特許 6607680 Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6607680

(24)【登録日】2019年11月1日

(45)【発行日】2019年11月20日

(54)【発明の名称】Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 19/03 20060101AFI20191111BHJP

   C22F 1/10 20060101ALI20191111BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20191111BHJP

【ＦＩ】

   C22C19/03 P

   C22F1/10 K

   !C22F1/00 602

   !C22F1/00 630A

   !C22F1/00 630B

   !C22F1/00 630C

   !C22F1/00 630K

   !C22F1/00 650A

   !C22F1/00 682

   !C22F1/00 691B

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-41102(P2015-41102)

(22)【出願日】2015年3月3日

(65)【公開番号】特開2016-160495(P2016-160495A)

(43)【公開日】2016年9月5日

【審査請求日】2018年1月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】519135633

【氏名又は名称】公立大学法人大阪

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100149261

【弁理士】

【氏名又は名称】大内 秀治

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(72)【発明者】

【氏名】菊池 雄介

(72)【発明者】

【氏名】林 祐宏

(72)【発明者】

【氏名】高杉 隆幸

(72)【発明者】

【氏名】金野 泰幸

【審査官】 相澤 啓祐

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００８／０４１５９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０５８３３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６２−２７４０４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ １９／０３

Ｃ２２Ｆ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

初析Ｌ１₂相と（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織とからなる２重複相組織を有し、且つ前記２重複相組織を形成する組成域のＮｉ、Ａｌ、Ｖを基本構成元素として含み、
前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７５．０ａｔ％、Ａｌ：１０．０ａｔ％、Ｖ：１５．０ａｔ％である前記基本構成元素の少なくとも何れか一つの元素の含有量が、３．０〜４．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂの添加量分減じられることで、Ｎｉ：７１．０〜７５．０ａｔ％、Ａｌ：６．０〜１０．０ａｔ％、Ｖ：８．０〜１５．０ａｔ％、Ｍｏ：３．０〜４．０ａｔ％、Ｎｂ：０．０〜３．０ａｔ％とからなる組成の合計が１００．０ａｔ％となることを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金。

【請求項2】

請求項１記載のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、
前記基本構成元素のうち、Ｎｉの含有量又はＮｉ及びＮｉ以外の基本構成元素の含有量が減じられて、３．０〜４．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂが添加されることを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金。

【請求項3】

請求項１又は２記載のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、
前記基本構成元素のうち、Ｎｉの含有量又はＮｉ及びＶの含有量が減じられて、３．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂが添加されることを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金。

【請求項4】

請求項１記載のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、
前記基本構成元素のうち、Ａｌの含有量又はＶの含有量が減じられて、３．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂが添加されることを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金。

【請求項5】

請求項１〜４の何れか１項に記載のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、
前記組成の合計重量に対して１０．０〜１０００．０重量ｐｐｍの範囲内でＢをさらに含むことを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金。

【請求項6】

Ｎｉ、Ａｌ、Ｖを基本構成元素とし、初析Ｌ１₂相と（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織とからなる２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７５．０ａｔ％、Ａｌ：１０．０ａｔ％、Ｖ：１５．０ａｔ％である前記基本構成元素のうち、少なくとも何れか一つの元素の含有量を減じて３．０〜４．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂを添加することで、Ｎｉ：７１．０〜７５．０ａｔ％、Ａｌ：６．０〜１０．０ａｔ％、Ｖ：８．０〜１５．０ａｔ％、Ｍｏ：３．０〜４．０ａｔ％、Ｎｂ：０．０〜３．０ａｔ％とからなる組成の合計を１００．０ａｔ％とした合金を得て、前記合金に第１熱処理を行ってＡ１（ｆｃｃ）相の単相とする工程と、
前記単相とした前記合金に初析Ｌ１₂相を析出させることで、初析Ｌ１₂相とＡ１（ｆｃｃ）相との共存相とした後、Ａ１（ｆｃｃ）相を（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織に変化させるように第２熱処理を行うことで、前記２重複相組織を有するＮｉ基金属間化合物合金を得る工程と、
を有することを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法。

【請求項7】

請求項６記載のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、
前記基本構成元素のうち、Ｎｉの含有量又はＮｉ及びＮｉ以外の基本構成元素の含有量を減じて、３．０〜４．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂを添加することで前記合金を得ることを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法。

【請求項8】

請求項６又は７記載のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、
前記基本構成元素のうち、Ｎｉの含有量又はＮｉ及びＶの含有量を減じて、３．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂを添加することで前記合金を得ることを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法。

【請求項9】

請求項６記載のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、
前記基本構成元素のうち、Ａｌの含有量又はＶの含有量を減じて、３．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂを添加することで前記合金を得ることを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法。

【請求項10】

請求項６〜９の何れか１項に記載のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、
前記組成の合計重量に対して１０．０〜１０００．０重量ｐｐｍの範囲内となるようにＢをさらに加えて前記合金を得ることを特徴とするＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２重複相組織を有するＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

構造材の硬さや強度等の特性を向上させることや、軽量化を図ること等が可能な構造材料として、Ｎｉ₃Ａｌ（Ｌ１₂）相とＮｉ₃Ｖ（Ｄ０₂₂）相とを有する２重複相組織からなるＮｉ基金属間化合物合金の開発が進められている。具体的には、２重複相組織は、初析Ｌ１₂相と（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織とからなり、最密充填構造の金属間化合物相から構成される。このため、２重複相組織を有するＮｉ基金属間化合物合金は、単相の金属間化合物材料に比して著しく優れた延性や靱性を備え、且つ高温環境下でも良好な硬さや強度を示す。

【0003】

また、Ｎｉ基金属間化合物合金は、Ｎｉを主構成元素とし、そこにＮｉよりも軽量な（原子量が小さい）ＡｌやＶを含んで構成されるため、他のＮｉ合金等に比しても軽量である。なお、以降の説明では、Ｎｉ、Ａｌ、ＶをＮｉ基金属間化合物合金の基本構成元素ともいう。

【0004】

このようなＮｉ基金属間化合物合金では、その実用化に向けてさらなる特性の向上が望まれている。そこで、例えば、特許文献１には、特に、高温環境下での強度を向上させるべく、基本構成元素にＮｂを添加したＮｉ基金属間化合物合金が提案されている。また、特許文献２、３には、特に、硬さを良好に向上させるべく、基本構成元素にＴａやＲｅ等の元素を添加したＮｉ基金属間化合物合金が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】再公表ＷＯ２００７／０８６１８５号

【特許文献2】再公表ＷＯ２０１２／０３９１８９号

【特許文献3】特開２００９−２１５６４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記の特許文献１に記載されるようにＮｉ基金属間化合物合金にＮｂを添加しても、上昇させることが可能な強度等には上限がある。これは、固溶限を超えてＮｂを添加しても、該固溶限を超えた分のＮｂは、Ｎｉ₃Ｎｂ相として存在するようになり、強度等の向上には寄与しないためである。

【0007】

上記の上限を超えて強度等を上昇させるべく、Ｎｂとともに、例えば、特許文献２記載のＴａを併せて添加することが考えられる。しかしながら、この場合、同族元素であるＮｂとＴａを同時添加することになるため、個々の元素のもつ固溶限の合算値に応じて重畳的にＮｉ基金属間化合物合金の強度を上昇させることはできない。つまり、ＮｂとＴａを同時添加しても、Ｎｉ基金属間化合物合金の強度は、何れかの元素のもつ固溶限に応じた強度に留まる。

【0008】

このため、Ｎｂ添加による強度上昇の効果と、Ｔａの添加による強度上昇の効果を重畳的に得ること、換言すると、個々の元素添加による固溶強化の効果を加算して得ることは期待できない。また、上記の何れかの元素のもつ固溶限を超えて添加された元素が、Ｎｉ基金属間化合物合金の強度上昇を阻害する相を形成する可能性がある。従って、結局、上記の上限を超えてＮｉ基金属間化合物合金の強度を向上させることは困難である。

【0009】

また、ＴａやＲｅ等は、基本構成元素であるＮｉ、Ａｌ、Ｖに比して、原子量が大きい。このため、特許文献２、３に記載されるように、Ｎｉ基金属間化合物合金にＴａやＲｅ等を添加すると密度の増大を招く懸念があり、重量の増加を抑えたいという観点からは好ましくない。

【0010】

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、重量の増加を抑制しつつ、硬さ及び強度を向上させることが可能なＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記の目的を達成するために、本発明は、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金であって、初析Ｌ１₂相と（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織とからなる２重複相組織を有し、且つ前記２重複相組織を形成する組成域のＮｉ、Ａｌ、Ｖを基本構成元素として含み、前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７５．０ａｔ％、Ａｌ：１０．０ａｔ％、Ｖ：１５．０ａｔ％である前記基本構成元素の少なくとも何れか一つの元素の含有量が、３．０〜４．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂの添加量分減じられることで、Ｎｉ：７１．０〜７５．０ａｔ％、Ａｌ：６．０〜１０．０ａｔ％、Ｖ：８．０〜１５．０ａｔ％、Ｍｏ：３．０〜４．０ａｔ％、Ｎｂ：０．０〜３．０ａｔ％とからなる組成の合計が１００．０ａｔ％となることを特徴とする。なお、本明細書において「ａｔ％」は原子パーセントを示している。

【0012】

本発明に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金は、初析Ｌ１₂相と（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織とからなる２重複相組織を有している。ここで、Ｌ１₂相はＮｉ₃Ａｌであり、Ｄ０₂₂相はＮｉ₃Ｖである。

【0013】

換言すると、このＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金は、基本構成元素であるＮｉ、Ａｌ、Ｖを、上記の２重複相組織を形成することが可能な組成域となるように含んでいる。このような組成域としては、例えば、Ａｌ：５．０〜１３．０ａｔ％、Ｖ：１０．０〜１８．０ａｔ％、Ｎｉ：６０．０ａｔ％以上（残部）であることが挙げられる。

【0014】

また、本発明に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金は、基本構成元素のうちの少なくとも何れか一つの元素の含有量が減じられてＭｏが添加されている。すなわち、この組成では、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖのうちの少なくとも何れか一つの元素がＭｏに置き換えられることで、基本構成元素とＭｏとを少なくとも含む組成の合計が１００．０ａｔ％となっている。

【0015】

このようにＭｏが添加された本発明に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金では、例えば、基本構成元素にＮｂのみが添加されたＮｉ基金属間化合物合金等に比して、硬さや強度（引張強度）を効果的に向上させることができる。また、Ｍｏの原子量は９５．９４であるため、Ｔａの原子量（１８０．９５）や、Ｒｅの原子量（１８６．２１）に比して著しく小さい。このため、本発明に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金では、例えば、ＴａやＲｅ等が添加されたＮｉ基金属間化合物合金のように、密度が増大してしまうことを回避できる。

【0016】

以上から、本発明に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金は、重量が増加すること、つまり密度増を抑えつつ、硬さ及び強度を向上させることができる。

【0017】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、Ｎｂをさらに含む前記組成の合計が１００．０ａｔ％となることが好ましい。このように、Ｎｉ基金属間化合物合金にＭｏとＮｂとを併せて添加しても、ＭｏとＮｂとは互いに同族ではないため、相互干渉（相互作用）が生じることを回避できる。

【0018】

従って、Ｍｏ及びＮｂの個々の固溶強化の効果を加算して得ること、換言すると、Ｍｏ添加による硬さや強度の上昇の効果と、Ｎｂ添加による硬さや強度の上昇の効果とを重畳的に得ることができる。すなわち、Ｎｂ添加により上昇させることが可能な上限を超えて、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の硬さや強度を上昇させることができる。このため、上記の通り軽量であり、且つ一層効果的に硬さや強度を向上させたＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金を得ることができる。

【0019】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、前記基本構成元素のうち、Ｎｉの含有量、又は、Ｎｉ及びＮｉ以外の基本構成元素の含有量が減じられて、Ｍｏが添加されることが好ましい。このように、基本構成元素のうち、少なくともＮｉを減じてＭｏを添加することで、本発明に係るＮｉ基金属間化合物合金の強度や延性を効果的に向上させることができる。また、Ｎｉとともに減じられる他の基本構成元素の種類に応じて、異なる特性の向上がもたらされ、それにより多様な強度と延性を有するＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金を得ることができる。

【0020】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、Ｍｏの含有量が０.５ａｔ％〜４．０ａｔ％であることが好ましい。Ｍｏの含有量を、上記の範囲内であり、且つ固溶限以下とした場合、効果的に固溶強化をもたらすことができる。一方、Ｍｏの含有量を、上記の範囲内であり、且つ固溶限以上とした場合、該固溶強化に加えて第３相（析出物）による析出強化をさらに重畳してもたらすことができる。

【0021】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、前記基本構成元素のうち、Ｎｉの含有量又はＮｉ及びＶの含有量が減じられて、３．０ａｔ％のＭｏが添加されることが好ましい。

【0022】

ここで、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金中の初析Ｌ１₂相は略立方体形状であり、該初析Ｌ１₂相同士の間隙であるチャンネル部に、（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織が形成されている。上記の通り、Ｎｉ、又はＮｉ及びＶの含有量が減じられて、３．０ａｔ％のＭｏが添加された組成からなるＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金では、チャンネル部に第３相を析出させることができる。この第３相は、Ｌ１₂相やＤ０₂₂相とは異なる相であって、硬さや強度の向上に寄与する。従って、上記の組成として第３相を析出させることにより、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の硬さや強度を一層効果的に上昇させることが可能になる。

【0023】

なお、以降の説明では、初析Ｌ１₂相とチャンネル部とからなる組織を上部複相組織ともいい、（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織を下部複相組織ともいう。

【0024】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、前記基本構成元素のうち、Ａｌの含有量又はＶの含有量が減じられて、Ｍｏが添加されることも好ましい。

【0025】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金において、前記組成の合計重量に対して１０．０〜１０００．０重量ｐｐｍの範囲内でＢをさらに含むことが好ましい。この場合、粒界割れを抑制することにより延性を向上させることが可能になり、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の特性を一層良好に向上させることができる。

【0026】

上記したＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金を得るための製造方法もこの発明に含まれる。

【0027】

すなわち、本発明は、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法であって、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖを基本構成元素とし、初析Ｌ１₂相と（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織とからなる２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７５．０ａｔ％、Ａｌ：１０．０ａｔ％、Ｖ：１５．０ａｔ％である前記基本構成元素のうち、少なくとも何れか一つの元素の含有量を減じて３．０〜４．０ａｔ％のＭｏ及び０．０〜３．０ａｔ％のＮｂを添加することで、Ｎｉ：７１．０〜７５．０ａｔ％、Ａｌ：６．０〜１０．０ａｔ％、Ｖ：８．０〜１５．０ａｔ％、Ｍｏ：３．０〜４．０ａｔ％、Ｎｂ：０．０〜３．０ａｔ％とからなる組成の合計を１００．０ａｔ％とした合金を得て、前記合金に第１熱処理を行ってＡ１（ｆｃｃ）相の単相とする工程と、前記単相とした前記合金に初析Ｌ１₂相を析出させることで、初析Ｌ１₂相とＡ１（ｆｃｃ）相との共存相とした後、Ａ１（ｆｃｃ）相を（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織に変化させるように第２熱処理を行うことで、前記２重複相組織を有するＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金を得る工程と、を有することを特徴とする。

【0028】

本発明に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法では、先ず、２重複相組織を形成することが可能な組成域とした基本構成元素Ｎｉ、Ａｌ、Ｖのうち、少なくとも何れか一つの元素をＭｏに置き換えた組成の合金を得る。そして、この合金を、第１熱処理によって、Ａ１（ｆｃｃ）相（Ｎｉ固溶体相）の単相とする。次に、第２熱処理によって、Ａ１（ｆｃｃ）相から初析Ｌ１₂相を析出させて上部複相組織を形成し、さらに、該初析Ｌ１₂相の間隙（チャンネル部）に残留したＡ１（ｆｃｃ）相をＤ０₂₂相とＬ１₂相に共析変態させて下部複相組織を形成する。

【0029】

すなわち、第２熱処理では、初析Ｌ１₂相とＡ１（ｆｃｃ）相とが共存する領域、及び初析Ｌ１₂相とＡ１（ｆｃｃ）相とＤ０₂₂相とが共存する領域の両方又は何れか一方を経てから、共析温度以下に達するように合金を冷却する。これによって、上部複相組織と下部複相組織とからなる２重複相組織を有するＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金を形成することができる。

【0030】

上記のようにしてＭｏが添加された本発明に係るＮｉ基金属間化合物合金では、例えば、基本構成元素にＮｂのみが添加されたＮｉ基金属間化合物合金等に比して、硬さや強度を効果的に向上させることができる。また、例えば、ＴａやＲｅ等が添加されたＮｉ基金属間化合物合金に比して、密度を小さくすることができる。従って、本発明に係る製造方法によって、重量の増加を抑えながら、優れた硬さ及び強度を示すＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金を得ることができる。

【0031】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記基本構成元素のうち、Ｎｉの含有量又はＮｉ及びＮｉ以外の基本構成元素の含有量を減じて、Ｍｏを添加することで前記合金を得ることが好ましい。

【0032】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、Ｍｏの含有量を０.５ａｔ％〜４．０ａｔ％とすることが好ましい。

【0033】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記基本構成元素のうち、少なくとも何れか一つの元素の含有量を減じてＭｏ及びＮｂを添加することで、前記組成の合計を１００．０ａｔ％とした前記合金を得ることが好ましい。この合金から得られるＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金では、Ｍｏ添加による硬さや強度上昇の効果と、Ｎｂ添加による強度上昇の効果とを重畳的に得ることができる。このため、重量の増加を抑えながら、且つ一層効果的に硬さや強度を向上させたＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金を得ることができる。

【0034】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記基本構成元素のうち、Ｎｉの含有量又はＮｉ及びＶの含有量を減じて、３．０ａｔ％のＭｏを添加することで前記合金を得ることが好ましい。この合金から得られるＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金では、チャンネル部に上記の第３相を析出させることができるため、硬さや強度を一層効果的に上昇させることが可能になる。

【0035】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記基本構成元素のうち、Ａｌの含有量又はＶの含有量が減じて、Ｍｏが添加されることで前記合金を得ることも好ましい。

【0036】

上記のＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記組成の合計重量に対して１０．０〜１０００．０重量ｐｐｍの範囲内となるようにＢをさらに加えて前記合金を得ることが好ましい。この合金から得られるＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金では、粒界割れを抑制することにより延性を向上させることが可能になり、一層良好に特性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0037】

本発明では、２重複相組織を形成する組成域のＮｉ、Ａｌ、Ｖのうち、少なくとも何れか一つの元素をＭｏに置き換えることで、重量の増加を抑えながら、硬さ及び強度に優れたＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の実施形態に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の２重複相組織を説明するための模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金の基本となる組成系合金の一具体例について、Ｎｂ含有量３．０ａｔ％における温度とＡｌ含有量に関する縦断面状態図である。

【図3】試料ａ１のＳＥＭ観察結果である。

【図4】試料ｂ１のＳＥＭ観察結果である。

【図5】試料ｃ１のＳＥＭ観察結果である。

【図6】試料ａ２のＳＥＭ観察結果である。

【図7】試料ｂ２のＳＥＭ観察結果である。

【図8】試料ｃ２のＳＥＭ観察結果である。

【図9】試料ｄのＳＥＭ観察結果である。

【図10】比較例１のＳＥＭ観察結果である。

【図11】試料ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄ及び比較例１のそれぞれのビッカース硬さ試験の結果を示すグラフである。

【図12】試料ａ３、ｂ３、ｃ３及び比較例２のそれぞれのビッカース硬さ試験の結果を示すグラフである。

【図13】試料ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ及び比較例１のそれぞれの引張強度測定の結果を示すグラフである。

【図14】試料ａ２、ｃ２及び比較例１のＸ線回折結果である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、本発明に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金及びその製造方法につき好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

【0040】

先ず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０の２重複相組織１６について説明する。なお、図１は、２重複相組織１６の模式図であり、一部を拡大して示すものである。

【0041】

Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０は、初析Ｌ１₂相１２と、（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織１４とからなる２重複相組織１６を有している。Ｌ１₂相はＮｉ₃Ａｌであり、Ｄ０₂₂相はＮｉ₃Ｖである。このように、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０は、２重複相組織１６として、最密充填構造からなる二つの金属間化合物を複相とすることで、単相の金属間化合物材料に比して優れた延性や靱性を備え、且つ高温環境下でも良好な強度や硬さを示すことができる。

【0042】

また、初析Ｌ１₂相１２は略立方体形状であり、該初析Ｌ１₂相１２同士の間隙であるチャンネル部に（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織１４が形成されている。すなわち、２重複相組織１６は、初析Ｌ１₂相１２とチャンネル部とからなる上部複相組織と、（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織１４からなる下部複相組織とを備えて構成されているともいえる。

【0043】

このＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０は、２重複相組織１６を出現させることが可能な組成域のＮｉ、Ａｌ、Ｖを基本的な構成元素（基本構成元素）として含んでいる。ここで、２重複相組織１６を出現させることが可能な組成域としては、例えば、Ａｌ：５．０〜１３．０ａｔ％、Ｖ：１０．０〜１８．０ａｔ％、Ｎｉ：６０．０ａｔ％以上（残部）であることが挙げられる。

【0044】

そして、上記の組成域の基本構成元素のうち、少なくとも何れか一つが減じられてＭｏが添加されることで、該基本構成元素とＭｏとを少なくとも含む組成の合計が１００．０ａｔ％となっている。すなわち、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖの少なくとも何れか一つがＭｏに置き換えられた組成を有している。なお、Ｍｏの添加量は、例えば、１．５ａｔ％以上とすることが好ましい。

【0045】

上記の組成としては、基本構成元素とＭｏのみから構成されてもよく、基本構成元素及びＭｏの他にＮｂを含んでいてもよい。この場合、Ｎｂによる固溶強化によりＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０の強度を一層良好に向上させることが可能になる。また、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０は、上記の組成の他に、粒界割れを抑制することにより延性を向上させる効果を有するＢをさらに含んでいてもよい。

【0046】

ＮｂやＢの含有量は、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０の強度や延性等を効果的に向上させることが可能な範囲であればよい。例えば、Ｎｂの場合、上記の組成の合計が１００となるように、基本構成元素の少なくとも何れか一つが減じられて、０．０〜５．０ａｔ％の範囲内、一層好適には、１．０〜４．０ａｔ％の範囲内のＮｂが添加されればよい。また、Ｂの場合、上記の組成の合計重量に対して１０．０〜１０００．０重量ｐｐｍの範囲内、一層好適には、３０．０〜３００．０重量ｐｐｍの範囲内のＢが添加されればよい。

【0047】

なお、基本構成元素及びＭｏを除く成分は必須の構成ではなく、必要に応じて添加すればよい。さらに、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０には、Ｎｂ及びＢ以外の添加元素や、不純物元素が含まれていてもよい。

【0048】

上記のように構成されるＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０の製造方法としては、例えば、溶解鋳造法や粉末冶金法等を採用することができる。以下、図２を参照しつつ、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０の製造方法について説明する。なお、図２は、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０の基本となる組成系合金の一具体例について、Ｎｂ含有量３．０ａｔ％における温度とＡｌ含有量に関する縦断面状態図であり、横軸がＡｌ含有量（％）を示し、縦軸が温度（Ｋ）を示す。

【0049】

先ず、上記の組成に調整した合金に第１熱処理を行って、Ａ１（ｆｃｃ）相の単相とする。なお、Ａ１（ｆｃｃ）相は、規則構造を有しない（不規則構造の）ｆｃｃ構造のＮｉ固溶体相である。

【0050】

次に、第２熱処理を行って、Ａ１（ｆｃｃ）相から初析Ｌ１₂相１２を析出させ、さらに、初析Ｌ１₂相１２の間隙（チャンネル部）に残ったＡ１（ｆｃｃ）相をＤ０₂₂相とＬ１₂相に共析変態させる。これによって、初析Ｌ１₂相１２及びチャンネル部からなる上部複相組織と、（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織１４からなる下部複相組織とを形成する。

【0051】

すなわち、第２熱処理では、初析Ｌ１₂相１２とＡ１（ｆｃｃ）相とが共存する領域、及び初析Ｌ１₂相１２とＡ１（ｆｃｃ）相とＤ０₂₂相とが共存する領域の両方又は何れか一方を経てから、共析温度以下に達するように合金を冷却する。これによって、上部複相組織と下部複相組織とからなる２重複相組織１６を有するＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０を得ることができる。

【0052】

なお、図２からも、例えば、Ａｌの含有量が５．０ａｔ％〜１３．０ａｔ％の範囲内（Ｖ：１０．０〜１８．０ａｔ％、残部のＮｉ：６０．０ａｔ％以上）であれば、上記の第１熱処理及び第２熱処理を行うことで、比較的容易に２重複相組織１６を形成できることが分かる。

【0053】

Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０の製造方法として、例えば、小型アーク炉等を用いる場合では、合金を溶解して溶湯にした後の冷却速度（凝固速度）が比較的大きい。このため、図１に例示される組織と異なる可能性がある。また、第１熱処理として、凝固後の合金を加熱することで、Ａ１（ｆｃｃ）相の単相を得ることができる。この第１熱処理では、上記の通り、Ａ１単相組織を得る溶体化熱処理を目的とするとともに、合金を均質化する均質化熱処理を目的とすることができる。従って、第１熱処理では、加熱温度や該加熱温度での保持時間が上記目的を達成するために適した範囲となるように設定されればよい。

【0054】

また、上記のようにして第１熱処理を行った後の合金を、所定の速度で共析温度まで連続的に炉冷を行う工程を第２熱処理とすることができる。すなわち、第２熱処理によって、合金に初析Ｌ１₂相１２を析出させる工程と、該初析Ｌ１₂相１２と共存するＡ１（ｆｃｃ）相を（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織１４に変化させる工程とを連続的に行って、２重複相組織１６を形成することができる。

【0055】

この第２熱処理では、連続的に炉冷を行うことに代えて、合金の炉冷を２段階で行ってもよい。すなわち、第２熱処理として、先ず、合金を共析温度よりも高い温度で保持して上部複相組織を形成し、その後、合金を共析温度よりも低い温度で保持して下部複相組織を形成するようにしてもよい。

【0056】

また、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０の製造方法として、例えば、真空誘導溶解・鋳造法等を用いることもできる。この場合、冷却速度が比較的小さいため、溶湯から凝固させた固相の冷却過程（工程）を第１熱処理として、Ａ１（ｆｃｃ）相の単相を得ることができる。

【0057】

その後、合金を連続的に冷却して共析温度以下とする過程を第２熱処理として、上部複相組織及び下部複相組織のそれぞれを形成することができる。その結果、２重複相組織１６を有するＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０を得ることができる。

【0058】

なお、この場合の第２熱処理においても、合金の冷却を２段階で行ってもよい。すなわち、第２熱処理として、先ず、合金を共析温度よりも高い温度で保持して上部複相組織を形成し、その後、合金を共析温度よりも低い温度で保持して下部複相組織を形成するようにしてもよい。

【0059】

ここで、上記の小型アーク炉等を用いた製造方法により、互いに組成が異なるＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０を作製して、実施例に係る試料ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３、ｃ１〜ｃ３、ｄ（以下、これらを総称して、実施例に係る試料ともいう）とした。また、Ｍｏを添加しないこと以外は実施例と同様の方法により、比較用のＮｉ基金属間化合物合金を作製して、比較例１、２とした。

【0060】

具体的には、実施例に係る試料及び比較例１、２のそれぞれでは、２重複相組織１６を出現させることが可能な組成域としてＮｉ：７５．０ａｔ％、Ａｌ：１０．０ａｔ％、Ｖ：１５．０ａｔ％を採用した。実施例に係る試料及び比較例１、２のそれぞれの組成と、該組成の合計重量に対するＢの添加量（ｗｔ％）は表１に示す通りである。

【0061】

【表1】

【0062】

すなわち、試料ａ１では、上記の組成域の基本構成元素のうちのＮｉを減じて１．５ａｔ％のＭｏを添加し、且つＶを減じて３．０ａｔ％のＮｂを添加することで、基本構成元素とＭｏとＮｂとからなる組成の合計を１００．０ａｔ％とした。そして、この組成の合計重量に対して５０．０重量ｐｐｍ（０．００５ｗｔ％）となるようにＢを添加して合金を得た。

【0063】

試料ａ２では、Ｍｏの添加量を３．０ａｔ％とした以外は、試料ａ１と同様にして合金を得た。試料ｂ１では、Ｎｉに代えてＡｌを減じてＭｏを添加した以外は、試料ａ１と同様にして合金を得た。試料ｂ２では、Ｍｏの添加量を３．０ａｔ％とした以外は、試料ｂ１と同様にして合金を得た。試料ｃ１では、Ｎｉに代えてＶを減じてＭｏを添加した以外は、試料ａ１と同様にして合金を得た。試料ｃ２では、Ｍｏの添加量を３．０ａｔ％とした以外は、試料ｃ１と同様にして合金を得た。試料ｄは、Ｎｉ及びＶを１．５ａｔ％ずつ減じて、３．０ａｔ％のＭｏを添加した以外は、試料ａ１と同様にして合金を得た。

【0064】

また、試料ａ３では、上記の組成域の基本構成元素のうちのＮｉを減じて３．０ａｔ％のＭｏを添加することで、基本構成元素と、Ｍｏとからなる組成の合計を１００．０ａｔ％とした。すなわち、この組成にはＮｂが含まれない。そして、この組成の合計重量に対して５０．０重量ｐｐｍとなるようにＢを添加して合金を得た。試料ｂ３では、Ｎｉに代えてＡｌを減じてＭｏを添加した以外は、試料ａ３と同様にして合金を得た。試料ｃ３では、Ｎｉに代えてＶを減じてＭｏを添加した以外は、試料ａ３と同様にして合金を得た。

【0065】

上記のようにして得られた合金のそれぞれに対して、第１熱処理として、真空中において、合金を１２８０℃の加熱温度で５時間保持した後、第２熱処理として、１０℃／分の降温速度で連続的に炉冷を行った。これによって、実施例に係る試料及び比較例１、２に係るＮｉ基金属間化合物合金をそれぞれ作製した。

【0066】

これらのＮｉ基金属間化合物合金のうち、試料ａ１、ｂ１、ｃ１のＳＥＭ観察結果をそれぞれ図３〜図５に示し、試料ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄのＳＥＭ観察結果をそれぞれ図６〜図９に示し、比較例１のＳＥＭ観察結果を図１０に示す。なお、図６では、一部を拡大して示している。

【0067】

先ず、図３〜図１０等から、上記の組成域となるように合金の組成を調整して得たＮｉ基金属間化合物合金の何れも、初析Ｌ１₂相１２と（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織１４とからなる２重複相組織１６を有していることが確認された。

【0068】

また、図６及び図９から、Ｎｉの含有量が減じられて３．０ａｔ％のＭｏが添加された試料ａ２と、Ｎｉ及びＶの含有量が減じられて３．０ａｔ％のＭｏが添加された試料ｄとでは、チャンネル部にＬ１₂相やＤ０₂₂相とは異なる第３相１８が析出していることが確認された。

【0069】

次に、試料ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄ及び比較例１のそれぞれについて、室温でビッカース硬さ測定を行った結果を図１１に示す。同様に、試料ａ３、ｂ３、ｃ３及び比較例２のそれぞれについて、室温でビッカース硬さの測定を行った結果を図１２に示す。なお、ビッカース硬さ測定は、具体的には、上記試料のそれぞれに対して、１０箇所で試験を行い、これから最大値及び最小値を除いた８点の測定値の平均値を算出し硬さとした。マイクロビッカース硬さ計の測定条件は、荷重１ｋｇ、保持時間１０秒とした。

【0070】

図１１及び図１２から、実施例に係る試料の何れも、比較例１、２に比して、ビッカース硬さが上昇していることが分かる。また、Ｎｂを含有しない比較例２に比して、Ｎｂを含有する比較例１ではビッカース硬さが上昇しているが、このＮｂ添加によるビッカース硬さの上昇分を超えて、実施例に係る試料のビッカース硬さが上昇していることが分かる。

【0071】

また、ＭｏとともにＮｂを併せて添加した試料ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄでは、Ｍｏ添加による硬さ上昇の効果と、Ｎｂ添加による硬さ上昇の効果とを重畳的に得ることができる。すなわち、Ｍｏを併せて含有することで、Ｎｂ添加により上昇させることが可能な大きさの上限を超えてビッカース硬さを上昇させることができる。

【0072】

さらに、図１１から、Ｎｉ及びＡｌをＭｏと置き換えた実施例に係る試料のうち、Ｍｏの含有量が３．０ａｔ％である試料ａ２、ｂ２では、Ｍｏの含有量が１．５ａｔ％である試料ａ１、ｂ１に比して、ビッカース硬さの上昇分が大きいことが分かった。一方、ＶをＭｏと置き換えた実施例に係る試料のうち、Ｍｏの含有量が１．５ａｔ％である試料ｃ１では、Ｍｏの含有量が３．０ａｔ％である試料ｃ２に比して、ビッカース硬さの上昇分が大きいことが分かった。

【0073】

次に、試料ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ及び比較例１のそれぞれに対して、引張試験を行った。引張試験に用いた試験片の大きさは、ゲージ部が２×１０×１.２ｍｍ³であった。引張試験は、室温、真空中で歪み速度１.７×１０^-4ｓ^-1の条件で行った。その結果を図１３に示す。なお、図１３は、引張試験の結果を示したグラフであり、各測定試料の引張強度と０．２％耐力との関係を示す。

【0074】

図１３から、実施例に係る測定試料の何れも、比較例１に比して、引張強度が上昇していることが分かる。また、上記の通り、特に、チャンネル部に第３相１８が析出している試料ａ２、ｄでは、顕著に引張強度が上昇している傾向にある。なお、図１３において、試料ａ２は弾性域で破断したため引張強度のみの値が示されている。

【0075】

次に、第３相１８が析出していない試料ｃ２及び比較例１と、第３相１８が析出している試料ａ２とに対してＸ線回折を行った結果を図１４に示す。図１４から、試料ｃ２及び比較例１では、Ｎｉ₃Ａｌ（Ｌ１₂）相及びＮｉ₃Ｖ（Ｄ０₂₂）相に由来する回折ピークのみが観察された。これに対して、試料ａ２では、Ｌ１₂相及びＤ０₂₂相に由来する回折ピークの他に、該回折ピークとは異なる第３相１８に由来する回折ピークが観察された。また、このＸ線回折結果から、第３相１８は、Ａ２（ｂｃｃ）構造のＶ−Ｍｏ系固溶体、及び／又は正方構造のＮｉ₄Ｍｏであると同定された。

【0076】

試料ａ２と同じく、試料ｄもＮｉ（とＶ）を減じてＭｏが添加されており、図９には図６と同様に、チャンネル部にＶ−Ｍｏ系固溶体と思われる第３相１８が析出している。従って、試料ａ２、ｄでは、そのチャンネル部の第３相１８が析出することによって、上記のＭｏの固溶強化に加え、第３相１８による析出硬化が生じる。その結果、上記の通り、試料ａ２、ｄでは、顕著に強度や硬さを上昇させることができたといえる。

【0077】

以上から、本実施形態に係るＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０では、例えば、基本構成元素にＮｂのみが添加されたＮｉ基金属間化合物合金等に比して、優れた硬さや強度を示す。また、ＴａやＲｅ等に比して原子量が著しく小さいＭｏが添加されたＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０では、ＴａやＲｅ等が添加されたＮｉ基金属間化合物合金のように、密度が増大してしまうことを回避できる。従って、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０は、重量が増加すること、つまり密度が高くなることを抑えながら、優れた硬さ及び強度を示す。

【0078】

また、Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０では、ＭｏとともにＮｂを含有した場合、Ｍｏ添加による硬さや強度の上昇の効果と、Ｎｂ添加による硬さや強度の上昇の効果とを重畳的に得ることができる。すなわち、Ｎｂ添加により上昇させることが可能な上限を超えてＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０の硬さや強度を上昇させることができる。

【0079】

さらに、基本構成元素のうち、Ｎｉの含有量又はＮｉ及びＶの含有量が減じられて、３．０ａｔ％のＭｏが添加されたＭｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金１０では、チャンネル部に硬さや強度の向上に寄与する第３相１８を析出させることができる。従って、硬さや強度を一層効果的に上昇させることが可能になる。

【0080】

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0081】

１０…Ｍｏ添加Ｎｉ基金属間化合物合金 １２…初析Ｌ１₂相
１４…（Ｌ１₂＋Ｄ０₂₂）共析組織 １６…２重複相組織
１８…第３相

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】