(57)【要約】【課題】Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、酸素含有率が低いＴｉ−Ａｌ多元系合金を作製する。【解決手段】本発明のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法は、酸素を０．１質量％以上含有すると共にＡｌを４０質量％以上含有するＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を、真空度が５×１０−２〜１×１０−３Ｐａとされた雰囲気に置き、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ２、溶解時間が１〜１０分となるように電子ビームを照射して脱酸するに際して、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に、Ｎｂを３〜１０質量％、Ｃｒを１〜４質量％添加することで、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、溶解後のＴｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有率を０．１質量％未満に低減するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を０．１質量％以上含有すると共にＡｌを４０質量％以上含有するＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を、真空度が５×１０−２〜１×１０−３Ｐａとされた雰囲気に置き、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ２、溶解時間が１〜１０分となるように電子ビームを照射して、前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を溶解しつつ脱酸するに際して、
前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に、Ｎｂを３〜１０質量％、Ｃｒを１〜４質量％添加することで、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、溶解後のＴｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有率を０．１質量％未満に低減する
ことを特徴とするＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法。
【請求項２】
前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に、Ａｌが４０〜５０質量％含有される場合には、
前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に添加するＮｂを３〜７質量％、Ｃｒを１〜４質量％とし、さらに前記電子ビームによる溶解時間を１〜５分の条件として溶解を行い、
Ａｌを３０〜４０質量％、Ｎｂを１〜５質量％、Ｃｒを１〜４質量％含有するＴｉ−Ａｌ多元系合金を製造し、且つ、溶解後の前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有率を０．１質量％未満に低減する
ことを特徴とする請求項１に記載のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素含有率が高いＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を、電子ビーム溶解法によって溶解することで、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、溶解後のＴｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有率を低減するＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機や自動車などの輸送機用の金属素材としてＴｉ−Ａｌ系合金が注目されている。このＴｉ−Ａｌ系の金属間化合物は軽量高弾性、高耐熱性等の優れた特性を有したものとなっている。その中でも、Ｔｉ−Ａｌに、第３元素、第４元素としてＮｂやＣｒなどを添加し、耐酸化性のような特性をより向上させたＴｉ−３３質量％Ａｌ−４．８質量％Ｎｂ−２．７質量％Ｃｒ合金（ＧＥ合金）等のＴｉ−Ａｌ多元系合金の需要は特に高まりつつある。
【０００３】
このようなチタンを主成分とするＴｉ−Ａｌ多元系合金等のＴｉ−Ａｌ系合金を製造する際には、溶解中の酸素による汚染を防ぐ必要がある。そのため、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金等は、酸素を含まない不活性雰囲気下において、真空アーク溶解法（ＶＡＲ）、電子ビーム溶解法（ＥＢ）、プラズマアーク溶解法（ＰＡＭ）、真空誘導溶解法（ＶＩＭ）、水冷銅誘導溶解法（ＣＣＩＭ）などの溶解法を採用することで製造されている。
【０００４】
特に、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金でも酸素含有率が低いものを溶製するためには、元々酸素含有率が低い高品位なチタン材料やニオブ材料を用いて製造することが有効である。しかし、高品位なチタン材料は、概して高価格であり、近年は更に価格が高騰する傾向にある。このことから、高品位な材料に比べると酸素含有率が高く低品位であるが、価格も安く抑えられるチタン材料（例えば、スポンジチタン、スクラップ原料、ルチル鉱石（ＴｉＯ２）などの材料）やニオブ材料（低級ニオブ、酸化ニオブ鉱石（Ｎｂ２Ｏ５）、スクラップ原料などの材料）を用いて酸素含有率が少ないＴｉ−Ａｌ多元系合金を製造したいというニーズが高まっている。
【０００５】
また、活性金属であるＴｉは、溶解する雰囲気中に存在する不純物、特に酸素との結合力が極めて強いため、上述したように溶解中に外部から取り込まれる酸素を低減し、いかに酸素による汚染を防ぐかという対策を採る必要がある。ただ、このような対策を採用しても低品位なチタン材料には酸素が取り込まれてしまうため、低品位なチタン材料から酸素だけを選択的に除去することも必要になる。
【０００６】
しかし、一度酸素が固溶したＴｉ中から酸素だけを選択的に除去することは技術的に容易ではなく、酸素の選択的除去に取り組んだ例自体が従来技術に少ないのが現状である。例えば、酸素の選択的除去に取り組んだ数少ない先行技術を挙げると、以下に示すものが挙げられる。
すなわち、特許文献１には、低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金の製造方法および低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金に関する発明が開示されている。その段落００１３には「１×１０−２Ｔｏｒｒよりも高い真空雰囲気下において強制的にＡｌを除去すると、これに伴って溶湯中の酸素量も減少するのであり、最終目標組成のＡｌ含有量よりもＡｌを多く含有する組成の溶湯から強制的にＡｌを除去することにより、最終目標組成のＴｉ−Ａｌ系合金を製造することができると同時に酸素を２００ｐｐｍ以下に低減させることができる」と記載されている。
【０００７】
つまり、特許文献１に記載された低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金の製造方法は、１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）よりも低い圧力となるような高真空雰囲気下において低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金を製造する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−５９４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に示すような高真空雰囲気下での溶解は、酸素を多量に含有するＴｉ−Ａｌ系合金スクラップから酸素を除去するという観点からすると、有効な方法であると思われる。しかし、特許文献１の方法では、Ｔｉ−Ａｌ系合金スクラップから酸素ばかりかＡｌ成分まで揮発除去されてしまう。
つまり、特許文献１に記載されるように高真空雰囲気を用いた低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金の製造方法は、Ａｌ成分のロスが多い方法であり、目標のＴｉ−Ａｌ系合金を製造するためには、Ａｌ原料を余分に準備しておかなければならず、場合によればＡｌ原料を追加した再溶解が必要になってしまう。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、酸素含有率が高く低品位なチタン材料やニオブ材料を用いて、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、酸素含有率が低いＴｉ−Ａｌ多元系合金を作製することができるＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法は以下の技術的手段を講じている。
本発明のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法は、酸素を０．１質量％以上含有すると共にＡｌを４０質量％以上含有するＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を、真空度が５×１０−２〜１×１０−３Ｐａとされた雰囲気に置き、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ２、溶解時間が１〜１０分となるように電子ビームを照射して、前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を溶解しつつ脱酸するに際して、前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に、Ｎｂを３〜１０質量％、Ｃｒを１〜４質量％添加することで、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、溶解後のＴｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有率を０．１質量％未満に低減することを特徴とする。
【００１２】
なお、好ましくは、前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に、Ａｌが４０〜５０質量％含有される場合には、前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に添加するＮｂを３〜７質量％、Ｃｒを１〜４質量％とし、さらに前記電子ビームによる溶解時間を１〜５分の条件として溶解を行い、Ａｌを３０〜４０質量％、Ｎｂを１〜５質量％、Ｃｒを１〜４質量％含有するＴｉ−Ａｌ多元系合金を製造し、且つ、溶解後の前記Ｔｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有率を０．１質量％未満に低減するとよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法によると、酸素含有率が高く低品位なチタン材料やニオブ材料を用いて、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、酸素含有率が低いＴｉ−Ａｌ多元系合金を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電子ビーム溶解による溶解時間と、溶解後のＴｉ−Ａｌ多元系合金中のＡｌ濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、酸素含有率が高く低品位なチタン材料やＴｉ−Ａｌ系合金スクラップなどに対してアルミ材料を加えて電子ビーム溶解を行う際に、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、酸素含有率が低いＴｉ−Ａｌ系合金（高品位なＴｉ−Ａｌ系合金）を得ることができるＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸方法を見出すため、鋭意検討を行った。
その結果、Ｔｉ−Ａｌ系合金材料に、ＮｂおよびＣｒを適量添加したものをＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料とし、電子ビーム溶解法を採用した上で、溶解時の密閉容器内の真空度、溶解時の投入熱量、並びに溶解時間を適正な範囲としつつ溶解を行うことで、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、酸素含有率が低いＴｉ−Ａｌ多元系合金を作製することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１６】
以下、本発明のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法を実施形態に基づいて更に詳細に説明する。
本実施形態のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法は、酸素を０．１質量％以上含有すると
共にＡｌを４０質量％以上含有するＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を、真空度が５×１０−２〜１×１０−３Ｐａとされた雰囲気に置き、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ２、溶解時間が１〜１０分となるように電子ビームを照射して、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を溶解しつつ脱酸するものとなっている。そして、本実施形態の脱酸方法は、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を溶解するに際しては、Ｎｂを３〜１０質量％、Ｃｒを１〜４質量％添加することで、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、溶解後のＴｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有率を０．１質量％未満に低減するものである。
【００１７】
例えば、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料にＡｌが４０〜５０質量％含有される場合であれば、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に添加するＮｂは３〜７質量％、Ｃｒは１〜４質量％とされ、さらに電子ビームによる溶解時間を１〜５分の条件として溶解を行う。そうすれば、Ａｌを３０〜４０質量％、Ｎｂを１〜５質量％、Ｃｒを１〜４質量％含有するＴｉ−Ａｌ多元系合金を製造することができ、溶解後のＴｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有率を０．１質量％未満に低減することができる。
【００１８】
次に、本実施形態のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法を構成する各要件について説明する。
（Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料の成分組成）
・酸素：０．１質量％以上
本実施形態のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法に用いられるＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料（以降、単に原料という場合がある）は、低品位なチタン材料（例えば、スクラップ原料、ルチル鉱石（ＴｉＯ２）などのチタン材料）やニオブ材料（低級ニオブ、酸化ニオブ鉱石（Ｎｂ２Ｏ５）、スクラップ原料などのニオブ材料）を用いたものである。これらのチタン材料やニオブ材料は、酸素含有率が高く、少なくても０．１質量％の酸素を含有している。よって、本発明のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法に用いるＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料の酸素含有率は０．１質量％以上とされている。
・Ａｌ：４０質量％以上
航空機用のエンジン部品や自動車のタービンホイールなどには、Ａｌが３３質量％以上含有されるＴｉ−Ａｌ系合金（例えば、通称ＧＥ合金と呼称される合金）が使用されている。本発明のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法では、溶解後（脱酸後）のＴｉ−Ａｌ多元系合金からＡｌの含有率が高いＴｉ−Ａｌ多元系合金を製造するため、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料中のＡｌ含有率を４０質量％以上とした。なお、Ａｌ含有率を３３質量％より大きい４０質量％としたのは、揮発を抑制したと言っても溶解時には多少のＡｌ成分が揮発するため、揮発で失われる分を見越して大きめの値にしたものである。
【００１９】
なお、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料中のＡｌの含有率には、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金としてチタンを配合しなくてはならないし、またＮｂやＣｒを所定量だけ添加する分だけＡｌ含有量を小さくしなければならない。つまり、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料中でＡｌに許容される含有率の上限は自ずと決まっており、本実施形態の場合はＡｌの含有率の上限は実質７０質量％程度であると考えられる。
【００２０】
また、本実施形態の脱酸方法で得られるＴｉ−Ａｌ多元系合金を実際に利用する場合には、実用合金としてＧＥ合金（Ｔｉ−３３質量％Ａｌ−４．８質量％Ｎｂ−２．７質量％Ｃｒ合金）などの組成に近いＴｉ−Ａｌ多元系合金を溶解により得るのが好ましい。具体的には、実用合金近傍の組成を有するＴｉ−Ａｌ多元系合金を溶製できるように、Ａｌを３０〜４０質量％、Ｎｂを１〜５質量％、Ｃｒを１〜４質量％含有するＴｉ−Ａｌ多元系合金を、本発明を適用して製造することが推奨される。このような組成のＴｉ-Ａｌ多元系合金を、本発明を適用して製造しようとする場合、電子ビーム溶解法によるＡｌ成分の揮発量にも限度があるため、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料中のＡｌ含有率の上限を５０質量％とし、Ａｌ含有率を４０〜５０質量％の範囲とする。
【００２１】
上述した組成の酸素及びＡｌに加えて、本実施形態の脱酸方法に用いられるＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料には、３〜１０質量％のＮｂと、１〜４質量％のＣｒとが添加されている。そして、残部がＴｉおよび不可避的不純物となっている。なお、本発明の特徴であるＮｂ及びＣｒの添加については、後ほど詳しく述べる。
（電子ビーム溶解）
次に、電子ビーム溶解について説明する。
【００２２】
電子ビーム溶解法は、密閉可能な容器内に収容されたＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に対して、容器内に設けられた電子ビームガンから電子ビームを供給して、原料を溶解する方法となっている。一般的には、電子ビームガンで、電子を１０ｋＶ程度の加速電圧で加速し、容器内に設けられた坩堝内の原料に向かって電子ビームを照射し、坩堝内の原料を溶解させる。この容器内は、真空ポンプなどを用いて低圧（真空）に排気されている。
【００２３】
上述した電子ビーム溶解法では、容器内の真空度、原料に供給される投入熱量（総熱量）、溶解時間（ビーム照射時間）などの条件を用いて、原料の溶解が行われている。
・真空度：５×１０−２〜１×１０−３Ｐａ
本実施形態の溶解では、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料の溶解法としては低い真空度、具体的には溶解時の密閉容器内を５×１０−２〜１×１０−３Ｐａの真空度としている。真空度を５×１０−２Ｐａ以下とした理由は、電子ビーム溶解を低真空（５×１０−２Ｐａ超）で行うことは装置上難しいからである。また、真空度を１×１０−３Ｐａ以上とした理由は、より高真空（１×１０−３Ｐａ未満）にすること自体は可能であるが、排気に長時間を要し、生産性の観点から好ましくないからである。
・投入熱量：１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ２
また、本実施形態の溶解における投入熱量は、１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ２の範囲とする。溶解時の投入熱量が１０００ｋＷ／ｈ／ｍ２より低い場合は、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を溶解することができない。よって、溶解時の投入熱量の下限は１０００ｋＷ／ｈ／ｍ２とした。
【００２４】
一方、溶解時の投入熱量が２０００ｋＷ／ｈ／ｍ２より高くなると、溶湯の湯面の振動によりスプラッシュが発生し、歩留の低下を招く虞があるため、溶解時の投入熱量の上限は２０００ｋＷ／ｈ／ｍ２とした。
・溶解時間：１〜１０分
本実施形態の溶解における溶解時間は、１〜１０分の範囲とする。溶解時間が１分に達しない場合は、溶解時間が短くなりすぎて溶解後のＴｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有量を０．１質量％未満に確実に低減することはできない。一方、溶解時間が１０分より長くなると、溶解中に揮発するＡｌ成分の量が無視できなくなり、Ａｌ成分の揮発を抑制することができなくなってしまい、Ａｌ成分の大幅な揮発ロスを招いてしまう。
【００２５】
ところで、本実施形態のＴｉ−Ａｌ多元系合金の脱酸方法は、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を溶解しつつ脱酸するに際して、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に、Ｎｂを３〜１０質量％、Ｃｒを１〜４質量％添加することを特徴としている。この原料に添加されるＮｂ及びＣｒは、原料として加えられるスクラップ原料などに合金組成として予め含有されていても良いし、チタン原料と一緒に加えられるニオブ原料やクロム原料に含有されていても良い。また、本発明における「ＮｂやＣｒの添加」とは、原料に予め含有されている場合だけでなく、溶解中に別途加えられる場合も含むものとなっている。
・Ｎｂ：３〜１０質量％、Ｃｒ：１〜４質量％
具体的には、Ｎｂ及びＣｒは、溶解の際にＡｌ成分が揮発することを抑制するために添加される。ＮｂやＣｒの添加量が少なすぎると、合金元素添加によるＡｌ成分の揮発抑制効果を得ることができない。しかし、高融点金属であるＮｂやＣｒを多量に添加すると、融点上昇により局所的な溶融部が形成され、製造するＴｉ−Ａｌ多元系合金の均質性が低下してしまう。よって、Ｎｂは３〜１０質量％、Ｃｒは１〜４質量％とした。
【００２６】
例えば、上述したように実用合金などの組成に近いＴｉ−Ａｌ多元系合金を溶解する場合、具体的にはＡｌを３０〜４０質量％、Ｎｂを１〜５質量％、Ｃｒを１〜４質量％含有するＴｉ−Ａｌ多元系合金を製造する場合を考える。この場合、Ｃｒの含有率については１〜４質量％と特に変わりはないが、Ｎｂについては上限を７質量％とする。Ｎｂの含有率を１〜５質量％の範囲に制御するためには、溶解による揮発などによる減少を考慮しても溶解原料中のＮｂの含有率の上限は７質量％が限界である。よって、上述した組成のＴｉ−Ａｌ多元系合金を溶解する場合、ＮｂについてはＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に対
して３〜７質量％添加するのが好ましい。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
実施例は、質量１５０ｇで、成分組成が異なる４種のＴｉ−Ａｌ系合金溶解原料およびＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を作製した。つまり、４つの実施例のうち、「Ti-60Al-0.5Ｏ」及び「Ti-40Al-0.5Ｏ」はＮｂやＣｒが添加されていない２元系の原料（言い換えれば、Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料）、また「Ti-60Al-5Nb-2.5Cr-0.5Ｏ」及び「Ti-40Al-5Nb-2.5Cr-0.5Ｏ」はＮｂやＣｒが添加されている４元系の原料（言い換えれば、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料）となっている。これら４つのサンプルは、いずれも直径φ８０ｍｍの水冷銅るつぼ（密閉容器）内に投入し、容器内を密閉後に真空まで排気してから、電子ビーム溶解によって溶解したものである。溶解時の密閉容器内の真空度は１×１０−２Ｐａであり、溶解時の電子ビーム出力は８ｋＷ／ｈ（投入熱量が１６００ｋＷ／ｈ／ｍ２に相当）である。また、電子ビーム溶解による溶解時間は５分及び２０分の２水準とした。
【００２８】
実施例に用いたサンプルは、いずれもＡｌ含有量、Ｎｂ含有量、Ｃｒ含有量のいずれかがサンプル間で異なっている。すなわち、ＮｂやＣｒを含まない２サンプルが、Ａｌを６０質量％含有したＴｉ−Ａｌ合金である「Ti-60Al-0.5Ｏ」、及びＡｌを４０質量％含有したＴｉ−Ａｌ合金である「Ti-40Al-0.5Ｏ」である。また、ＮｂやＣｒを含む２サンプルが、Ａｌを６０質量％含有すると共に、Ｎｂを５質量％、Ｃｒを２．５質量％含有したＴｉ−Ａｌ合金である「Ti-60Al-5Nb-2.5Cr-0.5Ｏ」、及び、Ａｌを４０質量％含有すると共に、Ｎｂを５質量％、Ｃｒを２．５質量％含有したＴｉ−Ａｌ合金である「Ti-40Al-5Nb-2.5Cr-0.5Ｏ」である。これら４つのサンプルは、いずれもＯ（酸素）を０．５質量％含有している。
【００２９】
Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料およびＴｉ−Ａｌ多元系合金に含まれるＡｌ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｏ（酸素）の濃度（含有率）については、溶解前と溶解後のそれぞれで分析により求めた。なお、上述した元素の中で、Ａｌ、Ｎｂ、ＣｒについてはＩＣＰ発光分光分析法により、またＯ（酸素）については不活性ガス融解赤外線吸収法により、それぞれ求めた。
溶解前後における酸素濃度の変化の結果を表１に示す。また、分析により求められたＡｌ濃度が、溶解時間の経過に伴いどのように変化するかをグラフにまとめて図１に示す。
【００３０】
図１の結果を見ると、ＮｂおよびＣｒを添加していない２元系のＴｉ−Ａｌ系合金の実験例（「Ti-60Al-0.5Ｏ」及び「Ti-40Al-0.5Ｏ」）においても、またＮｂおよびＣｒを添加したＴｉ−Ａｌ多元系合金の実験例（「Ti-60Al-5Nb-2.5Cr-0.5Ｏ」及び「Ti-40Al-5Nb-2.5Cr-0.5Ｏ」）においても、電子ビーム溶解開始後すぐにＡｌ濃度が急激に低下しており、溶解開始後すぐにＡｌ成分が揮発し始めていることがわかる。
【００３１】
但し、溶解時間が５分の段階で比較すると、ＮｂおよびＣｒを添加していない２元系のＴｉ−Ａｌ系合金では直線的且つ急激にＡｌ濃度が低下しているのに対し、ＮｂおよびＣｒを添加したＴｉ−Ａｌ多元系合金ではＡｌ濃度の低下曲線の傾きが緩やかになっており、ＮｂおよびＣｒの添加によりＡｌ成分の揮発が抑制されていることが分かる。
なお、Ｔｉ−４０質量％Ａｌ−５質量％Ｎｂ−２．５質量％Ｃｒ合金（「Ti-40Al-5Nb-2.5Cr-0.5Ｏ」）をＴｉ−Ａｌ系合金溶解原料とする場合は、溶解開始後３分でＡｌの含有量が３３質量％になっており、成分組成を詳しく分析すると、この時点でＧＥ合金とほぼ同等のＴｉ−Ａｌ多元系合金（Ｔｉ−３３質量％Ａｌ−４．８質量％Ｎｂ−２．７質量％Ｃｒ合金）が得られていることが確認された。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１は溶解開始前と溶解開始した５分後との双方で、それぞれの実験例のサンプルに対して、酸素濃度（含有率）を計測した結果をまとめたものである。表１によると、ＮｂおよびＣｒを添加していない２元系のＴｉ−Ａｌ系合金（「Ti-60Al-0.5Ｏ」及び「Ti-40Al-0.5Ｏ」）が溶解５分後で0.087質量％や0.056質量％であるのに対して、ＮｂおよびＣｒを添加したＴｉ−Ａｌ多元系合金（「Ti-60Al-5Nb-2.5Cr-0.5Ｏ」及び「Ti-40Al-5Nb-2.5Cr-0.5Ｏ」）では、溶解開始５分後の酸素含有率が0.027質量％や0.017質量％とより低下していることが分かり、ＮｂおよびＣｒを添加すれば無添加の場合に比べてより脱酸が進行しやすくなっていることがわかる。
【００３４】
以上の結果により、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を所望のＡｌ含有率に下がるまで電子ビーム溶解法により脱酸溶解を行うに際しては、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料にＮｂを３〜１０質量％、Ｃｒを１〜４質量％添加することで、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、酸素含有率を０．１質量％未満に低減できると判断される。
また、ＮｂやＣｒは、Ａｌと比較して、揮発によるロスが少ない合金元素であるため、ＮｂとＣｒを適量添加するだけで、酸素含有率の低いＴｉ−Ａｌ多元系合金を効率良く作製することができると判断される。
【００３５】
すなわち、本発明は、酸素含有率が高いＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料を、電子ビーム溶解法によって溶解することで、Ａｌ成分の揮発を抑制しつつ、溶解後のＴｉ−Ａｌ多元系合金中の酸素含有率を低減するものとなっている。
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。
【図１】
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