JPS601372B2 - 強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法 - Google Patents
強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法Info
- Publication number
- JPS601372B2 JPS601372B2 JP49082741A JP8274174A JPS601372B2 JP S601372 B2 JPS601372 B2 JP S601372B2 JP 49082741 A JP49082741 A JP 49082741A JP 8274174 A JP8274174 A JP 8274174A JP S601372 B2 JPS601372 B2 JP S601372B2
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- corrosion resistance
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- elements
- metal
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、耐食性の優れた非晶質合金に関するものであ
る。
る。
最近繊維強化あるいは積層複合材料が進歩しつつあり、
その素材としての繊維及び箔については高品質化と安価
な提供が強く要望されている。金属は一般に強度鞠性な
どの面ですぐれた材料であるが、繊維または箔状にする
ことは多くの工程を必要とし多額の製造費用を要する。
その素材としての繊維及び箔については高品質化と安価
な提供が強く要望されている。金属は一般に強度鞠性な
どの面ですぐれた材料であるが、繊維または箔状にする
ことは多くの工程を必要とし多額の製造費用を要する。
たとえば金属ひげ結晶は高い強度を有する理想的な繊維
材料であるが、溶液からの析出、還元、蒸気の凝集など
化学反応や相変化によって作られるために高価であり、
また量産も困難である。また金属紬線たとえばピアノ線
は袷間伸線と中間暁錨をくりかえす工程をとるため価格
は極めて高い。金属箔についても同様である。そこで溶
融金属から直接金属繊維や金属箔を作る手法がこれらの
安価な製造手段として研究されてきた。
材料であるが、溶液からの析出、還元、蒸気の凝集など
化学反応や相変化によって作られるために高価であり、
また量産も困難である。また金属紬線たとえばピアノ線
は袷間伸線と中間暁錨をくりかえす工程をとるため価格
は極めて高い。金属箔についても同様である。そこで溶
融金属から直接金属繊維や金属箔を作る手法がこれらの
安価な製造手段として研究されてきた。
しかし従来の手法によって製造された金属繊維や箔は強
度及び延靭性の点で極めて不十分であった。ところが最
近にいたり、鉄またはニッケルに十数％のリンと数％の
炭素あるいはさらに数％のクロムを含有させた合金を溶
融状態から熱伝導のよい金属導体上に吹きつけて急袷凝
固させ、非晶質化することによって強度、延軸性ともに
すぐれた材料が得られることが見出された。しかしなが
らこのような非晶質状態を得ることは成分系及び冷却条
件に多分に依存し、従釆発表されている成分系は経験的
に上記の範囲に限られていた。そこで本発明者らは非晶
質状態を得るための成分系及び製造条件について広範囲
な研究を行ない、さきに基本成分として周期律表第８族
遷移元素の鉄、コバルト、ニッケルのいずれかあるいは
これらの混合成分をベースに半金属元素の１種または２
種以上を添加すればよいことを見出した。このようにし
て得られた非晶質金属は、従来の結晶質の急冷凝固金属
と〈らべると格段にすぐれた強度と延鞠性を備えている
。しかしこれにざらに耐食性を向上させることができれ
ば用途を拡大する上で非常に有効である。
度及び延靭性の点で極めて不十分であった。ところが最
近にいたり、鉄またはニッケルに十数％のリンと数％の
炭素あるいはさらに数％のクロムを含有させた合金を溶
融状態から熱伝導のよい金属導体上に吹きつけて急袷凝
固させ、非晶質化することによって強度、延軸性ともに
すぐれた材料が得られることが見出された。しかしなが
らこのような非晶質状態を得ることは成分系及び冷却条
件に多分に依存し、従釆発表されている成分系は経験的
に上記の範囲に限られていた。そこで本発明者らは非晶
質状態を得るための成分系及び製造条件について広範囲
な研究を行ない、さきに基本成分として周期律表第８族
遷移元素の鉄、コバルト、ニッケルのいずれかあるいは
これらの混合成分をベースに半金属元素の１種または２
種以上を添加すればよいことを見出した。このようにし
て得られた非晶質金属は、従来の結晶質の急冷凝固金属
と〈らべると格段にすぐれた強度と延鞠性を備えている
。しかしこれにざらに耐食性を向上させることができれ
ば用途を拡大する上で非常に有効である。
′そこで本発明者らは上記の基本成分をもとに種々の合
金添加の効果を検討し、チタン、ジルコニウム、ハフニ
ウムの周期律表第傘族元素がこの目的に対して有効であ
ることを見出した。さらに鉄とチタンとを複合させると
水素の吸蔵能力がし、ちゞるしく増加することも見出し
た。この特性は最近無公害エネルギー源として注目され
ている水素の利用にたいして重要な技術になるものであ
る。本発明者の知見によれば第傘族元素の添加量は合金
全体を非品質化するという観点から定められるべきであ
って、そのためには合金全体の融点がその合金を構成す
る第８族元素のいずれかと、添加された半金属元素のい
ずれかとの二元合金の共晶温度のうち、もっとも高い温
度からプラス１５０℃以内になるようにすることが有効
である。さらに冷却条件についてみれば合金を溶融状態
から３００００までを毎秒１び℃以上の速さで急冷する
ことが必要である。なおこ）で非晶質構造とは通常のＸ
線回折では金属結晶に特有な回折線が認められない状態
をいう。
金添加の効果を検討し、チタン、ジルコニウム、ハフニ
ウムの周期律表第傘族元素がこの目的に対して有効であ
ることを見出した。さらに鉄とチタンとを複合させると
水素の吸蔵能力がし、ちゞるしく増加することも見出し
た。この特性は最近無公害エネルギー源として注目され
ている水素の利用にたいして重要な技術になるものであ
る。本発明者の知見によれば第傘族元素の添加量は合金
全体を非品質化するという観点から定められるべきであ
って、そのためには合金全体の融点がその合金を構成す
る第８族元素のいずれかと、添加された半金属元素のい
ずれかとの二元合金の共晶温度のうち、もっとも高い温
度からプラス１５０℃以内になるようにすることが有効
である。さらに冷却条件についてみれば合金を溶融状態
から３００００までを毎秒１び℃以上の速さで急冷する
ことが必要である。なおこ）で非晶質構造とは通常のＸ
線回折では金属結晶に特有な回折線が認められない状態
をいう。
また半金属元素とはほう素、炭素、けし、素、りんを指
す。本発明においては合金の母体をなす第８族遷移元素
としては鉄、コバルト、ニッケルの３元素を対象とした
が、他の第８族元素も同様の効果を持ち得るであろうこ
とは容易に考えられる。また成分として不可避不純物が
ふくまれることはいうまでもない。上記の成分の組合せ
が非晶質金属合金をつくり易く、また耐食性、水素吸蔵
特性にすぐれる理論的根拠は現在明らかではない。
す。本発明においては合金の母体をなす第８族遷移元素
としては鉄、コバルト、ニッケルの３元素を対象とした
が、他の第８族元素も同様の効果を持ち得るであろうこ
とは容易に考えられる。また成分として不可避不純物が
ふくまれることはいうまでもない。上記の成分の組合せ
が非晶質金属合金をつくり易く、また耐食性、水素吸蔵
特性にすぐれる理論的根拠は現在明らかではない。
本発明は非晶質構造形成傾向と添加元素の種類及び冷却
速度との関係を系統的に実験した結果得られたものであ
る。すなわち本発明者らの研究によって添加元素の種類
について周期律表上の規則性が明らかになった。本発明
の要点の一つは第８族遷移元素と半金属元素との組合せ
によって非晶質状態を確保し、その特性改善のために第
傘族元素を添加することにある。従来鉄、ニッケルある
いはパラジウムをベースとした非晶質金属が発表されて
いるが、本発明者はベースになる鉄を他元素でおきかえ
る一連の研究の結果、ニッケルのみならずコバルトで置
換しても非晶質金属が得られるが、第８族からはずれた
マンガン、銅による置換は非晶質になり１こくいことを
見出した。
速度との関係を系統的に実験した結果得られたものであ
る。すなわち本発明者らの研究によって添加元素の種類
について周期律表上の規則性が明らかになった。本発明
の要点の一つは第８族遷移元素と半金属元素との組合せ
によって非晶質状態を確保し、その特性改善のために第
傘族元素を添加することにある。従来鉄、ニッケルある
いはパラジウムをベースとした非晶質金属が発表されて
いるが、本発明者はベースになる鉄を他元素でおきかえ
る一連の研究の結果、ニッケルのみならずコバルトで置
換しても非晶質金属が得られるが、第８族からはずれた
マンガン、銅による置換は非晶質になり１こくいことを
見出した。
一方、これらのベース成分と組合される元素としては、
従来りん十数％、炭素数％の同時添加が知られていた。
従来りん十数％、炭素数％の同時添加が知られていた。
しかし本発明者らはこれらについても広範囲な研究を行
い、半金属元素を二種以上組合せることが非晶質化に有
効であることを見出し、さらにこれにチタン、ジルコニ
ウムおよびハフニウムの元素をある限度（約２０％程度
）まで添加しても非晶質が確保され、しかも強度のみな
らず耐食性にもすぐれていることを見出した。これらの
添加量については従釆の研究では鉄あるいはニッケル以
外の添加元素は、それらの総量が約２０原子％に限られ
ていて、成分設計上の規則的な指針は得られていなかっ
た。そこで本発明者らは広範囲な実験をつみ重ねた結果
、合金の融点が一つの基準となり「かつそれはベースと
なる第８族元素と添加される半金属元素のいずれかとの
二元合金の共晶温度との関係で定められることを明らか
にしたものである。すなわち前にのべたように、合金の
融点をある程度以上低くすることが必要で、それはベー
スとなる鉄、コバルト、ニッケルのいずれかと、添加さ
れる半金属元素のいずれかとの二元合金の共晶温度のも
っとも高いものよりプラス１５０ｏｏ以下のそましくは
１００００以下になるように第傘族元素をふくめて成分
を調整することが有効であることを見出した。もちろん
このように合金成分を調整しても冷却速度によっては非
晶質金属を得ることは不可能であって「溶融状態から十
分速く凝固、冷却することが必要である。
い、半金属元素を二種以上組合せることが非晶質化に有
効であることを見出し、さらにこれにチタン、ジルコニ
ウムおよびハフニウムの元素をある限度（約２０％程度
）まで添加しても非晶質が確保され、しかも強度のみな
らず耐食性にもすぐれていることを見出した。これらの
添加量については従釆の研究では鉄あるいはニッケル以
外の添加元素は、それらの総量が約２０原子％に限られ
ていて、成分設計上の規則的な指針は得られていなかっ
た。そこで本発明者らは広範囲な実験をつみ重ねた結果
、合金の融点が一つの基準となり「かつそれはベースと
なる第８族元素と添加される半金属元素のいずれかとの
二元合金の共晶温度との関係で定められることを明らか
にしたものである。すなわち前にのべたように、合金の
融点をある程度以上低くすることが必要で、それはベー
スとなる鉄、コバルト、ニッケルのいずれかと、添加さ
れる半金属元素のいずれかとの二元合金の共晶温度のも
っとも高いものよりプラス１５０ｏｏ以下のそましくは
１００００以下になるように第傘族元素をふくめて成分
を調整することが有効であることを見出した。もちろん
このように合金成分を調整しても冷却速度によっては非
晶質金属を得ることは不可能であって「溶融状態から十
分速く凝固、冷却することが必要である。
急冷が必要な領域は第一には凝固時であるが、凝固後「
高温状態に長く保持される時は原子拡散によって結晶化
するので、凝固後も十分な冷却速度をとることが必要で
ある。厳密には凝固時と凝固後とで必要な冷却速度が異
なることが考えられるが実際に分離して制御することは
困難である。本発明者らは冷却速度を種々変えた実験と
理論的な予想から、結晶化が停止する約３００℃までを
１ぴ。○／秒以上の速さで冷却することが必要であるこ
とを見出した。このようにして得られた非晶質合金は通
常の結晶質の急冷凝固合金と〈らべてすぐれた強度およ
び延鞠性および耐食性を備えている。
高温状態に長く保持される時は原子拡散によって結晶化
するので、凝固後も十分な冷却速度をとることが必要で
ある。厳密には凝固時と凝固後とで必要な冷却速度が異
なることが考えられるが実際に分離して制御することは
困難である。本発明者らは冷却速度を種々変えた実験と
理論的な予想から、結晶化が停止する約３００℃までを
１ぴ。○／秒以上の速さで冷却することが必要であるこ
とを見出した。このようにして得られた非晶質合金は通
常の結晶質の急冷凝固合金と〈らべてすぐれた強度およ
び延鞠性および耐食性を備えている。
従って用途としてはワイヤーロープ、スチールコード、
フイルター、繊維強化複合材料素材、コンクリート強化
素材、メッシュ、防霧、防音材などのほか、水素吸蔵材
がある。本発明は非晶質合金を設計するに際して従来の
限定された経験から脱した法則性を見出し、かつすぐれ
た特性を得た点できわめて有意義なものである。実施例 ７０原子％Ｆｅ−１５原子％Ｐ−５原子％Ｃ−１０原子
％Ｔｉ合金の融点は１１１０ｏ０で、これは鉄と半金属
元素との２元系の共晶温度のうち高い方のＦｅ−Ｃ系の
共晶温度１１４５００より低い（第２図参照）。
フイルター、繊維強化複合材料素材、コンクリート強化
素材、メッシュ、防霧、防音材などのほか、水素吸蔵材
がある。本発明は非晶質合金を設計するに際して従来の
限定された経験から脱した法則性を見出し、かつすぐれ
た特性を得た点できわめて有意義なものである。実施例 ７０原子％Ｆｅ−１５原子％Ｐ−５原子％Ｃ−１０原子
％Ｔｉ合金の融点は１１１０ｏ０で、これは鉄と半金属
元素との２元系の共晶温度のうち高い方のＦｅ−Ｃ系の
共晶温度１１４５００より低い（第２図参照）。
これを溶融状態から１び℃／秒の冷遠で急冷凝固させた
金属繊維は非晶質状態を示した。その特性を下の表に記
す。また下記の組成の合金を溶融状態から１ぴ。
金属繊維は非晶質状態を示した。その特性を下の表に記
す。また下記の組成の合金を溶融状態から１ぴ。
○／秒の冷遠で急冷凝固させたものは非晶賞状態を示し
、その特性は下記のとおりであった。なお上記合金の耐
食性は前記の場合と同様に良好であった。
、その特性は下記のとおりであった。なお上記合金の耐
食性は前記の場合と同様に良好であった。
第１図は本発明方法により製造した鉄−１５原子％Ｐ−
５原子％Ｃ−１０原子％Ｔｉ非晶質合金のＸ線回折写真
で非晶質状態を示す写真である。 第２図は鉄−炭素二元合金の状態図で、鉄一１５原子％
リン−５原子％Ｃ−１０原子％Ｔｉ金属の融点１１１０
℃は鉄と炭素の二元系の共晶温度１１４５ｏｏより１５
０℃高い１２９５午０以下（斜線部分）にあることを示
す。多ー図 弟 え は幻
５原子％Ｃ−１０原子％Ｔｉ非晶質合金のＸ線回折写真
で非晶質状態を示す写真である。 第２図は鉄−炭素二元合金の状態図で、鉄一１５原子％
リン−５原子％Ｃ−１０原子％Ｔｉ金属の融点１１１０
℃は鉄と炭素の二元系の共晶温度１１４５ｏｏより１５
０℃高い１２９５午０以下（斜線部分）にあることを示
す。多ー図 弟 え は幻
Claims (1)
- １ 基本成分として、鉄、コバルトおよびニツケルの一
種または二種以上に、半金属元素として、ほう素、炭素
、りんおよびけい素の二種以上に、チタン、ジルコニウ
ムおよびハフニウムの一種または二種以上をその合金の
融点が合金を構成する前記基本成分と半金属元素との二
元系の共晶温度のうち、もっとも高い温度からプラス１
５０℃以内になるように含有させ、かつ該合金を、溶融
状態から３００℃までの温度範囲を１０＾５℃／秒以上
の冷却速度で急冷凝固させることを特徴とする強度及び
耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49082741A JPS601372B2 (ja) | 1974-07-20 | 1974-07-20 | 強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49082741A JPS601372B2 (ja) | 1974-07-20 | 1974-07-20 | 強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5112307A JPS5112307A (en) | 1976-01-30 |
| JPS601372B2 true JPS601372B2 (ja) | 1985-01-14 |
Family
ID=13782829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49082741A Expired JPS601372B2 (ja) | 1974-07-20 | 1974-07-20 | 強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS601372B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5950743B2 (ja) * | 1976-11-05 | 1984-12-10 | 東北大学金属材料研究所長 | 耐熱性ならびに強度に優れる非晶質合金 |
-
1974
- 1974-07-20 JP JP49082741A patent/JPS601372B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5112307A (en) | 1976-01-30 |
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