JPS6244552A - 高硬度と高耐食性を有するアモルフアス合金およびその合金の製造法 - Google Patents

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、クロム−炭素合金Ｃｒａ′Ｃｂ′Ｘｃ’（た
だし、ａ′とｂ′とＣ′は原子パーセント）で表示でき
るアモルファス合金およびその合金の製造法に関する。

在来の普通の合金は、その成分元素が固溶体をまたは化
合物を形成し、一定の結晶質組織を有する合金をなして
いる。そして、その合金化温度から、すなわち、合金化
状態から凝固させ、さらに適当な冷却速度で処理する。

処理の方法としては、＃ｊ１造型内で凝固させて成形し
た合金を変形前ニレ、所要の熱処理を施し、その利用に
供する。

また、成分元素を粉状にし均一に混合し１次に適当な温
度で加圧焼結して成形し、その利用に供する。こうして
、長い期間、きわめて多数の合金が発明され、今日では
、多くの用途に有効に利用されている。これらの結晶質
の合金に対し、最初から非晶質の組織から成る状態の合
金を製造する方法が、占〈からないことはなかったが、
その製造が容易でなく、量産ができなく、得られる製品
の品質維持について確実保証性が十分でないなどの理由
から、実用化するに到らなかった。また、現在ある結晶
質合金を、その組成のままアモルファス（以下非晶質と
も呼ぶ）に変えるだけでは、そして在来のその合金が適
するとされている同じ用途に利用するだけでは、その利
用は無意味である。アモルファス合金自体が新規なもの
であって、その新しい特性が確実に得られ、その特性が
全く新しい利用分野に適する場合に、実用化開拓をされ
、新しい需要が次第に増大し進展される。

また、在来の結晶質合金に関する学問的基礎ができ上っ
ているのに比較して、アモルファス合金に関しては未知
の分野が広く、この領域についての実用化とともに学問
的基礎も進展しよう。

一般的に、アモルファス合金としては、多数の成分の組
合せが考えられる。多くの製造法も考えられる。その新
しい組成の一つの合金とその合金の製造法とを確立する
ことが、当面の重要な事項である。アモルファス合金と
して、すでに実用に供されようとしているものがある。

例えば、磁性体、超電導材料、触媒、水素貯蔵材として
、リボン、細線、粉粒その他の形状で製造し適当な成形
をして用いられている。これらの大部分は、融体急冷法
または蒸着法で製造されている。融体急冷法は溶融合金
を金属板上に落下させ、急冷固化させ、金属板の温度変
化や雰囲気の温度を調節して、全体的には高い冷却速度
を与えてアモルファス化固体を製造する。このための冷
却システムにヘリウム流体または液体窒素を用いるもの
が開発されている。蒸着法は、蒸着速度が遅いという欠
点がある。こうして製造したアモルファス合金の＃Ｎ性
は、結晶質の合金と比較して、硬度が高いが、脆く、加
工変形が困難であり、使用中に突然に破壊するとか、耐
食性が不良であるとかの欠点がある。耐食性の点では、
応力腐食割れ、孔食、アルカリもしくは酸脆性が発生し
やすい。また疲労損傷を生じやすい、これらの原因は、
アモルファス合金は、金属内部の結合力が弱く、また全
体を均一組織にすることが困難であり、生れつきの組織
を加工で改良することができないからといわれている。

このように、アモルファス合金は、結晶質合金とは違っ
た特性を有し、多くの適用分野で新しく有効であると期
待されながら、その内在する欠点と、特性の確実性維持
の困難さのために、まだ十分に使用され実用化されるに
到っていない。

本発明は、前記の現状にかんがみ、高硬度であり且つ耐
食性の高いアモルファス合金として、式Ｃｒａ′Ｃｂ′
Ｘｃ′で表わされ、Ｘが周期律表におけるＩＶａ、Ｖａ
、Ｖｉａ、ＶＩＩ、■族の第４列、第５列および第６列
により表示される遷移元素、（但し第ＶＩＩＩ族の第５
列、第６列は除く）から成る群から任意に選択した１種
の追加的合金元素であり、ａ′とｂ′とＣ′は原子パー
セントで、ａ′が７９．５〜４５、ｂ′が２０〜５０、
Ｃ′がｏ、ｓ〜２０原子パーセントであるアモルファス
合金（以下Ｘ合金と呼ぶ。）およびその製造法の提供を
目的とする。そして、本発明の前記のＸ合金は、これら
を気体状態から金属を凝集させて、すなわち、融体状態
を経ないでガス状金属から直接に固体合金を基板上に形
成させて製造する。こうして、直接に、気体から合金固
体を形成することにより、１種の凍結作用を及ぼし、従
来の公知の結晶質の規則的な原子配列をとることなく、
合金内部が均一な結合力を有する原子配列が無秩序なア
モルファス合金が形成される。

次に、本発明について実施例を示して説明する。第１表
は未発明の代表的組成表である。第２表は本発明の組成
物及びこれと比較するための純金属、チタン、クロム、
鉄、銅の硬さを示す表である。第１図は本発明の合金を
製造するだめの装置の一実施例を示す一部断面側面図で
ある。第２図は第１表Ｎｏ、１３のＣｒ　６ＢＩ　Ｃ３
６Ｊ’ｉ４０１０合金のＸ線回折のモデルグラフである
。第３図は本発明の合金の代表例のＩＮの塩酸中におけ
る分極線を示す。第３表は本発明の合金の代表例のＩＮ
の塩酸３０°Ｃ中における腐食速度を示す。

第１表　本発明の合金の代表的組成 第２表　本発明の合金の硬さくＨｖ） ビッカース硬さくＨｖ）の測定は、本発明の第２表に代
表例を示した各試料につき、最小５個所、最多１０個所
で行った。いずれも均一な硬さを示した。本発明の他の
組成の試料についても同様であった。その中から第２表
に示す代表的組成のものの硬さを示した。第２表の純Ｔ
ｉ、Ｃｒ。

Ｆｅ　、Ｃｕに比べてこのような高い硬さを示す本発明
合金は、いずれも＃摩耗性もきわめて良好であった。ま
た、第３表に示すように、塩酸耐食性もきわめて良好で
あった。そのうちの代表的な合金Ｃｒ６０　Ｃ，ｏＭｏ
ｌＢ　（第１表Ｎ　ｏ　、　１３）　ニツイて第３図に
分極曲線ＣＤ）を示したが、純Ｃｒ（Ｃ）とほぼ同一の
陽極電流密度を示し、純Ｃｒに匹敵する高い耐食性を示
す。他の組成のものも、図示を省略したが全く同様な曲
線を示した。

第１図に一例示を一部断面側面図で示した装置を用いて
行う本発明のアモルファス合金の製造法を説明する。第
１図の装置で、左側壁２と右側壁３と、容器の周壁ｌと
で囲った空間４Ａを有する室４は密封することができる
。室４は、最初は減ｇ 圧し１０　トルにし、高純度アルゴンのような中性また
は合金に不活性の気体を充填し１０　トルを維持する。

１０　トル以上に高い圧力にすると基板温度が上昇しア
モルファスが得られなくなり、圧力を低くしすぎると析
出速度が遅くなり実用件に不向になる。１０〜１０　ト
ルの範囲が適当である。室４の右側壁３にはタングステ
ン・フィラメントから成るコイル８を、左側壁には水冷
するステンレス鋼製７ノード電極７を密封して装着支持
する。コイル８に、電源９から回路１８、ｌ　２．！：
　ｌ　４を通り約１０Ｖ、４ＯＡ（７）通電をし、プラ
ズマを点線で図中に示した領域７８内で発生させる。

室４内に、下周壁ｌに支持される母合金材の表層を固着
した水冷する一方のターゲット電極６と、この電極６に
プラズマ領域７８内でともに対向して配置した他方の銅
製基板を表層に固着した冷却する他方の電極５を備え下
周壁１で支持する。電極６の面をスパッターし合金組成
原子を放出させ、プラズマ中に発生したイオンを、１〜
２ＫＶ、最大的３００ｍＡの強い電界をかけて加速させ
、電極５の銅基板面に付着させ、堆積して、堆積アモル
ファス合金を前記の基板５面上に製造する。母合金材は
、所定の組成を含有するようにアーク溶解で予め所定の
形状、例えばボタン状円板に形成してターゲットホルダ
ー上に保持してスパッターする。ターゲット６と銅製基
板５とは。

水冷してあり、基板を冷却することで、合金の冷却速度
を高め、凍結効果を上げる。

１０時間の連続スパッタリングを行い、アモルファス合
金の堆積層は、直径が約４０ｍｍ、厚さが約５０　ｇｍ
テあった。第１表Ｎｏ、１３のＣｒ６０Ｃ１゜Ｍ　ＯＩ
Ｑ金合金スパッター前の結晶質母合金Ｃｒ　６１１　Ｃ
、、Ｍ　ｏ　１Ｂは、第２図に示す点線で表わすＸ線回
折強度曲線Ｂを呈し、基板上に形成したアモルファス合
金Ｃｒ　６０　Ｃ３０Ｍ　ｏ　１ｎは、アモルファス特
有の散漫なＸ線回折強度曲線Ａを呈する。他の組成の本
発明の合金も、図示しないが、同様なＸ線回析強度曲線
を示す。

アモルファス合金であることを確認するのには、Ｘ線回
析強度線を作成して行う。普通の結晶質合金は、通常、
特定の角度をもった回折線を示すが、アモルファス合金
は、ゆるやかな回折像を示す。また、この合金は、第２
表に示すように、ビッカース硬度が著しく高い。純金属
と比較しても、顕著に差があることが認められる。

このように、結晶質合金を母材として、プラズマ中でス
パッターして、気体状態合金として放出し、冷却基板上
に堆積層を形成して製造したアモルファス合金は、前記
の実施例に限らず、本発明のすべての組成のＸ合金につ
いて結論できることを確認した。また、本発明の合金は
プラズマ中でスパッターして堆積層を形成して、良好な
純度と均一性を有し、介在物や内在転位を含まない。こ
の結果として、原子結合を均一に且つ良好にし、破壊発
生の起点となり、また腐食発生の源となるものを内在し
ない。したがって、高硬度を呈すると同時に、高い強度
、高い耐食性および使用上の確実保証性を有する。

また、前記の実施例で行った基板上に塩Ｉｈ層として形
成したアモルファス合金の形状は、比較的大で、広く利
用されている銅製円板の外周上に吹きつけて急冷する融
体急冷法で製造することができるものに比較して、幅、
厚さなど、その形状が制限されることはない。

前記の本発明の例示組成のアモルファス合金が高硬度を
呈するのは、金属と半金属との間の結合と固溶が良好で
あることによる。また、その耐食性°は、第３図にＩＮ
の塩酸中における分極曲線りで、同液中における純クロ
ムの分極曲線Ｃと比較して示したように、はぼ同等の高
い耐食性を表わしている。第３表に他の組成の本発明の
合金の３０″ＣのＩＮのＨＣｆＬ中の腐食速度を示した
。これらも図示しないが第３図と同様な分極曲線を示し
た。

すでに説明したように、本発明は、式、Ｃｒａ′Ｃｂ′
Ｘｃ′　（ａ’は７９．５〜４５、ｂ′は２０〜５０．
ｃ′は０．５〜２ｏ原子％）Ｘは一定の族の原子を表わ
す、の組成から成るアモルファス合金であって、良好な
内部組織を有し、介在物または転位を含むことがなく、
全体にわたり均一である。各合金原子は均一固溶し金属
と半金属との結合も良好である結果として、高硬度で高
耐食性を有し強度が大である。

また、合金をガス状態から直接に固化し堆積層を形成す
る本発明のアモルファス合金の製造法は、広く用いられ
る融体急冷法と比較して、比較的大きな幅と厚さの形状
を付したアモルファス合金を形成する。この本発明の製
造法は、密封室内でアルゴンのような中性気体または本
発明の合金と反応しない不活性気体中で、プラズマ領域
を形成し、その領域内でスパッターする電極ターゲット
に一定組成の結晶質合金を用い、対向する冷却銅製基板
上にアモルファス合金を堆積層として製造するものであ
る。

こうして製造した本発明の合金は、高硬度、高強度、高
耐食性を有する。また、内部が均一で原子間結合がきわ
めて良好であり、使用時の確実保証性が著しく顕著に向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアモルファス合金の製造法を適用する
ための装置の一例示、一部所面側面図。 第２図は、本発明の合金の一例示組成のもののＸ線回折
強度曲線と同組成の結晶質合金のそれとの比較図。第３
図は、本発明の一例示組成合金Ｃｒ６０　Ｃ３ｏ　Ｍ　
ＯｉＯの塩酸中の分極曲線（Ｄ）と純クロムのそれ（Ｃ
）との比較図。 ｌ、２．３，１０．１１　周壁 ４　″＆封室　　　　　　４Ａ　空間 ５　冷却基板 ６　ターゲット電極　　　　７　アノード７８　プラズ
マ領域　　　　９　電源 １２．１３．１４　回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　式Ｃｒａ′Ｃｂ′Ｘｃ′で表わされ、ａ′が７９．
   ５〜４５原子パーセントでｂ′が２０〜５０原子パーセ
   ントでｃ′が０．５〜２０原子パーセントで、Ｘが周期
   律表中の第IVａ族、第Ｖａ族、第VIａ族、第VII族、第
   VIII族、の第４列、第５列および第６列により表示され
   る遷移元素（但し第VIII族の第５列、第６列は除く）、
   の元素群中から、任意に選択した１種の追加的合金元素
   である組成であることを特徴とする高硬度と高耐食性を
   有するアモルファス合金。 ２　製造しようとする合金と反応しない気体を充填した
   密封室内でプラズマ領域を形成し該領域内に対向する電
   極を設けてアモルファス合金を製造するものにおいて、
   所要の減圧下に維持した密封室内に前記のプラズマ領域
   を設け該領域内で一方のターゲット電極の面に母材合金
   を固着し該電極に対向する冷却基板を備えた他方の電極
   の面を配置し、ターゲット電極面の母材合金に通電スパ
   ッターして生成する気体状態の合金を前記のプラズマ中
   で前記の冷却基板面に集め固化しアモルファス合金堆積
   層を形成して得ることを特徴とする式Ｃｒａ′Ｃｂ′Ｘ
   ｃ′で表わされ、ａ′が７９．５〜４５原子パーセント
   でｂ′が２０〜５０原子パーセントでｃ′が０．５〜２
   ０原子パーセントで、Ｘが周期律表中の第IVａ族、第Ｖ
   ａ族、第VIａ族、第VIIａ族、第VIII族、の第４列、第
   ５列および第６列により表示される遷移元素（但し第V
   III族の第５列、第６列は除く）、の元素群中から、任
   意に選択した１種の追加的合金元素である組成である高
   硬度と高耐食性を有するアモルファス合金の製造法。