(57)【要約】【課題】チッピングが発生し難く優れた高温耐摩擦性を長期に亘って維持することのできる高温耐摩擦性部材を提供する。【解決手段】Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金からなる高温耐摩耗性部材である。従来のＮｉ基２重複相金属間化合物合金からなるものに比べて粒界破壊が発生し難く、チッピングの発生が著しく低減されるものであり、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金の備える優れた高温耐摩耗性を長期に亘って維持することができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金からなる高温耐摩耗性部材。
【請求項２】
前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：５原子％より大で１３原子％以下、Ｖ：９．５原子％以上で１７．５原子％より小、Ｔｉ：０〜３．５原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対して、Ｂ：０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織との２重複相組織を有するものである、請求項１に記載の高温耐摩耗性部材。
【請求項３】
前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：５原子％より大で１３原子％以下、Ｖ：９．５原子％以上で１７．５原子％より小、Ｎｂ：０〜５原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対して、Ｂ：５０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織との２重複相組織を有するものである、請求項１に記載の高温耐摩耗性部材。
【請求項４】
前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし且つＡｌ：５．５〜１３原子％、Ｖ：１０〜１７原子％、Ｎｂ：０〜６原子％、Ｔｉ：０〜６原子％、Ｃｏ：０〜６原子％、Ｃｒ：０〜６原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対してＢ：１０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有するものである、請求項１に記載の高温耐摩耗性部材。
【請求項５】
前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：２〜９原子％、Ｖ：１０〜１７原子％、Ｔａ及び／又はＷ：０．５〜８原子％、Ｎｂ：０〜６原子％、Ｃｏ：０〜６原子％、Ｃｒ：０〜６原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対してＢ：１０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有するものである、請求項１に記載の高温耐摩耗性部材。
【請求項６】
前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：２〜４重量％、Ｖ：１０〜１２重量％、Ｔａ１４〜１６重量％、Ｃ：０．００１〜０．０５重量％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５重量％及びＢ：０．００３〜０．０１重量％を含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有するものである、請求項１に記載の高温耐摩耗性部材。
【請求項７】
耐熱切削工具、耐熱摺動部品、耐熱締結要素部品又は耐熱工具である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の高温耐摩耗性部材。
【請求項８】
摩擦攪拌接合用ツールである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高温耐摩耗性部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合ツール等の高温耐摩耗性部材に関する。詳しくは、チッピングが発生し難く優れた高温耐摩擦性を長期に亘って維持することのできる高温耐摩擦性部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ａｌ合金板等の被接合材同士を接合する摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｓｔｉｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ）に用いられる攪拌工具（径の大きいショルダ部とその先端にプローブを有する硬い工具鋼からなるツール）等には、ＳＫＤ等の合金工具鋼が用いられていた。かかる合金工具鋼は、炭素工具鋼にＣｒや、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等を添加してなるものであり、焼入れ・焼戻しによってマルテンサイトと呼ばれる硬い金属組織や硬質炭化物を形成させて利用されるが、Ａｌ合金板と高張力鋼板等の異材接合のＦＳＷ等では、接合部の温度が５００℃以上になり合金工具鋼の焼戻し温度を超えるため、上記金属組織や炭化物の効果が消失し合金工具鋼の硬さが急激に低下して摩耗が激しくなるという問題があった。
【０００３】
また、ＦＳＷツール等に対してはセラミックス系耐熱材料も利用されているが、セラミックス系耐熱材料は高温でも高い硬さ特性を有するが、塑性加工ができず高価であるとともに、広範な温度域で極めて脆く信頼性に欠けるという問題があった。
【０００４】
これに対して、ＦＳＷツール等として、ジェットエンジンのタービンブレード等に用いられているＭａｒ−Ｍ２４６等のＮｉ基超合金の利用が検討されている。かかるＮｉ基超合金は、Ｎｉ基＋Ｃｏ、Ｃｒの素地をＭｏ＋Ｗで強化し、ＮｉとＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ等との金属間化合物により析出強化したものであり、高温強度特性や耐酸化性・耐食性には優れているが、硬さレベルは高くなく、高温耐摩耗部材としては不十分であった。
【０００５】
そこで、γ'（Ｎｉ３Ａｌ）による単層組織強化合金である上記Ｎｉ基超合金に対して、更にＶを添加してγ''（Ｎｉ３Ｖ）の析出により２重複相組織強化したＮｉ基２重複相金属間化合物合金（Ｎｉ基超々合金）が開発されている（例えば、特許文献１〜４参照）。かかるＮｉ基超々合金は、最密充填構造（ＧＣＰ）金属間化合物であるＮｉ３Ａｌ（Ｌ１２）相とＮｉ３Ｖ（Ｄ０２２）相とが２重に階層化され、微細・整合に配置された２重複相組織を有するので、従来のＮｉ基超合金に比べて高温における高い硬さ特性を有し、ＦＳＷツール等に利用した場合、極めて優れた高温耐摩耗性を発現するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９９４０３号公報
【特許文献２】再表２００７−０８６１８５号公報
【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】
【０００７】
しかしながら、従来のＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、普通鋳造法により製造された多結晶合金であるため、使用時の激しい摩擦や強い応力等によりチッピング（亀裂）が発生し易いという欠点を有しており、チッピングにより部材が破損したり性能が低下したりするという問題があった。
【０００８】
本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、チッピングが発生し難く優れた高温耐摩擦性を長期に亘って維持することのできる高温耐摩擦性部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１０】
（１）即ち、本発明は、Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金からなる高温耐摩耗性部材である。
【００１１】
（２）本発明はまた、前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：５原子％より大で１３原子％以下、Ｖ：９．５原子％以上で１７．５原子％より小、Ｔｉ：０〜３．５原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対して、Ｂ：０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織との２重複相組織を有するものである、（１）に記載の高温耐摩耗性部材である。
【００１２】
（３）本発明はまた、前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：５原子％より大で１３原子％以下、Ｖ：９．５原子％以上で１７．５原子％より小、Ｎｂ：０〜５原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対して、Ｂ：５０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織との２重複相組織を有するものである、（１）に記載の高温耐摩耗性部材である。
【００１３】
（４）本発明はまた、前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし且つＡｌ：５．５〜１３原子％、Ｖ：１０〜１７原子％、Ｎｂ：０〜６原子％、Ｔｉ：０〜６原子％、Ｃｏ：０〜６原子％、Ｃｒ：０〜６原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対してＢ：１０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有するものである、（１）に記載の高温耐摩耗性部材である。
【００１４】
（５）本発明はまた、前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：２〜９原子％、Ｖ：１０〜１７原子％、Ｔａ及び／又はＷ：０．５〜８原子％、Ｎｂ：０〜６原子％、Ｃｏ：０〜６原子％、Ｃｒ：０〜６原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対してＢ：１０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有するものである、（１）に記載の高温耐摩耗性部材である。
【００１５】
（６）本発明はまた、前記Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金又は一方向凝固合金は、Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：２〜４重量％、Ｖ：１０〜１２重量％、Ｔａ１４〜１６重量％、Ｃ：０．００１〜０．０５重量％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５重量％及びＢ：０．００３〜０．０１重量％を含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有するものである、（１）に記載の高温耐摩耗性部材である。
【００１６】
（７）本発明はまた、耐熱切削工具、耐熱摺動部品、耐熱締結要素部品又は耐熱工具である、（１）〜（６）のいずれか１つに記載の高温耐摩耗性部材である。
【００１７】
（８）本発明はまた、摩擦攪拌接合用ツールである、（１）〜（７）のいずれか１つに記載の高温耐摩耗性部材である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の高温耐摩擦性部材によれば、Ｎｉ基２重複相金属間化合物の一方向凝固合金又は単結晶合金からなるので、粒界破壊が発生し難く、チッピングの発生が著しく低減されるものであり、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金の備える優れた高温耐摩耗性を長期に亘って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明で利用されるＮｉ基２重複相金属間化合物の２重複相組織を説明するための透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真及び模式図である。
【図２】従来の普通鋳造法によるＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法を模式的に示した図である。
【図３】従来の普通鋳造法により製造したＮｉ基２重複相金属間化合物合金からなるＦＳＷツールのプローブ先端に発生したチッピング部の様子を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】チッピングの原因である粒界破壊を模式的に示した図である。
【図５】本発明の一方向凝固法によるＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法を模式的に示した図である。
【図６】本発明の単結晶凝固法によるＮｉ基２重複相金属間化合物合金の製造方法を模式的に示した図である。
【図７】実施例２の摩擦攪拌加工試験の方法を模式的に示した図である。
【図８】実施例２の摩擦攪拌加工試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２１】
本発明の高温耐摩耗性部材は、Ｎｉ基２重複相金属間化合物の一方向凝固合金又は単結晶合金からなることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明においてＮｉ基２重複相金属間化合物合金とは、最密充填構造（ＧＣＰ）金属間化合物であるＮｉ３Ａｌ（Ｌ１２）相とＮｉ３Ｖ（Ｄ０２２）相とが２重に階層化された２重複相組織を有する複相金属間化合物合金をいう。斯かる２重複相組織は、例えば、最初に比較的高い温度において初析Ｌ１２相とＡ１相とからなる上部複相組織を形成し、その後、温度を下げることによってＡ１相をＬ１２相とＤ０２２相とに分解させることによって形成することができる。このようにして形成される２重複相組織は、図１（Ａ）の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真や図１（Ｂ）の模式図に示すような初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる。なお、Ｌ１２相はＮｉ３Ａｌ金属間化合物相であり、Ａ１相はｆｃｃ固溶体相であり、Ｄ０２２相はＮｉ３Ｖ金属間化合物相である。
【００２３】
本発明で利用されるＮｉ基２重複相金属間化合物合金は、Ｎｉ基２重複相金属間化合物を有する合金であれば特に限定されるものではないが、具体例をあげれば、次のとおりである。
【００２４】
（１）Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：５原子％より大で１３原子％以下、Ｖ：９．５原子％以上で１７．５原子％より小、Ｔｉ：０〜３．５原子％（「〜」は、上限値と下限値をそれぞれ含む、以下同じ）を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対して、Ｂ：０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織との２重複相組織を有するＮｉ３Ａｌ基金属間化合物（Ｎｉ３Ａｌ（Ｌ１２）−Ｎｉ３Ｔｉ（Ｄ０２４）−Ｎｉ３Ｖ（Ｄ０２２）系金属間化合物合金）（特許文献１等参照）
【００２５】
当該Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金は、上記組成の合金材に対して、初析Ｌ１２相とＡｌ相とが共存する温度で第１熱処理を行い、その後Ｌ１２相とＤ０２２相とが共存する温度に冷却するか、当該Ｌ１２相とＤ０２２相とが共存する温度で第２熱処理を行うことによって、Ａｌ相を（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織に変化させて２重複相組織を形成する方法により製造することができる。また、上記組成の合金材を高温のＡ１単相領域から徐冷することにより２重複相組織を形成する方法によっても製造することができる。
【００２６】
（２）Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：５原子％より大で１３原子％以下、Ｖ：９．５原子％以上で１７．５原子％より小、Ｎｂ：０〜５原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対して、Ｂ：５０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織との２重複相組織を有するＮｉ３Ａｌ基金属間化合物（Ｎｉ３Ａｌ（Ｌ１２）−Ｎｉ３Ｎｂ（Ｄ０ａ）−Ｎｉ３Ｖ（Ｄ０２２）系金属間化合物合金）（特許文献２等参照）
【００２７】
当該Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金は、上記組成の合金材に対して、初析Ｌ１２相とＡｌ相とが共存する温度、又は初析Ｌ１２相とＡｌ相とＤ０ａが共存する温度で第１熱処理を行い、その後、Ｌ１２相とＤ０２２相とが共存する温度に冷却するか、その温度で第２熱処理を行うことによって、Ａｌ相を（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織に変化させて２重複相組織を形成する方法により製造することができる。また、上記組成の合金を高温のＡ１単相領域から徐冷することにより２重複相組織を形成する方法によっても製造することができる。
【００２８】
（３）Ｎｉを主成分とし且つＡｌ：５．５〜１３原子％、Ｖ：１０〜１７原子％、Ｎｂ：０〜６原子％、Ｔｉ：０〜６原子％、Ｃｏ：０〜６原子％、Ｃｒ：０〜６原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対してＢ：１０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有するＮｉ基２重複相金属間化合物合金
【００２９】
当該Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金は、上記組成の合金材に対して、初析Ｌ１２相とＡｌ相とが共存する温度、又は初析Ｌ１２相とＡｌ相とＤ０ａが共存する温度で第１熱処理を行い、その後、Ｌ１２相とＤ０２２相とが共存する温度に冷却するか、その温度で第２熱処理を行うことによって、Ａｌ相を（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織に変化させて２重複相組織を形成する方法により製造することができる。また、上記組成の合金を高温のＡ１単相領域から徐冷することにより２重複相組織を形成する方法によっても製造することができる。
【００３０】
（４）Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：２〜９原子％、Ｖ：１０〜１７原子％、Ｔａ及び／又はＷ：０．５〜８原子％、Ｎｂ：０〜６原子％、Ｃｏ：０〜６原子％、Ｃｒ：０〜６原子％を含む合計１００原子％の組成の合計重量に対してＢ：１０〜１０００重量ｐｐｍを含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有するＮｉ基２重複相金属間化合物合金（特許文献３等参照）
【００３１】
上記組成において、Ｔａ及び／又はＷを０．５〜８原子％含むことにより硬さの向上効果が得られる。Ｎｂ、Ｃｏ及びＣｒは任意成分であり、Ｎｂは２重複相組織の強度向上のために添加され、Ｃｏ及びＣｒは、耐酸化性向上のために添加される。Ｂは得られる合金の延性向上のために添加される。
【００３２】
当該Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金は、上記組成の合金材に対して、初析Ｌ１２相とＡｌ相とが共存する温度で第１熱処理を行い、その後Ｌ１２相とＤ０２２相とが共存する温度に冷却するか、当該Ｌ１２相とＤ０２２相とが共存する温度で第２熱処理を行うことによって、Ａｌ相を（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織に変化させて２重複相組織を形成する方法により製造することができる。また、上記組成の合金材を高温のＡ１単相領域から徐冷することにより２重複相組織を形成する方法によっても製造することができる。
【００３３】
（５）Ｎｉを主成分とし、Ａｌ：２〜４重量％、Ｖ：１０〜１２重量％、Ｔａ１４〜１６重量％、Ｃ：０．００１〜０．０５重量％、Ｚｒ：０．００１〜０．０５重量％及びＢ：０．００３〜０．０１重量％を含み、且つ初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有するＮｉ基２重複相金属間化合物合金
【００３４】
上記組成において、Ｃ及びＺｒは高温強度を得るために添加される。添加量が０．００１重量％未満では添加の効果が認められず、０．０５重量％を超えると高温での靭性が低下するので何れも好ましくない。
【００３５】
当該Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金は、上記組成の合金材に対して、初析Ｌ１２相とＡｌ相とが共存する温度で第１熱処理を行い、その後Ｌ１２相とＤ０２２相とが共存する温度に冷却するか、当該Ｌ１２相とＤ０２２相とが共存する温度で第２熱処理を行うことによって、Ａｌ相を（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織に変化させて２重複相組織を形成する方法により製造することができる。また、上記組成の合金材を高温のＡ１単相領域から徐冷することにより２重複相組織を形成する方法によっても製造することができる。
【００３６】
上記（１）〜（５）のＮｉ基２重複相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重複相組織を有するので耐熱及び耐摩耗性に優れ、ＦＳＷツール等の高温耐摩耗性部材に好適に利用することができる。これらのＮｉ基２重複相金属間化合物合金をＦＳＷツール等の高温耐摩耗性部材とするには、従来、図２に示すように、上記（１）〜（５）に示した所定の組成のインゴットを溶解し、これを鋳型に流し込んで、鋳型の中で上記（１）〜（５）に示した各熱処理を施しながら凝固することによって製造していた（普通鋳造法）。
【００３７】
しかしながら、従来の普通鋳造法により製造したＮｉ基２重複相金属間化合物合金からなる部材は、使用時の激しい摩擦や強い応力等によりチッピング（亀裂）が発生し易いという欠点を有しており、チッピングにより部材が破損したり性能が低下したりするという問題があった。
【００３８】
図３の（Ａ）は、普通鋳造法により製造したＮｉ基２重複相金属間化合物合金（Ｎｉ：Ｂａｌ、Ａｌ：３．２重量％、Ｖ：１１．２重量％、Ｔａ：１４．１重量％及びＢ：０．００５重量％の組成からなり（不可避的不純物を含む）、初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織との２重複相組織を有する合金）からなるＦＳＷツールのプローブ先端に接合中に発生したチッピングの様子を示した走査型電子顕微鏡写真であり、（Ｂ）は（Ａ）のａ部を拡大した写真である。また、図４は、チッピングの原因である粒界破壊を模式的に示した図である。即ち、普通鋳造法により製造したＮｉ基２重複相金属間化合物合金はあらゆる方向に結晶が向いた多結晶合金であり、その結晶粒界は凝固時に不純物が堆積しているため結晶粒内に比べて強度が低下している。従って、部材に大きな応力が負荷されると、結晶粒界に応力が集中して粒界破壊が発生し、チッピングが生じるものと考えられる。
【００３９】
そこで、本発明の高温耐摩耗性部材では、従来の普通鋳造法により鋳造されたＮｉ基２重複相金属間化合物の多結晶合金ではなく、Ｎｉ基２重複相金属間化合物の一方向凝固合金又は単結晶合金を利用することを特徴とするものである。
【００４０】
本発明で利用されるＮｉ基２重複相金属間化合物の一方向凝固合金及び単結晶合金は、それぞれ一方向凝固法及び単結晶凝固法により製造することができる。具体的には、Ｎｉ基２重複相金属間化合物の一方向凝固合金は、上記（１）〜（５）に示した所定の組成のインゴット（それぞれ純度９９．９９重量％以上）とＢを秤量したものを真空誘導溶解法やアーク溶解法等によって溶解し、図５に示すように、鋳型温度を合金の凝固温度以上に加熱しておき、合金を鋳込んだ後に、加熱炉から徐々に遠ざけて温度勾配を与え多数の結晶を一方向に成長させることによって製造することができる（一方向凝固法）。また、Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金は、一方向凝固法とほぼ同様であるが、図６に示すように、合金が凝固する手前で九十九折状あるいは螺旋状のセレクタ部を設け、一方向で凝固してきた多数の結晶をセレクタ部で一つの結晶に成長させることにより製造することができる（単結晶凝固法）。このようにして得られたＮｉ基２重複相金属間化合物の一方向凝固合金又は単結晶合金の鋳塊から、放電加工、切削加工、研削加工、研磨加工等を適宜用いて所定の形状に加工することにより目的の部材を製造することができる。
【００４１】
上記の方法により得られるＮｉ基２重複相金属間化合物の一方向凝固合金は、結晶の方向を一方向（荷重負荷の方向）に揃えた、柱状晶と呼ばれる細長い結晶粒の集合体からなり、また、Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金は、さらにその柱状晶の中の一つの結晶を選択し成長させたものである。従って、斯かるＮｉ基２重複相金属間化合物の一方向凝固合金又は単結晶合金からなる本発明の高温耐摩耗性部材は、従来の普通鋳造法により製造したＮｉ基２重複相金属間化合物合金のようなあらゆる方向に結晶が向いた多結晶組織とは異なり、結晶粒内に比べて強度が低下した結晶粒界部が全くないか極端に少ないので、部材に大きな応力が負荷されても粒界破壊が発生し難く、チッピングの発生が著しく低減されるものである。
【００４２】
本発明の高温耐摩耗性部材の具体例としては、高温用ドリル・バイト等の耐熱切削工具、摩擦攪拌接合用ツール、高温用軸受等の耐熱摺動部材、高温用ボルト・ナット等の耐熱締結用部品，高温用ダイス・高温金型等の耐熱工具等が挙げられる。
【００４３】
次に、本発明の高温耐摩耗性部材を、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例１】
【００４４】
Ｎｉ基２重複相金属間化合物の単結晶合金からなるＦＳＷツールの製造
【００４５】
Ｎｉ：Ｂａｌ、Ａｌ：３．４重量％、Ｖ：１０．９重量％、Ｔａ１３．４重量％、Ｃ：０．０１５重量％、Ｚｒ：０．００５重量％及びＢ：０．００５重量％の組成となるように各元素のインゴット（それぞれ純度９９．９９重量％以上）とＢを秤量したものを真空誘導溶解炉で溶解し、これを図６に示すような単結晶製造装置に鋳込み、まず鋳型温度１３５０℃で４時間加熱し、鋳型を加熱炉から徐々に降下させて２４時間で２５℃の温度勾配で冷却して単結晶合金の鋳塊を得た。得られた単結晶合金の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真から、当該合金が図１（Ａ）に示すような初析Ｌ１２相と（Ｌ１２＋Ｄ０２２）共析組織とからなる２重複相組織を有することを確認した。
【００４６】
得られた鋳塊から、ショルダ面が略円形の平面であり、略半球状のプローブがショルダ面の略中央に凸設された形状を有するＦＳＷツール（ショルダ径１２ｍｍ、プローブ径４ｍｍ、プローブ長さ（ショルダ面からプローブの先端までの長さ）０．９０ｍｍ）を作製した。
【実施例２】
【００４７】
ＦＳＷツールの摩耗試験
【００４８】
実施例１で得られたＦＳＷツールを用いて、図７に示した方法で、ビードオン（ｂｅａｄｏｎ。又は、スターインプレート。ｓｔｉｒ−ｉｎ−ｐｌａｔｅともいう）摩擦攪拌加工試験を行った。
【００４９】
定盤軸（Ｘ）と横行軸（Ｙ）と昇降軸（Ｚ）の３軸からなる摩擦攪拌接合装置に上記ツール４０を取り付けた。摩擦攪拌加工時にはアルゴンガスがツール側面に沿って流れ下りツールを包むようになっている。図７に示すように、平板状の鋼製（Ｓ５０Ｃ）の裏当て治具１０の表面に、表面平滑な９９．５％純度の酸化アルミ平板（１５ｃｍ角、２．５ｍｍ厚）を裏当て材２０として固定した。
【００５０】
酸化アルミ製裏当て材２０上に、１枚のＳＵＳ４３０からなる平板状の被加工材３０（１５ｃｍ角、１．５ｍｍ厚）を載置し固定した。
【００５１】
ツール４０を、前進角３度、１２００ｒｐｍで回転させながら被加工材３０に挿入し、１００ｍｍ／分の送り速度で直線状に移動させて摩擦攪拌加工によるビードオン摩擦攪拌加工試験を行った。ツール４０への負荷は約２９４００Ｎに設定した。
【００５２】
なお、比較のため、実施例１の単結晶合金と同じ組成で普通鋳造法により製造したＮｉ基２重複相金属間化合物多結晶合金及びＭａｒ−Ｍ２４６（Ｃ：０１５重量％、Ｃｒ：９．００重量％、Ｃｏ：１０．００重量％、Ｍｏ：２．５０重量％、Ｗ：１０．００重量％、Ｔａ：１．５０重量％、Ｔｉ：１．５０重量％、Ａｌ：５．５０重量％、Ｎｉ：残余）で作製した同形・同サイズのＦＳＷツールについても、同様の摩擦攪拌加工試験を行った。これらの試験の結果を図８に示す。
【００５３】
図８から明らかなとおり、Ｎｉ基２重複相金属間化合物合金からなるＦＳＷツールは、Ｎｉ基超合金（Ｍａｒ−Ｍ２４６）からなるものよりも極めて優れた耐摩耗性を示したが、Ｎｉ基２重複相金属間化合物多結晶合金からなるものは、接合長７ｍ付近でチッピングが発生してプローブが破損してしまったのに対し、Ｎｉ基２重複相金属間化合物単結晶合金からなるものは、チッピングが全く発生せず長期に亘って性能を維持することがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
上述したように、本発明の高温耐摩擦性部材は、チッピングが発生し難く優れた高温耐摩擦性を長期に亘って維持することができるので、耐熱切削工具、耐熱摺動部品、耐熱締結要素部品、耐熱工具等として利用した場合極めて有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  裏当て治具
２０  裏当て材
３１  被接合材
３２  被接合材
３３  接合線
３４  加工痕
４０  ツール
４１  ツールのプローブ
４２  ツールのショルダ部
【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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