JPS5855557A - 鉄族系非晶質合金 - Google Patents

鉄族系非晶質合金

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JPS5855557A
JPS5855557A JP15406381A JP15406381A JPS5855557A JP S5855557 A JPS5855557 A JP S5855557A JP 15406381 A JP15406381 A JP 15406381A JP 15406381 A JP15406381 A JP 15406381A JP S5855557 A JPS5855557 A JP S5855557A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非晶質単相合金に比べ、耐熱性が良好で、引
張シ強度および硬度に優れ九柵被的性質を有する鉄族系
非晶質合金に関するものであシ。
よ珈詳細KIi、鉄族系非晶質合金母相中<、F”e*
狙およびCOの微細結晶粒子を均一に分散させることに
よって、ねばさを損わすに、非晶質単相合金に比べ、よ
シ高い引張シ強度および高硬度を有し。
しかも熱的安定性の優れた性質を有する非晶質合金に関
するものである。
従来からよく知られているように、液体急冷法。
スパッタリング法、ピストンアンビル法、スプフットク
エンチン法等の急冷操作によって得られる鉄族系非晶質
合金は、引張シ強度も優れ、硬さも高硬度のものが得ら
れるが、従来の鉄族系非晶質合金は、熱的に不安定で、
結晶化がおこる以前。
又は結晶化が開始すゐと同時に脆化が生じ−、非晶質合
金の特長であるねばさが低下し、冷間加工ができないほ
どに脆くなる欠点を有している。特に非晶質合金の代表
的な金属−半金属1例えば、Fe−P−0、Fe−8i
−B 、Fa−P−8i、Fe−P−H。
Fe−Ni−Co−8i −B 、 Fe−Ni−Co
−、P −B 、 Fe−@ −B −Me (Me 
:遷移金属元素を表わす)、Fe−P −C−Me系等
の非晶質合金は、結晶化によって結晶粒子が非晶質相に
析出する以前、又は析出すると同時に引張如強度、切断
伸度、靭性等の機械的性質が極端に低下する欠点を有し
ている。
そこで本発明者らは、上述の問題を解決す為ため鋭意研
究した結果、特定の合金系を選定し、溶湯から固化する
までの冷却速度を制御すゐことによって、非晶質金属母
相中に、微細結晶粒子を杓−に、かつ、高密度に分散さ
せるととによ如、同一組成合金からなる非晶質単相合金
よりも高強度。
高硬度でしかも高靭性で耐熱、耐脆化性能の優れ丸性質
を有する新規な微細粒子を含有した鉄族系非晶質合金が
得られることを見い出し、本発明に到達した。
すなわち本発明Fi、式、 Xa Yb Me Za 
(但し式中Xは、Fe、NiおよびCoからなる鉄族元
素より選ばれた1種又は2種以上の元素、Yは、Zrも
しくは七の元素、又はZrとHtの元素、 Hf4 、
 V 、 Or、Mn。
Nb 、 MoおよびTaからなる群よシ選ばれた1種
又は2種以上の元素、Zけ、 B 、 C、P 、 S
t>よびGeから選ばれた1種又#−i2種以上の元素
、a、b。
0およびaijそれらの和が100になる条件下でそれ
ぞれ45〜95.5〜20.0〜25.0〜10の原子
%を表わす)よりなり、微細結晶粒子を含有した鉄族系
非晶質合金である。
次に本発明の非晶質合金にり込て説明すると。
X#f、 Fe、 NiおよびCoから選ばれた1種又
F!2種以上の元素で、45〜95原子%を含有せしめ
ることが必要である。その様にすることによって。
安価で且つ機械的性質の優れた非晶質相を形成さす仁と
ができる。Yは、 ZrもしくはHfの元素、又はZr
とHfの元素で、5〜20原子%を含有せしめることが
必要である。この含有量が5原子%未満では、非晶質形
成能が低下し、含有量が20原子%を超えると、これも
非晶質形成能が低下し、且つ、 (Pa、 N1. C
o) −(Zr、 Hr )等の金属間化合物が析出し
、脆くなる6Mは、微細結晶粒子からなるフエフイ相夏
び非晶質相を強化させ、ねばさを失わずに更に高−強度
を得るためのV 、 Cr 、 Mn。
Nb、Mo、およびTaからなる群よ如選ばれた1m又
は2種以上の元素で、25原子%まで含有せしめる。こ
の含有量を25原子襲よ知多(すると、ねげさが失われ
、非常に脆く実用的合金は得られない。しかも’l”a
 、 Orは、Zrの耐食性と相まって更に向上した耐
食性をも有し、Nb 、 Mo 、 Wにあうでは、耐
熱性をも向上する。2け、Go、C,B、PおよびSl
から選ばれた1種又は211以上の元素で10原子9&
まで含有せしめる。このGo、CおよびBは1強度およ
び硬度を高くするのに効果的であ)、PおよびSlけね
ばさおよび強度等を低下させずに、溶湯から冷却固化し
てリボンまたは細線停を製造するに際して、よ勤均−な
形状を有した合金を得るのに効果的である。しかし、添
加量を10原子%より多くすると、非晶質形成能が高く
なるため、非晶質母相中Ktlk細結晶粒を均一に分散
させることが困難となふ。特に本発明の合金では。
Zr7〜1515原子、 V 、 Or 、 Mn 、
 Nb 、 MoおよびTaから表る群より選ばれた1
種叉は2種以上の元素15原子襲以下であり、残部が実
質的にFeもしくはN1又はFeとN1の元素よりなる
合金が、経済性1機械的性質および製造上の問題から特
に好オしい。すなわち、 Fe 、 tuは、 Coよ
りt Zrtt * Htよ)安価であり、しか−(F
e、 Ni) −7rr −M系合金は、l#湯状態か
ら冷却固化してリボンおよび細線停の材料を製造するに
際し、リボンの厚さ、細線の径および冷却速度喀の製造
条件を調節することにより、非晶質金属母相中に微細結
晶粒子を均一に高密度に分散させると同時に、微細結晶
粒子の量も容易に調整できるため、均一で、高強度の合
金を製造するのに特に好ましい。又、上記合金組成に9
本発明の目的とする木質的な性能が彩管されなり範囲で
あれば、他の元素を添加することができる0例えばAe
、CuおよびSn等を少量添加することもできる 本発明に云う微細結晶粒子とは、体心立方格子(bee
)構造からなり、直径が約150 nu以下のものを云
い、特に直径が約1100n以下のものを云う。この微
細結晶粒子の含有量は、溶湯から固化する迄の冷却速度
及び合金組成によって異なるが1体積率で約60%以下
、特に10〜40%の範囲が好ましい、この微細結晶粒
子の同定、大きさ、および体積率の測定は、X線回折、
透過電子顕微鏡観察によシ行なうことができ、特に、非
晶質母相中に微細結晶粒子が占める体積率(Rマ)は、
透過電子顕微鏡による明視野像から視野中の微細結晶粒
子が占める総面積S′を測定し、視野面積Sよシ次式を
用いて計算したものである。
S′ Rtr =百x100(%) 本発明の合金は非晶質金属母相中に占める微細結晶粒子
の体積率が増加するに従って、引張り強度は増加し、特
に、微細結晶粒子が非晶質金属母相中に占める体積率が
20〜50%の時に最も高い引張り強度を有する材料が
得られる。そして最適体積率を越えて徽細勘晶粒子の析
出量が増大すると引張如強度は低下しはじめる傾向があ
り9体積率が約60%で引張り強度は非晶質金属単相の
引張り強度と同等になる傾向があり、この体積率を越え
ると、非晶質金属単相の引張す強度よ如も低下する傾向
があり、ねばさも徐々に損われていく傾向がある。
本発明の合金を製造するためには9基合金組成によ)異
なるが冷却速度を104′c/Wt以上の各種急冷法が
採用し得る。たとえば、工業的に重要な液体急冷法であ
る片ロール法および双ローμ法によってIjポン状の合
金を製造することができる。その際、冷却速度を調整し
て行なうが、その冷却速度og**は1回転ローμの速
度、紡糸ノズμよシ噴出される溶融合金の速度および噴
出量等によって、リボンの厚さを変化させることによっ
てできる。更に具体的に述べると、 Fe 7oN1g
o ZIOからなる合金を溶湯状態から片ロール法(回
転数が3500〜4500r、P、m t a −A/
直径20aIl)で急冷固化し。
微細結晶粒子を非晶質母相中に20〜50%の体積率で
含有した厚さ25〜35μmのリボン合金は。
同一合金組成からなる(回転数6500zP、m 、厚
さ15声m)非晶質単相リボン合金と比較し、引張り強
度および硬さがそれぞれ40%、20%向上する。又、
上記合金にN)を添加したFe6oN42oZrx。
Nb10からなる合金を用い0体積率で20〜30%O
g1細結晶粒子を非晶質母相中に含有せしめたリボン合
金は、 Fe7ON120BIOの3元非晶質単相合金
からなるリボン合金に比べ0強度および硬さがそれぞれ
50%、30%向上する。しかも微細結晶粒子を非晶質
母相中に含有せしめたリボン合金は。
非晶質単相からなる97ン合金より厚さの大きいものが
得られ、工業的にも有利である。
又、冷却速度が約104〜10ヘ一である特開昭55−
64948号公報に記載された0回転液中紡糸法によっ
て1円形断面を有する細線合金が得られる。
この回転液中紡糸法をよ如具体的に説明すると。
回転ドラムの中に水を入れ、遠心力でドラム内壁に水膜
を形成させ、この水膜中に溶融し九合金を紡糸ノズルよ
シ噴出し1円形断面を有す為細線合金を得ることができ
、特に均一な連続細線合金を得るには9回転ドラムの周
速度を、紡糸ノズルよシ噴出される溶融合金流の速度と
同速にするか又はそれ以上にすることが好ましく、特に
回転ドラムの周速度を紡糸ノズルよ如噴出される溶融合
金流の速度よシも5〜30%速くすることが好ましい。
また、紡糸ノズルよ)噴出される溶融合金流とドラム内
壁に形成された水膜との角度#i20°以上が好ましい
、その際冷却速度を制御して行なうが、その制m#i主
にドラムの回転数、冷却液体の種類、温度および紡糸ノ
ズル孔径(得られる細線の径にはソ等しい)等によつて
行なうことができる。たとえば、 Fe6ONifOC
OIOZrlOからなる合金を溶融し、孔径50μmの
紡糸ノズルよシ、深さ20■の一15°Cに冷却した濃
度18%塩化ナトリウム水溶液からなる回転冷却液(回
転速度350r、P、mドラム内径501)中に噴出し
て、線径40μmの円形断面を有した均一な連続細線合
金が得られる。
その得られる細線合金は、微細結晶粒子を体積率で約2
5%含有しており、他の代表的な金属−半金属合金であ
るFe7aS11oBx2. FeaoP13C7,C
075st1sn1oおよびN175S18Bl’7か
らなる非晶質単相細線Fi400′C,15時間までの
熱処理条件で脆化し始め9機械的性質が低下したのに対
し1本発明の細線合金Fi400°Cで15時間熱処理
しても8強度。
硬さ、U性等の機械的性質は何んら変化を受けない。
本発明の合金は、非晶質単相合金に比べ、耐熱性が優れ
、引張り強度および硬度などの機械的性質が優れており
、ファインメツyユ金網、フィルター等の織物シよび編
物製品、べA/)、タイヤ等のゴム補強材、プラスチッ
ク、コンクリ−F等の複合材として、特に有用である。
又耐熱性および機械的性質を必要とする電磁気部品等に
も使用できる。
次に本発明を、実施例によシ具体的に説明する。
尚、実施例中の強度(σf)、伸び(6f)の測定は、
インストロン型引張り試験機な用い、試長2J]1、ひ
ずみ速度4.17X10 /sscで行なった。又、硬
度(DPN)の測定は1gk小ビッカース硬度計を用い
、荷重100gで行なった。
実施例1〜4.比較例−1 F′e70原子%、Ni2O原子%、Zr1O原子%か
らなる合金を用い9片ロールによる液体急冷法を用い、
厚さ15μm(比較例−1)’−,20μm(実施例−
4)、50μm(実施例−5)、45μm(実施例−2
)、55μm(実施例−1)のリボンをそれぞれ作成し
た。その時のロールには直径20awの鋼鉄ロールを用
い1回転数がそれぞれ6500r、P、m(比較例−1
) 、 5000r、P、m(実施例−4)。
4000r、P、m(実施例−3) 、 3000r、
p、m(実施例−2) 、 2000r、P、m(実施
例−1)で、アルゴンガス吹出し圧を2.0〜4.0#
/dの範囲で調節した。
また、吹出し時には、高速回転するロールからリボンが
離れた直後にリボンを水冷した。
ロール回転数とリボンの非晶質金属母相中に占める微細
結晶粒の体積率(Rマ)、引−張シ強度(σf)。
伸び(gf)、硬さくDPN) 、 180°密着曲げ
性について1表−1にまとめて示す。
表−1 表−1から明らかなように実験11〜4Fi本発明のリ
ボン合金で、微細結晶粒子を非晶質金属母相中に含有し
ておj5,180°の密着曲げが可能で。
しかも実験轟5と比較し、引張強度(σf)が増大して
いる。特に実験JiBは、非晶質金属母相中に25%の
体積率の微細結晶粒子を含有してか!+。
引張強度(gf)u最大を示している。又微細結晶粒子
の大きさは約8Qnmで、リボンが厚くなっても粒径は
ほとんど変化しなかった。
実施例ζ〜12.比較例2〜6 表−2に示す種々の組成からなる合金を溶融し。
実施例−1と同様の片ロール型液体急冷法を用す。
厚さ15〜45μ朧のリボンを作成し、そのリボンの非
晶質金属母相中に占める微細結晶粒子の体積率(Rマ)
、引張り強度(#r)、伸び(gf)、硬さくDPI)
 、 180’密着曲げ性について表−2にまとめて示
す。
表−2 表−2から明らかな様に実験ムロ、8はZrの添加蓋が
本発明範囲外であるため、非晶質形成能が低下し、リボ
ンは100%結晶質からなり、非常に脆く2機械的性質
をも測定不可能であった。SJi!験ム9は、非晶質単
相からなる合金のため引張強さ。
硬さは実験ム10と比較し低い、実験ム11,12は、
 Nbを5.15原子%添加した屯ので1機械的性質が
優れ、しかも180°密着曲げが可能なねばさを有して
いるが、N13を60原子%添加した実験ム13#i、
非晶質形成能が低下し、殆んど結晶質相からなり、非常
に脆<、180°密着曲げが不可能であった。実験jK
14,15,17.18は。
それぞれTa 、 Cr (Mn+B ) 、 (Mo
十〇 )なる元素を添加したもので、引張り強度で20
0峠/−、硬さは700 (DPN )以上のリボンを
得た。実験轟16は。
実験ム17と同一組成の合金であるが、急冷速度が速い
(リボンの厚さを15μmにしたため)ため。
非晶質単相合金からな如、引張勤強度、硬さが117と
比べて低い。
代理人 見 玉 雄 三 手続補正書(自発) 昭和57年10月コZ日 特許庁長官  殿 1、事件の表示 昭和56年特許11i第154063号2、発明の名称 微細結晶粒子を含有した鉄族系非晶質合金3、補正をす
る者 事件との関係  特許出願人 4、代理人 6、補正の内容 (1)明細書第6頁第12行目の「^e」を「^1」と
訂正する。
(2)同書同頁第20行目の「この微細結社子」かS゛ ら第7頁第7行目の[Rシー−X100(%)」までを
次のように訂正する。
「この微細結縁粒子の同定、大きさは、X線回折、透過
電顕観察により行うことができ。
また微細結晶粒子の非晶質母相中に占める体積率Rvは
示差走査熱量針を用いて次式にて計算したものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)式、 Xa Yb Me Zd (但し式中Xけ、Fe、Niおよびcoからなる鉄族元
    素よ)選ばれたfil又#i2種以上の元素。 工u e ZrもしくdHrの元素、又はZrとHfの
    元素1Mは、 V 、 Cr、 Mu、 Nb、 Mo
    およびTaからなる群よシ選ばれた1種又は2種以上の
    元素。 Zは、B、C,P、SiおよびGθから選ばれた1種又
    #i2種以上の元素、a、b、oおよびdFiそれらの
    和が1ooに彦る条件下でそれぞれ45〜95.5〜2
    0.0〜25.0〜10の原子襲を表わす)よりなシ、
    微細結晶粒子を含有した鉄族系非晶質合金。
JP15406381A 1981-09-29 1981-09-29 鉄族系非晶質合金 Granted JPS5855557A (ja)

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