EP0162143A2 - Verfahren zur Herstellung eines metallischen Körpers unter Verwendung einer amorphen Legierung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Körpers unter Verwendung einer amorphen Legierung Download PDF

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EP0162143A2
EP0162143A2 EP84115569A EP84115569A EP0162143A2 EP 0162143 A2 EP0162143 A2 EP 0162143A2 EP 84115569 A EP84115569 A EP 84115569A EP 84115569 A EP84115569 A EP 84115569A EP 0162143 A2 EP0162143 A2 EP 0162143A2
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EP
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EP0162143A3 (en
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Ludwig Dr. Schultz
Franz Gaube
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/006—Amorphous articles
    • B22F3/007—Amorphous articles by diffusion starting from non-amorphous articles prepared by powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metallic body using an amorphous alloy, in particular a metallic glass, formed from at least two predetermined starting elements or compounds, in which method a preliminary product with respectively adjacent layers of the starting elements or compounds with the respective layer thickness of at most 0.001 mm is created, then an intermediate with the non-crystalline structure is formed in a rapid diffusion reaction at a predetermined, relatively low temperature from the intermediate and finally the intermediate is further processed to the metallic body.
  • metallic glasses Materials referred to as “metallic glasses” are generally known (cf. for example "Zeitschrift für Metallischen”, volume 69, 1978, number 4, pages 212 to 220 or “ Elektrotechnik und Maschinenbau", 97th year, September 1980, number 9, Pages 378 to 385). These materials are generally special alloys, which are made from at least two predetermined starting elements or compounds, also referred to as alloy partners, by means of special Ver drive are manufactured. These special alloys have a glass-like, amorphous structure instead of a crystalline one and therefore have properties or combinations of properties that are superior to those of crystalline metallic materials.
  • Metallic glasses can be characterized in particular by high wear and corrosion resistance, great hardness and tensile strength with good ductility as well as special magnetic properties.
  • metallic glasses have generally been produced by rapid quenching from the melt.
  • this method requires that at least one dimension of the material be less than about 0.1 mm.
  • Such a diffusion reaction is generally also referred to as anomalous, rapid diffusion.
  • Certain energetic requirements must be met for such a reaction (see, for example, Physical Review Letters ", vol. 51, no. 5, August 1983, pages 415 to 418 or" Journal of Non-Crystalline Solids ", vol. 61 and 62, 1984, pages 817 to 822), in particular an exothermic reaction between the two alloy partners.
  • the fast diffusion less than 0.001 mm thick layers of the alloying partners were alternately stacked and the thus formed sandwich-like precursor in the V learn typical temperatures between 100 and 300 ° C heated, whereby an intermediate product is formed as a semi-finished product with a thin layer of the non-crystalline structure of the metallic glass. Then this semi-finished product can be processed from the very thin metallic glass to a metallic body as an end product in a known manner.
  • the object of the present invention is to design the method mentioned at the outset in such a way that metallic bodies with a relatively extensive shape and dimension can be produced on an industrial scale using amorphous alloys, in particular metallic glasses.
  • this object is achieved in that firstly a starting product from a predetermined number by means of a bundling or layering technique is assembled of mutually adjacent individual parts of the respective starting elements or compounds and that then from this starting product duren least one querroughsvermindernde V ER- forming treatment the preliminary product with the predetermined layer thicknesses of the starting elements or compounds created.
  • the metallic glass to be produced should have an average composition A x B y , where A and B denote, for example, metallic starting elements and x and y atomic percentages.
  • a and B denote, for example, metallic starting elements and x and y atomic percentages.
  • commercially available foils of metals A and B with thicknesses between 0.001 mm and 1 mm, preferably between 0.01 and 0.1 mm are used.
  • the later average composition of alloy AB is determined via the ratio of the thickness of foils A and B.
  • a foil of metal A or B it is also possible to use a plurality of foils of a metal which are layered one on top of the other in order to set the correct layer thicknesses of the respective metal.
  • These films are now, after they have been suitably layered, deformed to thicknesses between 0.00005 and 0.001 mm, preferably between 0.0001 and 0.0005 mm, since the diffusion lengths at the available temperatures, which are known to be below the crystallization temperature of the respective metallic glass AB are very small.
  • the degree of deformation required during the deformation corresponds to the ratio of the starting foil thickness to the layer thickness desired for the diffusion annealing.
  • the bundling technique then depends on the required degree of deformation and the desired deformation of the starting product. Multiple bundling may be appropriate.
  • the first bundling can be carried out either by alternately stacking appropriately cut foils of metals A and B or by coiling the superimposed foils together. In the latter case, the winding can be either oval or circular.
  • These film bundles can thus consist of any number of double film layers, taking into account the initial thickness of the films and the desired final thickness of the bundle after the deformation. Typical values are between 50 and 500 layers.
  • the film bundles are then advantageously deformed into a suitable envelope, e.g. made of steel or copper.
  • Bundling by alternating stacking or oval winding of the foils is particularly suitable for producing a sheet of metallic glass.
  • the deformation here is advantageously carried out by rolling.
  • the shell of the preliminary product thus produced can be ent mechanically or chemically removed after the deformation.
  • Bundling by circular winding is suitable for producing a wire or rod-shaped intermediate body from the metallic glass.
  • the bundle of films with the casing, which forms the starting product is deformed by hammering, wire drawing or profile rolling to the desired diameter of the preliminary product to be produced.
  • Non-circular profiles can also be produced in this way.
  • a second bundling step may follow, with which the desired shape of the intermediate product can then also be produced leaves.
  • Wires or rods can be in two th bundling step either according to the above-mentioned technique by circular winding or aeer by bundling the wires produced in the first bundling step in a sheath and suitable deformation.
  • the film bundle produced in a first bundling step is placed on a thin pipe, e.g. made of steel, wound up and then inserted into a second tube as a sleeve.
  • the deformation to the preliminary product is then carried out by tube drawing or tube hammers.
  • the cladding tubes can be removed mechanically or chemically after completion of the deformation.
  • the conversion of this preliminary product to the intermediate product takes place in a known manner by means of a suitable temperature treatment using the anomalous, rapid diffusion (cf. the cited references “Phys. Rev. Lat. "Or” J.Non-Cryst.Sol. "). It should be noted that the finer the structure, the lower temperatures or the shorter glow times are sufficient for the complete conversion.
  • the annealing temperature must in any case be below the crystallization temperature of the metallic glass in a known manner.
  • one or both partners can also consist of a connection, in particular an alloy of several elements.
  • B is listed in FeNi.
  • the above method can be modified so that the non-deformable partner is added in powder form.
  • the powder is applied to the film of the deformable partner, for example sprinkled on or sprayed on, inserted or rolled between two corresponding films.
  • a corresponding example is FeNi-B, where the boron is not deformable.
  • Ni and Zr foils are placed on top of one another and rolled up into an oval bundle, which is then deformed in a steel jacket by rolling.
  • the total The thickness is reduced from 10 mm to 0.5 mm.
  • the thickness of the individual foils is reduced to approx. 0.0012 mm.
  • N ow is the steel casing removed by chemical etching, for example with HC1.
  • the Ni-Zr composite sheets are then bundled in a steel jacket 19-fold in a second bundling step and are also deformed in this by rolling.
  • the overall thickness is again reduced from 10 mm to 0.5 mm.
  • the resulting film package which serves as a preliminary product, is then 0.25 mm thick, 10 mm wide and approx.
  • the individual foils are between 0.0001 and 0.0005 mm thick. Annealing this intermediate to form the intermediate at temperatures between 180 ° C and 400 ° C, preferably between 250 ° C and 350 ° C for times between 2 to 100 hours then leads to the formation of the amorphous Ni-Zr. The formation of this amorphous state can be followed by X-ray examinations.
  • the double layer of Ni and Zr is rolled up according to the embodiment I to a spiral with about 200 turns, which is then deformed in a round steel jacket by hammering and wire drawing.
  • the overall diameter is reduced from 15 mm to 0.6 mm.
  • the steel jacket is then removed by etching with HC1.
  • the thickness of the individual foils has been reduced to approx. 0.001 mm.
  • 91 of the resulting composite film wires are bundled in a steel jacket with an outer diameter of 8 mm and deformed again to 1.2 mm by hammering and wire drawing. After the steel sheath has been removed, 0.8 mm thick Ni-Zr wires from preliminary products remain. These wires can then react to the metallic glass in an annealing treatment corresponding to exemplary embodiment I.
  • the metallic body to be produced in the end product was an amorphous, i.e. non-crystalline structure, in particular that of a metallic glass.
  • the method according to the invention can also be particularly advantageously provided for the production of microcrystalline materials by way of the amorphous state. Accordingly, intermediates from e.g. Nd-Fe-B alloys are first produced in amorphous form according to the invention. This alloy is then crystallized in a subsequent annealing treatment. The resulting microcrystalline structure has excellent hard magnetic properties (see, for example, "Applied Physics Letters", vol. 44, no. 1, Jan. 1984, pages 148 and 149).
  • the starting product can also be formed by bundling rods or wires of the two starting elements or connections.
  • the other starting element or the other starting alloy can - in solid form as a wire or rod or also in Powder form available.
  • a wire-shaped or rod-shaped output element or a corresponding connection can also be assumed, which is provided with a jacket-shaped layer made of the at least one further element or the at least one further connection.
  • Corresponding bundling techniques suitable for these methods are generally known, for example, from superconductor technology.

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Abstract

Mit dem Verfahren ist ein metallischer Körper unter Verwendung einer aus mindestens zwei vorbestimmten Ausgangselementen oder -verbindungen gebildeten amorphen Legierung, insbesondere eines metallischen Glases, herzustellen, wobei ein Vorprodukt mit jeweils benachbarten Schichten aus den Ausgangselementen oder -verbindungen mit jeweiliger Schichtdicke von höchstens 0,001 mm erstellt wird, anschließend in einer schnellen Diffusionsreaktion bei einer vorbestimmten, verhältnismäßig niedrigen Temperatur aus dem Vorprodukt ein Zwischenprodukt mit dem nicht- kristallinen Gefüge ausgebildet wird, und schließlich das Zwischenprodukt zu dem metallischen Körper weiterverarbeitet wird. Es soll eine großtechnische Herstellung derartiger Körper mit verhältnismäßig großen Dicken ermöglicht werden. Hierzu ist erfindungsgeäß vorgesehen, daß zunächst ein Ausgangprodukt mittels einer Bünderlungs- oder Schichtungstechnik aus einer vorbestimmten Anzahl von unterinander benachbarten Einzelteilen aus den jeweiligen Ausgangselementen bzw. -verbindungen zusammengefügt wird und daß dann aus diesem Ausgangsprodukt durch mindestens eine querschnittsvermindernde Verformungsbehandlung das Vorprodukt mit den vorbestimmten Schichtdicken aus den Ausgangselementen bzw. -verbindungen erstellt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Körpers unter Verwendung einer aus mindestens zwei vorbestimmten Ausgangselementen oder -verbindungen gebildeten amorphen Legierung, insbesondere eines metallischen Glases, bei welchem Verfahren ein Vorprodukt mit jeweils benachbarten Schichten aus den Ausgangselementen oder -verbindungen mit jeweiliger Schichtdicke von höchstens 0,001 mm erstellt wird, anschließend in einer schnellen Diffusionsreaktion bei einer vorbestimmten, verhältnismäßig niedrigen Temperatur aus dem Vorprodukt ein Zwischenprodukt mit dem nicht-kristallinen Gefüge ausgebildet wird und schließlich das Zwischenprodukt zu dem metallischen Körper weiterverarbeitet wird. Ein derartiges Verfahren ist z.B. in "Frankfurter Zeitung: Blick durch die Wirtschaft" - Herausgeber: "Frankfurter Allgemeine Zeitung" - , 27. Jahrgang, Nr. 23, 1.2.1984, Seite 5 angedeutet.
  • Als "metallische Gläser" bezeichnete Materialien sind allgemein bekannt (vgl. z.B. "Zeitschrift für Metallkunde", Band 69, 1978, Heft 4, Seiten 212 bis 220 oder "Elektrotechnik und Maschinenbau", 97. Jahrgang, Sept. 1980, Heft 9, Seiten 378 bis 385). Bei diesen Materialien handelt es sich im allgemeinen um spezielle Legierungen, die aus mindestens zwei vorbestimmten, auch als Legierungspartner bezeichneten Ausgangselementen oder -verbindungen mittels besonderer Verfahren hergestelt sind. Diese speziellen Legierungen weisen anstelle eines kristallinen ein glasartiges, amorphes Gerüge auf und besitzen deshalb Eigenschaften bzw. Eigenschaftskombinationen, die denen kristalliner metallischer Werkstoffe überlegen sind. So können sich metallische Gläser insbesondere durch hohe Verschleiß-und Korrosions festigkeit, große Härte und Zugfestigkeit bei gleichzeitiger guter Duktilität sowie durch beson-Magnetische Eigenschaften auszeichnen.
  • Die Herstellung Metallischer Gläser erfolgt bisher im allgemeinen durch schnelles Abschrecken aus der Schmelze. Dieses Verfahren erfordert jedoch, daß mindestens eine Dimension des Materials kleiner als etwa 0,1 mm ist. Ferner wurde vorgeschlagen, metallische Gläser durch eine Festkörperreaktion herzustellen, wenn einer der Legierungspartner im anderen schnell diffundiert, während der andere Partner bei einer vorbestimmten, verhältnismäßig niedrigen Temperatur praktisch unbeweglich ist. Eine derartige Diffusionsreaktion wird im allgemeinen auch als anomale, schnelle Diffusion bezeichnet. Für eine solche Reaktion müssen bestimmte energetische Voraussetzungen gegeben sein (vgl. z.B. Physical Review Letters", vol. 51, no. 5, August 1983, Seiten 415 bis 418 oder "Journal of Non-Crystalline Solids", vol. 61 und 62, 1984, Seiten 817 bis 822). So ist insbesondere eine exotherme Reaktion der beiden Legierungspartner vorauszusetzen.
  • Bei diesem Verfahren der schnellen Diffusion wurden weniger als 0,001 mm dicke Schichten der Legierungspartner abwechselnd aufeinandergelegt und das so ausgebildete sandwichartige Vorprodukt bei für das Verfahren typischen Temperaturen zwischen 100 und 300°C erhitzt, wobei ein Zwischenprodukt als Halbzeug mit einer dünnen Schicht des nichtkristallinen Gefüges des metallischen Glases ausgebildet wird. Anschließend kann dann dieses Halbzeug aus dem sehr dünnen metallischen Glas zu einem metallischen Körper als Endprodukt in bekannter Weise weiterverarbeitet werden.
  • Für verschiedene Anwendungen wäre es jedoch wünschenswert, wenn metallische Gläser in beliebiger Form und Abmessung, insbesondere mit größeren Dicken zur Verfügung stünaen. Um zu derartigen dickeren metallischen Gläsern zu gelangen, wurde für das Verfahren der schnellen Diffusion vorgeschlagen, Metallpulver in der gewünschten Zusammensetzung zu mischen, durch Verformung zu kompaktieren und das so ausgebildete Vorprodukt durch anomale schnelle Diffusion in das gewünschte Zwischenprodukt zu überführen (vgl. z.B. die genannte Veröffentlichung "Blick durch die Wirtschaft"). Bei diesem Verfahren treten jedoch einige Schwierigkeiten auf. So müssen die sich an der Oberfläche der Metallpulver befindlichen Oxidschichten durch die Verformung entfernt werden. Außerdem ist das sich bei der Kompaktierung und Verformung ergebende Gefüge sehr unregelmäßig.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß mit ihm metallische Körper mit verhältnismäßig ausgedehnter Form und Abmessung unter Verwendung von amorphen Legierungen, insbesondere metallischen Gläsern großtechnisch zu erstellen sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst ein Ausgangsprodukt mittels einer Bündelungs-oder Schichtungstechnik aus einer vorbestimmten Anzahl von untereinander benachbarten Einzelteilen aus den jeweiligen Ausgangselementen bzw. -verbindungen zusammengefügt wird und daß dann aus diesem Ausgangsprodukt duren mindestens eine querschnittsvermindernde Ver- formungsbehandlung das Vorprodukt mit den vorbestimmten Schichtdicken aus den Ausgangselementen bzw. -verbindungen erstellt wird.
  • Die mit dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen verfahrens verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß es aufgrund der an sich bekannte Bündelungs-oder Schichtungstechnik auf verhältnismäßig einfache Weise ermöglicht ist, die erwünschten amorphen Legierungen auch mit größeren Dicken zu erhalten. Entsprechende Bündelungs- oder Schichtungstechniken sind beispielsweise zur Herstellung von Supraleitern allgemein üblich (vgl. z.B. die US-PSen 3 218 693, 3 296 684, 3 273 092 oder 3 465 430).
  • Vorteilhafte Auggestaltungen des erfindungsgemäßen Ver- fahrens sehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Die Erfindung wird nachfolgend noch weiter anhand der Herstellung eines metallischen Glases erläutert, deren vorbestiommte Ausgangselemente oder -verbindungen nicht alle unbedingt metallisch sein müssen, sondern zum teil auch Metalloide sein können.
  • Das herzustellende metallische Glas soll eine mittlere Zusammensetzung AxBy aufweisen, wobei A und B die beispielsweise metallischen Ausgangselemente sowie x und y Atomprozente bedeuten. Zum Aufbau des Ausgangsproduktes werden handelsübliche Folien der Metalle A und B mit Dicken zwischen 0,001 mmund 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,1 mm verwendet. Über das Verhältnis der Dicke der Folien A und B wird die spätere mittlere Zusammensetzung der Legierung AB festgelegt. Statt einer Folie des Metalls A oder B können auch mehrere übereinandergeschichtete Folien eines Metalls verwendet werden, um die richtigen Schichtdicken des jeweiligen Metalls einzustellen. Diese Folien werden nun, nachdem sie in geeigneter Weise geschichtet wurden, auf Dicken zwischen 0,00005 und 0,001 mm, vorzugsweise zwischen 0,0001 und 0,0005 mm verformt, da die Diffusionslängen bei den zur Verfügung stehenden Temperaturen, die bekanntlich unterhalb der Kristallisationstemperatur des jeweiligen metallischen Glases AB liegen, sehr gering sind. Der bei der Verformung benötigte Verformungsgrad entspricht dem Verhältnis der Ausgangsfoliendicke zu der für die Diffusionsglühung gewünschten Schichtdicke.
  • Die jeweilige Bündelungstechnik richtet sich dann nach dem benötigten Verformungsgrad sowie der gewünschten Verformung des Ausgangsproduktes. Unter Umständen ist eine mehrfache Bündelung angebracht. Die erste Bündelung läßt sich entweder durch alternierendes Aufeinanderlegen entsprechend geschnittener Folien der Metalle A und B oder durch gemeinsames Aufwickeln der übereinandergelegten Folien vornehmen. Im letzteren Fall kann das Aufwickeln entweder oval oder kreisförmig erfolgen. Diese Folienbündel können somit aus beliebig vielen Doppel-Folienlagen bestehen unter Berücksichtigung der Ausgangsdicke der Folien und gewünschten Enddicke des Bündels nach der Verformung. Typische Werte liegen zwischen 50 und 500 Lagen. Die Folienbündel werden dann zur Verformung vorteilhaft in eine geeignete Hülle, z.B. aus Stahl oder Kupfer, gesteckt.
  • Zur Herstellung eines Bleches aus metallischem Glas eignet sich besonders eine Bündelung durch alternierendes Aufeinanderlegen oder ovales Aufwickeln der Folien. Die Verformung erfolgt hier zweckmäßig durch Walzen. Die Hülle des so hergestellten Vorproduktes läßt sich nach der Verformung entweder mechanisch oder chemosch ent farnen.
  • Eine Bündelung durch kreisförmiges Aufwickeln eignet sich zur Herstellung eines draht- oder stabförmigen zwischenkörpers aus dem metallischen Glas. Hierzu wird das das Ausgangsprodukt bildende Folienbündel mit Hülle durch Hämmern, Drahtziehen oder Profilwalzen auf den gewümchten Durchmesser des zu erstellenden Vorproduktes veeformt. Aueh nicht-kreisförmige Profile können auf diese Weise hergestellt werden.
  • Sind nach Abschluß dieser Verformungsschritte entweder die Einzelfelien noch zu dick, um eine vollständige Diffusionsreaktion in angemessener Zeit zu ermöglichen oder Vezden gröθere Endabmessungen für das Zwischenprodukt gewünscht, so kann sich gegebenenfalls ein zweiter Bündelungsschritt anschließen, mit dem sich dann auch die gewünschte Form des Zwischenprodukts herstellen läBt.
  • Für die Herstellung von Blechen können ferner die vorerwähnten Techniken entsprechend angewandt werden, indem statt der Doppellagen der Metallfolien A und B in dett Ausgangspradukt bereits verformte Folienbündel verwendet werdeo. Babei können wieder beliebig viele Lagen in einer Hülle gebündelt werden. Allerdings ist darauf zu achten, daß die folgende Verformung zur Herstellung des Vorproduktes durch Walzen für eine gute Kompaktierung ausreicht. Drähte oder stäbe können in einem zweiten Bündelungsschritt entweder entsprechend der obenerwähnten Technik durch kreisförmiges Aufwickeln oder aeer durch Bündeln der im ersten Bündelungsschritt erzeugten Drähte in einer Hülle und geeigneter Verformung hergestellt werden.
  • Zur Herstellung von Rohren wird das in einem ersten Bündelungsschritt erzeugte Folienbündel auf ein dünnes Rohr, z.B. aus Stahl, aufgewickelt und dann in ein zweites Rohr als Hülle hineingesteckt. Die Verformung zu dem Vorprodukt erfolgt dann durch Rohrziehen oder Rohrhämmern. Die Hüllrohre können nach Abschluß der Verformung mechanisch oder chemisch wieder entfernt werden.
  • Unter besonderen Umständen kann auch auf eine Hülle bei der ersten oder zweiten Bündelung verzichtet werden.
  • Ist nach Abschluß der Verformung das gewünschte Vorprodukt mit den vorbestimmten Schichtdicken aus den Ausgangselementen oder Verbindungen erstellt, erfolgt die Umwandlung dieses Vorproduktes zu dem Zwischenprodukt durch eine geeignete Temperaturbehandlung unter Ausnutzung der anomalen, schnellen Diffusion in bekannter Weise (vgl. die genannten Literaturstellen "Phys.Rev.Lett." oder "J.Non-Cryst.Sol."). Hierbei ist zu beachten, daß je feiner das Gefüge ist, desto niedrigere Temperaturen oder desto kürzere Glühzeiten für die vollständige Umwandlung ausreichen. Die Glühtemperatur muß dabei auf jeden Fall in bekannter Weise unterhalb der Kristallisationstemperatur des metallischen Glases liegen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei allen Systemen angewandt werden, bei denen sich die amorphe Phase in einer schnellen Diffusionsreaktion erzeugen läßt. Entsprechende Elementkobinaitonen, bei denen anomale, schnelle Diffusion auftritt, sind allgemein bekannt (vgl. z.B. "Journal of Nuclear Materials", vol. 69 und 70, 1978, Seiten 70 bis 96). Insbesondere sind zu nennen:
    • - Ni, Co, Fe, Cu, Ag oder Au in Ti, Zr, Hf, Nb, Y, La, Pb, Sn oder Ge sowie in Lanthaniden oder Actiniden;
    • - B, C in Fe, Ni oder Co.
  • Neben diesen Elementkombinationen können auch einer oder beide Partner aus einer Verbindung, insbesondere aus einer Legierung mehrerer Elemente bestehen. Als Beispiel hierfür ist B in FeNi aufzuführen.
  • Ist nur einer der beiden Partner verformbar, so kann das obige Verfahren so abgewandelt werden, daß der nicht ver formbare Partner in Pulverform hinzugegeben wird. Hierzu wird das Pulver auf die Folie des verformbaren Partners aufgebracht, beispielsweise aufgestreut oder aufgespritzt, zwischen zwei entsprechende Folien eingelegt oder eingewalzt. Ein entsprechendes Beispiel ist FeNi-B, wo das Bor nicht verformbar ist.
  • Das erfindungsgemäBe Verfahren wird nachfolgend noch anhand von zwei Ausführungsbeispielen weiter erläutert.
    • Ausfährungsbeispiel- I
  • Zur Herstellung eines amorphen Ni-Zr-Bleches werden 0,025 dicke Ni- und Zr-Folien übereinandergelegt und zu einem ovalen Bündel aufgerollt, das dann in einem Stahlmantel durch Walzen verformt wird. Die Gesamtdicke wird dabei von 10 mm auf 0,5 mm reduziert. Dabei verringert sich die Dicke der einzelnen Folien auf ca. 0,0012 mm. Nun wird der Stahlmantel durch chemisches Ätzen beispielsweise mit HC1 entfernt. Die Ni-Zr-Verbundbleche werden darauf in einem zweiten Bündelungsschritt in einem Stahlmantel 19fach gebündel und in diesem ebenfalls durch Walzen verformt. Die Gesamtdicke wird dabei wiederum von 10 mm auf 0,5 mm reduziert. Das so entstandene, als Vorprodukt dienende Folienpaket ist dann 0,25 mm dick, 10 mm breit und ca. 300 mm lang. Dabei sind die Einzelfolien zwischen 0,0001 und 0,0005 mm dick. Eine Glühung dieses Vorproduktes zur Ausbildung des Zwischenproduktes bei Temperaturen zwischen 180°C und 400°C, vorzugsweise zwischen 250°C und 350°C für Zeiten zwischen 2 bis 100 Stunden führt dann zur Bildung des amorphen Ni-Zr. Die Bildung dieses amorphen Zustandes kann durch Röntgenuntersuchungen verfolgt werden.
    • Ausführungsbeispiel II
  • Zur Herstellung eines amorphen Ni-Zr-Drahtes wird entsprechend dem Ausführungsbeispiel I die Doppellage aus Ni- und Zr zu einer Spirale mit etwa 200 Windungen aufgerollt, die dann in einem runden Stahlmantel durch Hämmern und Drahtziehen verformt wird. Dabei wird der Gesamtdurchmesser von 15 mm auf 0,6 mm reduziert. Der Stahlmantel wird dann durch Ätzen mit HC1 entfernt. Die Dicke der einzelnen Folien ist hierbei auf ca. 0,001 mm verringert worden. In einem zweiten Bündelungsschritt werden 91 dieser so entstandenen Folienverbunddrähte in einem Stahlmantel mit 8 mm Außendurchmesser gebündelt und erneut durch Hämmern und Drahtziehen auf 1,2 mm verformt. Nach Ablösen des Stahlmantels verbleiben 0,8 mm dicke Ni-Zr-Drähte aus Vorprodukte. Diese Drähte können dann in einer dem Ausführungsbeispiel I entsprechenden Glühbehandlung zu dem metallischen Glas reagieren.
  • Gemäß den Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, daß der zu erstellende metallische Körper in dem Endprodukt ein amorphes, d.h. nicht-kristallines Gefüge, insbesondere das eines metallischen Glases aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch besonders vorteilhaft auch zur Herstellung von mikrokristallinen Materialien über den Umweg des amorphen Zustands vorgesehen werden. Dementsprechend können Zwischenprodukte aus z.B. Nd-Fe-B-Legierungen zunächst in amorpher Form gemäß der Erfindung hergestellt werden. Bei einer folgenden Glühbehandlung wird dann diese Legierung kristallisiert. Das hierbei entstehende mikrokristalline Gefüge weist ausgezeichnete hartmagnetische Eigenschaften auf (vgl. z.B. "Applied Physics Letters", vol. 44, no. 1, Jan. 1984, Seiten 148 und 149).
  • Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht unbedingt erforderlich, daß man mindestens eines der Ausgangselemente bzw. eine der -verbindungen in Folienform vorsieht. Statt durch Aufeinanderlegen oder Bündeln von Folien kann man nämlich das Ausgangsprodukt auch durch Bündeln von Stäben oder Drähten der beiden Ausgangselemente bzw. -verbindungen ausbilden. Darüber hinaus ist es auch möglich, von Rohren aus einem der Ausgangselemente bzw. aus einer der -verbindungen auszugehen, die mit dem anderen Element bzw. der anderen Legierung gefüllt sind. Diese Rohre werden dann in bekannter Weise zu dem Ausgangsprodukt gebündelt. Das andere Ausgangselement bzw. die andere Ausgangslegierung kann -dabei in fester Form als Draht oder Stab oder auch in Pulverform vorliegen. Auch kann von einem draht- oder stabförmigen Ausgangselement bzw. einer entsprechenden -verbindung ausgegangen werden, die mit einer mantelförmigen Schicht aus dem mindestens einen weiteren Element bzw. der mindestens einen weiteren Verbindung versehen wird. Entsprechende, für diese Verfahren geeignete Bündelungstechniken sind beispielsweise aus der Supraleitertechnik allgemein bekannt.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Körpers unter Verwendung einer aus mindestens zwei vorbestimmten Ausgangselementen oder -verbindungen gebildeten amorphen Legierung, insbesondere eines metallischen Glases, bei welchem Verfahren
a) ein Vorprodukt mit jeweils benachbarten Schichten aus den Ausgangselementen oder -verbindungen mit jeweiliger Schichtdicke von höchstens 0,001 mm erstellt wird,
b) anschließend in einer schnellen Diffusionsreaktion bei einer vorbestimmten, verhältnismäßig niedrigen Temperatur aus dem Vorprodukt ein Zwischenprodukt mit dem nicht-kristallinen Gefüge ausgebildet wird, und
c) schließlich das Zwischenprodukt zu dem metallischen Körper weiterverarbeitet wird,

dadurch gekennzeichnet , daß zunächst ein Ausgangsprodukt mittels einer Bündelungs-oder Schichtungstechnik aus einer vorbestimmten Anzahl von untereinander benachbarten Einzelteilen aus den jeweiligen Ausgangselementen bzw. -verbindungen zusammengefügt wird und daß dann aus diesem Ausgangsprodukt durch mindestens eine querschnittsvermindernde Verforaungsbehandlung das Vorprodukt mit den vorbestimmten Schichtdicken aus den Ausgangselementen bzw. -verbindungen erstellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine mehrfache Bündelung oder Schichtung der Ausgangselemente bzw. -verbindungen vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eines der Ausgangselemente bzw. eine der -verbindungen in Folienform vorgesehen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß alle Ausgangselemente bzw. -verbindungen als Folien zu dem Ausgangsprodukt zusammengefügt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eines der Ausgangselemente bzw. eine der -verbindung in Draht- oder Stabform vorgesehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß alle Ausgangselemente bzw. -verbindungen als Drähte oder Stäbe zu dem Ausgangsprodukt zusammengefügt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eines der Ausgangselemente-bzw. eine der -verbindungen in Rohrform vorgesehen wird und mit dem mindestens einen weiteren Ausgangselement bzw. der mindestens einen weiteren -verbindung als Kern ausgefüllt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das mindestens eine weitere Ausgangselement bzw. die mindestens eine weitere -verbindung in das rohrförmige Ausgangselement bzw. die rohrförmige -verbindung in Draht- oder Stabform oder pulverförmig eingebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das eine draht- oder stabförmige Ausgangselement bzw. die eine draht- oder stabförmige -verbindung mit dem weiteren Ausgangselement bzw. der weiteren -verbindung ummantelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eines der Ausgangselemente bzw. eine der -verbindungen in Pulverform zu dem mindestens einen weiteren folienförmigen Ausgangselement bzw. der weiteren folienförmigen -verbindung hinzugefügt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das pulverförmige Ausgangselement bzw. die pulverförmige -verbindung auf das weitere Ausgangselement bzw. die weitere -verbindung aufgestreut oder aufgespritzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das pulverförmige Ausgangselement bzw. die pulverförmige -verbindung zwischen zwei Folien aus dem weiteren Ausgangselement bzw. der weiteren -verbindung eingelegt und/oder eingewalzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß das nicht-kristalline Gefüge des Zwischenproduktes durch eine vorbestimmte Glühbehandlung in ein mikrokristallines Gefüge umgewandelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß neben mindestens einem metallischen Ausgangselement oder einer metallischen Ausgangsverbindung als mindestens ein weiteres Ausgangselement bzw. weitere -verbindung ein Metalloid verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß als die mindestens eine Ausgangsverbindung eine Legierung vorgesehen wird.
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