(57)【要約】【課題】耐熱疲労性が従来のものより格段に向上したニッケル基合金製もしくは鉄基合金製の耐熱部材を製造する。【解決手段】本発明のニッケル基合金製もしくは鉄基合金製の耐熱部材の製造方法は、ニッケル基合金製もしくは鉄基合金の粉末に、最終製品である耐熱部材の機械特性を向上させるための金属の粉末を混合する機械特性向上剤添加工程１と、機械特性向上剤添加工程１にて金属の粉末が混合された合金の粉末を成形する成形工程２と、成形工程２で成形された成形体を焼結し、耐熱部材とする焼結工程３と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル基合金の粉末もしくは鉄基合金の粉末に、最終製品である耐熱部材の機械特性を向上させるための金属の粉末を混合する機械特性向上剤添加工程と、
前記機械特性向上剤添加工程にて金属の粉末が混合された合金の粉末を、成形する成形工程と、
前記成形工程で成形された成形体を焼結し、前記耐熱部材とする焼結工程と、
を備えることを特徴とするニッケル基合金製または鉄基合金製の耐熱部材の製造方法。
【請求項２】
最終製品である耐熱部材の機械特性を向上させるための金属が含有されたニッケル基合金の粉末もしくは最終製品である耐熱部材の機械特性を向上させるための金属が含有された鉄基合金の粉末を用意する合金準備工程と、
前記合金準備工程にて用意された粉末を成形する成形工程と、
前記成形工程で成形された成形体を焼結し、前記耐熱部材とする焼結工程と、
を備えることを特徴とするニッケル基合金製または鉄基合金製の耐熱部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャなどのように高温の使用域で優れた機械的特性を有するニッケル基または鉄基合金製の耐熱部材を製造する製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、欧州、日本、米国などでの排気ガス規制の動きに伴い、従来から用いられてきたウェイストゲートバルブを有するターボチャージャに代わり、ＶＧ（Variable Geometry）ターボチャージャが用いられている。ＶＧターボチャージャは、例えば、クリーンディーゼルエンジンの高出力化にはなくてはならない機構とされている。
例えば、特許文献１には、内燃機関の排ガスを導入することにより回転するタービンホイールと、該タービンホイールの周囲に形成されたガス通路と、該ガス通路から上記タービンホイールに流入する排ガスの流速を調整するために回動軸を中心に回動可能に設けられた複数のノズルベーンと、該複数のノズルベーンを同期して回動させるための回動支持部材とを有し、該回動支持部材によって上記ノズルベーンを回動させることにより、該各ノズルベーン間のクリアランスを変化させて上記ガス通路から上記タービンホイールに流入する排ガスの流速を調整可能な可変ノズルターボチャージャにおいて、上記ノズルベーンは、少なくとも、その先端部が上記タービンホイールに近づく方向に回動して上記各ノズルベーン間のクリアランスを大きくした際には、初期状態と比べて上記先端部がその回動方向と反対側の方向に反り返って変形するように構成されていることを特徴とする可変ノズルターボチャージャが開示されている。
【０００３】
そして、特許文献１には、上述したターボチャージャの材料としてニッケル基合金を選択可能である点も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５１００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したＶＧターボチャージャのノズルベーンには、高温の使用域で高い排気圧を燃焼ガスを受けても破損が起きないような機械的特性が求められる。そのため、一般的なノズルベーンには耐熱疲労性に優れるニッケル基合金の焼結体などが用いられる。
ただ、耐熱疲労性に優れるニッケル基合金の焼結体をノズルベーンに用いたとしても、一般的な製造方法で得られる焼結体は十分なクリープ特性を有していないことが多く、ノズルベーンなどとして満足に用いることができない場合も多かった。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、耐熱疲労性が従来のものより格段に向上したニッケル基合金製または鉄基合金製の耐熱部材を製造することができる、ニッケル基合金製または鉄基合金製の耐熱部材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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のニッケル基合金製または鉄基合金製の耐熱部材の製造方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のニッケル基合金製または鉄基合金製の耐熱部材の製造方法は、ニッケル基合金の粉末もしくは鉄基合金の粉末に、最終製品である耐熱部材の機械特性を向上させるための金属の粉末を混合する機械特性向上剤添加工程と、前記機械特性向上剤添加工程にて金属の粉末が混合された合金の粉末を、成形する成形工程と、前記成形工程で成形された成形体を焼結し、前記耐熱部材とする焼結工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
なお、好ましくは、最終製品である耐熱部材の機械特性を向上させるための金属が含有されたニッケル基合金の粉末もしくは最終製品である耐熱部材の機械特性を向上させるための金属が含有された鉄基合金の粉末を用意する合金準備工程と、前記合金準備工程にて用意された粉末を成形する成形工程と、前記成形工程で成形された成形体を焼結し、前記耐熱部材とする焼結工程と、を備えるとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の技術によれば、耐熱疲労性が従来のものより格段に向上したニッケル基合金製または鉄基合金製の耐熱部材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る耐熱部材の製造方法の手順を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る耐熱部材の製造方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本発明の製造方法で製造される耐熱部材は、ロケットや宇宙船などの宇宙産業部品、ジェットエンジンやアフターバーナーなどの航空機産業部品（軍事産業部品）、産業用タービン、自動車のエンジンやマフラーなどで用いられる部材となっている。このような部材の中でも、本発明の耐熱部材は、特に自動車用エンジンのターボチャージャーに用いられるタービンブレードやノズルベーンなどの部材に好適に用いられる。以降に示す実施形態は、ターボチャージャーのノズルベーンに本発明の製造方法で製造した耐熱部材を用いた例を挙げる。
【００１２】
上述した耐熱部材は、ニッケル基合金または鉄基合金製の焼結体で形成されており、耐熱性や耐酸化性などの優れた高温特性を備えている。特に、本発明の耐熱部材は、高温特性の中でも、耐クリープ性、すなわち高温環境下一定荷重を加えた状態での変形（ひずみ）の進行程度の評価が良好なものとなっている。本発明の耐熱部材はこのような耐クリープ性を満足するものとなっている。
【００１３】
具体的には、本実施形態の耐熱部材の製造方法は、以降の図１に示すような手順で製造される。
図１に示すように、本実施形態の耐熱部材の製造方法は、
(i) 鉄もしくはニッケル以外の合金成分（例えば、クロムやモリブデンなど）を含むニッケルもしくは鉄を主成分とする合金の粉末（主金属の粉末）に、最終製品である焼結体の機械特性を向上させるための金属の粉末（副金属の粉末）を混合する機械特性向上剤添加工程１と、
(ii)機械特性向上剤添加工程１にて副金属の粉末が混合された合金の粉末を成形する成形工程２と、
(iii) 成形工程２で成形された成形体を焼結する焼結工程３と、
を行って上述した耐熱部材を製造するものとなっている。
【００１４】
なお、機械特性向上剤添加工程１の前乃至は後に、焼結のためのバインダーを混合するバインダ混合工程を有していてもよい。
また、上記した(i)、(ii)に代えて、(i)'、(ii)'を有していてもよい。
(i)'  最終製品である耐熱部材の機械特性を向上させるための金属が含有されたニッケル基合金の粉末もしくは最終製品である耐熱部材の機械特性を向上させるための金属が含有された鉄基合金の粉末を用意する合金準備工程。
【００１５】
(ii)'  合金準備工程にて用意された粉末を成形する成形工程。
また、機械特性向上剤の添加は合金の溶製材を調整する工程で添加してもよく、最終的な機械特性向上剤の元素含有濃度が0.01〜5 wt%の範囲にあればよい。
以降、本実施形態の耐熱部材の製造方法を構成する機械特性向上剤添加工程１、成形工程２、焼結工程３について説明する。
【００１６】
機械特性向上剤添加工程１は、成形工程２の前、鉄もしくはニッケル以外の合金成分（例えば、クロムやモリブデンなど）を含むニッケルもしくは鉄合金の粉末に、最終製品である焼結体の機械特性を向上させるための金属の粉末（副金属の粉末）を添加するものとなっている。
機械特性向上剤添加工程１で添加される金属は、ニッケル、鉄、及びクロムよりも炭化物を形成しやすい金属元素、言い換えれば炭素と化合しやすい元素を含んでいる。このような金属元素には、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、またはＨｆから選ばれる少なくとも１つ以上の添加元素が用いられる。これらの添加元素は、１種類でも良いし複数種でも良い。
【００１７】
例えば、上述した機械特性向上剤としてＴａが含まれたものを用いた場合には、ニッケル基合金の粉末及びバインダに混合された添加元素が焼結中に拡散し、ニッケル基合金中の炭素の元素と化合し炭化物を形成する。そのため、例えば、焼結中に形成されるニッケル基合金の粒界を粗大化し、クリープ強度のような高温での機械化特性（耐熱疲労性）を高めることができる。
【００１８】
これ以外にも、クロムの偏析や炭化は固溶体の安定性が関わっているため、クロムと安定な固溶体を生成するＴｉやＣｕを添加してもよい。
機械特性向上剤添加工程１にて、主金属の粉末に副金属の粉末が混合された粉末体が形成される。この粉末体は、成形工程２にて、所望とする形状へと形成される。
成形工程２は、機械特性向上剤が混合されたニッケル基または鉄基合金の粉末を、成形機を用いて成形して、成形体を成形する工程である。より正確には、合金の粉末と、機械特性向上剤とを連続混練機のような混合設備に投入し、混合設備で両材料を十分に混合する。このように混合設備で十分に混合された原料は、次に成形金型に供給される。
【００１９】
上述した成形金型は耐熱部材の外形を象った形状を有しており、金型に供給された原料は耐熱部材の外形形状に合わせて成形される。以上が、金属粉末成形工程２である。金属粉末成形工程２としては、一軸方向に圧縮する一軸圧縮成形法、ゴム型に金属粉末を充填し、溶媒もしくは加圧気体中で三軸方向から圧縮成形する冷間等方圧加工法（ＣＩＰ）、射出成形機を用いて射出成形金型に原料の金属粉末を射出して成形する金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）から選ばれる方法を採用可能である。
【００２０】
焼結工程３は、成形工程２で成形された成形体を、加熱炉などを用いて加熱することで、成形工程２において製造された成形体中の合金の粒子同士を、拡散接合により結着する（焼結する）ものとなっている。
具体的には、焼結工程３は、加熱炉の中で、成形された成形体を高温で真空もしくは不活性ガス雰囲気中で、所定時間以上に亘って加熱することで、ニッケル基または鉄基合金の粒子の拡散接合が可能となる。焼結工程３で用いる不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンから選ばれる少なくとも１つ以上を用いることができる。上述した焼結工程３を実施することで、耐熱部材（焼結体）が製造される。
【００２１】
ところで、上述したターボチャージャーのタービンブレードやノズルベーンなどの部材に用いるに際しては、耐熱部材には、高温の使用環境で連続して使用しても部材の破損が生じないように、高温特性、言い換えれば高温環境下での機械特性が要求される。
上述した高温特性の中でも、特に「耐クリープ性」に関しては、過酷な条件が科されており、耐熱部材にはこの「耐クリープ性」を満足させることが必要となる。
【００２２】
上述したバインダを配合しただけの合金の粉末を成形・焼結するだけでは、要求された「耐クリープ性」を満足することができない場合があった。
しかしながら、本発明の製造方法では、成形工程２の前に、機械特性向上剤添加工程１を設け、最終製品である焼結体の機械特性を向上させるための金属の粉末を、ニッケル基もしくは鉄基合金の粉末に混合することで、最終製品の機械特性（例えば、クリープ強度）の向上を図るようにしている。
【００２３】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【００２４】
なお、上述した実施形態では、金属粉末成形工程２として金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）を例示したが、金属粉末成形工程２としては一軸圧縮成形法や冷間等方圧加工法（ＣＩＰ）を採用しても良い。
【符号の説明】
【００２５】
１  機械特性向上剤添加工程
２  成形工程
３  焼結工程
【図１】
2020050944.tif 000003