)と前記マトリックス相(γ相)とに対する分配係数が1未満であって、主に、前記Co(Al,W)のCoと置換するIr、Fe、Cr、Mo、Re、Ruの群の中から選択される少なくとも1つ以上の元素を添加する
ことを特徴とするCo基合金。
【請求項3】 請求項1又は2に記載のCo基合金において、
前記Co基合金は、
前記Co(Al,W)の析出相(γ´相)と前記マトリックス相(γ相)とに対する分配係数が1以上であって、主に、前記Co(Al,W)のAl及び/又はWと置換するNi、Ti、Nb、Zr、V、Ta、Hfの群の中から選択される少なくとも1つ以上の元素を添加する
ことを特徴とするCo基合金。
【請求項4】 請求項3に記載のCo基合金において、
前記Co基合金は、
前記Co(Al,W)のCo、Al,Wとのいずれとも置換するNiを添加し、
前記Niの添加量と前記Coと置換する元素と前記Al及び/又はWと置換する元素が、50%以下のNi、50%以下のIr、10%以下のFe、20%以下のCr、15%以下のMo、10%以下のRe、10%以下のRu、10%以下のTi、20%以下のNb、10%以下のZr、10%以下のV、20%以下のTa、10%以下のHfであって、合計した量が50%以下で添加する
ことを特徴とするCo基合金。
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載のCo基合金において、
前記Co基合金は、
結晶粒界に析出する0.001~1%のB及び/又は0.001~2.0%のCを添加する
ことを特徴とするCo基合金。
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載のCo基合金において、
前記Co基合金は、
マトリックス相(γ相)に析出する0.01~1.0%のY及び/又は0.01~1.0%のLa又はミッシュメタルを添加する
ことを特徴とするCo基合金。
【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかに記載のCo基合金において、
前記Co基合金は、
マトリックス相(γ相)に析出する原子比でCoWのDO19型金属間化合物、原子比でCoAlのB2金属間化合物、炭化物の群から選択される1つ以上の析出物を有する
ことを特徴とするCo基合金。
【請求項8】 高耐熱性、高強度を有するCo基合金の製造方法において、
前記Co基合金の製造方法が、
請求項1ないし7のいずれかに記載のCo基合金を所定形状に成形した後、
1100~1400℃の温度域で溶体化した後、温度域:500~1100℃での時効処理を施して製造する
ことを特徴とするCo基合金の製造方法。
産業区分
  • 冶金、熱処理
  • 合金
国際特許分類(IPC)
出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST シミュレーション技術の革新と実用化基盤の構築(CRESTプログラム、さきがけプログラムの混合型領域) 領域
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