JPH0524210B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、母相中に微細な第２相金属粒子を均
一に分散させた第２相金属粒子分散型合金の製造
法に関するものである。 従来、合金母相中に酸化物、炭化物等の第２相
粒子が分散した合金を製造する方法として、鋳造
法が知られているが、この鋳造法の冷却速度は約
10℃／secと極めて遅く、しかも酸化物、炭化物
等は溶融金属との濡れ性が悪く、また比重差も大
きいため、この方法により得られた材料は酸化
物、炭化物等の第２相粒子の偏析が大きく、局部
的な耐摩耗性の低下等、種々の問題が多かつた。
この鋳造法により製造された合金は、分散度が悪
いため、近接効果が現れず、特に超伝導特性等の
優れた特性は見い出されなかつた。 また、合金母相中に第２相金属粒子が分散した
合金を製造する方法として、例えばAl−Pb合金
を水冷鋳造型により鋳造する方法（日本金属学会
秋期大会1983.10.一般講演概要集P.376）が提案さ
れている。しかし、水冷造型による鋳造法におい
ても、その冷却速度は10²℃／sec程度以下と低い
ために、母相中の生成したPb粒子は500μｍ以上
と極めて大きく、また非常に大きな粒径のバラツ
キがあり、かつ不均一に分布し、特性的にも強度
斑が大きく、特に超伝導特性等の優れた特性は十
分に発現されなかつた。 このように、上記鋳造法により得られた合金の
第２相粒子の分散性は、非常に悪いものであつた
が、合金中の第２相金属粒子の分散性の改善を図
つた合金として特開昭59−47341号公報及び特開
昭59−47352号公報がある。この公報には、非晶
質合金並びに非平衡結晶質合金を製造する方法と
して、近年注目を浴びている液体急冷法を用い
て、第２相粒子を分散させることが、その実施例
には、粒径1μｍのWC、TiC、BN、粒径2μｍの
ThO₂、粒径3μｍSiC、NbN、粒径5μｍのFe粒子
が非晶質あるいは結晶質母相中に均一に分散した
合金が記載されている。この合金の特徴は、溶湯
を相溶しない第２相粒子（例えば炭化物、酸化
物、金属、合金）を溶湯と混合した後、液体急冷
法により急冷凝固することにあり、溶湯及び溶湯
と相溶しない第２相粒子を混合し、その混合物を
急冷凝固し、均一に分散させるものである。しか
し、この製造方法により得られた合金中に含有さ
れる第２相粒子は、従来からみれば、第２相粒子
の粒径及び分散性は改善されているため、その合
金は強靭で高強度な特性を有しているが、前記し
たように粒径１〜5μｍとまだ大きく、分散性に
ついても最近接粒子間隔が１〜100μｍとバラツ
キが大きいため、強度斑が生じる傾向にあり、い
まだ十分とはいえない。すなわち、急冷凝固する
前の溶湯が合金溶湯と種々の固体粒子との混合物
であるため、第２相粒子の粒径もミクロオーダー
であり、また合金溶湯と固体粒子との混合物を急
冷凝固するため、自づと第２相粒子の分散性にも
限界があつた。 本発明者らは、従来の第２相粒子分散型合金よ
りもさらに微細な第２相金属粒子を母相中に均一
に分散させた組織を得ることを目的として鋭意研
究した結果、２相分離する合金を相溶した液体単
相の溶湯状態から液体急冷法により急冷凝固させ
ると、上記の目的が達成されることを見い出し、
得られた第２相金属粒子分散型合金が強度斑のな
い、しかも超伝導特性等の優れた特性を有してい
ることを見い出し、本発明を完成した。 すなわち、本発明は２相分離する合金を溶融さ
せて相溶単相の溶湯を得、次いで得られた溶湯を
液体急冷法で急冷凝固させることを特徴とする母
相中に微細な第２相金属粒子が均一に分散してな
る組織を有する超伝導特性の優れた第２相金属粒
子分散型合金の製造法である。 本発明では、まず２相分離する合金を溶融させ
て相溶した液体単相の溶湯を得ることが必要であ
る。そのためには、例えば２相分離する合金を、
その合金の融点よりも20〜250℃の高い温度で溶
融させればよい。 この場合、溶湯噴出用ノズル内で合金を溶解す
る際、溶湯撹拌作用のある高周波加熱が良いが、
超音波振動を溶湯に与えて２相分離を抑える方
法、または、溶解用の高周波コイルとは別に内側
に溶湯撹拌用コイルを併設して合金の２相分離を
抑える方法も好ましい結果を与える。また、溶湯
噴出用ノズル内で合金を溶解したあと、噴出孔ま
での経路の中で、堰又はセラミツクフイルターを
設置し、溶湯中の合金成分の偏析を抑えることも
効果がある。 本発明にいう２相分離する合金とは、急冷凝固
後第２相金属粒子となる金属元素と母相の主金属
元素とが２相分離するような合金をいい、そのよ
うな合金として、例えばAl−Pb系合金、Al−Pb
−Ｘ（ただし、ＸはSi、Sb、Sn、Biである。）系
合金があげられる。特にAl−Pb系合金において
は、Pbが１〜５原子％で残部が実質的にAlによ
りなる合金が好ましく、Al−Pb−Ｘ系合金にお
いては、Pb1〜５原子％、Si、Sb、Sn、Biから
なる群より選ばれた１種以上の元素で、Si5〜15
原子％、Sn10原子％、Sb1.1原子％、Bi0.8原子％
が好ましい。Siを添加することによつて、第２相
金属粒子の分散性が向上し、強度斑が少なくな
り、また、Sb、Sn又はBiを添加することによつ
て、超伝導特性が向上する。 次に、上記で得た液体単相の溶湯を液体急冷法
で急冷凝固させる。この液体急冷法とは、溶融し
た金属、合金を急速に冷却させ、その構造を凍結
させる方法をいい、例えば片ロール法、双ロール
法及び回転液中紡糸法が特に有効であり、これら
の方法は10⁴〜10⁶℃／secの冷却速度を有してい
る。この片ロール法、双ロール法等により薄帯材
料を製造するには、例えば溶湯中に液々分離、固
液分離、固液分離の状態が全くない、すなわち完
全に相溶した液体単相の状態の温度より、ノズル
孔を通して約300〜10000rpmで回転している直径
30〜3000mmの例えば銅あるいはCr鋼製のロール
に噴出して、幅が約１〜300mmで厚さが約５〜
500μｍの薄帯材料を容易に得ることができる。
また、回転液中紡糸法により細線材料を製造する
には、例えば溶湯中に液々分離、固液分離した状
態が全くない、すなわち完全に相溶した液体単相
の状態の温度より、ノズル孔を通しアルゴンガス
背圧にて、50〜500rpmで回転するドラム内に遠
心力により深さ１〜10cmの冷媒膜中に噴出して、
細線材料を容易に得ることができる。この際のノ
ズルからの噴出溶湯と冷媒面とのなす角度は、約
20〜100度、噴出溶湯と冷媒面の速度比は0.7〜
0.9であることが好ましい。 このようにして相溶した液体単相の溶湯状態か
ら液体急冷法により急冷凝固させると、例えば
98Al−2Pb（数字は原子％を示す。以下同様）で
は、Alの母相中に粒径約40nｍのPb粒子が40〜
100nｍの間隔で非常に均一に分散されているこ
とが透過電子顕微鏡観察により明らかとなつた。
同様に88Al−10Si−2Pb3元系合金では、Pb粒子
の粒径は約30nｍ、粒子の間隔は約100nｍと極め
て微細なPb粒子が非常に均一に分散した合金が
得られている。 このように、本発明によれば、微細な第２相金
属粒子が均一に分散した組織を有する第２相金属
粒子分散型合金が得られ、この合金は強度斑もな
く、特に超伝導特性などの優れた特性を有してい
る。例えば、純AlのTc（超伝導遷移温度）が
1.19Kであるのに対し、本発明により得られた第
２相金属粒子分散型合金である98Al−2Pb合金で
は、4.16K、88Al−10Sn−2Pb合金では、4.96K
とTcにおいて大きな向上がみられる。この特性
の向上は、第２相金属粒子が微小に微細で、かつ
均一に分散されたことによる近接効果のためであ
ると考えられる。 この超伝導特性は、液体ヘリウムの液面計等各
種工業用材料の特性として非常に有用である。 以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。 実施例１〜10、比較例１ 表１に示す各種組成からなるAl−Pb系合金及
びAl−Pb−Ｘ系合金をアルゴン雰囲気で溶融さ
せて相溶した液体単相の溶湯を得た。次いで、こ
の溶湯をアルゴン噴出圧3.5Kg／cm²、孔径0.12mm
φのルビー製紡糸ノズルより320rpmで回転して
いる内径500mmφの円筒ドラム内に形成された温
度４℃、深さ２cmの回転冷却液体中に噴出して急
冷凝固させて平均径0.1mmφの円形断面を有する
連続細線を作成した。 また、比較のため、水冷鋳型を用いた鋳造法に
よりAl−Pb合金作成した。製作条件は、あらか
じめ275Kに銅製鋳型を冷やしておき、AlとPbが
相溶した温度から急速に鋳込んだ８mmφのインゴ
ツトを得た。さらに、溶融しているAl中にNbN
を混合させ、0.3mmのノズル孔を通し、5000rpm
で回転している直径100mmの銅製ロールにアルゴ
ン噴出圧３Kg／cm²で噴出して幅２mm厚さ40μｍの
薄帯状試料を得た。 上記の本発明の製造法により得られたAl−Pb
系及びAl−Pb−Ｘ系合金、水冷鋳型により製造
されたAl−Pb合金及びAl−NbN急冷薄帯の組織
及び超伝導特性のひとつである超伝導遷移温度
（Tc）について観察、測定した結果を表１に示
す。 なお、超伝導遷移温度（Tc）については、試
料をクライオスタツト内部に取り付け、それに希
薄なヘリウムガスを充填し、液体ヘリウム中に浸
漬した後、通常の四端子法により試料の電気抵抗
を測定した。また、Al中に分散させたPb及びPb
合金の粒子径及び粒子間隔については、透過電子
顕微鏡により観察した。

【表】

【表】 実施例１〜10は、第２相金属粒子の粒径が10〜
160nｍと非常に微細であり、かつ第２相金属粒
子の間隔が40〜150nｍと極めて均一であり、近
接効果によりTcが大きく向上している。 特に、Siを添加することにより、強度斑が少な
くなるため、引張強度が２〜10Kg／mm²から15〜20
Kg／mm²mmに向上した。また、Sb、Sn又はBiを添
加することにより、超伝導特性が向上した。 また、水冷鋳型により鋳造された合金材料は、
第２相金属粒子の粒径及び分散性のバラツキが大
きく、近接効果はほとんどみられず、Tcの向上
はほとんどみられなかつた。また、比較例２は溶
湯と相溶しない窒化物を混合し、急冷凝固した薄
帯材料も、第２相粒子が大きく、さらに粒子の分
散状態も均一性がまだ不十分なため、近接効果が
十分に発現できていなかつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２相分離する合金を溶融させて相溶した液体
   単相の溶湯を得、次いで得られた溶湯を液体急冷
   法で急冷凝固させることを特徴とする母相中に微
   細な第２相金属粒子が均一に分散してなる組織を
   有する超伝導特性の優れた第２相金属粒子分散型
   合金の製造法。 ２ ２相分離する合金が、Al−Pb系合金である
   特許請求の範囲第１項記載の製造法。 ３ ２相分離する合金が、Al−Pb−Ｘ（ただし、
   ＸはSi、Sb、Sn、Biである。）系合金である特許
   請求の範囲第１項記載の製造法。