JPH0448862B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0448862B2 JPH0448862B2 JP61208194A JP20819486A JPH0448862B2 JP H0448862 B2 JPH0448862 B2 JP H0448862B2 JP 61208194 A JP61208194 A JP 61208194A JP 20819486 A JP20819486 A JP 20819486A JP H0448862 B2 JPH0448862 B2 JP H0448862B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- amorphous
- alloy
- nozzle
- amorphous alloy
- alloys
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
- B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、高い結晶化温度を有する非晶質合金
及びその製造方法に関するものである。 （従来の技術） 近年、各種の非晶質材料が開発され、金属材料
の分野において、多くの注目を集めている。これ
らの合金は従来の結晶合金とは異なり、結晶構造
を持たない金属であり、その性質も従来の金属材
料にはみられないものが多く、機械的性質、耐磨
耗性、耐食性、軟磁性などにすぐれているため、
結晶質金属に代わりうる材料として、各種の用途
開発が行なわれ、さらに、その用途に適した材料
開発も行なわれている。これらの合金は、スパツ
タリング法等の気相急冷法あるいは液体急冷法に
よつて作製しうるが、工業的には最も生産性の高
い液体急冷法が多く用いられている。 （発明が解決しようとする問題点） 非晶質合金の最大の問題点は、熱的に不安定な
点にある。これは、非晶質状態が熱力学的に非平
衡な準安定状態であるということに由来するもの
で、非晶質合金の宿命ともいえることである。す
なわち、非晶質合金は一般に、それぞれ特有の結
晶化温度を有し、その温度を越えるとより熱的に
安定な結晶合金に変化してしまい、非晶質状態の
ときにみられたすぐれた諸特性がすべて失われて
しまうのである。この結晶化温度は、材料によつ
て異なるが、一般に絶対温度で測定した融点の
0.4〜0.6倍程度の値をとることが知られている。
従つて、結晶化温度の高い非晶質合金を得るため
には、融点の高い合金を液体急冷法などの方法で
非晶質化しなければならない。 しかしながら、従来の液体急冷装置は、鉄系合
金等の比較的融点の低い物質用に作られているも
のが多く、石英等の耐熱性のノズルを抵抗加熱も
しくは高周波加熱によつて加熱するという方式の
ものがほとんどである。従つて、最高使用温度は
ノズル材質の耐火度によつて制限され、1200〜
1400℃程度が限度である。また、温度が高くなる
とノズル材質と合金が反応することによる試料の
汚染も起こりうるため、急冷できる合金の種類は
限られていた。 これに対して、融点が約2400℃程度ときわめて
高いTa−Si−Ｂ三元系非晶質合金はその結晶化
温度が800℃〜960℃と非常に高く、非晶質合金の
問題点も大幅に改善することが可能となつた。
（特開昭61−012385号） さらに、このTa−Si−Ｂ三元系非晶質合金は、
一般の非晶質合金に特有の高強度、高硬度などの
すぐれた機械的特性を有しているために、例え
ば、耐磨耗性材料、高温で使われる構造材料の複
合強化材、および温度上昇を伴う電極用材料など
への応用が考えられる。 しかしながら、実際に前記Ta−Si−Ｂ系非晶
質合金を高温環境下で使用する場合には、経時変
化が問題となつてくるために、使用温度範囲は最
高600℃程度に限定されてしまう。 本発明は、このような従来技術の問題点を解決
して、結晶化温度が高く、前記Ta系非晶質合金
よりもさらに高温環境に耐えることができ、か
つ、機械的特性、耐食性等にすぐれたTa−Ｗ非
晶質合金及びその製造方法を提供することにあ
る。 （問題点を解決するための手段） 本発明は（Ta1-xWx）ySinなる式で表わされ、
ｘ＝0.01〜0.8、ｙ＝0.7〜0.9、ｚ＝0.1〜0.3であ
ることを特徴とするTa−Ｗ系非晶質合金である。
さらにまた、本発明は、前記Ta−Ｗ系非晶質合
金を得るための製造方法として、すなわち、前記
Ta−Ｗ系非晶質合金と同じ発明合金組成の原料
合金を、水冷された金属製のるつぼの中で溶解
し、該溶解合金を水冷された金属製のノズルもし
くは高融点材料製のノズルを用いて、表面周速が
90ｍ／sec以上で高速回転している冷却用ロール
の表面上に噴射して急速凝固させることによつて
非晶質化することを特徴とするTa−Ｗ系非晶質
合金の製造方法である。 （作用） Ta−Ｗ−Si−Ｂ系合金では、後に実施例で示
すように、TaおよびＷが合計で70at％〜90at％
の組成範囲で、非晶質合金を得ることができるこ
とを本発明者は見い出した。この組成範囲をはず
れると非晶質構造がほとんどみられなくなり、非
晶質合金に特徴的なすぐれた特性がすべて消去し
てしまう。この組成範囲で非晶質相が形成される
詳細な理由は不明であるが、一般に非晶質相は共
晶組成付近で形成されやすいという傾向があり、
この場合にもその傾向にほぼあてはまると思われ
る。 また、ｘの範囲を0.01以上と限定したのは、
Taのみの場合よりもＷを添加した場合のほうが
結晶化温度が高くなるからである。なおｘの範囲
が0.8を越えると結晶化温度が低下するのでｘは
0.8以内が望ましい。これらの非晶質合金の結晶
化温度は、その融点の高さに対応して、1000〜
1200℃という高い値である。これらの非晶質合金
の機械的特性は、非晶質合金に一般的にみられる
ように、高強度かつ高硬度である。また、耐食性
においても、TaおよびＷのすぐれた耐食性に匹
敵するほどの耐食性を有している。 次に、本発明による製造方法は、液体急冷法の
一種であるが、原料合金の溶解を水冷された金属
製のるつぼの中で行なうので、原料合金とるつぼ
金属との反応はほとんどおこらない。るつぼ金属
が水冷されている場合には、たとえ高温度の溶解
金属が接触したとしても、るつぼ金属の温度が低
すぎるために合金化反応がきわめておこりにくい
からである。るつぼ金属の材質としては、水冷効
果を大きくするという点から熱伝導度の大きな物
質が望ましい。また、反応しにくいという点から
は高融点の物質も適当である。一例を挙げるなら
ば、銅、銀あるいはそれらの合金もしくはタング
ステン、モリブデンなどが考えられる。 また、溶解手段としては、アーク溶解、プラズ
マ溶解、電子ビーム溶解、レーザビーム溶解など
のよく知られた方法を用いることができる。 このようにして溶解された原料合金は、水冷さ
れた金属製のノズルもしくは高融点材料製のノズ
ルを用いて高速回転している冷却用ロールの表面
上に噴射されて、急冷薄帯となる。この際、ノズ
ル口を通過させる理由は、融体の安定な流れを形
成することによつて、均一な連続した急冷薄帯を
得るためである。もし、ノズル口を通過させず
に、直接ロール表面に溶融物質を落下させるなら
ば、不均一かつ不連続的な薄帯しか得られないで
あろう。 また、この時、溶融物質とノズルが接触するの
で両者の間の反応が問題になるがノズルが水冷さ
れた金属製もしくは窒化ボロン、グラフアイト、
酸化マグネシウム等の高融点材料製であれば、接
触時間がきわめて短いために、両者の間の反応は
ほとんどおこらない。 以上のように、本発明の特許請求の範囲第１項
に記載のTa−Ｗ系非晶質合金は、第２項に記載
の製造方法によつて容易に作製することができ
る。また、液体急冷法は、通常、冷却ロールの表
面周速が50ｍ／sec以下で行われることがほとん
どであるが、これを90ｍ／sec以上にすることに
より、本発明のTa−Ｗ系合金をより容易に非晶
質化することができる。溶解合金を急冷凝固して
非晶質化するには、急冷速度が大きいほど有利で
あるが、ロール周速を上げることは急冷薄帯の厚
さを薄くすることにつながるので、急冷速度が大
きくなり、非晶質化がより容易になるのである。 （実施例） 第１図に、本発明のTa−Ｗ系非晶質合金を作
製する装置の一例を示す。図において、１は水冷
された銅製るつぼ、２は原料合金、３は窒化ボロ
ン製のノズル、４は急冷用ロール、５はプラズマ
トーチである。るつぼ１は左右のブロツクに分か
れており、棒６によつて左右に開閉できるように
なつている。従つて、棒６を内側に押し込んだ状
態で試料２をプラズマによつて溶解し、その後、
棒６を外側に引つ張ると、るつぼ１が左右に開
き、試料２は重力によつて、ノズル３の中に落下
する。その際、あらかじめ、上側のチヤンバーに
はガス導入口７からガスを導入し、下側のチヤン
バーは真空ポンプ８によつて排気しておけば、上
下間の圧力差によつて、試料２はノズル３よりロ
ール４の表面上に噴出して急冷薄帯となる。ノズ
ル３の穴径は0.5mm〜1.0mmとした。ロール４は直
径250mmの銅製で、これを8000rpmの速度で回転
させて用いた。周速度は約105ｍ／secである。 この装置を用いて、Ta−Ｗ−Si系合金の液体
急冷を行い、得られた薄帯の構造をＸ線回折によ
つて調べた。その結果、TaおよびＷが合計で70
〜90at％の組成範囲では、いずれの薄帯も結晶に
よる鋭い回折ピークはみられず、ブロードなハロ
ーパターンが得られたことから非晶質相であるこ
とが確認された。次に第１表に示差熱分析によつ
て測定したこれらの試料の結晶化温度を示す。た
だし第１表において試料No.６、12、18は本発明の
範囲外である。いずれの試料も1000℃以上の高い
結晶化温度を示しており、Ta−Si−Ｂ系非晶質
合金の場合よりもさらに50℃〜200℃高い結晶化
温度を有していることがわかる。またこれらの試
料は800℃で1000時間焼鈍した後も非晶質構造も
維持しており、非常に耐熱性の高い非晶質合金で
あることが判明した。さらにこれらの試料の機械
的性質は、ビツカース硬さが900〜1600の範囲で
あるというすぐれた特性を示しており、また、こ
れらの試料を濃塩酸、濃硝酸、濃硫酸、濃王水の
中に一日放置しても何ら腐食された様子を見られ
ず、重量変化も認められなかつた。
及びその製造方法に関するものである。 （従来の技術） 近年、各種の非晶質材料が開発され、金属材料
の分野において、多くの注目を集めている。これ
らの合金は従来の結晶合金とは異なり、結晶構造
を持たない金属であり、その性質も従来の金属材
料にはみられないものが多く、機械的性質、耐磨
耗性、耐食性、軟磁性などにすぐれているため、
結晶質金属に代わりうる材料として、各種の用途
開発が行なわれ、さらに、その用途に適した材料
開発も行なわれている。これらの合金は、スパツ
タリング法等の気相急冷法あるいは液体急冷法に
よつて作製しうるが、工業的には最も生産性の高
い液体急冷法が多く用いられている。 （発明が解決しようとする問題点） 非晶質合金の最大の問題点は、熱的に不安定な
点にある。これは、非晶質状態が熱力学的に非平
衡な準安定状態であるということに由来するもの
で、非晶質合金の宿命ともいえることである。す
なわち、非晶質合金は一般に、それぞれ特有の結
晶化温度を有し、その温度を越えるとより熱的に
安定な結晶合金に変化してしまい、非晶質状態の
ときにみられたすぐれた諸特性がすべて失われて
しまうのである。この結晶化温度は、材料によつ
て異なるが、一般に絶対温度で測定した融点の
0.4〜0.6倍程度の値をとることが知られている。
従つて、結晶化温度の高い非晶質合金を得るため
には、融点の高い合金を液体急冷法などの方法で
非晶質化しなければならない。 しかしながら、従来の液体急冷装置は、鉄系合
金等の比較的融点の低い物質用に作られているも
のが多く、石英等の耐熱性のノズルを抵抗加熱も
しくは高周波加熱によつて加熱するという方式の
ものがほとんどである。従つて、最高使用温度は
ノズル材質の耐火度によつて制限され、1200〜
1400℃程度が限度である。また、温度が高くなる
とノズル材質と合金が反応することによる試料の
汚染も起こりうるため、急冷できる合金の種類は
限られていた。 これに対して、融点が約2400℃程度ときわめて
高いTa−Si−Ｂ三元系非晶質合金はその結晶化
温度が800℃〜960℃と非常に高く、非晶質合金の
問題点も大幅に改善することが可能となつた。
（特開昭61−012385号） さらに、このTa−Si−Ｂ三元系非晶質合金は、
一般の非晶質合金に特有の高強度、高硬度などの
すぐれた機械的特性を有しているために、例え
ば、耐磨耗性材料、高温で使われる構造材料の複
合強化材、および温度上昇を伴う電極用材料など
への応用が考えられる。 しかしながら、実際に前記Ta−Si−Ｂ系非晶
質合金を高温環境下で使用する場合には、経時変
化が問題となつてくるために、使用温度範囲は最
高600℃程度に限定されてしまう。 本発明は、このような従来技術の問題点を解決
して、結晶化温度が高く、前記Ta系非晶質合金
よりもさらに高温環境に耐えることができ、か
つ、機械的特性、耐食性等にすぐれたTa−Ｗ非
晶質合金及びその製造方法を提供することにあ
る。 （問題点を解決するための手段） 本発明は（Ta1-xWx）ySinなる式で表わされ、
ｘ＝0.01〜0.8、ｙ＝0.7〜0.9、ｚ＝0.1〜0.3であ
ることを特徴とするTa−Ｗ系非晶質合金である。
さらにまた、本発明は、前記Ta−Ｗ系非晶質合
金を得るための製造方法として、すなわち、前記
Ta−Ｗ系非晶質合金と同じ発明合金組成の原料
合金を、水冷された金属製のるつぼの中で溶解
し、該溶解合金を水冷された金属製のノズルもし
くは高融点材料製のノズルを用いて、表面周速が
90ｍ／sec以上で高速回転している冷却用ロール
の表面上に噴射して急速凝固させることによつて
非晶質化することを特徴とするTa−Ｗ系非晶質
合金の製造方法である。 （作用） Ta−Ｗ−Si−Ｂ系合金では、後に実施例で示
すように、TaおよびＷが合計で70at％〜90at％
の組成範囲で、非晶質合金を得ることができるこ
とを本発明者は見い出した。この組成範囲をはず
れると非晶質構造がほとんどみられなくなり、非
晶質合金に特徴的なすぐれた特性がすべて消去し
てしまう。この組成範囲で非晶質相が形成される
詳細な理由は不明であるが、一般に非晶質相は共
晶組成付近で形成されやすいという傾向があり、
この場合にもその傾向にほぼあてはまると思われ
る。 また、ｘの範囲を0.01以上と限定したのは、
Taのみの場合よりもＷを添加した場合のほうが
結晶化温度が高くなるからである。なおｘの範囲
が0.8を越えると結晶化温度が低下するのでｘは
0.8以内が望ましい。これらの非晶質合金の結晶
化温度は、その融点の高さに対応して、1000〜
1200℃という高い値である。これらの非晶質合金
の機械的特性は、非晶質合金に一般的にみられる
ように、高強度かつ高硬度である。また、耐食性
においても、TaおよびＷのすぐれた耐食性に匹
敵するほどの耐食性を有している。 次に、本発明による製造方法は、液体急冷法の
一種であるが、原料合金の溶解を水冷された金属
製のるつぼの中で行なうので、原料合金とるつぼ
金属との反応はほとんどおこらない。るつぼ金属
が水冷されている場合には、たとえ高温度の溶解
金属が接触したとしても、るつぼ金属の温度が低
すぎるために合金化反応がきわめておこりにくい
からである。るつぼ金属の材質としては、水冷効
果を大きくするという点から熱伝導度の大きな物
質が望ましい。また、反応しにくいという点から
は高融点の物質も適当である。一例を挙げるなら
ば、銅、銀あるいはそれらの合金もしくはタング
ステン、モリブデンなどが考えられる。 また、溶解手段としては、アーク溶解、プラズ
マ溶解、電子ビーム溶解、レーザビーム溶解など
のよく知られた方法を用いることができる。 このようにして溶解された原料合金は、水冷さ
れた金属製のノズルもしくは高融点材料製のノズ
ルを用いて高速回転している冷却用ロールの表面
上に噴射されて、急冷薄帯となる。この際、ノズ
ル口を通過させる理由は、融体の安定な流れを形
成することによつて、均一な連続した急冷薄帯を
得るためである。もし、ノズル口を通過させず
に、直接ロール表面に溶融物質を落下させるなら
ば、不均一かつ不連続的な薄帯しか得られないで
あろう。 また、この時、溶融物質とノズルが接触するの
で両者の間の反応が問題になるがノズルが水冷さ
れた金属製もしくは窒化ボロン、グラフアイト、
酸化マグネシウム等の高融点材料製であれば、接
触時間がきわめて短いために、両者の間の反応は
ほとんどおこらない。 以上のように、本発明の特許請求の範囲第１項
に記載のTa−Ｗ系非晶質合金は、第２項に記載
の製造方法によつて容易に作製することができ
る。また、液体急冷法は、通常、冷却ロールの表
面周速が50ｍ／sec以下で行われることがほとん
どであるが、これを90ｍ／sec以上にすることに
より、本発明のTa−Ｗ系合金をより容易に非晶
質化することができる。溶解合金を急冷凝固して
非晶質化するには、急冷速度が大きいほど有利で
あるが、ロール周速を上げることは急冷薄帯の厚
さを薄くすることにつながるので、急冷速度が大
きくなり、非晶質化がより容易になるのである。 （実施例） 第１図に、本発明のTa−Ｗ系非晶質合金を作
製する装置の一例を示す。図において、１は水冷
された銅製るつぼ、２は原料合金、３は窒化ボロ
ン製のノズル、４は急冷用ロール、５はプラズマ
トーチである。るつぼ１は左右のブロツクに分か
れており、棒６によつて左右に開閉できるように
なつている。従つて、棒６を内側に押し込んだ状
態で試料２をプラズマによつて溶解し、その後、
棒６を外側に引つ張ると、るつぼ１が左右に開
き、試料２は重力によつて、ノズル３の中に落下
する。その際、あらかじめ、上側のチヤンバーに
はガス導入口７からガスを導入し、下側のチヤン
バーは真空ポンプ８によつて排気しておけば、上
下間の圧力差によつて、試料２はノズル３よりロ
ール４の表面上に噴出して急冷薄帯となる。ノズ
ル３の穴径は0.5mm〜1.0mmとした。ロール４は直
径250mmの銅製で、これを8000rpmの速度で回転
させて用いた。周速度は約105ｍ／secである。 この装置を用いて、Ta−Ｗ−Si系合金の液体
急冷を行い、得られた薄帯の構造をＸ線回折によ
つて調べた。その結果、TaおよびＷが合計で70
〜90at％の組成範囲では、いずれの薄帯も結晶に
よる鋭い回折ピークはみられず、ブロードなハロ
ーパターンが得られたことから非晶質相であるこ
とが確認された。次に第１表に示差熱分析によつ
て測定したこれらの試料の結晶化温度を示す。た
だし第１表において試料No.６、12、18は本発明の
範囲外である。いずれの試料も1000℃以上の高い
結晶化温度を示しており、Ta−Si−Ｂ系非晶質
合金の場合よりもさらに50℃〜200℃高い結晶化
温度を有していることがわかる。またこれらの試
料は800℃で1000時間焼鈍した後も非晶質構造も
維持しており、非常に耐熱性の高い非晶質合金で
あることが判明した。さらにこれらの試料の機械
的性質は、ビツカース硬さが900〜1600の範囲で
あるというすぐれた特性を示しており、また、こ
れらの試料を濃塩酸、濃硝酸、濃硫酸、濃王水の
中に一日放置しても何ら腐食された様子を見られ
ず、重量変化も認められなかつた。
【表】
【表】
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明における
Ta−Ｗ系非晶質合金及びその製造方法は高い結
晶化温度を有し、かつ、機械的性質、耐食性等に
すぐれた非晶質合金が容易に得られ、その効果は
大きい。
Ta−Ｗ系非晶質合金及びその製造方法は高い結
晶化温度を有し、かつ、機械的性質、耐食性等に
すぐれた非晶質合金が容易に得られ、その効果は
大きい。
第１図は、本発明のTa−Ｗ系非晶質合金を作
製する装置の一例を示す図である。図において、
１は水冷された銅製のるつぼ、２は原料合金、３
は窒化ボロン製のノズル、４は急冷用ロール、５
はプラズマトーチ、６はるつぼを開閉するための
棒、７はガス導入口、８は真空ポンプである。
製する装置の一例を示す図である。図において、
１は水冷された銅製のるつぼ、２は原料合金、３
は窒化ボロン製のノズル、４は急冷用ロール、５
はプラズマトーチ、６はるつぼを開閉するための
棒、７はガス導入口、８は真空ポンプである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ （Ta1−xWx）ySizなる式で表わされ、ｘ
＝0.01〜0.8、ｙ＝0.7〜0.9、ｚ＝0.1〜0.3である
ことを特徴とするTa−Ｗ系非晶質合金。 ２ （Ta1−xWx）ySizなる式で表わされ、ｘ
＝0.01〜0.8、ｙ＝0.7〜0.9、ｚ＝0.1〜0.3である
組成の原料合金を水冷された金属製のるつぼの中
で溶解し、該溶解合金を水冷された金属製のノズ
ルもしくは高融点材料製のノズルを用いて、表面
周速が90ｍ／sec以上で高速回転している冷却用
ロールの表面上に噴射して急冷凝固させることに
よつて非晶質化させることを特徴とするTa−Ｗ
系非晶質合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61208194A JPS6362839A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | Ｔａ−Ｗ系非晶質合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61208194A JPS6362839A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | Ｔａ−Ｗ系非晶質合金及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6362839A JPS6362839A (ja) | 1988-03-19 |
| JPH0448862B2 true JPH0448862B2 (ja) | 1992-08-07 |
Family
ID=16552216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61208194A Granted JPS6362839A (ja) | 1986-09-03 | 1986-09-03 | Ｔａ−Ｗ系非晶質合金及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6362839A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3856513A (en) * | 1972-12-26 | 1974-12-24 | Allied Chem | Novel amorphous metals and amorphous metal articles |
-
1986
- 1986-09-03 JP JP61208194A patent/JPS6362839A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6362839A (ja) | 1988-03-19 |
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