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ニッケル基金属間化合物複合焼結材料およびその製造方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P150012034
掲載日 2015年6月15日
出願番号 特願2013-539689
登録番号 特許第6011946号
出願日 平成24年10月18日(2012.10.18)
登録日 平成28年9月30日(2016.9.30)
国際出願番号 JP2012076998
国際公開番号 WO2013058338
国際出願日 平成24年10月18日(2012.10.18)
国際公開日 平成25年4月25日(2013.4.25)
優先権データ
  • 特願2011-230005 (2011.10.19) JP
発明者
  • 高杉 隆幸
  • 金野 泰幸
  • 川上 優
出願人
  • 公立大学法人大阪府立大学
発明の名称 ニッケル基金属間化合物複合焼結材料およびその製造方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 第1のニッケル基金属間化合物から成る初析相と、第1のニッケル基金属間化合物と第2のニッケル基金属間化合物とから成る共析相と、を含む2重複相組織を有し、かつ強度に優れた材料を提供すること、および同材料をより低い温度で製造できる方法を提供する。
第1のニッケル基金属間化合物を含む初析相と、前記第1のニッケル基金属間化合物と該第1のニッケル基金属間化合物と異なる第2のニッケル基金属間化合物とを含む共析相、とを含んで成る2重複相組織を含み、該2重複相組織の平均結晶粒径が50μm以下であることを特徴とするニッケル基金属間化合物複合焼結材料である。また本材料は粉末冶金法により製造する。
従来技術、競合技術の概要



ニッケル固溶体相のマトリクスにニッケル基金属間化合物等の金属間化合物を析出させたニッケル基超合金は、優れた高温強度、耐摩耗性を有する材料として広く用いられている。





しかし、例えば、エネルギー効率向上を目的に発電タービン等の熱機関および航空機等のエンジンに用いる部品をより高い温度で使用したい、または、例えば部品の高寿命化を意図して高温でより長い時間使用したいとの要望が増加しており、ニッケル基超合金よりも優れた高温強度を有する材料への要望が強くなっている。





このような、要望に応えるべく、本願発明者らは、例えば特許文献1に示されるようにL1型の結晶構造を有するニッケル基金属間化合物から成る初析相と、L1型の結晶構造を有するニッケル基金属間化合物とD022型の結晶構造を有するニッケル基金属間化合物とから成る共析相と、から成る2重複相組織を有する材料を開発した。

特許文献1に示す2重複相組織(定義等は後述)は、上述の通り初析相および共析相の両方がニッケル基の金属間化合物から成ることから、極めて優れた耐熱性を有している。

産業上の利用分野



第1のニッケル基金属間化合物を含む初析相と、第1のニッケル基金属間化合物と第2のニッケル基金属間化合物とを含む共析相と、を含んで成る2重複相組織を含むニッケル基金属間化合物複合焼結材料およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
第1のニッケル基金属間化合物から成る初析相と、
前記第1のニッケル基金属間化合物と、該第1のニッケル基金属間化合物と異なる第2のニッケル基金属間化合物とから成る共析相と、から成る2重複相組織から成り、
該2重複相組織の平均結晶粒径が50μm以下であり、
前記2重複相組織が、50at%以上のニッケルと、5at%~13at%のアルミニウムと、9.5at%~17.5at%のバナジウムと、0at%~5at%のニオブとを含有し、
前記第1のニッケル基金属間化合物が、L1型の結晶構造を有する、NiAlまたはニッケルおよびアルミニウム以外の元素を含むNiAlであり、
前記第2のニッケル基金属間化合物がD022型の結晶構造を有する、NiVまたはニッケルおよびバナジウム以外の元素を含むNiVであることを特徴とするニッケル基金属間化合物複合焼結材料。

【請求項2】
前記2重複相組織が、タンタル:0.5at%~8at%、タングステン:0.5at%~8at%、クロム:12at%以下(0at%を含まず)、コバルト:15at%以下(0at%を含まず)、チタン:0.5at%~3.5at%、レニウム:0.5at%~5at%およびカーボン(炭素):12.5at%以下(0at%を含まず)から成る群より選択される1種以上を更に含有することを特徴とする請求項1に記載のニッケル基金属間化合物複合焼結材料。

【請求項3】
前記2重複相組織が、更にボロンを含み、該ボロンの含有量が前記2重複相組織のボロン以外の元素の合計質量に対して10重量ppm~1000重量ppmであることを特徴とする請求項1またはに記載のニッケル基金属間化合物複合焼結材料。

【請求項4】
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウムおよびイットリウムからなる群より選択される1種以上の元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物であって、
前記2重複相組織中に分散している炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物を更に含むことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のニッケル基金属間化合物複合焼結材料。

【請求項5】
第1のニッケル基金属間化合物を含む初析相と、
前記第1のニッケル基金属間化合物と、該第1のニッケル基金属間化合物と異なる第2のニッケル基金属間化合物とから成る共析相と、から成る2重複相組織から成り、
該2重複相組織の平均結晶粒径が50μm以下であり、
前記第1のニッケル基金属間化合物が、L1型の結晶構造を有する、NiAlまたはニッケルおよびアルミニウム以外の元素を含むNiAlであり、
前記第2のニッケル基金属間化合物がD022型の結晶構造を有する、NiVまたはニッケルおよびバナジウム以外の元素を含むNiVであるニッケル基金属間化合物複合焼結材料の製造方法であって、
50at%以上のニッケルと、5at%~13at%のアルミニウムと、9.5at%~17.5at%のバナジウムと、0at%~5at%のニオブとを含有する混合粉末または合金粉末を準備する粉末準備工程と、
前記混合粉末または合金粉末に圧力を付与した状態で、前記混合粉末または合金粉末を加熱し焼結する焼結工程と、
を含むことを特徴とするニッケル基金属間化合物複合焼結材料の製造方法。

【請求項6】
前記焼結工程の前に、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウムおよびイットリウムからなる群より選択される1種以上の元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物を含む粒子と、前記混合粉末または合金粉末と、を混合する工程を更に含むことにより、前記2重複相組織中に前記炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物を含む粒子を分散させることを特徴とする請求項に記載の製造方法。

【請求項7】
前記混合粉末または合金粉末が、タンタル:0.5at%~8at%、タングステン:0.5at%~8at%、クロム:12at%以下(0at%を含まず)、コバルト:15at%以下(0at%を含まず)、チタン:0.5at%~3.5at%、レニウム:0.5at%~5at%およびカーボン(炭素):12.5at%以下(0at%を含まず)から成る群より選択される1種以上を更に含有することを特徴とする請求項またはに記載の製造方法。

【請求項8】
前記混合粉末または合金粉末が、更にボロンを含み、該ボロンの含有量がボロン以外の元素の合計質量に対して10重量ppm~1000重量ppmであることを特徴とする請求項のいずれか1項に記載の製造方法。

【請求項9】
第1のニッケル基金属間化合物を含む初析相と、
前記第1のニッケル基金属間化合物と、該第1のニッケル基金属間化合物と異なる第2のニッケル基金属間化合物とから成る共析相と、から成る2重複相組織と、該2重複相組織中に分散したチタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウムおよびイットリウムからなる群より選択される1種以上の元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物と、から成り、
該2重複相組織の平均結晶粒径が50μm以下であり、
前記第1のニッケル基金属間化合物が、L1型の結晶構造を有する、NiAlまたはニッケルおよびアルミニウム以外の元素を含むNiAlであり、
前記第2のニッケル基金属間化合物がD022型の結晶構造を有する、NiVまたはニッケルおよびバナジウム以外の元素を含むNiVであるニッケル基金属間化合物複合焼結材料の製造方法であって、
50at%以上のニッケルと、5at%~13at%のアルミニウムと、9.5at%~17.5at%のバナジウムと、0at%~5at%のニオブとを含有する母材と、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウムおよびイットリウムからなる群より選択される1種以上の元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物とを用いて、少なくとも前記母材が溶融した溶融金属を得る溶融工程と、
前記溶融金属をアトマイズして、ニッケル基合金マトリクス中にチタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウムおよびイットリウムからなる群より選択される1種以上の元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物または硼化物を有するアトマイズ粉末を得るアトマイズ工程と、
前記アトマイズ粉末に圧力を付与した状態で、前記アトマイズ粉末を加熱し焼結する焼結工程と、
を含むことを特徴とするニッケル基金属間化合物複合焼結材料の製造方法。

【請求項10】
前記母材が、タンタル:0.5at%~8at%、タングステン:0.5at%~8at%、クロム:12at%以下(0at%を含まず)、コバルト:15at%以下(0at%を含まず)、チタン:0.5at%~3.5at%、レニウム:0.5at%~5at%およびカーボン(炭素):12.5at%以下(0at%を含まず)から成る群より選択される1種以上を更に含有することを特徴とする請求項に記載の製造方法。

【請求項11】
前記母材が、更にボロンを含み、該ボロンの含有量がボロン以外の元素の合計質量に対して10重量ppm~1000重量ppmであることを特徴とする請求項または10に記載の製造方法。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 登録
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