專利名稱：添加W的Ni₃(Si, Ti)基金屬間化合物及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種添加W的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
作為鎳金屬間化合物的M3Si金屬間化合物具有諸如高溫強(qiáng)度、耐腐蝕性和抗氧化性的優(yōu)良特性。但是，多晶Ni3Si金屬間化合物因容易發(fā)生晶間斷裂而是脆的，因此希望得到一種具有增強(qiáng)的延展性并能在室溫下進(jìn)行塑性加工的金屬間化合物。為此，已經(jīng)開展了為改善Ni3Si金屬間化合物的研發(fā)。例如，作為鎳金屬間化合物的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，已經(jīng)知道它可作為一種可加工的(可延展的)金屬間化合物(例如參見(jiàn)非專利文獻(xiàn)1)。關(guān)于這樣一種Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，例如已經(jīng)知道了一種用于生產(chǎn)由Ni、 Si、Ti和B組成的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物的箔的方法，并且已知根據(jù)此方法生產(chǎn)的 Ni3(Si5Ti)基金屬間化合物的箔在從室溫到600°C的溫度范圍內(nèi)具有增強(qiáng)的強(qiáng)度特性(例如參見(jiàn)專利文獻(xiàn)1)。這種Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物預(yù)期可應(yīng)用于例如汽車尾氣排放控制系統(tǒng)的催化劑載體和飛行器的結(jié)構(gòu)材料。此外，含有特定量的Nb和Cr的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物被認(rèn)為是能夠進(jìn)行塑性加工的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，并且已知該Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物可容易地加工成箔(例如參見(jiàn)專利文獻(xiàn)2)。另外，含有Ni、Si、Ti和Cu的Ni3 (Si，Ti)基金屬間化合物被認(rèn)為是具有延展性的 Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，然而其制成箔的可加工性尚不清楚(例如參見(jiàn)專利文獻(xiàn)3和 4)。此外，添加了高濃度的Co和Ti的Ni基超合金是已知的，然而它不是Ni3 (Si，Ti)基金屬間化合物(例如參見(jiàn)專利文獻(xiàn)5)。這種合金具有包含(Ni/Co)3(Al/Ti/Ta)的γ ’相。相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)__ I 禾Il t 1 :T. Takasugi et al.，Journal of Materials Science 26. pp. 1173-1178(1991)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本未經(jīng)審查的專利公開No. 2007-84903專利文獻(xiàn)2 日本未經(jīng)審查的專利公開No. 2008-266754專利文獻(xiàn)3 日本未經(jīng)審查的專利公開No. HEI 4(1992)-246144專利文獻(xiàn)4 日本未經(jīng)審查的專利公開No. HEI 5(1993)-320794專利文獻(xiàn)5 日本未經(jīng)審查的專利公開No. 2009-9709
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題然而，傳統(tǒng)的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物在機(jī)械特性、例如塑性加工后的機(jī)械特性(如通過(guò)軋制生產(chǎn)的箔的強(qiáng)度和延展性)方面尚未被充分地考慮。即使是在已被充分考慮機(jī)械特性的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物的情況中，例如當(dāng)通過(guò)軋制生產(chǎn)的箔承受高溫時(shí)，延展性會(huì)逐漸減少，因而添加貴金屬(例如Nb)以增強(qiáng)在高溫中的延展性和抗氧化性。 因此，希望充分考慮Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物的機(jī)械特性，并增強(qiáng)Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物在高溫下的延展性。另外，希望得到由相對(duì)便宜的金屬所構(gòu)成的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物。本發(fā)明提供了一種具有在高溫下增強(qiáng)的延展性和進(jìn)一步增強(qiáng)的強(qiáng)度特性的 Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物。解決問(wèn)題的手段本發(fā)明提供了一種Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，其特性在于包含相對(duì)于具有總共 100原子％組成的金屬間化合物重量為以重量計(jì)25-500ppm的B，所述組成由作為主要成分的Ni，7. 5-12. 5原子％的Si，4. 5-11. 5原子％的Ti和0. 5-5. 0原子％的W構(gòu)成。本發(fā)明的效果本發(fā)明的發(fā)明人開創(chuàng)性地添加了高熔點(diǎn)金屬元素以代替Ni3(Si，Ti)中的Ti，并進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，除了 Ni、Si、Ti和B之外還包含W的Ni3(Si， Ti)基金屬間化合物在從室溫到高溫的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的延展性，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。 尤其是在高溫下具有優(yōu)良的延展性，本發(fā)明的金屬間化合物可在高溫下進(jìn)行塑性加工。因此，本發(fā)明的金屬間化合物可在較少的步驟中加工成所期望的形狀。此外，本發(fā)明的金屬間化合物在高溫下具有延展性，從而防止在高溫下金屬斷裂的快速擴(kuò)展。此外，本發(fā)明的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物可容易地加工成箔或片(在下文中也稱為箔)，并且該箔具有優(yōu)良的延展性和強(qiáng)度。本發(fā)明的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物因此適用于箔類材料。此外，由于在本發(fā)明的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物中使用了比Nb更便宜的W，因此材料成本相對(duì)較低。另外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的金屬間化合物相對(duì)于專利文獻(xiàn)1中公開的由Ni、Si、Ti和B組成的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物而言具有更好的強(qiáng)度特性。


圖1是實(shí)施例樣品1的SEM照片。圖2顯示了實(shí)施例樣品1的X射線衍射譜圖。上者是含Hf樣品(參照樣品)的 X射線衍射譜圖，而下者是含W樣品(實(shí)施例樣品1)的X射線衍射譜圖。圖3顯示了根據(jù)EPMA的、實(shí)施例樣品1的元素分布圖。圖4是顯示了在本發(fā)明的證明實(shí)驗(yàn)1中的維氏硬度試驗(yàn)的結(jié)果的圖表，即顯示了每個(gè)樣品的退火溫度和維氏硬度之間的關(guān)系的圖。圖5是顯示了在本發(fā)明的證明實(shí)驗(yàn)1中的室溫拉伸試驗(yàn)的結(jié)果的圖表，即顯示了在室溫拉伸試驗(yàn)中施加于實(shí)施例樣品1和對(duì)比實(shí)施例樣品上的應(yīng)力與樣品中產(chǎn)生的應(yīng)變之間的關(guān)系的圖(公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線)。圖6是顯示了在本發(fā)明的證明實(shí)驗(yàn)1中的室溫拉伸試驗(yàn)的結(jié)果的圖表，即顯示了實(shí)施例樣品1的抗拉強(qiáng)度、0. 2%試驗(yàn)應(yīng)力(或屈服強(qiáng)度)和延伸率相對(duì)于退火溫度的關(guān)系的圖。圖7顯示了當(dāng)進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)時(shí)冷軋箔(實(shí)施例樣品1)和在600°C和900°C的溫度下進(jìn)行退火的冷軋箔(實(shí)施例樣品1)的斷裂面的SEM照片。圖8是顯示了在本發(fā)明的證明實(shí)驗(yàn)1中的高溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果的圖表，即顯示了在高溫拉伸試驗(yàn)中施加于實(shí)施例樣品1上的應(yīng)力和在樣品中產(chǎn)生的應(yīng)變之間的關(guān)系的圖(公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線)。圖9是顯示了在本發(fā)明的證明實(shí)驗(yàn)1中的高溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果的圖表，即顯示了實(shí)施例樣品1和對(duì)比實(shí)施例樣品的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率相對(duì)于試驗(yàn)溫度的關(guān)系的圖。圖10顯示了當(dāng)進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)時(shí)冷軋箔(實(shí)施例樣品1)和在900°C下進(jìn)行退火1小時(shí)的實(shí)施例樣品1的斷裂面的SEM照片。圖11顯示了實(shí)施例樣品2的SEM照片。圖12顯示了實(shí)施例樣品3的SEM照片。圖13顯示了實(shí)施例樣品1-3的SEM照片。圖14是顯示了在證明實(shí)驗(yàn)2中的維氏強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物的特征在于，包含具有總共 100原子％組成的金屬間化合物和相對(duì)于金屬間化合物重量為以重量計(jì)25-500ppm的B，其中所述組成由作為主要成分的Ni，7. 5-12. 5原子％的Si，4. 5-11. 5原子％的Ti和0. 5-5. 0 原子％的W構(gòu)成。首先將舉例說(shuō)明本發(fā)明的各種實(shí)施方案。在此說(shuō)明書中，“從A到B”意指數(shù)值A(chǔ) 和B包含在該范圍中。此外在本說(shuō)明書中，將基于Ni3(Si，Ti)組成的金屬間化合物稱為 "Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物”。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，除了本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)之外，金屬間化合物可包含 Ll2相和Ni固溶相。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，金屬間化合物優(yōu)選包含具有總共100原子％組成的金屬間化合物和相對(duì)于金屬間化合物重量為以重量計(jì)25-500ppm的B，所述組成由作為主要成分的Ni，7. 5-12. 5原子％的Si，5. 5-11. 5原子％的Ti和0. 5-4. 0原子％的W構(gòu)成。更優(yōu)選地，金屬間化合物包含具有總共100原子％組成的金屬間化合物和相對(duì)于金屬間化合物重量為以重量計(jì)的25-100ppm的B，所述組成由作為主要成分的Ni，10. 0-12. 0原子％的 Si，6. 5-10. 5原子％的Ti和1. 0-3. 0原子％的W構(gòu)成。另外，根據(jù)該實(shí)施方案的金屬間化合物可包含Ll2相和Ni固溶相。備選的是，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，金屬間化合物可包含具有總共100原子％組成的金屬間化合物和相對(duì)于金屬間化合物重量為以重量計(jì)25-100ppm的B，所述組分由作為主要成分的Ni，10. 0-12. 0原子％ ，9. 5-12. 0原子％的Ti和9. 5-12. 0原子％ 的W構(gòu)成。在此實(shí)施方案中，金屬間化合物優(yōu)選包含5. 5-11. 5原子％的Ti和0. 5-4. 0原子％的W，并且更優(yōu)選地包含6. 5-10. 5原子％的Ti和1. 0-3. 0原子％的W。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，金屬間化合物可通過(guò)軋制變形率為85-99%的冷軋來(lái)獲得。這樣的冷軋能夠生產(chǎn)出具有優(yōu)良強(qiáng)度(例如抗拉強(qiáng)度)的金屬間化合物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，金屬間化合物可通過(guò)在冷軋之后進(jìn)行的在 300-1050°C下的退火來(lái)獲得?？稍?50-1050°C下進(jìn)行退火；在650°C或更高溫度下進(jìn)行的退火能夠生產(chǎn)出具有優(yōu)良延展性的金屬間化合物。本發(fā)明還提供了一種根據(jù)本發(fā)明的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物的軋制箔，該箔具有20-30μπι的厚度。根據(jù)本發(fā)明，可以生產(chǎn)出具有優(yōu)良延展性的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物的軋制箔。在此，軋制箔包括軋制片，并且通過(guò)冷軋獲得的軋制箔或通過(guò)冷軋和退火獲得的軋制箔具有優(yōu)良的延展性和強(qiáng)度。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物的軋制片或箔的方法，該方法包括鑄錠制備步驟，其中制備包含具有總共100原子％組成的金屬間化合物和相對(duì)于金屬間化合物重量為以重量計(jì)25-500ppm的B的鑄錠，所述組成由作為主要成分的Ni，7. 5-12. 5原子％的Si，4. 5-11. 5原子％的Ti和0. 5-5. 0原子％的W構(gòu)成；均質(zhì)化熱處理步驟，其中對(duì)鑄錠進(jìn)行均質(zhì)化熱處理；熱機(jī)械熱處理步驟，其中在均質(zhì)化熱處理步驟之后對(duì)鑄錠重復(fù)軋制變形率為10%或更高的軋制和在900-1100°C下的退火三次或更多次，以便制備片材；以及冷軋步驟，其中對(duì)片材進(jìn)行軋制變形率為85-99%的冷軋。在用于生產(chǎn)本發(fā)明的金屬間化合物的軋制片或箔的方法中，熱機(jī)械處理步驟中的軋制可以是冷軋，或者是在350°C或以下的溫軋。另外，熱機(jī)械熱處理步驟中的軋制可以是在250-350°C下的溫軋。在此示出的各種實(shí)施方案可相互間結(jié)合起來(lái)。[每一種元素的含量]接下來(lái)將闡述每一種元素的含量。Ni的含量例如是78. 5-81.0原子％，并優(yōu)選78. 5-80. 5原子％。Ni含量的具體例子包括78. 5、79. 0、79. 5、80. 0、80. 5和81. 0原子％。Ni的含量可處于在此舉例說(shuō)明的任何兩個(gè)數(shù)值之間。Si的含量是7. 5-12. 5原子％，并優(yōu)選10. 0-12. 0原子％。Si含量的具體例子包括 7. 5,8. 0,8. 5,9. 0,9. 5,10. 0,10. 5,11. 0,11. 5、12. 0 和 12. 5 原子％。Si 的含量可處于在此舉例說(shuō)明的任何兩個(gè)數(shù)值之間。Ti的含量是4. 5-11. 5原子％，優(yōu)選5. 5-11. 5原子％，并且更優(yōu)選6. 5-10. 5原子％。Ti 含量的具體例子包括 4. 5,5. 0,5. 5,6. 0,6. 5,7. 0,7. 5,8. 0,8. 5,9. 0,9. 5,10. 0、 10. 5,11. 0和11. 5原子％。Ti的含量可處于在此舉例說(shuō)明的任何兩個(gè)數(shù)值之間。W的含量是0. 5-5. 0原子％，優(yōu)選0. 5-4. 0原子％，并且更優(yōu)選1. 0-3. 0原子％。W 含量的具體例子包括0. 5,1. 0,1. 5,2. 0,2. 5,3. 0,3. 5,4. 0,4. 5和5. 0原子％。W的含量可處于在此舉例說(shuō)明的任何兩個(gè)數(shù)值之間。可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每一種元素的含量，以使Ni、Si、Ti和W的總含量為100原子％。B的含量為以重量計(jì)25-500ppm，并優(yōu)選為以重量計(jì)25-100ppm。B含量的具體例子包括以重量計(jì)的25、40、50、60、75、100、150、200、300、400和500ppm。B的含量可處于在此舉例說(shuō)明的任何兩個(gè)數(shù)值之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，金屬間化合物的特定組成例如可通過(guò)向在表1-3中示出的組成中添加上述B含量而獲得。
表 權(quán)利要求
1.一種Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，其特性在于，包含相對(duì)于具有總共100原子％ 組成的金屬間化合物重量為以重量計(jì)25-500ppm的B，所述組成由作為主要成分的Ni， 7. 5-12. 5原子％的Si，4. 5-11. 5原子％的Ti和0. 5-5. 0原子％的W構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，其特征在于，包括Ll2相和Ni 固溶相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，其特征在于，包含相對(duì)于具有總共100原子％組成的金屬間化合物重量為以重量計(jì)25-500ppm的B，所述組成由作為主要成分的Ni，7. 5-12. 5原子%的Si，5. 5-11.5原子%的Ti和0. 5-4. 0原子%的W構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，其特征在于，包含相對(duì)于具有總共100原子％組成的金屬間化合物重量的以重量計(jì)25-100ppm的B，所述組成由作為主要成分的Ni，10. 0-12. 0原子％的Si，6. 5-10. 5原子％的Ti和1. 0-3. 0原子％ 的W構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，其特征在于，通過(guò)軋制變形率為85-99%的冷軋來(lái)獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，其特征在于，通過(guò)在冷軋之后進(jìn)行的在300-1050°C的溫度下的退火來(lái)獲得。
7.—種Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物的軋制箔，其特征在于，所述軋制箔由根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的Ni3 (Si，Ti)基金屬間化合物制成，并具有20-300 μ m的厚度。
8.—種生產(chǎn)Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物的軋制片或箔的方法，所述方法包括鑄錠制備步驟，其中制備包含具有總共100原子％組成的金屬間化合物和相對(duì)于金屬間化合物重量為以重量計(jì)25-500ppm的B的鑄錠，所述組成由作為主要成分的Ni，7. 5-12.5 原子％的Si，4. 5-11.5原子％的Ti和0. 5-5. 0原子％的W構(gòu)成；均質(zhì)化熱處理步驟，其中對(duì)鑄錠進(jìn)行均質(zhì)化熱處理；熱機(jī)械熱處理步驟，其中在均質(zhì)化熱處理步驟之后對(duì)鑄錠重復(fù)進(jìn)行軋制變形率為10% 或更高的軋制和在900-1100°C下的退火三次或更多次，以便制備片材；和冷軋步驟，其中對(duì)片材進(jìn)行軋制變形率為85-99%的冷軋。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有在高溫下增強(qiáng)的延展性和增強(qiáng)的強(qiáng)度特性的結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明提供一種Ni3(Si，Ti)基金屬間化合物，其特性在于，包含相對(duì)于具有總共100原子％組成的金屬間化合物重量為以重量計(jì)25-500ppm的B，所述組成由作為主要成分的Ni，7.5-12.5原子％的Si，4.5-11.5原子％的Ti和0.5-5.0原子％的W構(gòu)成。
文檔編號(hào)C22C1/00GK102549182SQ20108004054
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者金野泰幸, 高杉隆幸 申請(qǐng)人:公立大學(xué)法人大阪府立大學(xué)