(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織とからなる２重複相組織を有し、且つ前記２重複相組織を形成する組成域のＮｉ、Ａｌ、Ｖを基本構成元素として含み、
前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が減じられてＳｉが添加されることで、前記基本構成元素とＳｉとを含む組成の合計が１００ａｔ％となり、
前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７４〜７７ａｔ％、Ａｌ：７〜１０ａｔ％、Ｖ：１１〜１４ａｔ％である前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が、１〜４ａｔ％のＳｉの添加量分減じられることで、Ｎｉ：７０〜７７ａｔ％、Ａｌ：３〜１０ａｔ％、Ｖ：７〜１４ａｔ％、Ｓｉ：１〜４ａｔ％と、Ｎｂ：１〜４ａｔ％とからなる前記組成の合計が１００ａｔ％となり、
前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内でＢをさらに含むことを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金。
【請求項２】
請求項１記載のＮｉ基金属間化合物合金において、
前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７４〜７７ａｔ％、Ａｌ：７〜１０ａｔ％、Ｖ：１１〜１４ａｔ％である前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が、１〜２ａｔ％のＳｉの添加量分減じられることで、Ｎｉ：７２〜７７ａｔ％、Ａｌ：５〜１０ａｔ％、Ｖ：９〜１４ａｔ％、Ｓｉ：１〜２ａｔ％と、Ｎｂ：１〜４ａｔ％とからなる前記組成の合計が１００ａｔ％となり、
前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内でＢをさらに含むことを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＮｉ基金属間化合物合金において、
前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７５ａｔ％、Ａｌ：９ａｔ％、Ｖ：１３ａｔ％である前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が、１〜２ａｔ％のＳｉの添加量分減じられることで、Ｎｉ：７３〜７５ａｔ％、Ａｌ：７〜９ａｔ％、Ｖ：１１〜１３ａｔ％、Ｓｉ：１〜２ａｔ％と、Ｎｂ：３ａｔ％とからなる前記組成の合計が１００ａｔ％となり、
前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内でＢをさらに含むことを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のＮｉ基金属間化合物合金において、
前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が、１ａｔ％のＳｉの添加量分減じられることで、１ａｔ％のＳｉを含む前記組成の合計が１００ａｔ％となることを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のＮｉ基金属間化合物合金において、
前記基本構成元素のうち、Ａｌの含有量がＳｉの添加量分減じられることで、前記組成の合計が１００ａｔ％となり、前記初析Ｌ１2相の平均粒径が１μｍ以下であることを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載のＮｉ基金属間化合物合金において、
前記基本構成元素のうち、Ｖ又はＮｉの何れか一方の含有量がＳｉの添加量分減じられることで、前記組成の合計が１００ａｔ％となることを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金。
【請求項７】
初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織とからなる２重複相組織を形成する組成域にあるＮｉ、Ａｌ、Ｖからなる基本構成元素のうち、何れか一つの元素の含有量を減じてＳｉを添加することで、前記基本構成元素とＳｉとを含む組成の合計を１００ａｔ％とした合金を得て、前記合金に第１熱処理を行ってＡ１（ｆｃｃ）相の単相とする工程と、
前記単相とした前記合金に初析Ｌ１2相を析出させることで、初析Ｌ１2相とＡ１（ｆｃｃ）相との共存相とした後、Ａ１（ｆｃｃ）相を（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織に変化させるように第２熱処理を行うことで、前記２重複相組織を有するＮｉ基金属間化合物合金を得る工程と、
を有し、
前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７４〜７７ａｔ％、Ａｌ：７〜１０ａｔ％、Ｖ：１１〜１４ａｔ％とした前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量を、１ａｔ〜４ａｔ％のＳｉの添加量分減じることで、前記組成をＮｉ：７０〜７７ａｔ％、Ａｌ：３〜１０ａｔ％、Ｖ：７〜１４ａｔ％、Ｓｉ：１〜４ａｔ％と、Ｎｂ：１〜４ａｔ％との合計１００ａｔ％とし、
前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内となるようにＢをさらに加えて前記合金を得ることを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、
前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７４〜７７ａｔ％、Ａｌ：７〜１０ａｔ％、Ｖ：１１〜１４ａｔ％とした前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量を、１〜２ａｔ％のＳｉの添加量分減じることで、前記組成をＮｉ：７２〜７７ａｔ％、Ａｌ：５〜１０ａｔ％、Ｖ：９〜１４ａｔ％、Ｓｉ：１〜２ａｔ％と、Ｎｂ：１〜４ａｔ％との合計１００ａｔ％とし、
前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内となるようにＢをさらに加えて前記合金を得ることを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、
前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７５ａｔ％、Ａｌ：９ａｔ％、Ｖ：１３ａｔ％とした前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量を、１〜２ａｔ％のＳｉの添加量分減じることで、前記組成をＮｉ：７３〜７５ａｔ％、Ａｌ：７〜９ａｔ％、Ｖ：１１〜１３ａｔ％、Ｓｉ：１〜２ａｔ％と、Ｎｂ：３ａｔ％との合計１００ａｔ％とし、
前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内となるようにＢをさらに加えて前記合金を得ることを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１０】
請求項７〜９の何れか１項に記載のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、
前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量を、１ａｔ％のＳｉの添加量分減じることで、１ａｔ％のＳｉを含む前記組成の合計が１００ａｔ％となるように前記合金を得ることを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０の何れか１項に記載のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、
前記基本構成元素のうち、Ａｌの含有量をＳｉの添加量分減じて、前記組成の合計が１００％となるように前記合金を得ることを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金の製造方法。
【請求項１２】
請求項７〜１０の何れか１項に記載のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、
前記基本構成元素のうち、Ｖ又はＮｉの何れか一方の含有量をＳｉの添加量分減じて、前記組成の合計が１００ａｔ％となるように前記合金を得ることを特徴とするＮｉ基金属間化合物合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２重複相組織を有し、Ｓｉが添加されたＮｉ基金属間化合物合金及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、航空機の動力源に用いられるタービン等は、８００℃を超える高温環境でも十分な強度や硬さ（耐摩耗性）を有し、且つ軽量で耐酸化性に優れた高温構造材料から形成される必要がある。このような要望に応え得る高温構造材料として、Ｎｉ3Ａｌ（Ｌ１2）相とＮｉ3Ｖ（Ｄ０22）相とを有する２重複相組織からなるＮｉ基金属間化合物合金の開発が進められている。具体的には、２重複相組織は、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織とから構成される。
【０００３】
このような２重複相組織は最密充填構造の金属間化合物相から構成されるため、該２重複相組織を有するＮｉ基金属間化合物合金は、単相の金属間化合物材料に比して著しく優れた延性や靱性を備え、且つ高温環境下でも良好な強度や硬さを示す。また、Ｎｉ基金属間化合物合金は、Ｎｉを主構成元素とし、そこにＮｉよりも軽量な（原子量が小さい）ＡｌやＶが含まれるために、その密度が約８．１ｇ／ｃｍ3であり、他のＮｉ合金等に比しても軽量である。なお、以降の説明では、Ｎｉ、Ａｌ、ＶをＮｉ基金属間化合物合金の基本構成元素ともいう。
【０００４】
このようなＮｉ基金属間化合物合金では、その実用化に向けてさらなる特性の向上が望まれている。そこで、例えば、特許文献１、２には、特に硬さを良好に向上させるべく、ＴａやＲｅ等の元素を添加したＮｉ基金属間化合物合金が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】再公表ＷＯ２０１２／０３９１８９号
【特許文献２】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】
【０００６】
しかしながら、上記のように、基本構成元素であるＮｉ、Ａｌ、Ｖに比して、原子量が大きいＴａやＲｅ等を添加したＮｉ基金属間化合物合金では、その密度が増大してしまい、軽量化を図ることが困難になる懸念がある。また、Ｎｉ基金属間化合物合金の耐酸化性についても、改善が望まれている。
【０００７】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、軽量性及び耐酸化性に優れながら、高温環境下においても十分な強度や延性を示すＮｉ基金属間化合物合金及びそ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】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、Ｎｉ基金属間化合物合金であって、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織とからなる２重複相組織を有し、且つ前記２重複相組織を形成する組成域のＮｉ、Ａｌ、Ｖを基本構成元素として含み、前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が減じられて、Ｓｉが添加されることで、前記基本構成元素とＳｉとを含む組成の合計が１００ａｔ％となり、前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７４〜７７ａｔ％、Ａｌ：７〜１０ａｔ％、Ｖ：１１〜１４ａｔ％である前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が、１〜４ａｔ％のＳｉの添加量分減じられることで、Ｎｉ：７０〜７７ａｔ％、Ａｌ：３〜１０ａｔ％、Ｖ：７〜１４ａｔ％、Ｓｉ：１〜４ａｔ％と、Ｎｂ：１〜４ａｔ％とからなる前記組成の合計が１００ａｔ％となり、前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内でＢをさらに含むことを特徴とする。
本明細書において「ａｔ％」は原子パーセントを示している。
【０００９】
本発明に係るＮｉ基金属間化合物合金では、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織とからなる２重複相組織を有している。ここで、Ｌ１2相はＮｉ3Ａｌであり、Ｄ０22相はＮｉ3Ｖである。
【００１０】
すなわち、このＮｉ基金属間化合物合金は、基本構成元素であるＮｉ、Ａｌ、Ｖを、上記の２重複相組織を形成することが可能な組成域となるように含んでいる。このような組成域としては、例えば、Ａｌ：５〜１３ａｔ％、Ｖ：１０〜１８ａｔ％、Ｎｉ：６０ａｔ％以上（残部）であることが挙げられる。
【００１１】
また、このＮｉ基金属間化合物合金では、基本構成元素とＳｉとを含む組成の合計が１００ａｔ％となるように、該基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が減じられてＳｉが添加されている。すなわち、この組成では、Ａｌ、Ｖ、Ｎｉのうちの何れか一つの元素がＳｉに置き換えられている。なお、Ｎｉ基金属間化合物合金の強度や延性等の特性を一層良好に向上させるべく、上記の基本構成元素及びＳｉに、さらに０〜５ａｔ％のＮｂを含んだ組成が１００ａｔ％となってもよい。
【００１２】
ここで、Ｓｉの原子量は２８．０８４であり、Ｔａの原子量（１８０．９４８）や、Ｒｅの原子量（１８６．２０７）に比して著しく小さい。従って、上記のようにしてＳｉが添加されたＮｉ基金属間化合物合金では、例えば、ＴａやＲｅ等が添加された場合のように、密度が増大してしまうことを回避できる。
【００１３】
また、このＳｉが添加されたＮｉ基金属間化合物合金では、高温環境下での強度を損なうことなく、耐酸化性を効果的に向上させることが可能である。すなわち、本願発明に係るＮｉ基金属間化合物合金は、優れた軽量性及び耐酸化性を備えながら、高温環境下でも十分な強度を示すことができる。
【００１４】
上記のＮｉ基金属間化合物合金において、前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７４〜７７ａｔ％、Ａｌ：７〜１０ａｔ％、Ｖ：１１〜１４ａｔ％、である前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が、２ａｔ％以下のＳｉの添加量分減じられることで、Ｎｉ：７２〜７７ａｔ％、Ａｌ：５〜１０ａｔ％、Ｖ：９〜１４ａｔ％、Ｓｉ：２ａｔ％以下と、Ｎｂ：１〜４ａｔ％とからなる前記組成の合計が１００ａｔ％となり、前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内でＢをさらに含むことが好ましい。
【００１５】
この組成とすることで、２重複相組織を良好に形成することができる。また、固溶強化により強度を向上させる効果を有するＮｂと、粒界割れを抑制することにより延性を向上させる効果を有するＢとをさらに含むことで、Ｎｉ基金属間化合物合金の特性を一層良好に向上させることができる。また、Ｓｉの添加量を２ａｔ％以下とすることで、強度や硬さ特性を大きく損なうことなく密度や耐酸化性を向上させることができる。
【００１６】
上記のＮｉ基金属間化合物合金において、前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７５ａｔ％、Ａｌ：９ａｔ％、Ｖ：１３ａｔ％である前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が、２ａｔ％以下のＳｉの添加量分減じられることで、Ｎｉ：７３〜７５ａｔ％、Ａｌ：７〜９ａｔ％、Ｖ：１１〜１３ａｔ％、Ｓｉ：２ａｔ％以下と、Ｎｂ：３ａｔ％とからなる前記組成の合計が１００ａｔ％となり、前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内でＢをさらに含むことが好ましい。
【００１７】
すなわち、Ｎｂの添加量を３ａｔ％として、上記の組成の合計が１００ａｔ％となるように調整することで、良好な２重複相組織を形成することが容易になり、Ｎｉ基金属間化合物合金の特性を一層向上させることが可能になる。
【００１８】
上記のＮｉ基金属間化合物合金において、前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量が、１ａｔ％以下のＳｉの添加量分減じられることで、１ａｔ％以下のＳｉを含む前記組成の合計が１００ａｔ％となることが好ましい。このように、Ｓｉの添加量を１ａｔ％以下とすることで、Ｎｉ基金属間化合物合金中に、Ｌ１2相やＤ０22相とは異なる相であって、強度等の特性を向上させる上で好ましくない第３の相が出現することを効果的に抑制できる。すなわち、２重複相組織の均一性を効果的に高めることができる。その結果、軽量性及び耐酸化性の向上を図りつつ、高温環境下でも十分な強度等を示すＮｉ基金属間化合物合金を一層容易に得ることが可能になる。
【００１９】
上記のＮｉ基金属間化合物合金において、前記基本構成元素のうち、Ａｌの含有量がＳｉの添加量分減じられることで、前記組成の合計が１００ａｔ％となり、前記初析Ｌ１2相の平均粒径が１μｍ以下であるようにしてもよい。すなわち、ＡｌがＳｉに置き換えられた組成からなるＮｉ基金属間化合物合金では、平均粒径が１μｍ以下となるように初析Ｌ１2相を効果的に微細化することができる。なお、平均粒径は例えば、切片法により求めることができる。
【００２０】
ここで、初析Ｌ１2相は略立方体形状であり、該初析Ｌ１2相同士の間隙であるチャンネル部に、（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織が形成されている。なお、以降の説明では、初析Ｌ１2相とチャンネル部とを上部複相組織ともいい、（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織を下部複相組織ともいう。
【００２１】
従って、上記のように初析Ｌ１2相を微細化できることによって、該初析Ｌ１2相とチャンネル部との界面を増大させて、転位の移動を阻害する界面強化の効果を増大させることができる。
【００２２】
また、Ｓｉの原子半径は０．１１７ｎｍであり、Ａｌの原子半径は０．１４３ｎｍであるため、互いの原子半径差が比較的大きい。これによって、Ｎｉ基金属間化合物合金に結晶格子歪みを発生させて転位の移動を阻害すること、すなわち固溶強化を生じさせることも可能になる。
【００２３】
ここで、Ａｌは、例えば、表面にアルミナの酸化皮膜を形成可能であるため、耐酸化性を向上させるのに有効であるとされている。しかしながら、Ｓｉが添加された本願発明に係るＮｉ基金属間化合物合金では、このＡｌの含有量を増大するよりも、一層優れた高温環境下での耐酸化性を得ることが可能になる。
【００２４】
従って、ＡｌをＳｉに置き換えた組成のＮｉ基金属間化合物合金では、上記の強化機構に加えて、高温環境下での耐酸化性に優れることで、耐熱強度を効果的に向上させることができる。
【００２５】
また、上記の通り、Ｓｉの原子量は２８．０８４であるため、例えば、Ｔａ（原子量１８０．９４８）や、Ｒｅ（原子量１８６．２０７）に比して、Ａｌの原子量２６．９８に近い。このため、ＡｌをＳｉに置き換えた組成のＮｉ基金属間化合物合金では、例えば、ＴａやＲｅ等が添加されたＮｉ基金属間化合物合金に比して軽量性に優れる。
【００２６】
以上から、軽量性及び耐酸化性の向上を図りつつ、高温環境下でも優れた強度等を示すことができる。
【００２７】
上記のＮｉ基金属間化合物合金において、前記基本構成元素のうち、Ｖ又はＮｉの何れか一方の含有量がＳｉの添加量分減じられることで、前記組成の合計が１００ａｔ％となるようにしてもよい。上記の通りＳｉの原子量は２８．０８４であり、Ｒｅ及びＴａの原子量よりも著しく小さく、さらにＶの原子量（５０．９４２）及びＮｉの原子量（５８．６９３）よりも小さい。このため、Ｖ又はＮｉの何れか一方がＳｉに置き換えられたＮｉ基金属間化合物合金では、Ｓｉを添加する前よりも密度を小さくすることができ、顕著に軽量化を図ることが可能である。
【００２８】
また、上記の基本構成元素のうち、Ｖは合金表面に形成されるＶ酸化膜の密着性に劣り、また、蒸発し易いため耐酸化性を損なわせる元素である。このため、ＶをＳｉと置き換えた組成のＮｉ基金属間化合物合金では、Ｓｉの添加量分、Ｖの含有量を低減させることができるため、合金材の表面が酸化することを効果的に抑制できる。すなわち、耐酸化性を一層効果的に向上させることができる。
【００２９】
上記したＮｉ基金属間化合物合金を得るためのＮｉ基金属間化合物合金の製造方法もこの発明に含まれる。
【００３０】
すなわち、本発明は、Ｎｉ基金属間化合物合金の製造方法であって、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織とからなる２重複相組織を形成する組成域にあるＮｉ、Ａｌ、Ｖからなる基本構成元素のうち、何れか一つの元素の含有量を減じてＳｉを添加することで、前記基本構成元素とＳｉとを含む組成の合計を１００ａｔ％とした合金を得て、前記合金に第１熱処理を行ってＡ１（ｆｃｃ）相の単相とする工程と、前記単相とした前記合金に初析Ｌ１2相を析出させることで、初析Ｌ１2相とＡ１（ｆｃｃ）相との共存相とした後、Ａ１（ｆｃｃ）相を（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織に変化させるように第２熱処理を行うことで、前記２重複相組織を有するＮｉ基金属間化合物合金を得る工程と、を有し、前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７４〜７７ａｔ％、Ａｌ：７〜１０ａｔ％、Ｖ：１１〜１４ａｔ％とした前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量を、１〜４ａｔ％のＳｉの添加量分減じることで、前記組成をＮｉ：７０〜７７ａｔ％、Ａｌ：３〜１０ａｔ％、Ｖ：７〜１４ａｔ％、Ｓｉ：１〜４ａｔ％と、Ｎｂ：１〜４ａｔ％との合計１００ａｔ％とし、前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内となるようにＢをさらに加えて前記合金を得ることを特徴とする。
【００３１】
本発明に係るＮｉ基金属間化合物合金の製造方法では、先ず、２重複相組織を形成することが可能な組成域とした基本構成元素Ｎｉ、Ａｌ、Ｖのうち、何れか一つの元素をＳｉに置き換えた組成の合金を得る。そして、この合金を、第１熱処理によって、Ａ１（ｆｃｃ）相（Ｎｉ固溶体相）の単相とする。次に、第２熱処理によって、Ａ１（ｆｃｃ）相から初析Ｌ１2相を析出させて、上部複相組織を形成し、さらに、該初析Ｌ１2相の間隙（チャンネル部）に残ったＡ１（ｆｃｃ）相をＤ０22相とＬ１2相に共析変態させて下部複相組織を形成する。
【００３２】
すなわち、第２熱処理では、初析Ｌ１2相とＡ１（ｆｃｃ）相とが共存する領域、及び初析Ｌ１2相とＡ１（ｆｃｃ）相とＤ０22相とが共存する領域の両方又は何れか一方を経てから、共析温度以下に達するように合金を冷却する。これによって、上部複相組織と下部複相組織とからなる２重複相組織を有するＮｉ基金属間化合物合金を形成することができる。
【００３３】
上記のようにして得られた、２重複相組織を有するＮｉ基金属間化合物合金は、軽量性及び耐酸化性に優れ、且つ高温環境下でも十分な強度等を示すことができる。
【００３４】
上記のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７４〜７７ａｔ％、Ａｌ：７〜１０ａｔ％、Ｖ：１１〜１４ａｔ％とした前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量を、２ａｔ％以下のＳｉの添加量分減じることで、前記組成をＮｉ：７２〜７７ａｔ％、Ａｌ：５〜１０ａｔ％、Ｖ：９〜１４ａｔ％、Ｓｉ：２ａｔ％以下と、Ｎｂ：１〜４ａｔ％との合計１００ａｔ％とし、前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内となるようにＢをさらに加えて前記合金を得ることが好ましい。
【００３５】
このように合金を調整することで、良好な２重複相組織が形成されたＮｉ基金属間化合物合金を得ることができる。また、ＮｂとＢをさらに含むことで、Ｎｉ基金属間化合物合金の強度や延性等の特性を向上させることができる。また、Ｓｉの添加量を２ａｔ％以下とすることで、強度や硬さ特性を大きく損なうことなく密度や耐酸化性を向上させることができる。
【００３６】
上記のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記２重複相組織を形成する組成域として、Ｎｉ：７５ａｔ％、Ａｌ：９ａｔ％、Ｖ：１３ａｔ％とした前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量を、２ａｔ％以下のＳｉの添加量分減じることで、前記組成をＮｉ：７３〜７５ａｔ％、Ａｌ：７〜９ａｔ％、Ｖ：１１〜１３ａｔ％、Ｓｉ：２ａｔ％以下と、Ｎｂ：３ａｔ％との合計１００ａｔ％とし、前記組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内となるようにＢをさらに加えて前記合金を得ることを特徴とすることが好ましい。
【００３７】
すなわち、Ｎｂの添加量を３ａｔ％として、上記の組成の合計が１００ａｔ％となるように調整することで、良好な２重複相組織を形成することが容易になり、Ｎｉ基金属間化合物合金の特性を一層向上させることが可能になる。
【００３８】
上記のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記基本構成元素のうちの何れか一つの元素の含有量を、１ａｔ％以下のＳｉの添加量分減じることで、１ａｔ％以下のＳｉを含む前記組成の合計が１００ａｔ％となるように前記合金を得ることが好ましい。このように、Ｓｉの添加量を１ａｔ％以下とすることで、Ｎｉ基金属間化合物合金中に、第３の相が出現することを効果的に抑制できるため、２重複相組織の均一性を効果的に高めることができる。その結果、軽量性及び耐酸化性の向上を図りつつ、高温環境下でも十分な強度等を示すＮｉ基金属間化合物合金を良好に得ることができる。
【００３９】
上記のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記基本構成元素のうち、Ａｌの含有量をＳｉの添加量分減じて、前記組成の合計が１００％となるように前記合金を得てもよい。この場合、平均粒径が１μｍ以下となるように初析Ｌ１2相が効果的に微細化されたＮｉ基金属間化合物合金を得ることができる。すなわち、このように初析Ｌ１2相を微細化できることによって、界面強化の効果を増大させることができる。また、互いの原子半径差が比較的大きいＡｌとＳｉとを置き換えることによって、固溶強化を生じさせることができる。従って、軽量性及び耐酸化性の向上が効果的に図られるとともに、高温環境下での強度等を良好に向上させたＮｉ基金属間化合物合金を得ることが可能になる。
【００４０】
上記のＮｉ基金属間化合物合金の製造方法において、前記基本構成元素のうち、Ｖ又はＮｉの何れか一方の含有量をＳｉの添加量分減じて、前記組成の合計が１００ａｔ％となるように前記合金を得てもよい。すなわち、Ｖ及びＮｉを、これらよりも原子量が小さいＳｉに置き換えるため、密度を効果的に小さくして、顕著に軽量化が図られたＮｉ基金属間化合物合金を得ることができる。
【００４１】
また、上記の通り、基本構成元素の中で、最も耐酸化性を低下させ易いＶをＳｉと置き換えた場合、Ｓｉの添加量分、Ｖの含有量を低減させることができるため、合金表面の酸化を抑制できる。すなわち、耐酸化性を一層向上させたＮｉ基金属間化合物合金を得ることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明では、初析Ｌ１2相と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織とからなる２重複相組織を形成する組成域のＮｉ、Ａｌ、Ｖのうち、何れか一つの元素をＳｉに置き換えた組成とすることで、軽量性及び耐酸化性に優れ、且つ高温環境下においても十分な強度等を示すＮｉ基金属間化合物合金を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１Ａは試料ａ１のＳＥＭ観察結果であり、図１Ｂは試料ｂ１のＳＥＭ観察結果であり、図１Ｃは試料ｃ１のＳＥＭ観察結果である。
【図２】図２は、図１Ａに比して高倍率で行った試料ａ１のＳＥＭ観察結果である。
【図３】本発明の実施形態に係るＮｉ基金属間化合物合金の基本となる組成系合金の一具体例について、Ｎｂ含有量３ａｔ％における温度とＡｌ含有量に関する縦断面状態図である。
【図４】図４Ａは試料ａ２のＳＥＭ観察結果であり、図４Ｂは試料ｂ２のＳＥＭ観察結果であり、図４Ｃは試料ｃ２のＳＥＭ観察結果である。
【図５】比較試料のＳＥＭ観察結果である。
【図６】図６Ａは試料ａ３のＳＥＭ−ＥＰＭＡ観察結果であり、図６ＢはＮｉ成分、図６ＣはＡｌ成分、図６ＤはＶ成分、図６ＥはＮｂ成分、図６ＦはＳｉ成分をそれぞれ分析した結果をマッピングした図である。
【図７】試料ａ１〜ａ３及び比較試料のＸ線回折結果である。
【図８】試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれの密度を示すグラフである。
【図９】試料ａ１、ｂ１、ｃ１及び比較試料のそれぞれについての９００℃での大気暴露時間と質量増加量との関係を示すグラフである。
【図１０】試料ａ２、ｂ２、ｃ２及び比較試料のそれぞれについての９００℃での大気暴露時間と質量増加量との関係を示すグラフである。
【図１１】試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれについて、９００℃で４８時間の大気暴露を行った後の質量増加量を示すグラフである。
【図１２】試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれの８００℃での引張強度測定の結果を示すグラフである。
【図１３】試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれの８００℃での破断伸び測定の結果を示すグラフである。
【図１４】試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれの室温でのビッカース硬さ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】
【００４４】
以下、本発明に係るＮｉ基金属間化合物合金及びその製造方法につき好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
本実施形態に係るＮｉ基金属間化合物合金について、図１Ａ及び図２に示すＮｉ基金属間化合物合金１０を例に挙げて説明する。なお、図１Ａは、後述するようにＡｌを減じて１ａｔ％のＳｉを添加することで得たＮｉ基金属間化合物合金１０（試料ａ１）のＳＥＭ観察結果である。図２は、図１Ａよりも高倍率で行った試料ａ１のＳＥＭ観察結果である。
【００４６】
Ｎｉ基金属間化合物合金１０は、初析Ｌ１2相１２と（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織１４とからなる２重複相組織１６を有している。Ｌ１2相はＮｉ3Ａｌであり、Ｄ０22相はＮｉ3Ｖである。このように、Ｎｉ基金属間化合物合金１０は、２重複相組織１６として、何れも最密充填構造の金属間化合物である複相を有することで、単相の金属間化合物材料にはない優れた延性や靱性を備え、且つ高温環境下でも良好な強度や硬さを示すことができる。
【００４７】
また、初析Ｌ１2相１２は略立方体形状であり、該初析Ｌ１2相１２同士の間隙であるチャンネル部に、（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織１４が形成されている。すなわち、２重複相組織１６は、初析Ｌ１2相１２とチャンネル部とからなる上部複相組織と、（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織１４からなる下部複相組織とを備えて構成されているともいえる。
【００４８】
このＮｉ基金属間化合物合金１０は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖを基本的な構成元素（基本構成元素）として含み、このうちのＡｌが減じられてＳｉが添加されている。すなわち、ＡｌがＳｉに置き換えられた組成を有している。また、本実施形態に係るＮｉ基金属間化合物合金１０は、固溶強化により強度を向上させる効果を有するＮｂと、粒界割れを抑制することにより延性を向上させる効果を有するＢとをさらに含んでいる。しかしながら、基本構成元素及びＳｉを除く成分は必須の構成ではなく、必要に応じて添加されればよい。また、Ｎｂ及びＢ以外の添加元素や、不純物元素が含まれていてもよい。
【００４９】
具体的には、本実施形態に係るＮｉ基金属間化合物合金１０では、２重複相組織１６を出現させることが可能な組成域としてＮｉ：７５ａｔ％、Ａｌ：９ａｔ％、Ｖ：１３ａｔ％を採用し、この基本構成元素のうちのＡｌを減じて１ａｔ％のＳｉを添加している。また、３ａｔ％のＮｂをさらに含むことで、Ｎｉ：７５ａｔ％、Ａｌ：８ａｔ％、Ｖ：１３ａｔ％、Ｓｉ：１ａｔ％、Ｎｂ：３ａｔ％の組成の合計が１００ａｔ％となっている。Ｂの含有量は、この組成の合計重量に対して５０重量ｐｐｍである。
【００５０】
上記の組成とすることで、後述するように、均一性に優れる２重複相組織１６を得ることが可能になる。しかしながら、２重複相組織１６を出現させることが可能な組成域は、特に、上記の範囲に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ：５〜１３ａｔ％、Ｖ：１０〜１８ａｔ％、Ｎｉ：６０ａｔ％以上（残部）であること等が挙げられる。また、後述するように、Ｓｉについても、特に上記の含有量に限定されるものではない。
【００５１】
さらに、Ｎｂ、Ｂの含有量も上記の範囲に限定されるものではなく、Ｎｉ基金属間化合物合金１０の強度や延性等を効果的に向上させることが可能な範囲であればよい。従って、例えば、Ｎｂの含有量は、上記の組成の合計が１００となるように、０〜５ａｔ％の範囲内、一層好適には、１〜４ａｔ％の範囲内で調整されればよい。また、Ｂの含有量は、上記の組成の合計重量に対して１０〜１０００重量ｐｐｍの範囲内、一層好適には、３０〜３００重量ｐｐｍの範囲内で調整されればよい。
【００５２】
上記のように構成されるＮｉ基金属間化合物合金１０の製造方法について、図３を参照しつつ説明する。このＮｉ基金属間化合物合金１０の製造方法としては、例えば、溶解法や粉末冶金法等を採用することができる。なお、図３は、Ｎｉ基金属間化合物合金１０の基本となる組成系合金の一具体例について、Ｎｂ含有量３ａｔ％における温度とＡｌ含有量に関する縦断面状態図であり、横軸がＡｌ含有量（％）を示し、縦軸が温度（Ｋ）を示す。
【００５３】
先ず、上記の組成に調整した合金に第１熱処理を行って、Ａ１（ｆｃｃ）相の単相とする。なお、Ａ１（ｆｃｃ）相は、規則構造を有しない（不規則構造の）ｆｃｃ構造のＮｉ固溶体相である。
【００５４】
次に、第２熱処理を行って、Ａ１（ｆｃｃ）相から初析Ｌ１2相１２を析出させ、さらに、初析Ｌ１2相１２の間隙（チャンネル部）に残ったＡ１（ｆｃｃ）相をＤ０22相とＬ１2相に共析変態させる。これによって、初析Ｌ１2相１２及びチャンネル部からなる上部複相組織と、（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織１４からなる下部複相組織とを形成する。
【００５５】
すなわち、第２熱処理では、初析Ｌ１2相１２とＡ１（ｆｃｃ）相とが共存する領域、及び初析Ｌ１2相１２とＡ１（ｆｃｃ）相とＤ０22相とが共存する領域の両方又は何れか一方を経てから、共析温度以下に達するように合金を冷却する。これによって、上部複相組織と下部複相組織とからなる２重複相組織１６を有するＮｉ基金属間化合物合金１０を得ることができる。
【００５６】
なお、図３からも、例えば、Ａｌの含有量が５ａｔ％〜１３ａｔ％の範囲内（Ｖ：１０〜１８ａｔ％、残部のＮｉ６０ａｔ％以上）であれば、上記の第１熱処理及び第２熱処理を行うことで、比較的に容易に２重複相組織１６を形成できることが分かる。
【００５７】
具体的に、Ｎｉ基金属間化合物合金１０の製造方法として、例えば、小型アーク炉等を用いる場合では、合金を溶解して溶湯にした後の冷却速度（凝固速度）が比較的大きい。このため、第１熱処理として、凝固後の合金を加熱することで、Ａ１（ｆｃｃ）相の単相を得ることができる。この第１熱処理では、上記の通り単相領域を得る溶体化処理を目的とするとともに、合金を均質化する均質化熱処理を目的とすることができる。従って、これらの目的を達成するために適した範囲となるように、第１熱処理では、加熱温度や該加熱温度での保持時間が設定されればよい。
【００５８】
また、上記のようにして第１熱処理を行った後の合金を、所定の速度で共析温度まで連続的に炉冷を行う工程を第２熱処理とすることができる。すなわち、第２熱処理によって、合金に初析Ｌ１2相１２を析出させる工程と、該初析Ｌ１2相１２と共存するＡ１（ｆｃｃ）相を（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織１４に変化させる工程とを連続的に行って、２重複相組織１６を形成することができる。
【００５９】
なお、図１Ａ及び図２は、第１熱処理として、真空中において、合金を１２８０℃の加熱温度で５時間保持した後、第２熱処理として、１０℃／分の降温速度で連続的に炉冷を行って得たＮｉ基金属間化合物合金１０のＳＥＭ観察結果である。
【００６０】
また、この第２熱処理では、連続的に炉冷を行うことに代えて、合金の炉冷を２段階で行ってもよい。すなわち、第２熱処理として、先ず、合金を共析温度よりも高い温度で保持して上部複相組織を形成し、その後、合金を共析温度よりも低い温度で保持して下部複相組織を形成するようにしてもよい。
【００６１】
また、Ｎｉ基金属間化合物合金１０の製造方法として、例えば、真空誘導溶解法等を用いることもできる。この場合、冷却速度が比較的小さいため、溶湯の冷却過程において、該溶湯を凝固させて固相とする工程を第１熱処理として、Ａ１（ｆｃｃ）相の単相を得ることができる。
【００６２】
その後の合金を連続的に冷却して共析温度以下とする過程を第２熱処理として、上部複相組織及び下部複相組織のそれぞれを形成することができる。その結果、２重複相組織１６を有するＮｉ基金属間化合物合金１０を得ることができる。
【００６３】
なお、この第２熱処理においても、合金の冷却を２段階で行ってもよい。すなわち、第２熱処理として、先ず、合金を共析温度よりも高い温度で保持して上部複相組織を形成し、その後、合金を共析温度よりも低い温度で保持して下部複相組織を形成するようにしてもよい。
【００６４】
また、基本構成元素のうち、Ｖ又はＮｉを減じてＳｉを添加したＮｉ基金属間化合物合金の何れも、上記のＮｉ基金属間化合物合金１０と同様に得ることができ、下部複相組織及び上部複相組織からなる２重複相組織１６を有する。図１Ｂには、Ｖを減じて１ａｔ％のＳｉを添加することで得たＮｉ基金属間化合物合金１８（試料ｂ１）のＳＥＭ観察結果を示す。また、図１Ｃには、Ｎｉを減じて１ａｔ％のＳｉを添加することで得たＮｉ基金属間化合物合金２０（試料ｃ１）のＳＥＭ観察結果を示す。
【００６５】
さらに、Ｓｉの添加量を１ａｔ％以下又は１ａｔ％以上となるように変更したＮｉ基金属間化合物合金であっても、基本的には上記のＮｉ基金属間化合物合金１０と同様にして製造することができる。一例として、図４Ａには、Ａｌを減じて２ａｔ％のＳｉを添加することで得たＮｉ基金属間化合物合金２２（試料ａ２）のＳＥＭ観察結果を示す。図４Ｂには、Ｖを減じて２ａｔ％のＳｉを添加することで得たＮｉ基金属間化合物合金２４（試料ｂ２）のＳＥＭ観察結果を示す。また、図４Ｃには、Ｎｉを減じて２ａｔ％のＳｉを添加することで得たＮｉ基金属間化合物合金２６（試料ｃ２）のＳＥＭ観察結果を示す。
【００６６】
なお、Ｓｉを添加せずに得た比較用のＮｉ基金属間化合物合金２８（比較試料）のＳＥＭ観察結果を併せて図５に示す。
【００６７】
また、図６Ａには、Ａｌを減じて４ａｔ％のＳｉを添加することで得たＮｉ基金属間化合物合金３０（試料ａ３）のＳＥＭ−ＥＰＭＡ観察結果を示す。なお、Ｎｉ基金属間化合物合金１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０は何れも、Ｎｉ基金属間化合物合金１０と同様の条件で製造されたものである。すなわち、アーク溶解炉を用いて溶解した合金に対して、第１熱処理として、真空中において１２８０℃で５時間加熱保持を行った後、第２熱処理として、１０℃／分の降温速度で連続的に炉冷を行った。
【００６８】
上記の試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれの基本構成元素、Ｓｉ、Ｎｂの組成と、該組成の合計重量に対するＢの重量ｐｐｍ（ｗｔ．ｐｐｍ）は表１に示す通りである。
【００６９】
【表１】
0006533051.tif 000002
【００７０】
先ず、図１Ａ〜図１Ｃから、Ｓｉの添加量を１ａｔ％とした、試料ａ１、ｂ１、ｃ１では、全体的に微細な初析Ｌ１2相１２（上部複相組織）を含む２重複相組織１６が形成されていることが分かる。このため、試料ａ１、ｂ１、ｃ１は何れも、単相の金属間化合物材料に比して著しく優れた延性や靱性を備え、且つ高温環境下でも良好な強度や硬さを示すことができる。また、特に、Ａｌを１ａｔ％のＳｉに置き換えた試料ａ１では、他の試料ｂ１、ｃ１や比較試料に比して、初析Ｌ１2相１２（上部複相組織）が一層微細化され、平均粒径が１μｍ以下となっている。なお、平均粒径は例えば、切片法により求めることができる。
【００７１】
このように初析Ｌ１2相１２を微細化できることによって、該初析Ｌ１2相１２とチャンネル部との界面を増大させて、転位の移動を阻害する界面強化の効果を増大させることができる。
【００７２】
次に、図４Ａ〜図４Ｃ及び図６Ａから、Ｓｉの添加量を１ａｔ％より大きくした試料ａ２、ｂ２、ｃ２、ａ３においても、２重複相組織１６が形成されていることが分かる。このため、強度や硬さ特性を大きく損なうことなく密度や耐酸化性を向上させることができる。
【００７３】
さらに、試料ａ２、ａ３、ｂ２、ｃ２の２重複相組織１６のマトリックス中には、Ｌ１2相やＤ０22相とは異なる、第３の相が出現していることが確認された。なお、図４Ａから、試料ａ２では、上記の第３の相を除く、２重複相組織１６の初析Ｌ１2相１２について、効果的に微細化されていることが分かった。
【００７４】
この第３の相の組成を特定するべく、試料ａ３について、電界放出型電子線マイクロアナライザ（ＦＥ−ＥＰＭＡ）を使用して組成分析を行った。具体的には、図６ＡのＳＥＭ観察像について、ＦＥ−ＥＰＭＡによる組成マッピングを行い、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉについての濃度分布をそれぞれ調べた。その結果を、図６Ｂ〜図６Ｆに示す。なお、図６Ｂ〜図６Ｆでは、各成分の濃度が高い部分が白色（淡色）で観察され、濃度が低い部分が黒色（濃色）で観察されている。
【００７５】
また、図６Ａにおいて、点Ａで示される２重複相組織１６と、点Ｂで示される第３の相に対して定量分析を行った結果を表２に示す。なお、表２には、試料ａ３の作製時に調整した組成である公称組成についても併せて示している。
【００７６】
【表２】
0006533051.tif 000003
【００７７】
図６Ｂ〜図６Ｆから、第３の相では、ＮｂとＳｉの濃度が高くなっていることが分かる。また、表２から、点Ａにおける２重複相組織１６での各元素の含有量は、公称組成と略同じ値であるが、ＮｂとＳｉの含有量が若干減少していることが分かる。一方、点Ｂにおける第３の相はＮｉ、Ｎｂ、Ｓｉを主成分としている。また、第３の相は、表２に示す組成がＮｉ59.3Ｓｉ23.4（Ｎｂ14.6Ｖ2.2）であり、且つＮｂとＶとが全率固溶であることから、Ｎｉ16Ｓｉ7（Ｎｂ、Ｖ）6に近い組成を有しているといえる。
【００７８】
さらに、試料ａ１〜ａ３及び比較試料に対してＸ線回折を行った結果を図７に示す。図７から、試料ａ３を除いては、第３の相の存在が検出されなかった。なお、試料ａ２については、図４Ａに示すＳＥＭ観察結果では、第３の相の出現が確認されたが、図７に示すＸ線回折結果では、第３の相の存在が検出されなかった。すなわち、試料ａ２では、全体に対する第３の相の体積の割合がかなり小さいといえる。
【００７９】
一方、試料ａ３では、Ｌ１2（Ｎｉ3Ａｌ）相及びＤ０22（Ｎｉ3Ｖ）相以外の回折ピークが出現している。従って、これらのＸ線回折結果や、上記のＦＥ−ＥＰＭＡによる組成分析結果等から、第３の相は、Ｇ相やＡ２相であると同定することができる。Ｇ相は、Ｄ８a相構造を有するＮｉ16Ｓｉ7Ｎｂ6である。また、Ａ２相は、Ｎｂ、Ｖに少量のＮｉが固溶した体心立方構造からなる固溶体相であり、結晶粒界三重点に優先的に存在していた。
【００８０】
ここで、試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２のそれぞれについて、組織を同定した結果を表３に示す。
【００８１】
【表３】
0006533051.tif 000004
【００８２】
このような硬質相である第３の相（特に、Ｇ相）が生じたＮｉ基金属間化合物合金では、該第３の相を起点として亀裂等が生じ易くなる懸念がある。つまり、第３の相（特に、Ｇ相）の出現は、強度等の特性を向上させる上で好ましくない。従って、第３の相の出現を抑制するためには、図７に示すＸ線回折結果から、Ｓｉの添加量を４ａｔ％未満とすることが好ましいといえる。また、図１Ａ〜図１Ｃ及び図４Ａ〜図４Ｃに示すＳＥＭ観察結果からは、Ｓｉの添加量を２ａｔ％以下とすることが一層好ましく、表３からは、Ｓｉの添加量を１ａｔ％以下とすることがさらに好ましいといえる。この場合、均一性を高めた２重複相組織１６を得ることが可能となり、Ｎｉ基金属間化合物合金の強度等の特性を一層効果的に向上させることが可能になる。
【００８３】
図８に、試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれについて、アルキメデス法を用いて密度測定を行った結果を示す。なお、図８及び後述する図１１〜図１４では、試料ａ１〜ａ３を△で示し、試料ｂ１、ｂ２を□で示し、試料ｃ１、ｃ２を○で示し、比較試料を■で示している。また、図８には、一般的に用いられているＮｉ超合金であるＲｅｎｅ８０（登録商標）の密度（８．１６ｇ／ｃｍ3）を併せて示している。
【００８４】
ここで、Ｓｉの原子量は２８．０８４であり、Ｔａの原子量（１８０．９４８）や、Ｒｅの原子量（１８６．２０７）に比して著しく小さい。このため、基本構成元素の何れか一つの元素がＳｉに置き換えられた組成を有する試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２では、例えば、ＴａやＲｅ等が添加されたＮｉ基金属間化合物合金のように、密度が増大してしまうことを回避できる。すなわち、効果的に軽量化を図ることができ、Ｒｅｎｅ８０よりも軽量とすることができる。
【００８５】
図８から、ＶがＳｉに置き換えられた試料ｂ１、ｂ２、及びＮｉがＳｉに置き換えられたｃ１、ｃ２は、Ｓｉを添加する前の比較試料よりも密度を小さくできることが分かった。また、試料ｃ１、ｃ２では、試料ｂ１、ｂ２よりもさらに密度を小さくできることが分かった。これは、Ｓｉの原子量がＶの原子量（５０．９４２）及びＮｉの原子量（５８．６９３）よりも小さく、且つＮｉとＳｉとの原子量の差が最も大きいためである。従って、Ｖ及びＮｉの何れか一方をＳｉと置き換えた組成とすることでＮｉ基金属間化合物合金の軽量化を効果的に図ることができる。さらに、ＮｉをＳｉと置き換えた組成とすることで、Ｎｉ基金属間化合物合金の軽量化を一層顕著に図ることが可能になる。
【００８６】
図９に、試料ａ１、ｂ１、ｃ１及び比較試料のそれぞれについて、ＴＧ−ＤＴＡにより耐酸化試験を行った結果を示し、図１０に、試料ａ２、ｂ２、ｃ２及び比較試料のそれぞれについて、同様に耐酸化試験を行った結果を示す。具体的には、耐酸化試験は、試料ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料について、９００℃で大気に暴露したときの単位面積あたりの質量増加量をそれぞれ測定して行った。
【００８７】
すなわち、ここでの質量増加は、試料ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料の酸化に伴う質量増加であり、図９は、大気暴露時間と質量増加量との関係を示すグラフである。なお、図９及び図１０では、試料ａ１、ａ２を実線で示し、試料ｂ１、ｂ２を破線で示し、試料ｃ１、ｃ２を一点鎖線で示し、比較試料を二点鎖線で示している。
【００８８】
さらに、図１１に、上記の耐酸化試験において、大気暴露時間を４８時間としたときの質量増加量を試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれについて示す。
【００８９】
図９〜図１１から、試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２の何れも、比較試料よりも質量増加量が少ないことが分かった。すなわち、上記のようにして、基本構成元素のうちの何れか一つの元素をＳｉで置き換えることで、Ｓｉを添加していない比較試料よりも酸化を抑制することができ、耐酸化性を効果的に向上させることができる。
【００９０】
また、図９〜図１１から、ＶをＳｉに置き換えた試料ｂ１、ｂ２では、特に顕著に耐酸化性を向上させることができることが分かった。基本構成元素のうち、Ｖは、合金表面に形成されるＶ酸化膜の密着性に劣り、また、蒸発し易いため耐酸化性を損なわせる元素である。このようなＶをＳｉと置き換えた試料ｂ１、ｂ２では、該Ｖの含有量を低減させることができる分、上記の通り良好な耐酸化性得られたと考えられる。従って、ＶをＳｉと置き換えた組成とすることでＮｉ基金属間化合物合金の表面に耐酸化性に優れた酸化膜を効果的に形成でき、耐酸化性を一層効果的に向上させることができる。
【００９１】
さらに、図９〜図１１からは、Ｎｉ基金属間化合物合金の表面にアルミナの酸化皮膜を形成することで、耐酸化性を向上させることが可能とされているＡｌをＳｉに置き換えた試料ａ１〜ａ３についても、比較試料よりも質量増加量が少ないことが分かった。すなわち、Ｓｉを添加することで、例えば、Ａｌの含有量を増大するよりも優れた耐酸化性を得ることができる。
【００９２】
試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれに対して、８００℃での引張試験を行った結果のうち、引張強度について図１２に示し、伸びについて図１３に示す。
【００９３】
図１４に、試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれについて、室温でのビッカース硬さ測定を行った結果を示す。具体的には、試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２及び比較試料のそれぞれに対して、１０箇所で試験を行い、これから最大値及び最小値を除いた８点の測定値の平均値を算出し硬さとした。マイクロビッカース硬さ計の測定条件は、荷重１ｋｇ、保持時間１０秒とした。
【００９４】
図１２〜図１４から、試料ａ１〜ａ３、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２の何れにおいても、引張強度、伸び、ビッカース硬さが過度に低下することがなく、十分な値を維持できることが分かった。従って、本実施形態に係るＮｉ基金属間化合物合金では、上記の通り、軽量性及び耐酸化性を効果的に向上させつつ、高温環境下で十分な強度や延性等を示すことができる。
【００９５】
また、図１２〜図１４から、Ａｌを１ａｔ％のＳｉで置き換えた試料ａ１では、引張強度、伸び、ビッカース硬さの全てが、比較試料よりも向上していることが分かった。これは、試料ａ１では、図１Ａに示す通り、初析Ｌ１2相１２を効果的に微細化できることによる界面強化と、互いの原子半径差が比較的大きいＡｌとＳｉとを置き換えることによる固溶強化とが生じることによると考えられる。
【００９６】
以上から、Ｎｉ基金属間化合物合金では、密度、耐酸化性、硬さ等の特性が、その用途等に応じた所望の値となるように、Ｎｉ、Ａｌ、Ｖから選択した何れかの元素を減じてＳｉが添加されればよい。この際のＳｉの添加量としては、第３相の出現を抑制する観点からは、４ａｔ％未満とすることが好ましい。また、強度や硬さ特性を大きく損なうことなく密度や耐酸化性を向上させる観点からは、２ａｔ％以下とすることがより好ましく、さらに、１ａｔ％以下とすることで、２重複相組織の均一性を効果的に高めることができるため一層好ましい。
【００９７】
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１０、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０…Ｎｉ基金属間化合物合金
１２…初析Ｌ１2相                  １４…（Ｌ１2＋Ｄ０22）共析組織
１６…２重複相組織
【図１】
0006533051.tif 000005
【図２】
0006533051.tif 000006
【図３】
0006533051.tif 000007
【図４】
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【図５】
0006533051.tif 000009
【図６】
0006533051.tif 000010
【図７】
0006533051.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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