(57)【要約】【課題】Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物の共晶組織を有するＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造を可能にする板素材およびその製造方法を提供し、その板素材から構成されたＮｉ−Ｎｂ合金板材およびその製造方法を提供する。【解決手段】Ｎｉ−Ｎｂ積層板材は、純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金からなるＮｉ系金属層と、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金からなるＮｂ系金属層とが、厚さ方向に交互に積層されて構成され、Ｎｉ系金属層およびＮｂ系金属層の合計の層数が３以上である。Ｎｉ−Ｎｂ合金板材は、ＮｉおよびＮｂからなる金属間化合物の共晶組織を有し、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層されて構成され、Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層の合計の層数が３以上である。このＮｉ−Ｎｂ積層板材を用いて、板厚が例えば４ｍｍ以下のＮｉ−Ｎｂ合金板材を得る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金からなるＮｉ系金属層と、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金からなるＮｂ系金属層とが、厚さ方向に交互に積層されて構成されており、前記Ｎｉ系金属層および前記Ｎｂ系金属層の合計の層数が３以上である、Ｎｉ−Ｎｂ積層板材。
【請求項２】
純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金からなるＮｉ系金属板材と、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金からなるＮｂ系金属板材とを、厚さ方向に交互に積層し、前記Ｎｉ系金属板材および前記Ｎｂ系金属板材の合計の積層数を３以上とした状態で圧延接合することによって、Ｎｉ系金属層とＮｂ系金属層とが厚さ方向に交互に積層され、合計の積層数が３以上の積層板材を形成する、Ｎｉ−Ｎｂ積層板材の製造方法。
【請求項３】
ＮｉおよびＮｂからなる金属間化合物の共晶組織を有し、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層されて構成されており、前記Ｎｉリッチ層および前記Ｎｂリッチ層の合計の層数が３以上である、Ｎｉ−Ｎｂ合金板材。
【請求項４】
純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金からなるＮｉ系金属板材と、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金からなるＮｂ系金属板材とを、厚さ方向に交互に積層し、前記Ｎｉ系金属板材および前記Ｎｂ系金属板材の合計の積層数を３以上とした状態で圧延接合することによって、Ｎｉ系金属層とＮｂ系金属層とが厚さ方向に交互に積層され、合計の積層数が３以上の積層板材を形成し、
前記積層板材に対して拡散焼鈍を行うことによって、ＮｉおよびＮｂからなる金属間化合物の共晶組織を有し、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層され、前記Ｎｉリッチ層および前記Ｎｂリッチ層の合計の積層数が３以上の合金板材を形成する、Ｎｉ−Ｎｂ合金板材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｎｉ−Ｎｂ積層板材およびその製造方法、Ｎｉ−Ｎｂ合金板材およびその製造方法に関する。詳しくは、Ｎｉ系金属層およびＮｂ系金属層から構成されたＮｉ−Ｎｂ積層板材およびその製造方法、そのＮｉ−Ｎｂ積層板材を用いて製造可能なＮｉ−Ｎｂ合金板材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｎｉ（ニッケル）とＮｂ（ニオブ）を含む、Ｎｉ−Ｎｂ合金が知られている。
【０００３】
図１はＮｉおよびＮｂの二元系状態図である。図１に示す状態図において、Ｎｉに対してＮｂが約２３．５ａｔ％（約３３質量％）以下の範囲にあるＮｉ−Ｎｂ合金は、金属ＮｉとＮｉ−Ｎｂ系の金属間化合物とが共存する。また、Ｎｉに対してＮｂが約５４ａｔ％（約６５質量％）以上の範囲にあるＮｉ−Ｎｂ合金は、金属ＮｂとＮｉ−Ｎｂ系の金属間化合物とが共存する。その中間、つまり、Ｎｉに対してＮｂが約２３．５ａｔ％（約３３質量％）を超えて約５４ａｔ％（約６５質量％）未満の範囲にあるＮｉ−Ｎｂ合金は、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物によって構成される。その中でも、Ｎｉに対してＮｂが約２６．５ａｔ（約３６質量％）以上約５０ａｔ％（約６１質量％）以下の範囲にあるＮｉ−Ｎｂ合金は、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物であるＮｉ３ＮｂとＮｉ６Ｎｂ７とが共存する。
【０００４】
上記したように、Ｎｉ−Ｎｂ合金は、ＮｉとＮｂの配合比に応じて、組織形態が異なるものとなる。Ｎｉ−Ｎｂ合金は、上記した構成組織の特質が考慮され、Ｎｉ−Ｎｂ合金板材、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物、あるいはＮｉ−Ｎｂ系の合金粉末などとして、実用化されている。例えば、特許文献１には、Ｎｉと６質量％以上３２質量％未満のＮｂを含むＮｉ−Ｎｂ合金によって構成された冷陰極放電管用電極が開示されている。この場合、Ｎｉ−Ｎｂ合金がＮｉ−Ｎｂ合金板材として用いられている。また、例えば、特許文献２には、Ｎｂ基材の表面がＮｉ−Ｎｂ系の金属間化合物（被覆材）で被覆された電解用不溶性電極が開示されている。この場合、Ｎｉ−Ｎｂ合金がＮｉ−Ｎｂ系の金属間化合物として用いられている。また、例えば、特許文献３には、Ｍｏ粉末に対してＮｉ６Ｎｂ７および／またはＮｉ３ＮｂからなるＮｉ−Ｎｂ系の合金粉末を混合し、次いで加圧焼結して製造されたＭｏ合金スパッタリングターゲット材が開示されている。この場合、Ｎｉ−Ｎｂ合金がＮｉ−Ｎｂ系の合金粉末として用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０９１５０８号公報
【特許文献２】特開平２−２００７９９号公報
【特許文献３】特許第５９５８８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属Ｎｉおよび金属Ｎｂは展延性が良い。Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物と展延性が良い金属Ｎｉとが共存するＮｉ−Ｎｂ合金は、展延性のよい金属Ｎｉが組織中に多く存在することによって、大変形を伴う圧延加工などによるＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造が可能である。また、同様に、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物と展延性が良い金属Ｎｂとが共存するＮｉ−Ｎｂ合金は、展延性のよい金属Ｎｂが組織中に多く存在することによって、プレス加工および圧延加工などの大変形を伴う塑性加工によるＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造が可能である。こうしたＮｉ−Ｎｂ合金板材は、例えば、Ｎｉ源およびＮｂ源を同時に溶解・凝固させてインゴットを製造し、そのインゴットをプレスして厚板素材を製造し、その厚板素材を圧延して所定の厚さに形成する、などの方法で製造が可能である。
【０００７】
Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物は脆く、割れやすい。そのため、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物からなり、展延性が良い金属Ｎｉまたは金属Ｎｂが共存しないＮｉ−Ｎｂ合金は、大変形を伴う圧延加工などによるＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造が困難である。例えば、Ｎｉに対してＮｂが約２６．５ａｔ（約３６質量％）以上約５０ａｔ％（約６１質量％）以下の範囲にあって、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物からなるＮｉ−Ｎｂ合金のインゴットを製造し、インゴットから厚板素材へのプレス加工、また、厚板素材から板材への圧延加工などの工程を経て、Ｎｉ−Ｎｂ合金板材を製造するのは困難と考えられる。こうした事情から、Ｎｉに対して約２６．５ａｔ（約３６質量％）以上約５０ａｔ％（約６１質量％）以下のＮｂを含む、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物の共晶組織を有するＮｉ−Ｎｂ合金から構成された、商用のＮｉ−Ｎｂ合金板材は市場に出ていない。
【０００８】
この発明の目的の１つは、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物の共晶組織を有するＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造を可能にする板素材およびその製造方法を提供することである。また、この発明の目的の１つは、上記板素材から構成されたＮｉ−Ｎｂ合金板材およびその製造方法を提供することである。また、望ましくは、板厚が４ｍｍ以下のＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造を可能とする、板厚が例えば４ｍｍ以下の板素材、およびその板素材から構成された板厚が４ｍｍ以下のＮｉ−Ｎｂ合金板材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、展延性の良いＮｉ系金属板材と、展延性の良いＮｂ系金属板材とを、交互に積層した状態で圧延接合して積層板材を製造する、クラッド圧延工程と、クラッド圧延工程で製造された積層板材を拡散焼鈍してＮｉ−Ｎｂ系の金属間化合物を生成する拡散焼鈍工程と、を含む、製造方法によって、上記した課題が解決できることを見出し、この発明に想到することができた。
【００１０】
この発明の１つは、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物の共晶組織を有するＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造を可能にする、Ｎｉ−Ｎｂ積層板材およびその製造方法に関する。
すなわち、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材は、純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金からなるＮｉ系金属層と、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金からなるＮｂ系金属層とが、厚さ方向に交互に積層されて構成されており、前記Ｎｉ系金属層および前記Ｎｂ系金属層の合計の層数が３以上である。
この発明において、Ｎｉ−Ｎｂ積層板材は、板厚が４ｍｍ以下であってよい。
【００１１】
この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の製造方法は、純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金からなるＮｉ系金属板材と、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金からなるＮｂ系金属板材とを、厚さ方向に交互に積層し、前記Ｎｉ系金属板材および前記Ｎｂ系金属板材の合計の積層数を３以上とした状態で圧延接合することによって、Ｎｉ系金属層とＮｂ系金属層とが厚さ方向に交互に積層され、合計の積層数が３以上の積層板材を形成する。
この発明において、板厚を４ｍｍ以下に形成するＮｉ−Ｎｂ積層板材の製造方法であってよい。
【００１２】
また、この発明の１つは、上記Ｎｉ−Ｎｂ積層板材から構成されたＮｉ−Ｎｂ合金板材およびその製造方法に関する。
すなわち、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材は、ＮｉおよびＮｂからなる金属間化合物の共晶組織を有し、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層されて構成されており、前記Ｎｉリッチ層および前記Ｎｂリッチ層の合計の層数が３以上である。
この発明において、Ｎｉ−Ｎｂ合金板材は、板厚が４ｍｍ以下であってよい。
【００１３】
この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造方法は、純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金からなるＮｉ系金属板材と、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金からなるＮｂ系金属板材とを、厚さ方向に交互に積層し、前記Ｎｉ系金属板材および前記Ｎｂ系金属板材の合計の積層数を３以上とした状態で圧延接合することによって、Ｎｉ系金属層とＮｂ系金属層とが厚さ方向に交互に積層され、合計の積層数が３以上の積層板材を形成し、前記積層板材に対して拡散焼鈍を行うことによって、ＮｉおよびＮｂからなる金属間化合物の共晶組織を有し、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層され、前記Ｎｉリッチ層および前記Ｎｂリッチ層の合計の積層数が３以上の合金板材を形成する。
この発明において、板厚を４ｍｍ以下に形成するＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造方法であってよい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物の共晶組織を有するＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造を可能にする板素材として、Ｎｉ−Ｎｂ積層板材を提供することができる。そして、そのＮｉ−Ｎｂ積層板材から構成された、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物の共晶組織を有するＮｉ−Ｎｂ合金板材を提供することができる。
また、板厚が４ｍｍ以下のＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造を可能とする、板厚が例えば４ｍｍ以下の板素材として、Ｎｉ−Ｎｂ積層板材を提供することができる。そして、そのＮｉ−Ｎｂ積層板材から構成され、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物の共晶組織を有する、板厚が４ｍｍ以下のＮｉ−Ｎｂ合金板材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＮｉおよびＮｂの二元系状態図（二元合金状態図集、アグネ技術センター発行、ＩＳＢＮ  ９７８−４−９０００４１−８８−２  Ｃ３０５７）である。
【図２】この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断した断面（横断面）の観察写真である。
【図３】この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断した断面（横断面）の観察写真である。
【図４】この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断した断面（横断面）の観察写真である。
【図５】この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断した断面（横断面）の観察写真である。
【図６】この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断した断面（横断面）の観察写真である。
【図７】Ｎｉ−Ｎｂ合金板材を板厚方向に切断した断面（横断面）の観察写真であって、ＮｉおよびＮｂについて分析した箇所を示すものである。
【図８】Ｎｉ−Ｎｂ合金板材を板厚方向に切断した断面（横断面）の観察写真であって、ＮｉおよびＮｂについて分析した箇所を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材およびその製造方法について説明する。
図２は、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断したＮｉ−Ｎｂ積層板材の断面（横断面）の観察写真である。図２に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材は、Ｎｉ系金属層と、Ｎｂ系金属層と、Ｎｉ系金属層とが、この順に、厚さ方向（圧接方向）に交互に積層されて成る。このＮｉ−Ｎｂ積層板材はＮｉ系金属層およびＮｂ系金属層の合計の層数が３である。つまり、このＮｉ−Ｎｂ積層板材は３層構造のクラッド板材である。Ｎｉ系金属層とＮｂ系金属層とが、交互に３層以上積層されることによって、後の拡散焼鈍におけるＮｉおよびＮｂの相互拡散によるＮｉ−Ｎｂ合金化を十分に進めることができる。また、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材は、板厚が４ｍｍ以下であってよく、板厚を構成するそれぞれの層の厚さは限定されない。例えば、図２に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材は、板厚が約０．１ｍｍであり、板厚を構成するそれぞれの層の厚さ比率（Ｎｉ系金属層：Ｎｂ系金属層：Ｎｉ系金属層）は、およそ、１：２．５：１である。
【００１７】
この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材において、Ｎｉ系金属層は、純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金から成る。純ＮｉはＮｉを９９質量％以上含むものをいう。純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金は、後に、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物を生成するためのＮｉ源となる。純Ｎｉは展延性が良く、７質量％（約４．５ａｔ％）以下のＮｂを含むＮｉ合金は展延性の良い金属Ｎｉが豊富に存在するため、大変形を伴う圧延接合を容易に行うことができる。また、純ＮｉからなるＮｉ板材、および例えば５質量％（約３．２ａｔ％）のＮｂを含むＮｉ合金板材（Ｎｉ−５Ｎｂ合金板材）は、入手が容易である。なお、図２に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材を構成するＮｉ系金属層は、Ｎｉを９９質量％以上含む純Ｎｉから構成されている。
【００１８】
この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材において、Ｎｂ系金属層は、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金から成る。純ＮｂはＮｂを９９質量％以上含むものをいう。純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金は、後に、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物を生成するためのＮｂ源となる。純Ｎｂは展延性が良く、１５質量％（約２２ａｔ％）以下のＮｉを含むＮｂ合金は展延性の良い金属Ｎｂが存在するため、大変形を伴う圧延接合を行うことができる。純ＮｂからなるＮｂ板材（Ｎｂ箔材）は入手が容易であり、好ましくは、純ＮｂからなるＮｂ系金属層とする。なお、図２に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材を構成するＮｂ系金属層は、Ｎｂを９９質量％以上含む純Ｎｂから構成されている。
【００１９】
図２に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材は、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の製造方法によって、製造することができる。
この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の製造方法では、まず、純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金からなるＮｉ系金属板材と、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金からなるＮｂ系金属板材とを、準備する。Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材は、圧延接合の前に、必要十分な熱処理を行っておくのがよい。図２に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合は、純Ｎｉからなる板厚が約０．３ｍｍのＮｉ系金属板材と、純Ｎｂからなる板厚が約０．３ｍｍのＮｂ系金属板材とを準備した。なお、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材に対して、圧延接合の前に、例えば７００℃以上１０５０℃以下の温度で１分間以上１０分間以下保持する熱処理を行ってもよい。
【００２０】
次に、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の製造方法では、Ｎｉ系金属板材と、Ｎｂ系金属板材と、Ｎｉ系金属板材とを、この順に、厚さ方向（圧接方向）に交互に積層し、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数を３以上とした状態で圧延接合を行う。こうした圧延接合によって、Ｎｉ系金属層とＮｂ系金属層とが厚さ方向に交互に積層され、合計の積層数が３以上の積層板材を形成することができる。なお、この発明において、上記した圧延接合の後に、必要に応じて熱処理を行ってもよい。この熱処理は、例えば７００℃以上９００℃以下の温度で約１分間以上５分間以下保持するものであってよい。図２に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合は、Ｎｉ系金属板材と、Ｎｂ系金属板材と、Ｎｉ系金属板材とを、この順に、厚さ方向（圧接方向）に交互に積層し、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数を３とした状態で圧延接合を行っている。また、圧延接合の後、約８００℃で約３分間保持する熱処理を行っている。
【００２１】
上記したように、図２に示す３層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材は、展延性の良いＮｉ系金属板材と、展延性の良いＮｂ系金属板材と、展延性の良いＮｉ系金属板材とを、厚さ方向（圧接方向）に交互に積層し、合計の積層数を３とした状態で圧延接合する、クラッド圧延によって、容易に製造することができる。こうしたクラッド圧延によって、Ｎｉ系金属層とＮｂ系金属層とが厚さ方向に交互に積層され、合計の積層数が３の図２に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材を形成することができる。なお、図２に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材は、板厚が約０．１ｍｍである。厚さ比率（Ｎｉ系金属層：Ｎｂ系金属層：Ｎｉ系金属層）は、およそ、１：２．５：１である。Ｎｉ系金属層は、それぞれの層の厚さが約２２μｍである。Ｎｂ系金属層は、層の厚さが約５６μｍである。
【００２２】
この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の別の実施形態について説明する。
図３は、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断したＮｉ−Ｎｂ積層板材の断面（横断面）の観察写真である。図３に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材は、Ｎｉ系金属層およびＮｂ系金属層が厚さ方向（圧接方向）に交互に積層されて成る。このＮｉ−Ｎｂ積層板材はＮｉ系金属層およびＮｂ系金属層の合計の層数が１８である。つまり、このＮｉ−Ｎｂ積層板材は１８層構造のクラッド板材である。このＮｉ−Ｎｂ積層板材において、Ｎｉ系金属層はＮｉを９９質量％以上含む純Ｎｉから構成され、Ｎｂ系金属層はＮｂを９９質量％以上含む純Ｎｂから構成されている。このＮｉ−Ｎｂ積層板材は、板厚が約０．１ｍｍである。また、このＮｉ−Ｎｂ積層板材の横断面を、図３に示すように３つのエリア１〜３に区分し、エリア１〜３のそれぞれについてＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析を行ったところ、エリア１〜３の平均のＮｂ含有比は４９．６質量％（約３７．４ａｔ％）であった。
【００２３】
図４は、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断したＮｉ−Ｎｂ積層板材の断面（横断面）の観察写真である。図４に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材は、Ｎｉ系金属層およびＮｂ系金属層が厚さ方向（圧接方向）に交互に積層されて成る。このＮｉ−Ｎｂ積層板材はＮｉ系金属層およびＮｂ系金属層の合計の層数が１８である。つまり、このＮｉ−Ｎｂ積層板材は１８層構造のクラッド板材である。このＮｉ−Ｎｂ積層板材において、Ｎｉ系金属層はＮｉに対してＮｂを５質量％含むＮｉ合金（Ｎｉ−５Ｎｂ）から構成され、Ｎｂ系金属層はＮｂを９９質量％以上含む純Ｎｂから構成されている。このＮｉ−Ｎｂ積層板材は、板厚が約０．１ｍｍである。また、このＮｉ−Ｎｂ積層板材の横断面を、図４に示すように３つのエリア１〜３に区分し、エリア１〜３のそれぞれについて、上記した図３に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材の場合と同様に、ＥＤＳ分析を行ったところ、エリア１〜３の平均のＮｂ比率は５５．３質量％（約４３．９ａｔ％）であった。
【００２４】
図３および図４に示すような１８層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材は、例えば、展延性の良いＮｉ系金属板材と展延性の良いＮｂ系金属板材とを交互に積層した状態で圧延接合する、クラッド圧延を繰り返すことによって、製造することができる。具体的には、例えば、１回目のクラッド圧延（第１クラッド圧延）工程において、展延性の良いＮｉ系金属板材と展延性の良いＮｂ系金属板材とを積層し、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数を２とした状態で圧延接合することによって、２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造することができる。２回目のクラッド圧延（第２クラッド圧延）工程において、２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を３枚積層し、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数を６とした状態で圧延接合することによって、６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造することができる。３回目のクラッド圧延（第３クラッド圧延）工程において、６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を３枚積層し、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数を１８とした状態で圧延接合することによって、１８層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造することができる。なお、こうしたクラッド圧延を繰り返す場合、上記した１８層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材に限らず、クラッド圧延の繰り返し回数は限定されないし、クラッド圧延は１回であってもよい。
【００２５】
上記したように、例えばクラッド圧延を繰り返すことによって、展延性の良いＮｉ系金属板材および展延性の良いＮｂ系金属板材から構成された、図３および図４に示すような１８層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を、製造することができる。なお、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材は、後に、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造を容易にするために、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数が３以上であればよい。また、上記したようにクラッド圧延を繰り返す場合の途中のクラッド圧延におけるＮｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数は限定されない。
【００２６】
以下、図３および図４に示すような１８層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材の製造方法について詳述する。
＜Ｎｉ系金属板材、Ｎｂ系金属板材＞
Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材を準備する。Ｎｉ系金属板材は、図３に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合は純Ｎｉからなる板厚が約０．３ｍｍのものを準備し、図４に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合はＮｉに対してＮｂを５質量％含む板厚が約０．３ｍｍのものを準備する。また、Ｎｂ系金属板材は、図３および図４に示すいずれのＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合においても、純Ｎｂからなる板厚が約０．３ｍｍのものを準備する。なお、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材に対して、圧延接合の前に、例えば７００℃以上１０５０℃以下の温度で１分間以上１０分間以下保持する熱処理を行ってもよい。図３および図４に示すいずれのＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合においても、Ｎｉ系金属板材に対しては約９００℃で約５分間保持する熱処理を行い、Ｎｂ系金属板材に対しては約１０００℃で約５分間保持する熱処理を行っている。
【００２７】
＜第１クラッド圧延＞
Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材を用いて、２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する、第１クラッド圧延を行う。第１クラッド圧延においては、Ｎｉ系金属板材とＮｂ系金属板材とを厚さ方向（圧接方向）に積層し、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数を２とした状態で圧延接合する。これにより、２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造することができる。この２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材は、板厚が例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であってよい。なお、クラッド圧延のパス数は必要に応じて設定してよい。また、２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して、必要に応じて、例えば７００℃以上９００℃以下の温度で約１分間以上５分間以下保持する熱処理を行うことができる。図３および図４に示すいずれのＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合においても、２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して、約８００℃で約３分間保持する熱処理を行っている。
【００２８】
＜第２クラッド圧延＞
２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を用いて、６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する、第２クラッド圧延を行う。第２クラッド圧延においては、２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を厚さ方向（圧接方向）に３枚積層し、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数を６とした状態で圧延接合する。これにより、６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造することができる。この２層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材は、板厚が例えば０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であってよい。なお、クラッド圧延のパス数は必要に応じて設定してよい。また、６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して、必要に応じて、例えば７００℃以上９００℃以下の温度で約１分間以上５分間以下保持する熱処理を行うことができる。図３および図４に示すいずれのＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合においても、６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して、約８００℃で約３分間保持する熱処理を行っている。
【００２９】
＜第３クラッド圧延＞
６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を用いて、１８層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する、第３クラッド圧延を行う。この第３クラッド圧延は、図３および図４に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合の最終のクラッド圧延になる。第３クラッド圧延においては、６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を厚さ方向（圧接方向）に３枚積層し、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数を１８とした状態で圧延接合する。これにより、１８層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造することができる。この１８層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材は、最終圧接の後に行った圧延により、板厚が約０．１ｍｍに形成されている。なお、クラッド圧延のパス数は必要に応じて設定してよい。また、６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して、必要に応じて、例えば７００℃以上９００℃以下の温度で約１分間以上５分間以下保持する熱処理を行うことができる。図３および図４に示すいずれのＮｉ−Ｎｂ積層板材を製造する場合においても、６層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して、約８００℃で約３分間保持する熱処理を行っている。
【００３０】
上記したように、例えば３回のクラッド圧延を繰り返すことによって、展延性の良いＮｉ系金属板材および展延性の良いＮｂ系金属板材から構成された、図３および図４に示すような１８層構造のＮｉ−Ｎｂ積層板材を、製造することができる。なお、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ積層板材は、後に、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造を容易にするために、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数が３以上であればよい。また、上記したようにクラッド圧延を繰り返す場合の途中のクラッド圧延におけるＮｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数は限定されない。
【００３１】
次に、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材およびその製造方法について説明する。
この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材は、この発明に係る上記したＮｉ−Ｎｂ積層板材から構成されたものである。詳しくは、上記したＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して適切な条件で行った拡散焼鈍によって製造されたものである。この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材は、ＮｉおよびＮｂからなる金属間化合物の共晶組織を有し、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層されて構成されており、Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層の合計の層数が３以上である。なお、Ｎｉリッチ層とは、ＮｂよりもＮｉの含有比が大きい層状の組織を意図する。また、Ｎｂリッチ層とは、ＮｉよりもＮｂの含有比が大きい層状の組織を意図する。
【００３２】
図５は、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断したＮｉ−Ｎｂ合金板材の断面（横断面）の観察写真である。図５に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材は、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層されて構成され、Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層の合計の層数が１８である。つまり、このＮｉ−Ｎｂ合金板材は、合金組織がＮｉリッチ層およびＮｂリッチ層による多層構造の形態になっている。このＮｉ−Ｎｂ合金板材は、板厚が約０．１ｍｍであり、板厚を構成するＮｉリッチ層およびＮｂリッチ層のそれぞれの厚さは一定ではなく、うねり模様を呈している。このＮｉ−Ｎｂ合金板材の横断面を、図５に示すように３つのエリア１〜３に区分し、エリア１〜３のそれぞれについて、上記したＮｉ−Ｎｂ積層板材の場合と同様に、ＥＤＳ分析を行ったところ、エリア１〜３の平均のＮｂ含有比は４６．４質量％（約３５．４ａｔ％）であった。
【００３３】
図６は、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材の１つの実施形態であって、板厚方向に切断したＮｉ−Ｎｂ合金板材の断面（横断面）の観察写真である。図６に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材は、図５に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材と同様に、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層されて構成され、Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層の合計の層数が１８である。つまり、図６に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材も図５に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材と同様に、合金組織がＮｉリッチ層およびＮｂリッチ層による多層構造の形態になっている。このＮｉ−Ｎｂ合金板材は、板厚が約０．１ｍｍであり、板厚を構成するＮｉリッチ層およびＮｂリッチ層のそれぞれの厚さは一定ではなく、図５に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材と同様に、うねり模様を呈している。このＮｉ−Ｎｂ合金板材の横断面を、図６に示すように３つのエリア１〜３に区分し、エリア１〜３のそれぞれについて、上記した図５に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材の場合と同様に、ＸＰＳ分析を行ったところ、エリア１〜３の平均のＮｂ含有比は４８．４質量％（約３７．２ａｔ％）であった。
【００３４】
この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材は、Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層の合計の層数が３以上であればよく、図５および図６に示す１８層構造のＮｉ−Ｎｂ合金板材に限定されない。また、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材は、板厚が４ｍｍ以下であってよく、板厚を構成するそれぞれの層の厚さは限定されない。例えば、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材の実施形態である図５および図６に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材は、板厚が約０．１ｍｍである。
【００３５】
Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層の合計の積層数が３以上のＮｉ−Ｎｂ合金板材は、例えば、図５および図６に示すような１８層構造のＮｉ−Ｎｂ合金板材は、この発明に係る上記したＮｉ−Ｎｂ積層板材を用いて、容易に製造することができる。具体的には、このＮｉ−Ｎｂ合金板材は、純Ｎｉまたは７質量％以下のＮｂを含むＮｉ合金からなるＮｉ系金属板材と、純Ｎｂまたは１５質量％以下のＮｉを含むＮｂ合金からなるＮｂ系金属板材とを、厚さ方向に交互に積層し、Ｎｉ系金属板材およびＮｂ系金属板材の合計の積層数を３以上とした状態で圧延接合することによって、Ｎｉ系金属層とＮｂ系金属層とが厚さ方向に交互に積層され、合計の積層数が３以上の積層板材を形成する、積層板材の製造工程の後に、その積層板材に対して拡散焼鈍を行うことによって、ＮｉおよびＮｂからなる金属間化合物の共晶組織を有し、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層され、Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層の合計の積層数が３以上の合金板材を形成する、拡散焼鈍工程を経ることによって、容易に製造することができる。
【００３６】
この発明に係る上記したＮｉ−Ｎｂ合金板材の製造方法において、積層板材の製造工程は、この発明に係る上記したＮｉ−Ｎｂ積層板材の製造方法と同等である。つまり、この発明に係る上記したＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して、上記した拡散焼鈍工程を行うことによって、ＮｉおよびＮｂからなる金属間化合物の共晶組織を有し、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層され、Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層の合計の積層数が３以上である、この発明に係るＮｉ−Ｎｂ合金板材を製造することができる。
【００３７】
例えば、図５に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材は、図３に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して、約１１００℃の温度で約１時間、アルゴンガス雰囲気中で保持する拡散焼鈍を行うことによって、製造したものである。また、例えば、図６に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材は、図４に示すＮｉ−Ｎｂ積層板材に対して、約１１００℃の温度で約１時間、アルゴンガス雰囲気中で保持する拡散焼鈍を行うことによって、製造したものである。なお、図５および図６に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材のいずれにおいても、相対的に、濃い灰色に見える部分がＮｉリッチ層であり、薄い灰色に見える部分がＮｂリッチ層である。また、黒点状に見える部分は微細孔であって、拡散焼鈍で加熱された際のＮｉとＮｂとの拡散速度の差によって発生したと考えられるカーケンダルボイドである。こうした微細孔は、例えば、ＨＩＰ（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）を行うことによって押し潰し、実質的に消滅させることが可能である。
【００３８】
図５および図６に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材の他部位から別のサンプルを切り出し、Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層と考えられる幾つかの層を対象として、ＥＤＳ分析によって、ＮｉおよびＮｂの含有比を調べた。図５に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材に対応するサンプルおよび測定点を図７に示し、図６に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材に対応するサンプルおよび測定点を図８に示す。表１は、調べたＮｉおよびＮｂの含有比である。
【００３９】
【表１】
2020185583.tif 000003
【００４０】
表１に示すＮｉおよびＮｂの含有比と、図７および図８に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材の観察像とから、図７および図８に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材は、含有比を質量％で表した場合、相対的に、図中の薄い灰色に見える部分（測定位置番号１〜３および１６〜１８）がＮｂリッチ層であり、図中の濃い灰色に見える部分（測定位置番号４〜６および１９〜２１）がＮｉリッチ層であることが確認された。また、図７および図８に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材は、Ｎｉリッチ層とＮｂリッチ層とが厚さ方向に交互に積層されて構成されており、Ｎｉリッチ層およびＮｂリッチ層の合計の層数が、およそ１８であることが確認された。また、図７および図８に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材は、含有比を質量％で表した場合、Ｎｉリッチ層はＮｉ含有比（平均）が約６６質量％（約７６ａｔ％）でＮｂ含有比が約３４質量％（約２４ａｔ％）であり、Ｎｂリッチ層はＮｉ含有比（平均）が約４２質量％（約５３ａｔ％）でＮｂ含有比（平均）が約５８質量％（約４７ａｔ％）であることが確認された。これより、図７および図８に示すＮｉ−Ｎｂ合金板材は、ＮｉリッチのＮｉ−Ｎｂ合金部分とＮｂリッチのＮｉ−Ｎｂ合金部分とが厚さ方向に交互に積層されて構成された多層構造のＮｉ−Ｎｂ合金板材（Ｎｉ−Ｎｂ合金クラッド板材）であることが確認された。
【００４１】
図１に示すＮｉおよびＮｂの二元系状態図に基づけば、ＮｂリッチのＮｉ−Ｎｂ合金部分は、すなわち、Ｎｉに対してＮｂの含有比が約４７ａｔ％（約５８質量％）であるＮｉ−Ｎｂ合金部分は、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物であるＮｉ３ＮｂとＮｉ６Ｎｂ７とが共晶し、金属Ｎｉまたは金属Ｎｂが共存しない組織形態を成すことが解かる。また、ＮｉリッチのＮｉ−Ｎｂ合金部分は、すなわち、Ｎｉに対してＮｂの含有比が約２４ａｔ％（約３４質量％）であるＮｉ−Ｎｂ合金部分は、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物であるＮｉ３Ｎｂが存在し、金属Ｎｉまたは金属Ｎｂが共存しない組織形態を成すことが解かる。こうした金属Ｎｉまたは金属Ｎｂが共存せず、Ｎｉ−Ｎｂ系の金属間化合物のみから成るＮｉ−Ｎｂ合金は脆く、割れやすいが、上記した製造方法によって、Ｎｉ−Ｎｂ合金板材を提供することができた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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