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Binder composi也on (AP:PP:WAX)
● 6:2:4 0 6:3:3
◇6:4:2
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令‑I‑‑‑‑一‑‑‑I‑‑◇
39 40
Volume ratio of binder %
41
図1‑10 脱勝率とバインダー体積比および親戚の関係(鈍Al)
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1. 3. 5 焼結工程
図1‑12は焼結体の全長の金型キャビティ寸法に対する線収縮率の平均値とバイン ダー体積比および組成比の関係を示している.原因は明らかではないが,バインダー 体積比40%,バインダー組成AP:PP:WAX‑6:3:3の収縮率が他の組成より著しく高 い･これを除くと,収縮率に及ぼすバインダー組成の影響は小さく,またバインダー 体積比が大きくなるに伴い微増する傾向がある.これはバインダー体積比の増加に伴 い,粉末の体積比が少なくなることに起因していると思われる.
次に,線収縮率と焼結雰囲気の関係を図ト13に示す.この図から明らかなように, 真空下のほうが血減圧下より収縮率は高い.アルミニウムは酸素との親和力が高く, 常温下でも酸化皮膜が形成されやすく,粉末になるとさらに促進される(162卜(166)I
̀169'と推測される･この酸化皮膜は焼結を阻害する原因(163'‑'165'となるが,真空
雰囲気下では還元作用が働き(127'･ (lS7'･ '169'･ '170',焼結性が向上し,線収縮率 も高くなったと考えられる.表1‑8に密度,硬さ,引張強さの結果(170'を示す.な
お,バインダー配合はバインダー体積比40%,バインダー組成AP:PP:WAX=6:3:3
である･いずれの特性も線収縮率の結果と同様に,真空雰囲気下のほうが優れており,
真空雰囲気は焼結性を向上させると考えられる.このことばSUS (132)I (135)･ (171) やTi '127'およびCu '122'･ '123'の射出成形においても指摘されている.図1‑14に
得られたAl焼結体および焼結部品の一例(170)を示す.
‑ 34 ‑
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図1‑12 簸収縮率とバインダー体積比および軌成此の関係(耗Al)
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Vacuu皿 Ar
Sintering atmosphere 図1113 簸収掠率と焼結雰囲気の関係(耗Al)
‑ 35 ‑
表1‑8 耗Al境捨体の境域的特性
Sin血g De加ity Rel;山ve Ⅵdkershardness Te血 ElonB?don
a血lOSpheze p軸血l3 density% H▼ strenghMPa %
血 2359 87.4 18.7(17.7‑19.2) 30(29‑33) 1.29(1.00‑1.75)
Vaccum 2415 89.4 18.7(18.4‑19.0) 56(55‑56) 2.31(2.13‑2.50)
国1‑14 純血の集結部品および試食片
‑ 36 ‑
1. 3. 6 TiAlの射出成形
1. 3. 6. 1 射出成形条件
純Alの射出成形で得られた結果をもとに,表1‑9に示す加工条件でTiAlの射出成 形を行った.また,脱脂および焼結昇温パターンを国1‑15に示す.
混練工程においては,バインダー体積比40%以上,組成比AP:PP:WAX=6:4:2の■
最大混練トルクが最も小さかった.また,射出成形工程では,バインダー体積比40%
以上,組成比はAP:PP:WAX=6:4:2よりむしろ6:3:3もしくは6:2:4の場合が成形可
能であった.脱脂率は組成比AP:PP:WAX=6:3:3の場合が最も高く, 6:4:2は低い.
焼結後の収縮率を見ると,バインダー体積比40%,組成比AP:PP:WAX=6:3:3の場 合が最も高い.以上の結果から,総合的に判断して,バインダー体積比40%,組成 比AP:PP:WAX‑6:3:3のバインダー条件が妥当と思われる.
純Alの結果において,射出成形条件は成形に大きな影響は見られなかったので,
射出圧力,速度ともに最も大きい水準であるそれぞれ44MPa, 37×10‑6m3/sで行 った.
焼結条件は図1‑15(切に示すように昇温速度200℃Al,焼結温度1350℃および 1400℃の2種類の温度(保持時間は3h)で行った.なお,雰囲気は1.333×10‑3pa
の真空中である.これら焼結温度はTiAlの融点が1500℃程度であること,文献より 1400℃前後が妥当であること,焼結温度により組織が異なることなどから設定され
たものである.
1. 3. 6. 2 射出成形の結果と考察
まず,混練工程におけるTiAl粉末による混練トルクおよび温度の変化の一例を図 1‑16に示す.純Al粉末の場合と異なり,最高トルク借が現れた後,最終的にはほと んど無負荷の状態となるが,わずかに減衰したのちその状態が続く.すなわち,図 1‑7のD曲線に近い曲線を示す.このように,･純Al粉末の場合とやや異なっている
が,これは両粉末形状の差異によるものと考えられる.数回に分けて行ったTiAl粉 末の混練加工で得られた最高混練トルク倍および最高温度の結果を衰1‑10に示す.
‑ 37 ‑
表1‑9 TiAlの射出成形条件
Process Wbr血g血cbr Wb血g00ndition
Binder AP:PP:WAX 6:3:3
ST Vblumecontentof5%
DOP Vblumecontentof10%
PoⅦ1er:Binder 60:40
Mixing M血gtemperature 140℃
Numberofrevolution o.92s 1
Pressure 590‑780kPa
Mixinghour 1h
Ⅰnjation In3ectionspeed 37X10‑6m3/s
molding Injationpressure 44MPa
Resintemperature 160℃
Injectiontime 3s
Moldtemperature 30℃
C∞止ngtime 30s
Debinding Atmosphere
Speedoftemp.nslng
hboragoo7AlaU
Temperature 350℃
Keepmgbour 3b
Sintering Atmosphere Vaccum(1.333X10‑3pa)
Temp.nsmgSpeed 200oCA1
Temperattue 1350,1400℃
Hold血gbour 3b
Temperature nslng SPeed
5℃血 Debinding temperahue 350 ℃
(a)脱齢昇温パターン
Atmosphere
A: DebindinginAr vacuum
B:Sinteringin Ⅵ虻uum(1.333 × 10 ‑3pa) 仲)焼結昇温パターン
図1‑15 脱脂･焼結昇温パターン(TiAl)
‑ 竪Ej‑
ロットにより差異がみられるが,前述のトルクの減衰過程以外に,純Al粉末の場合 よりも全体的に最大トルク値は低いようである.これも粉末形状の差異,すなわち, TiAl粉は純Al粉末に比べ,角張った粒形状であることに起因していると考えられる.
TiAlの場合も純Alと同様に,異常な発熱や多大なトルクは発生していない.このこ とから, TiAl粉末の混練は良好になされたと推測される.
次に.射出成形において得られたグリーン体の質量を表1‑ll (成形体の一部)に 示す.表から明らかなように,ほぼ同一の質量の成形体が得られた.また,ペレット
材の理論密度(設定したバインダーの条件下におけるTiAl粉末によるペレット材の
理論密度は, TiAlの密度を3820kg/m3として2724kg血13となる. )と比較すると,そ れぞれのグリーン体の密度は, 3%未満のばらつき内であり,ほぼ一致していると言 える.なお,ショート現象や表面上の欠陥はいずれもみられなかった.
グレイ体は壊れやすいので質量測定は数本しか行っていないが,平均脱脂率として 88.5%を得た.純Alよりもわずかに低い借であるが,この主な原因は粉末形状の相違
によると推測される.しかし,いずれの試験片も80%以上の脱脂率であり,しかも 欠陥もないグレイ体を得ることができた.なお,金属粉末の特性が脱脂および脱脂時 の変形に影響を及ぼす(173)とする報告があるが,純Al粉末とTiAl粉末の両者のグ レイ体には差異はみられなかった.
1350℃および1400℃の焼結温度における線収縮率を表1‑12に示す.焼結温度の 高い1400℃焼結材のほうが収縮率は高いことがわかる.また,得られた焼結体のⅩ 線回折を行ったところ,図1‑17に示すようにTiAlとTi,Alからなる金属間化合物で あることが確認できた.なお,図1‑18に示すように引張試験片以外の三次元的な形 状の焼結部品のモデルの成形も可能(172)であることが確認された.
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