(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Niを主成分とし、Alを5.0重量%以上12.2重量%未満含有し、残部Niからなる化学組成の、Ni3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金の精密鋳造法により作製された板状の一方向凝固インゴットを、そのまま圧延率90%以上、厚さ200μm以下の箔に冷間圧延することを特徴とするNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法。
【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、Ni3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、高温クリープ特性に優れる、Ni3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金の箔を製造することのできるNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
Ni3Alは、L12型の規則構造を持つ金属間化合物であり、Ni基超合金のγ′相として知られているものである。このNi3Alは、一般の金属材料と異なり、高温になるほど降伏強度が増大し、800℃では室温強度の５倍にも達する、高温強度の高い金属間化合物である。また、Ni3Alは、耐酸化性、耐食性が良好でもある。
【０００３】
その一方で、Ni3Alには、室温で脆く、塑性加工することができないという欠点を有していた。
そこでこの出願の発明の発明者は、フローティングゾーン法、ブリッジマン法、引上げ法などの一方向凝固により、室温延性が改善されたNi3Alの製造方法を提供している（特許第1917916号）。このNi3Alの製造方法では、Ni3Alの原料を、1350〜1500℃において13mm/hr以上の結晶成長速度で、一方向凝固させ、[111]方向に強配向させたNi3Al単相の柱状晶を成長させる。Ni3Al単相とするために、上記Ni3Alの製造方法では、原料の化学組成におけるAlの含有量を12.2〜14.9重量%程度の範囲としている。得られるNi3Alは、たとえば、約17%以上もの大きな伸びを示し、室温延性を有する。
【０００４】
また、この出願の発明の発明者は、以上のNi3Alの製造方法に基づき、Niを主成分とし、12.8重量%以上13.6重量%以下のAlを含む化学組成を有し、厚さ200μm以下のNi3Al箔とその製造方法を提案してもいる（特開2001-121202号公報）。Ni3Al箔は、アーク溶解による原料棒の作製、フローティング法などによる25mm下の速度での一方向凝固による柱状晶組織の育成、そして、板状試料の切出し、冷間加工の各工程を経て製造される。
【０００５】
このNi3Al箔は、レーザー溶接によりハニカム構造体に組み上げることができ（たとえば、特開2001-138418号公報）、得られるNi3Alハニカム構造体は、ラミネート構造体とともに軽量耐熱性に優れ、ジェットエンジンや自動車エンジン用の部材、自動車排ガス浄化触媒の担体、宇宙往還機の熱遮蔽材などとして有望とされている。
【０００６】
だが、これらハニカム構造体及びラミネート構造体を実用に供し得るためには、より高温クリープ特性に優れたものを実現しなければならない。これとともに、生産コストや生産効率などの側面も検討すべき課題としてある。
【０００７】
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、高温クリープ特性に優れる、Ni3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金の箔を製造することのできるNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
Ni3Al相は、その化学量論組成がNi-13.3重量%Alの金属間化合物である。また、Ni固溶体相は、Ni中にAlが9.2重量%(1385℃における濃度)まで固溶した相であり、Niと同様に面心立方晶構造を持つ。これらのNi3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金は、Ni3Al単相合金よりも高温クリープ特性が優れていることがすでに知られている。
【０００９】
しかしながら、その２相合金もまたNi3Al単相合金と同様に、室温で脆く、塑性加工することができないものであった。脆さの原因は、粒界破壊しやすいことによる。
【００１０】
そこで、この出願の発明の発明者は、前述の課題を解決するため、Ni3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金についてさらに検討を加えたところ、一方向凝固することにより脆さが解消され、単相のNi3Al箔よりも高温クリープ特性に優れる、Ni3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金の箔を製造することができることを見出し、この出願の発明を完成した。
【００１１】
また、この出願の発明の発明者は、以上のNi3Al合金箔を幅広若しくは長尺、又はその両方とすることのできる大面積箔として製造する手法として、精密鋳造法が有効であることも見出した。精密鋳造法は、フローティングゾーン法よりもはるかに短時間でサイズの大きな一方向凝固インゴットを鋳造することができ、しかも、得られるインゴットは、板状であり、フローティングゾーン法の場合に必要とされる放電加工などの切出しの必要がなく、そのまま冷間圧延を行うことができるという利点がある。冷間圧延により、大面積のNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造が期待される。
【００１２】
すなわち、この出願の発明は、Niを主成分とし、Alを5.0重量%以上12.2重量%未満含有し、残部Niからなる化学組成の、Ni3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金の精密鋳造法により作製された板状の一方向凝固インゴットを、そのまま圧延率90%以上、厚さ200μm以下の箔に冷間圧延することを特徴とするNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法を提供する。
【００１３】
以下、実施例を示しつつこの出願の発明のNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法についてさらに詳しく説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この出願の発明のNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法は、前述の通り、Niを主成分とし、Alを5.0重量%以上12.2重量%未満含有し、残部Niからなる化学組成の、Ni3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金の精密鋳造法により作製された板状の一方向凝固インゴットを、そのまま圧延率90%以上、厚さ200μm以下の箔に冷間圧延する。
【００１５】
前述の通り、高い高温クリープ特性を得るためには、Ni3Al単相ではなく、Ni3Al相とともにNi固溶体相の２相からなる２相合金箔が有効である。そのために、この出願の発明のNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法では、一方向凝固させる、Niを主成分とする合金の化学組成におけるAlの含有量を5.0重量%以上12.2重量%未満としている。
【００１６】
Alの含有量が5.0重量%未満となると、たとえNi3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金箔となっても、その高温クリープ特性は、単相のNi3Al箔と比較するとさほど良好とはならない。Alの含有量が12.2重量%以上になると、前述の通り、単相のNi3Al箔となる。
【００１７】
この出願の発明のNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法では、前述の通り、一方向凝固インゴットは、精密鋳造法により作製される。精密鋳造法により得られる一方向凝固インゴットは、後述する実施例に示すように、フローティングゾーン法に比べはるかにサイズが大きく、しかも短時間での作製が可能である。精密鋳造法には、たとえばインベストメント鋳造法などの各種の方式があるが、この出願の発明のNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法では特にその方式に制限はない。
【００１８】
また、精密鋳造法により得られるインゴットは、板状であり、フローティングゾーン法の場合に必要とされる放電加工などの切出しの必要がなく、一方向凝固後、そのまま冷間圧延を行うことができる。この冷間圧延により、圧延率90%以上、厚さ200μm以下のNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔が得られる。前述の特開2001-121202号公報においても言及しているように、ボロンの添加はNi3Alの脆性改善に有効であるが、圧延率90%以上、厚さ200μm以下の箔への冷間圧延は不可能である。これは、この出願の発明のNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法においても同様である。
【００１９】
なお、Ni3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の厚さの下限、すなわち破断などなく箔に圧延することができる下限は、現在の技術水準では30μm程度と考えられる。
また、この出願の発明のNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の製造方法では、
冷間圧延中に中間焼鈍を行うことが可能である。この中間焼鈍は、前述の特開2001-121202号公報に記載されているように、たとえば、800℃以上、20分以上の条件において行うことができ、また、この中間焼鈍は、冷間圧延中に複数回行うことが可能でもある。
【００２０】
【実施例】
Niを主成分とし、Alの含有量を5重量%以上12.2重量%未満の範囲内で変えた数種類の合金を20kg、高周波加熱真空溶解炉において溶解し、精密鋳造用のインゴットを作製した。このインゴットを、同じく高周波加熱真空溶解炉において、精密鋳造法に基づき一方向凝固させ、図１に示したような幅50mm、長さ80mm、厚さ5mmのサイズを有する板状単結晶または柱状晶のインゴットを得た。このように大きなサイズの一方向凝固インゴットは、フローティングゾーン法では作製不可能である。
【００２１】
図２(a)(b)(c)(d)は、各々、精密鋳造法に基づき一方向凝固させて得られたインゴットの金属組織を電子顕微鏡で観察した図面に代わる写真である。
図２(a)はNi-8.0重量%Al合金、図２(b)はNi-9.2重量%Al合金、図２(c)はNi-10.3重量%Al合金、図２(d)はNi-11.5重量%Al合金の金属組織を写した写真である。
これらの写真において、Ni3Al相は白く角張った相として、Ni固溶体相は黒いマトリックスとして写し出されており、得られたインゴットがNi3Al相とNi固溶体相の２相からなる２相合金であることが確認される。また、以上の写真からは、Al濃度が増すにつれ、Ni3Al相の体積と大きさが増していくことも確認され、前述の通り、Al濃度が12.2重量%以上となると、Ni3Al単相となることが理解される。
【００２２】
次いで、室温においてこのインゴットをそのまま、４段圧延機を用いて300μmまで圧延し、その後、多段超硬圧延機を用いて、圧延率90%以上、厚さ200μm以下に圧延した。
【００２３】
得られた金属箔は、図３に示したように、その表面が、金属光沢のある、鏡のように滑らかな面であった。この金属箔は、また、幅及び長さにおける厚さムラが非常に小さかった。なお、図３に示した金属箔は、圧延率95%、厚さ100μmである。
【００２４】
図４(a)(b)は、各々、得られた圧延率95%、厚さ100μmの金属箔の表面組織の図面に代わる走査電子顕微鏡写真、その金属箔のX線(220)極点図形である。
図４(a)からは、金属箔表面に、冷間圧延を受けたことによる変形帯の形成が確認される。また、図４(b)からは、金属箔に、(110)面が金属箔表面に平行にそろった集合組織が形成されていることが確認される。このことから、得られた金属箔は、冷間圧延のままでも脆くなく、十分な曲げ延性を示すと考えられる。
【００２５】
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。精密鋳造用インゴットの作製時、一方向凝固時、さらに冷間圧延時の諸条件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。
【００２６】
【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、高温クリープ特性に優れる、しかも大面積化可能な、Ni3Al相とNi固溶体相との２相からなる２相合金の箔が提供可能となる。このNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔は、サイズの大きなハニカム構造体やラミネート構造体などの製造を可能とし、したがって、その際の生産コストの低減や生産効率の向上などが図られるものと予想される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例において、精密鋳造法に基づき一方向凝固させて得たインゴットの一例を示した図面に代わる写真である。
【図２】  (a)(b)(c)(d)は、各々、精密鋳造法に基づき一方向凝固させて得られたインゴットの金属組織を電子顕微鏡で観察した図面に代わる写真である。
【図３】  実施例において、冷間圧延により得られたNi3Al相とNi固溶体相とからなる２相合金箔の一例を示した図面に代わる写真である。
【図４】  (a)(b)は、各々、得られた圧延率95%、厚さ100μmの金属箔の表面組織の図面に代わる走査電子顕微鏡写真、その金属箔のX線(220)極点図形である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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