(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イリジウム(Ir)をベースとし、これにニオブ(Nb)が添加され、fcc構造を持つ母相中にLl2構造を持つ析出物が母相に整合して析出したIr-Nb合金において、ニオブは13〜20原子%添加され、さらにこのIr-Nb合金には、ニッケル(Ni)が１原子％以上５原子%以下添加され、1600℃以上において2%のクリープ歪みを示す時間が100時間以上のクリープ寿命を示すことを特徴とするクリープ寿命の改善されたIr-Nb合金。
【請求項２】
イリジウム(Ir)をベースとし、これにニオブ(Nb)が添加され、fcc構造を持つ母相中にLl2構造を持つ析出物が母相に整合して析出したIr-Nb合金において、ニオブとジルコニウム(Zr)がそれぞれ１原子%以上添加されるとともに、ニオブとジルコニウムの添加量の合計が10〜20原子%の範囲内にあり、1600℃以上において2%のクリープ歪みを示す時間が100時間以上のクリープ寿命を示すことを特徴とするクリープ寿命の改善されたIr-Nb合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、クリープ寿命の改善されたIr-Nb合金に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、ジェットエンジンやガスタービンのタービンブレード、タービンベーン、さらに宇宙往還機のエンジンなどの高温・高応力下で使用される部材に有効な材料と考えられるクリープ寿命の改善されたIr-Nb合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
ジェットエンジンやガスタービンのタービンブレード、タービンベーン、さらに宇宙往還機のエンジンなどの高温・高応力下で使用される部材を形成する耐熱合金に最も求められる特性は、クリープ特性である。特に、宇宙往還機のエンジン用部品に使用される耐熱合金には、1800℃付近での高いクリープ寿命が要求される。
【０００３】
そのように高いクリープ特性を実現するために、これまでに、融点が高く、耐酸化性に優れた貴金属、中でもとりわけ特性に優れたイリジウムをベースとし、fccとLl2の二相整合組織が形成されたイリジウム基二元合金が開発されているが、このイリジウム基二元合金でさえ、1600℃を超える温度域では数時間で加速クリープ領域に入り、1800℃で破壊されることがしばしばである。
【０００４】
この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、ジェットエンジンやガスタービンのタービンブレード、タービンベーン、さらに宇宙往還機のエンジンなどの高温・高応力下で使用される部材に有効な材料と考えられるクリープ寿命の改善されたIr-Nb合金を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明の発明者らは、前述の課題を解決するために鋭意検討したところ、前述のイリジウム基二元合金、すなわち、イリジウムをベースとし、fccとLl2の二相整合組織が形成されたイリジウム基二元合金に、ニッケル又はジルコニウムという第3元素を所定量添加したIr-Nb合金は、それら第3元素の添加により固溶強化され、1600℃以上で2%のクリープ歪みを示す時間が100時間を超えることを見出し、この出願の発明を完成したのである。
【０００６】
すなわち、この出願の発明は、前述の課題を解決するものとして、イリジウム(Ir)をベースとし、これにニオブ(Nb)が添加され、fcc構造を持つ母相中にLl2構造を持つ析出物が母相に整合して析出したIr-Nb合金において、ニオブは13〜20原子%添加され、さらにこのIr-Nb合金には、ニッケル(Ni)が１原子％以上５原子%以下添加され、1600℃以上において2%のクリープ歪みを示す時間が100時間以上のクリープ寿命を示すことを特徴とするクリープ寿命の改善されたIr-Nb合金（請求項１）を提供する。
【０００７】
またこの出願の発明は、イリジウム(Ir)をベースとし、これにニオブ(Nb)が添加され、fcc構造を持つ母相中にLl2構造を持つ析出物が母相に整合して析出したIr-Nb合金において、ニオブとジルコニウム(Zr)がそれぞれ１原子%以上添加されるとともに、ニオブとジルコニウムの添加量の合計が10〜20原子%の範囲内にあり、1600℃以上において2%のクリープ歪みを示す時間が100時間以上のクリープ寿命を示すことを特徴とするクリープ寿命の改善されたIr-Nb合金（請求項２）をも提供する。
【０００８】
以下、実施例を示しつつ、この出願の発明のクリープ寿命の改善されたIr-Nb合金についてさらに詳しく説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明のクリープ寿命の改善されたIr-Nb合金は、前述の通り、fcc構造を持つ母相中にLl2構造を持つ析出物が母相に整合して析出した整合組織を有するものである。この整合組織は、クリープ特性を一定以上確保するのに有効である。それは、外部より応力が加わったときに、母相と析出物との界面に歪みをためることができ、これにより合金の強度が増加し、これが、クリープ特性に反映するのである。
【００１０】
なお、たとえLl2構造を持つ析出物が析出しても、fcc構造を持つ母相と整合しない場合には、歪みのためが不可能となり、クリープ特性はさほど高くならない。
【００１１】
このようなfccとLl2の二相整合組織は、前記請求項１に係る発明では、ニオブの添加量が13〜20原子%でかつニッケルの添加量が１原子％以上５原子%以下のときに、前記請求項２に係る発明では、ニオブとジルコニウムがそれぞれ１原子%以上添加されるとともに、ニオブとジルコニウムの添加量の合計が10〜20原子%の範囲のときに、良好に形成され、以上の添加量の範囲を下回る若しくは超えると、母相と析出物との整合性が乱れ、また、析出物の体積率が適切でなくなり、クリープ特性が劇的に低下する。析出物の体積率が少な過ぎると、十分な界面が存在せず、逆に多くなり過ぎると、析出物が粗大化する傾向になり、界面の面積が減る。これが、クリープ特性の劇的な低下につながるのである。
【００１２】
【実施例】
（実施例１）
図１に示したIr-Nb-Zrの状態図において、斜線範囲内（この出願の発明の請求項２に係る発明の範囲内）の合金、すなわち、Ir-12.75Nb-3Zr、Ir-8.5-6Zr、Ir-4.25Nb-9Zr、Ir-5Nb-5Zrと、斜線範囲外のIr-12.5Nb-12.5Zrの合計５種類の組成の合金を、第3元素であるZrが無添加の従来のIr-Nb合金の製造に用いられるプロセスと同様なプロセスにより作製した。これら５種類のIr-Nb合金のＸ線回折結果を示したのが図２のチャートである。
【００１３】
この図２から確認されるように、図１に示した状態図の斜線範囲内の組成を有するIr-Nb合金は、fccとLl2の二相合金である。図３は、この二相合金の内の３種類について、1500℃、72時間の熱処理を行った後の二次電子像であり、この図３から微細な析出物が母相に整合して析出していることが確認される。
【００１４】
図４は、以上の二相合金の内のIr-12.75Nb-3Zrの1800℃でのクリープ試験をした結果を示したグラフである。
【００１５】
なお、図４には、比較のために従来のIr-Nb合金のクリープ試験の結果を合わせて示した。
【００１６】
この図４から確認されるように、この出願の発明のIr-Nb合金は、2%のクリープ歪みを示す時間が100時間を超えている。クリープ寿命に顕著な改善が見られる。
（実施例２）
この出願の発明の請求項１に係る発明のIr-Nb合金に関し、Niの添加量が5原子%以下（ただし、0%を除く）のIr-Nb合金と、クリープ特性の比較のために、Niの添加量が5原子%を超える合金及びNi無添加の従来のIr-Nb合金を、前述のZr添加のIr-Nb合金と同様のプロセスにより作製し、それぞれにＸ線回折を行った。その結果を示したのが図５a、図５b、及び図５cのチャートである。いずれのチャートからも、Ir-Nb合金がfccとLl2の二相合金であることが確認される。
【００１７】
次いで、図５a〜図５cに示した４種類のIr-Nb合金を1650℃でのクリープ試験(応力：137MPa)にかけた。その結果を示したのが、図６のグラフである。
【００１８】
この図６のグラフから確認されるように、Niの添加量が１原子％以上5原子%以下のIr-Nb合金は、2%のクリープ歪みを示す時間が240時間以上ともなる。これに比べ、Ni無添加の従来のIr-Nb合金及びNiの添加量が5原子%を超え、10原子%のIr-Nb合金では、60時間以内に加速クリープ領域に入り、激しく変形する。
【００１９】
この出願の発明の請求項１に係る発明のIr-Nb合金は、その名の通り、クリープ寿命が改善された合金であり、クリープ寿命の改善は大幅に顕著であることが、図６の結果より明らかにされる。
【００２０】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態及び実施例によって限定されるものではない。Ir-Nb合金の製造プロセス、クリープ試験における各種パラメータなどの細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、クリープ寿命の改善されたIr-Nb合金が提供される。このIr-Nb合金は、ジェットエンジンやガスタービンのタービンブレード、タービンベーン、さらに宇宙往還機のエンジンなどの高温・高応力下で使用される部材に有効な材料と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ir-Nb-Zrの状態図である。
【図２】実施例１におけるZr添加のIr-Nb合金のＸ線回折結果を示したチャートである。
【図３】実施例１における二相合金の内の３種類の、1500℃、72時間の熱処理を行った後の二次電子像である。
【図４】実施例１におけるIr-12.75Nb-3Zrの1800℃でのクリープ試験の結果を従来のIr-Nb合金のクリープ試験の結果と合わせて示したグラフである。
【図５】  a、b、cは、それぞれ、実施例２の、Niの添加量が5原子%以下（ただし、0%を除く）のIr-Nb合金と、Niの添加量が5原子%を超える合金及びNi無添加の従来のIr-Nb合金とのＸ線回折の結果を示したチャートである。
【図６】図５a〜図５cに示した４種類のIr-Nb合金の1650℃でのクリープ試験の結果を示したグラフである。
【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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