(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン材料およびアルミニウム材料よりなる、酸素を合計で０．１質量％以上含有する合金材料を用いて作製した、Ａｌを４０質量％以上含有するＴｉ−Ａｌ系合金を、１．３３Ｐａ以上の雰囲気下で、水冷銅容器を用いた溶解法によって溶解し、保持することにより、
前記Ｔｉ−Ａｌ系合金の酸素含有量を低下させることを特徴とするＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸方法。
【請求項２】
前記Ｔｉ−Ａｌ合金を溶解する前或いは溶解中に、酸化カルシウムにフッ化カルシウムを３５〜９５質量％配合したＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加する請求項１記載のＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸方法。
【請求項３】
前記水冷銅容器を用いた溶解法は、アーク溶解法、プラズマアーク溶解法、誘導溶解法の何れかである請求項１または２記載のＴｉ−Ａｌ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、チタン材料およびアルミニウム材料よりなる、酸素を合計で０．１質量％以上含有する合金材料を用いて作製したＴｉ−Ａｌ系合金から酸素を除去するＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機や自動車向けの金属素材としてＴｉ−Ａｌ系合金の需要が高まりつつある。このような活性金属のチタンを主成分とするＴｉ−Ａｌ系合金等のチタン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り、従来から真空アーク溶解法（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）、水冷銅式誘導溶解法（ＣＣＩＭ）などの溶解法が採用されてきた。
【０００３】
上記した溶解法の中でも、ＶＡＲ、ＥＢ、ＶＩＭといった溶解法は真空雰囲気下で合金の溶解を行う溶解法であり、Ｔｉ−Ａｌ系合金の溶解に、このような溶解法を採用した場合、合金元素であるＡｌだけではなく、Ｔｉについても溶解中に揮発してしまいロスを生じることになる。つまり、工業プロセスにおいて、Ｔｉ−Ａｌ系合金を目標の組成に制御することは極めて困難であり、その結果、製造コストの増加を招くことにもつながっているのが現状である。
【０００４】
また、酸素含有量が少ないＴｉ−Ａｌ系合金を溶製するためには、酸素含有量が少ない高品位なチタン材料を用いてＴｉ−Ａｌ系合金を製造することが有効であるが、高品位なチタン材料は、高価格であり、特に近年は高騰する傾向にあるため、高品位なチタン材料より酸素含有量は多いが、廉価なスポンジチタン、スクラップ原料、ルチル鉱石（ＴｉＯ２）などの比較的低品位なチタン材料を用いてＴｉ−Ａｌ合金を製造したいというニーズが日々高まっている。
【０００５】
Ｔｉは活性金属であり、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、溶解中に外部から取り込まれる酸素を低減し、いかに汚染を防ぐかという対策が従来からなされていた。しかし、一度Ｔｉ中に固溶した酸素を除去することは容易ではなく、その取り組み自体が少ないのが現状であるが、先行技術としては以下に示すような提案がある。
【０００６】
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が、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】
すなわち、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）よりも低い圧力の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り、このような高真空雰囲気における溶解では、合金元素であるＡｌだけではなく、Ｔｉについても揮発ロスを生じることになり、低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金の製造方法としては有効な方法であるということができるが、余分にＴｉおよびＡｌを添加する必要があり、製造コストの増加が懸念される。
【０００８】
また、特許文献２には、低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法に関する発明が開示されており、その段落［００１０］には、「本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、Ｔｉ−Ａｌを主成分とする合金系の溶製において、Ｃａで脱酸し、過剰のＣａを蒸発除去することおよび無汚染均一溶解によって、高純度の低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金およびその製造方法を提供することを目的とする。」と記載されている。
【０００９】
この方法は、低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金を製造するために有効な方法であるということができるが、金属Ｃａ添加溶解並びに金属Ｃａ除去、そして均質化のための溶解という複数の工程を経る方法であり、また、金属Ｃａはチタン中に固溶するため、残留Ｃａの完全な除去が困難な方法でもあり、製造コストおよび製造時間の増加、除去しきれなかった残留ＣａによるＴｉ−Ａｌ系合金の汚染、各種特性の変化が懸念される方法である。
【００１０】
特許文献３には、ＴｉＡｌ基合金の鋳塊製造方法に関する発明が開示されており、その段落［００１７］には酸素含有量を鋳塊の全ての領域で低減できることが記載されている。また、その請求項１には、「Ｔｉ原料の酸素含有量を８００ｐｐｍ以下、Ａｌ原料の酸素含有量を１００ｐｐｍ以下とすると共に、他の合金成分がＣｒ、Ｖ、Ｎｂの場合はそれらの酸素含有量を２０００ｐｐｍ以下、他の合金成分がＭｎの場合はその酸素含有量を３０００ｐｐｍ以下とすることを特徴とするＴｉＡｌ基合金の鋳塊製造方法。」と記載されている。
【００１１】
このように、特許文献３に記載されたＴｉＡｌ基合金の鋳塊製造方法は、鋳塊の酸素含有量を低減できる有効な方法であるといえるが、この方法は、酸素含有量が低い高品位な材料を用いて、酸素含有量の低いＴｉＡｌ基合金を得ようとする方法であり、酸素含有量が比較的高い低品位なＴｉ材料を用いた方法ではない。また、実施例にはＡｌの含有量が３０質量％と低いＴｉＡｌ合金しか記載されていない。
【００１２】
また、特許文献４には、チタン−アルミニウム合金鋳造物の鋳造方法に関する発明が開示されており、原料としてのスポンジチタンを溶融し、その溶融チタン中に、原料としてのアルミニウムを添加して、所定量のチタンおよびアルミニウムを含有するチタンーアルミニウム合金を調整することが記載されており、その請求項２および段落［００２０］には、そのスポンジチタンの酸素含有量が３５０ｐｐｍ以下であること、また、実施例にはスポンジチタンの酸素含有量が０．０３ｗｔ％であることが記載されている。
【００１３】
このように、特許文献４に記載されたチタン−アルミニウム合金鋳造物の鋳造方法では、原料として酸素含有量が３５０ｐｐｍ以下（０．０３５質量％以下に相当）の高品位なスポンジチタンが用いられており、酸素含有量が低い高品位な材料を用いて、酸素含有量の低いチタン−アルミニウム合金鋳造物を得ようとする方法であり、酸素含有量が比較的高い低品位なチタン材料を用いた方法ではない。また、実施例にはＡｌの含有量が３４質量％と低いチタン−アルミニウム合金鋳造物しか記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平５−５９４６６号公報
【特許文献２】特開平５−１４０６６９号公報
【特許文献３】特開２００９−１１３０６０号公報
【特許文献４】特開平５−１５４６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたもので、酸素含有量が高い低品位なチタン材料を用いて、目標の組成でしかも酸素含有量が少ないＴｉ−Ａｌ系合金を、高真空雰囲気としなくても容易に製造することができるＴｉ−Ａｌ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】
【００１６】
本発明のＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸方法は、チタン材料およびアルミニウム材料よりなる、酸素を合計で０．１質量％以上含有する合金材料を用いて作製した、Ａｌを４０質量％以上含有するＴｉ−Ａｌ系合金を、１．３３Ｐａ以上の雰囲気下で、水冷銅容器を用いた溶解法によって溶解し、保持することにより、前記Ｔｉ−Ａｌ系合金の酸素含有量を低下させることを特徴とする。
【００１７】
また、前記Ｔｉ−Ａｌ合金を溶解する前或いは溶解中に、酸化カルシウムにフッ化カルシウムを３５〜９５質量％配合したＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加することが好ましい。
【００１８】
また、前記水冷銅容器を用いた溶解法は、アーク溶解法、プラズマアーク溶解法、誘導溶解法の何れかであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸方法によると、酸素含有量が０．１質量％以上と高い低品位で廉価なチタン材料を用いて、ＡｌおよびＴｉの揮発ロスが少なく（実質的に低下させることなく）、目標の組成で、しかも酸素含有量が少ないＴｉ−Ａｌ系合金を、高真空雰囲気としなくても容易に製造することができる。
【００２０】
尚、本発明のＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸方法によって得られるＡｌ含有量が４０質量％以上で且つ酸素含有量が少ないＴｉ−Ａｌ系合金を、低酸素チタンで希釈すれば、Ａｌ含有量が４０質量％未満で且つ酸素含有量が少ないＴｉ−Ａｌ系合金を、比較的容易に且つ廉価に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】溶解後のＴｉ−Ａｌ系合金中のＡｌ含有量と酸素含有量の関係を示すグラフ図である。
【図２】ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス中のフッ化カルシウムの配合量と溶解後のＴｉ−Ａｌ系合金中の酸素含有量の関係を示すグラフ図である。
【図３】Ｔｉ−Ａｌ系合金サンプルの溶解時間と溶解前後の質量変化率の関係を示すグラフ図である。
【図４】Ｔｉ−Ａｌ系合金サンプルのＡｌ含有量と溶解前後の質量変化率の関係を示すグラフ図である。
【図５】Ｔｉ−Ａｌ系合金中に固溶する最大酸素量を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明者らは、低品位なスポンジチタン、スクラップ原料や、ルチル鉱石（ＴｉＯ２）などの酸素を多く含有する低品位なチタン材料を用いて、ＡｌおよびＴｉの揮発ロスが少なく（実質的に低下させることなく）、目標の組成で、しかも酸素含有量が少ないＴｉ−Ａｌ系合金を、高真空雰囲気としなくても容易に製造できる方法を見出すため、鋭意検討を行った。
【００２３】
Ｔｉ−Ａｌ系合金中に固溶する最大酸素量は、Ｘ．Ｌ．Ｌｉ，Ｒ．Ｈｉｌｌｅｌ，Ｆ．Ｔｅｙｓｓａｎｄｉｅｒ，Ｓ．Ｋ．Ｃｈｏｉ，ａｎｄ  Ｆ．Ｊ．Ｊ．Ｖａｎ．Ｌｏｏ，Ａｃｔａ  Ｍｅｔａｌｌ．Ｍａｔｅｒ．，４０｛１１｝３１４７−３１５７（１９９２）に示されたＴｉ−Ａｌ−Ｏの３元系状態図によると、図５に示す破線のような関係になると想定される。この事実から、本発明者らは高濃度のＡｌを含有するＴｉ−Ａｌ系合金は固溶酸素濃度が低くなるということに着目した。その結果、低品位なチタン材料を用いて作製したＴｉ−Ａｌ系合金であっても、Ａｌを４０質量％以上含有するＴｉ−Ａｌ系合金であれば、高真空雰囲気下でなくとも水冷銅容器を用いた溶解で脱酸反応が進行し、また、ＡｌやＴｉの揮発ロスが少なく（実質的に低下させることなく）、目標の組成の低酸素Ｔｉ−Ａｌ系合金を容易に製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００２４】
また、更に検討を進めた結果、Ｔｉ−Ａｌ系合金を溶解する前或いは溶解中に、チタン中で固溶しない特定の成分組成のＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを脱酸反応促進剤として添加することで、その脱酸反応はより確実に進行することを併せて見出した。尚、Ｔｉ−Ａｌ系合金へのＣａＯ−ＣａＦ２フラックス添加よる脱酸反応は、Ｔｉ−Ａｌ系合金の脱酸生成物であるＡｌ２Ｏ３が、添加したＣａＯ−ＣａＦ２フラックスに固溶することで発現する現象であり、そのＣａＯ−ＣａＦ２フラックスの融点は、Ｔｉ−Ａｌ系合金の溶解温度と推定される概ね１８００Ｋ以下であることが必要である。
【００２５】
以下、本発明を実施形態に基づいて更に詳細に説明する。
【００２６】
本発明のＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸方法は、チタン材料およびアルミニウム材料よりなる、酸素を合計で０．１質量％以上含有する合金材料を用いて作製した、Ａｌを４０質量％以上含有するＴｉ−Ａｌ系合金を、１．３３Ｐａ以上の雰囲気下で、水冷銅容器を用いたアーク溶解法、プラズマアーク溶解法、誘導溶解法などの溶解法によって溶解し、保持することにより、前記Ｔｉ−Ａｌ合金の酸素含有量を低下させる方法であって、前記チタン材料としては、低品位なスポンジチタン、スクラップ原料や、ルチル鉱石（ＴｉＯ２）などを用いる。
【００２７】
Ｔｉ−Ａｌ系合金の作製に、低品位なスポンジチタン、スクラップ原料や、ルチル鉱石（ＴｉＯ２）などの酸素含有量が多いチタン材料を用いる理由は、これらチタン材料が廉価であり調達し易いからである。これらチタン材料およびアルミニウム材料よりなる合金材料の酸素の合計含有量を０．１質量％以上としたのは、合金材料中の酸素の合計含有量が０．１質量％未満であれば、酸素の含有量は僅かであり脱酸自体が必要ないからである。尚、本発明では、酸素の含有量の上限は規定しないが、前記合金材料に実際に含有される酸素の合計含有量の上限は、２５．０質量％程度であると考えられる。
【００２８】
また、前記チタン材料およびアルミニウム材料なる合金材料を用いて作製したＴｉ−Ａｌ系合金のＡｌ含有量を４０質量％以上とした理由は、Ｔｉ−Ａｌ系合金中のＡｌ含有量が４０質量％以上であれば、高真空雰囲気下ではなくて、１．３３Ｐａ以上の雰囲気下であっても、水冷銅容器を用いたアーク溶解法、プラズマアーク溶解法、誘導溶解法などの溶解法によって、Ｔｉ−Ａｌ系合金の脱酸反応が進行するからである。この脱酸反応はＡｌ含有量が高いＴｉ−Ａｌ系合金において固溶酸素濃度が低下し、過飽和な酸素がＡｌと結合し、Ａｌ２Ｏ３を形成することで発現する現象である。すなわち、Ａｌ２Ｏ３の形態で酸素がＴｉ−Ａｌ系合金中から排出される。Ｔｉ−Ａｌ系合金のＡｌ含有量が４０質量％以上であれば、Ｔｉ−Ａｌ系合金が溶解する概ね１８００Ｋ以上の温度で脱酸反応が進行する。
【００２９】
尚、本発明では、チタン材料およびアルミニウム材料なる合金材料を用いて作製したＴｉ−Ａｌ系合金のＡｌ含有量の上限は特に規定していないが、好ましい上限は７０質量％、より好ましくは６０質量％、更に好ましくは５０質量％である。Ｔｉ−Ａｌ系合金はＡｌ以外の他の合金元素や酸素などの不純物も含有するので、合金元素であるＡｌの含有量が多くなり過ぎるとＴｉの割合が少なくなりＴｉ−Ａｌ系合金ということができなくなる。また、１．３３Ｐａ以上の雰囲気下とし、その上限は規定しなかったが、実際の上限は５．３３×１０５Ｐａ程度であると想定できる。
【００３０】
また、Ｔｉ−Ａｌ系合金の脱酸を行うにあたり、Ｔｉ−Ａｌ合金を溶解する前或いは溶解中に、脱酸反応促進剤としてフラックスを添加することで、脱酸反応をより確実に進行させることができる。このＴｉ−Ａｌ系合金に脱酸反応促進剤として添加するフラックスはＴｉ−Ａｌ系合金の溶解温度より低い融点の低融点フラックスである必要があり、本発明では低融点フラックスの中でも、性能、品質、コストの観点から最も好ましいと思われるＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを採用することとした。
【００３１】
酸素含有量が少ないＴｉ−Ａｌ系合金を製造するにあたり、このＣａＯ−ＣａＦ２フラックスをＴｉ−Ａｌ系合金に添加することで脱酸反応がより促進されるが、前記したように、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスの融点が、Ｔｉ−Ａｌ系合金の溶解温度である約１８００Ｋ以下でなければ脱酸反応は促進されない。フラックス添加によって脱酸反応が促進される理由は、脱酸反応によって生成されたＡｌ２Ｏ３がフラックス中に吸収されることで、Ａｌ２Ｏ３の活量が低下し、それに伴って酸素濃度が低下するためである。
【００３２】
尚、Ａｌ脱酸反応は以下の式（１）で示すことができ、反応定数は式（２）で示すことができる。本脱酸反応が発現するＡｌ／Ａｌ２Ｏ３平衡状態下において、式（２）のＫは一定となるが、脱酸反応によるａＡｌ変化はほとんどないため、以下の式（２）中のａＡｌ２Ｏ３が低下すると（フラックス中に吸収されると限りなくゼロに近付く）、それに伴って式（２）中のＰＯ２（含有酸素濃度）も低下する。
２Ａｌ（ｉｎＡｌ）＋３／２Ｏ２（ｉｎＴｉ−Ａｌ）＝Ａｌ２Ｏ３・・・式（１）
Ｋ＝ａＡｌ２Ｏ３／（ａＡｌ２・ＰＯ２３／２）・・・式（２）
【００３３】
ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスのフッ化カルシウムの配合量が３５質量％未満である場合は、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスの融点が１８００Ｋを超えてしまい、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス添加による脱酸反応の促進作用を得ることができない。一方、フッ化カルシウムの配合量が９５質量％を超えると、フッ素による汚染が発生する。よって、本発明では、酸化カルシウムにフッ化カルシウムを３５〜９５質量％配合したＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加する。このＣａＯ−ＣａＦ２フラックスのフッ化カルシウムのより好ましい配合量は、６０〜９０質量％である。尚、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスの添加量は、Ｔｉ−Ａｌ系合金の質量に対して、５〜２０％の質量とすることが好ましい。
【００３４】
尚、本発明のＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸方法は、Ｔｉ−Ａｌ系合金のＡｌやＴｉの揮発ロスが少なく（実質的に低下させることなく）、酸素含有量を低下させる方法であると説明したが、実質的に許容することができるＡｌやＴｉの含有量の低下率は、５．０％以下である。つまり、実質的にとは５．０％以下のことを示す。
【実施例】
【００３５】
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。
【００３６】
（Ｔｉ−Ａｌ系合金中のＡｌ含有量と溶解後の酸素含有量の関係）
・プラズマアーク溶解法、フラックス添加無
チタン材料およびアルミニウム材料からなる合金材料を用いて作製した、酸素含有量が０．８質量％のＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸を、水冷銅容器を用いた１００ｋＷプラズマアーク炉で溶解し、その後保持することにより実施した。Ｔｉ−Ａｌ系合金のＡｌ含有量が溶解による脱酸反応に与える影響を調べるため、Ａｌ含有量が１０質量％、２０質量％、３０質量％、４０質量％、５０質量％、６０質量％のＴｉ−Ａｌ系合金をそれぞれ用いて作製したサンプルを準備した。尚、各サンプルは１００ｇとし、プラズマガスはＡｒのみを使用、溶解中の圧力は１．２０×１０５Ｐａとした。１００ｋＷプラズマアーク炉を用いて溶解、保持を行った後のＴｉ−Ａｌ系合金中のＡｌ濃度（Ａｌ含有量）と溶解後の酸素濃度（酸素含有量）の関係を図１に示す。
【００３７】
図１によると、Ａｌ含有量が１０〜３０質量％までのＴｉ−Ａｌ系合金の溶解後の酸素含有量は０．８質量％前後で変化がないが、Ａｌ含有量が４０質量％以上のＴｉ−Ａｌ系合金では溶解後に酸素含有量が低下していることがわかる。この結果から、Ｔｉ−Ａｌ系合金のＡｌ含有量が４０質量％以上になると溶解により脱酸反応が進行することがわかる。
【００３８】
・プラズマアーク溶解法、フラックス添加有
また、前記試験で溶解後に酸素含有量が低下した、Ａｌ含有量が、３０質量％、４０質量％、６０質量％のＴｉ−Ａｌ系合金について、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス添加による脱酸反応の促進の状況を調べるため、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスの添加以外は、フラックスを添加しない時と全く同じ条件として、プラズマアーク溶解によるＴｉ−Ａｌ合金の脱酸を実施した。尚、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス中のフッ化カルシウムの配合量は８０質量％、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスの添加量は５ｇとした。結果を図１に示す。
【００３９】
図１によると、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加した場合は、Ａｌ含有量が、４０質量％、６０質量％の何れの場合においても、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加しない場合に比べ、更に脱酸が促進されていることが分かる。因みに、溶解後のＴｉ−Ａｌ合金中の酸素含有量（質量比、以下酸素含有量は全て質量比で示す。）は、Ａｌ含有量が４０質量％の場合で、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加しない時が５４００ｐｐｍ、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加した時が２４００ｐｐｍであり、また、Ａｌ含有量が６０質量％の場合で、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加しない時が２８０ｐｐｍ、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加した時が２２０ｐｐｍである。
【００４０】
・チタン材料として酸化チタン材料を用いた場合
また、別途、酸化チタン材料およびアルミニウム材料からなる合金材料を用いて作製した、酸素含有量が１６．３質量％のＴｉ−Ａｌ系合金の脱酸を、水冷銅容器を用いた１００ｋＷプラズマアーク炉で溶解し、その後保持することにより実施した。このとき、Ｔｉ−Ａｌ系合金のＡｌ含有量は６０質量％とし、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加する場合と添加しない場合の両方を実施した。尚、プラズマガスはＡｒのみを使用、溶解中の圧力は１．２０×１０５Ｐａとし、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス中のフッ化カルシウムの配合量は８０質量％、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスの添加量は５ｇとした。
【００４１】
溶解、保持を行った後のＴｉ−Ａｌ系合金中の酸素含有量はＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加しない場合で５４０ｐｐｍ程度であり、酸化チタンを原料に用いて酸素含有量が１０質量％を超えるような材料であっても、脱酸効果がかなり発揮されていた。ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加する場合では、Ｔｉ−Ａｌ系合金中の酸素含有量は３３０ｐｐｍ程度であり、フラックスを添加することで、一層脱酸効果が発揮されることが確認できた。
【００４２】
・誘導溶解法、フラックス添加無
また、プラズマアーク溶解法に変えて、水冷銅容器を用いた誘導溶解法を採用し、前記プラズマアーク溶解法と同様に酸素含有量が０．８質量％のＴｉ−Ａｌ系合金からの脱酸試験を実施した。Ｔｉ−Ａｌ系合金のＡｌ含有量が脱酸反応に与える影響を調べるため、Ａｌ含有量が３７質量％、３９質量％、５１質量％のＴｉ−Ａｌ系合金をそれぞれ溶製した。尚、各溶解において、溶解量は２０ｋｇとし、溶解チャンバー内雰囲気はＡｒ、溶解中の圧力は７．０×１０４Ｐａとした。誘導溶解炉を用いて溶解、保持を行った後のＴｉ−Ａｌ系合金中のＡｌ濃度（Ａｌ含有量）と酸素濃度（酸素含有量）の関係を、プラズマアーク溶解法を用いた場合のデータと併せて図１に示す。
【００４３】
図１によると、プラズマアーク溶解法を採用した場合と同様に、Ａｌ含有量が４０質量％を超えた辺りから、溶解後の酸素含有量が低下していることがわかる。この結果から、誘導溶解法の場合もプラズマアーク溶解法と同様に、Ｔｉ−Ａｌ系合金のＡｌ含有量が４０質量％以上になると溶解により脱酸反応が進行することがわかる。
【００４４】
・誘導溶解法、フラックス添加有
また、Ａｌ含有量が、４０質量％、４８質量％、５９質量％のＴｉ−Ａｌ系合金について、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス添加による脱酸反応の促進状況を調べるため、水冷銅容器を用いた誘導溶解法によるＴｉ−Ａｌ合金の脱酸を実施した。尚、各溶解において、溶解チャンバー内雰囲気はＡｒ、溶解中の圧力は７．０×１０４Ｐａとし、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス中のフッ化カルシウムの配合量は８０質量％、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスの添加量は、メタル質量の１０％とした。結果を図１に示す。
【００４５】
図１によると、水冷銅容器を用いた誘導溶解法を用いた場合でも、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加した場合は、Ａｌ含有量が、４０質量％、４８質量％、５９質量％の何れの場合においても、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加しない場合に比べ、更に脱酸が促進されていることがわかる。
【００４６】
（ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス中のフッ化カルシウムの配合量）
Ａｌ含有量が４０質量％のＴｉ−Ａｌ合金を用い、添加するＣａＯ−ＣａＦ２フラックスのフッ化カルシウムの配合量を変えて、あとは全て前記した実施例と同じ条件で、１００ｋＷプラズマアーク炉を用いたプラズマアーク溶解によりＴｉ−Ａｌ合金の脱酸を実施した。尚、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスは、予め溶解前のＴｉ−Ａｌ合金の周囲に敷き詰めた。結果を図２に示す。
【００４７】
ＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加しない場合の溶解後の酸素含有量である５４００ｐｐｍを基準とし、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス添加による脱酸反応促進効果の度合いを調べた。図２によると、酸化カルシウムにフッ化カルシウムを６０〜９０質量％配合したＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加した場合が、最も顕著な脱酸反応促進効果が得られていることが分かるが、４０質量％以上配合した場合でも大きな脱酸反応促進効果がある。この試験結果から、酸化カルシウムにフッ化カルシウムを３５〜９５質量％配合したＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加することで脱酸効果が得られることが分かる。尚、図２によると、酸化カルシウムにフッ化カルシウムを３０質量％配合したＣａＯ−ＣａＦ２フラックスを添加した場合は、脱酸が促進されていないことが分かる。これはＣａＯ−ＣａＦ２フラックスの融点が高過ぎて未溶融であるからである。
【００４８】
（溶解前後のＴｉ−Ａｌ系合金の質量およびＡｌ含有量の変化）
Ｔｉ−Ａｌ系合金を、１００ｋＷプラズマアーク炉を用いて溶解した時の揮発による材料歩留りを、溶解前後の前記各サンプルの質量およびＡｌ含有量の変化を調べることで評価した。
【００４９】
まず、溶解時間と溶解前後のサンプルの質量変化率の関係を図３に示す。図３によると、溶解前後でサンプルの質量変化は殆どないことがわかる。次に、サンプルのＡｌ濃度（含有量）と溶解前後のサンプルの質量変化率の関係を図４に示す。図４によると、溶解前後でサンプルの質量変化は殆どなく、Ａｌは１００ｋＷプラズマアーク炉を用いた溶解により揮発していないことがわかる。これらの結果から、水冷銅容器を用いた溶解の一例であるプラズマアーク炉を用いた溶解では、Ｔｉ−Ａｌ系合金の溶解時に、合金元素であるＡｌ、更にはＴｉも揮発しないことがわかる。
【図１】
0006392179.tif 000002
【図２】
0006392179.tif 000003
【図３】
0006392179.tif 000004
【図４】
0006392179.tif 000005
【図５】
0006392179.tif 000006