DE2628362A1

DE2628362A1 - Amorphe metallegierung

Info

Publication number: DE2628362A1
Application number: DE19762628362
Authority: DE
Inventors: Sheldon Kavesh; Ranjan Ray
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1975-06-26
Filing date: 1976-06-24
Publication date: 1977-01-13
Also published as: SE7606842L; DE2628362C2; JPS525620A; GB1547461A; SE431101B; FR2317370B1; FR2317370A1

Description

Die Erfindung betrifft amorphe Metallegierungen und spezieller amorphe Metallegierungen, die die Eisengruppenelemente (Eisen, Kobalt und Nickel) plus Bor enthalten.

Neue amorphe Metallegierungen wurden in der US-PS 3 856 513 beschrieben. Diese amorphen Legierungen habeji die Formel M Y, Z ,

el D C

worin M wenigstens ein Metall aus der Gruppe Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom und Vanadin bedeutet, Y wenigstens ein Element aus der Gruppe Phosphor _t Bor und Kohlenstoff bedeutet, Z wenigstens ein Element aus der Gruppe Aluminium, Antimon, Beryllium, Germanium, Indium, Zinn und Silicium bedeutete a im Bereich von etwa 60 bis 9O Atomprozent liegt _? b ira Bereich von etwa 10 bis 30 Atompr-ozent liegt

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Postsdieöt: Frankfurt/Main 67 63-602 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden. Konto-Nr. 276807

und c im Bereich von etwa 0,1 bis 15 Atomprozent liegt. Diese amorphen Legierungen erwiesen sich als geeignet für eine Vielzahl von Anwendungen, wie Bänder, Bögen, Drähte, Pulver usw. Es sind auch amorphe Legierungen beschrieben, die die Formel T.X, besitzen, worin T wenigstens ein Ubergangsmetall bedeutet, X wenigstens ein Element aus der Gruppe Aluminium, Antimon, Beryllium, Bor, Germanium, Kohlenstoff, Indium, Phosphor, Silicium und Zinn bedeutet, i im Bereich von etwa 70 bis 87 Atomprozent liegt und j im Bereich von etwa 13 bis 30 Atomprozent liegt. Diese amorphen Legierungen erwiesen sich als geeignet für Drähte.

Zur·Zeit, als diese amorphen Legierungen gefunden wurden, hatten diese mechanische Eigenschaften, die besser als die der damals bekannten polykristallinen Legierungen waren. Solche überlegenen mechanischen Eigenschaften waren etwa Zerreißfestigkeiten

bis zu 24 675 kg/cm (350 000 psi), Härtewerte von etwa 600 bis 750 DPA und gute Geschmeidigkeit oder Streckbarkeit. Dennoch haben neue Anwendungsgebiete, die verbesserte magnetische, physikalische und mechanische Eigenschaften und höhere Hitzebeständigkeit erfordern, Bemühungen erforderlich gemacht, neue spezielle Zusammensetzungen zu entwickeln.

Gemäß der Erfindung haben amorphe Legierungen auf der Grundlage von Eisengruppenmetallen und Bor verbesserte Zugfestigkeit und Härte und verspröden nicht, wenn sie bei Temperaturen in der Hitze behandelt werden, die in den nachfolgenden Verarbeitungsstufen angewendet, werden. Diese amorphen Metallegierungen haben

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auch erwünschte magnetische Eigenschaften. Sie bestehen im wesentlichen aus der Zusammensetzung

^Ma^M'b^Crc^MVe

worin M ein Element aus der Gruppe Eisen, Kobalt und Nickel besteht, M¹ ein oder zwei" Elemente aus der Gruppe Eisen, Kobalt und Nickel bedeutet, die von M verschieden sind, M" wenigstens ein Element aus der Gruppe Vanadin, Mangan, Molybdän, Wolfram, Niob und Tantal bedeutet, a im Bereich von etwa 40 bis 85 Atomprozent liegt, b im Bereich von 0 bis etwa 45 Atomprozent liegt, c und d jeweils im Bereich von 0 bis etwa 20 Atomprozent'liegen und e im Bereich von etwa 15 bis 25 Atomprozent liegt. Vorzugsweise sind b, c und d nicht alle gleichzeitig 0, wenn M Nickel bedeutet.

Vorzugsweise ist Chrom in einer Menge von etwa 4 bis 16 Atomprozent der Gesamtlegierung vorhanden, um verbesserte mechanische Eigenschaften, verbesserte Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit zu bekommen. Bevorzugte Zusammensetzungen sind auch etwa solche, worin M" Molybdän ist, das in einer Menge von etwa 0,4 bis 8 Atomprozent der Gesamtlegierung vorhanden ist, um so erhöhte Härte zu bekommen. Für bevorzugte Zusammensetzungen mit erwünschten magnetischen Eigenschaften sind c und d beide 0.

Die Legierungen nach der Erfindung sind zu wenigstens 50 % amorph und vorzugsweise zu wenigstens 80 % amorph und am meisten bevorzugt zu etwa 100 % amorph, wie sich durch Röntgenstrahlenbeugung bestimmen läßt.

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Die amorphen Legierungen nach der Erfindung werden nach einem Verfahren hergestellt, bei dem man eine Schmelze der erwünschten Zusammensetzung bildet und mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 bis 10 C/sec abschreckt, indem man die geschmolzene Legierung auf eine Kühlscheibe oder in ein Kühlfließmittel (Gas oder Flüssigkeit) gießt. Verbesserte physikalische und mechanische Eigenschaften zusammen mit größerer Amorphheit erreicht man durch Gießen der geschmolzenen Legierung auf eine Kühlscheibe in einem Teilvakuum mit einem absoluten Druck von weniger als etwa 5,5 cm Hg.

Es gibt viele Anwendungsgebiete, die es erfordern, daß eine Legierung unter anderem eine hohe Zugfestigkeit, hohe Hitzebeständigkeit und leichte Bearbeitbarkeit besitzt. Beispielsweise unterliegen Metallstreifen, die für Rasierblätter verwendet werden, gewöhnlich einer Hitzebehandlung von etwa 370 C während etwa 30 Minuten, um einen Überzug von Polytetra-. fluoräthylen auf dem Metall zu binden. Ähnlich werden Metallstränge, die als Reifenkabel verwendet werden, auf etwa 160 bis 170°C während etwa 1 Stunde erhitzt, um den Reifengummi mit dem Metall zu verbinden. Wenn kristalline Legierungen verwendet werden, können PhasenVeränderungen während der Hitzebehandlung auftreten, die dazu neigen, die physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu verschlechtern. Wenn amorphe Legierungen verwendet werden, kann auch eine vollständige oder teilweise Umwandlung vom glasartigen Zustand zu einem Gleichgewichts- oder metastabilen kristallinen Zustand während der Hitzebehandlung erfolgen. Wie mit anorganischen Oxidgläsern

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verschlechtert ein solcher übergang die physikalischen und mechanismen Eigenschaften, wie die Streckbarkeit, die Zugfestigkeit usw.

Die Hitzebeständigkeit einer amorphen Metallegierung ist eine wichtige Eigenschaft auf bestimmten Anwendungsgebieten. Hitzebeständigkeit ist durch das zeit-temperaturabhängige Umformungsgekennzeichnet

verhalten einer Legierung/und kann teilweise durch DTA (Differential-Thermo-Analyse) bestimmt werden. Bei der Betrachtung hier zeigt sich relative Hitzebeständigkeit auch durch das Beibehalten von Streckbarkeit oder Geschmeidigkeit beim Biegen nach Hitzebehandlung. Legierungen mit ähnlichem Kristallisationsverhalten, wie es bei DTA beobachtet wird, können bei der gleichen Hitzebehandlung ein ganz anderes Versprödungsverhalten zeigen. Durch DTA-Messung können Kristallisationstemperaturen T genau dadurch bestimmt werden, daß man eine amorphe Legierung langsam erhitzt (etwa 20 bis 50°C/Min) und feststellt, ob in einem begrenzten Temperaturbereich (Kristallisationstemperatur) überschüssige Wärme entwickelt wird oder ob in einem speziellen Temperaturbereich(Glastemperatur) überschüssige Wärme absorbiert wird. Im allgemeinen liegt die Glastemperatur T nahe der niedrigsten oder ersten Kristallisationstemperatur T-, und ist, wie üblich, die Temperatur, bei der die Viskusität

13 14 im Bereich von etwa 10 bis 10 Poise liegt.

Die meisten amorphen Metallegierungen, die Eisen, Nickel, Kobalt und Chrom enthalten und unter anderen Metalloiden auch Phosphor einschließen, besitzen Zugfestigkeiten von etwa 21 795 bis

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24 607 kg/cm (265 000 bis 350 000 psi) und Kristallisations-

temperaturen von etwa 400 bis 46O°C. Beispielsweise eine amorphe Legierung mit der Zusammensetzung Fe₇₆P₁₆C₄Si₃Al₂

(die Zahlen bedeuten die Atomprozente) hat eine Zugfestigkeit

von etwa 24 607 kg/cm (310 000 psi) und eine Kristallisationstemperatur von etwa 460 C, eine amorphe Legierung mit der Zusammensetzung Fe₃₀Ni₃ Co» P--Bj-Si₂ hat eine Zugfestigkeit von

etwa 21 795 kg/cm (265 000 psi) und eine Kristallisationstemperatur von etwa 415 C, und eine amorphe Legierung mit der Zusammensetzung Fe₇₄ 3^Cr4 5^Pi5 9^C5^Bo 3 ^{nat e;}*-^ne Zugfestigkeit

von etwa 24 607 kg/cm (350 000 psi) und eine Kristallisationstemperatur von etwa 446 C. Die Wärmebeständigkeit dieser Zusammensetzungen im Temperaturbereich von etwa 200 bis 250 C ist gering, wie eine Neigung derselben zeigt, nach der Hitzebehandlung zu verspröden, wie beispielsweise nach einer 1-stündigen Hitzebehandlung bei 25O°C oder einer 30-minütigen Hitzebehandlung bei 300°C oder einer 5-minütigen Hitzebehandlung bei 330 C. Solche Hitzebehandlungen sind auf bestimmten Anwendungsgebieten erforderlich, wie beim Härten eines PoIytetrafluoräthylenüberzuges auf Rasierklingenkanten oder beim Binden von Reifengummi an Metalldrahtkabel.

Gemäß der Erfindung besitzen amorphe Legierungen auf der Grundlage von Eisengruppenmetallen und Bor verbesserte Zugfestigkeit und Härte und verspröden nicht bei der Hitzebehandlung bei Temperaturen, die typischerweise in nachfolgenden Bearbeitungsstufen angewendet werden. Diese amorphen Metallegierungen bestehen im wesentlichen aus der Zusammensetzung

Cr M"B · - 7 -

S8f

worin M ein Eisengruppenelement (Eisen, Kobalt oder Nickel) bedeutet, M¹ wenigstens eines der beiden restlichen Eisengruppenelemente bedeutet, M" wenigstens ein Element aus der Gruppe Vanadin, Mangan, Molybdän, Wolfram, Niob und Tantal bedeutet, a im Bereich von etwa 40 bis 85 Atomprozent liegt, b im Bereich von 0 bis etwa 45 Atomprozent liegt, c und d jeweils im Bereich von 0 bis etwa 20 Atomprozent liegen und e im Bereich von etwa 15 bis 25 Atomprozent liegt, wobei vorzugsweise b, c und d nicht alle gleichzeitig 0 sind, wenn M Nickel bedeutet. Beispiele amorpher Legierungen nach der Erfindung sind Fe₅₀Ni₅Co₇Cr₁₀Mo₁₀B₁₈, Fe₄₀Ni₂₀Co₁₀Cr₁₀B₂₀, Ni₄₆Fe₁₃Co₁₃Cr₉Mo₃B₁₆, Co₅₀Fe₁₃Ni₁₅B₁₇, Fe₆₅V₁₅B₂₀ und Ni₅₈Mn₂₀B₂₂. Die Reinheit aller Zusammensetzungen ist die, die man in der normalen gewerblichen Praxis findet.

Die amorphen Metallegierungen nach der Erfindung zeigen typischerweise Zugfestigkeiten im Bereich von etwa 26 014 bis 36 560 kg/cm² (370 000 bis 520 000 psi), Härtewerte im Bereich von etwa 925 bis 1190 DPH und Kristallisationstemperaturen im Bereich von etwa 370 bis 610°C.

Optimale Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bekommt man durch Einarbeiten von etwa 4 bis 16 Atomprozent Chrom in die Legierung. Die Zugabe solcher Chrommengen verbessert allgemein auch die Kristallisationstemperatur, die Zugfestigkeit und die Wärmebeständigkeit dieser amorphen Metallegierungen. Unterhalb etwa 4 Atomprozent beobachtet man unzureichendes korrosionsverhinderndes Verhalten, während mehr als etwa 16 Atomprozent

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Chrom dazu neigen, die Beständigkeit gegen Versprödung bei Hitzebehandlungen der amorphen Metallegierungen bei erhöhten Temperaturen zu verschlechtern.

Eine Steigerung der Härte und Kristallisationstemperatur erreicht man, wenn M" Molybdän ist. Vorzugsweise werden der Legierung etwa 0,4 bis 8 Atomprozent Molybdän einverleibt. Unterhalb etwa 0,4 Atomprozent erhält man eine wesentliche Steigerung der Härte. Oberhalb etwa 8 Atomprozent werden die Härtewerte zwar gesteigert, doch wird die Wärmebeständigkeit vermindert, was eine Ausbalancierung erwünschter Eigenschaften erforderlich macht. Für viele Zusammensetzungen erreicht man verbesserte mechanische Eigenschaften und erhöhte Kristallisationstemperaturen, wobei nur etwas Wärmebeständigkeit geopfert wird, indem man etwa 4 bis 8 Atomprozent Molybdän in die Gesamtlegierung einarbeitet. Beispielsweise hat eine amorphe Metallegierung mit der Zusammensetzung FeC₇NIt-Co-Cr₇B₁Q eine Kristallisationstemperatur von 488 C, eine Härte von 1003 DPH und eine Zug-

festigkeit von 33 747 kg/cm (417 000 psi), während eine amorphe Metallegierung mit der Zusammensetzung Fe^₃Ni₅Co₃Cr₇Mo₄B,g eine

Kristallisationstemperatur von 528°C, eine Härte von 1048 DPH

und eine Zugfestigkeit von 40 778 kg/cm (499 000 psi) hat. Für einige Zusammensetzungen bekommt man verbesserte Wärmebeständigkeit und verbesserte Härte überraschenderweise durch Einarbeitung von 0,4 bis 0,8 Atomprozent Molybdän in die Legierung. Vergleichsweise hat eine amorphe Metallegierung mit der Zusammensetzung ^Fecfi^N:i-5^Co4CroB·, η eine Härte von 1038 DPH und bleibt nach der Hitzebehandlung während 30 Minuten bei 360 C geschmei-

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sie

dig, doch versprödet/nach einer Hitzebehandlung während 30 Minuten bei 370 C. Eine amorphe Metallegierung mit der Zusammensetzung Fe₆₆Ni₅Co_{3 2}CrgMo₀ 0B₁₇ hat eine Härte von 1108 DPH und bleibt nach einer Hitzebehandlung während 30 Minuten bei 37O°C geschmeidig.

Zahlreiche bevorzugte Zusammensetzungsbereiche innerhalb des erfinderischen Zusammensetzungsbereiches können aufgestellt werden, je nach den speziell erwünschten verbesserten Eigenschaften.

Für amorphe Metallegierungen auf Eisengrundlage bekommt man hohe Festigkeit und hohe Härte der Legierungen mit Zusammensetzungen im Bereich ^Fe50-70^^NifCo^5-15^Cr5-16^MO0-8^B16-22"

Beispiele sind:

und Fe^^Ni^Co^Cr^Mo.B,_o. Die Zugfestigkeit solcher Zusam-63 5 3 7 4 18

mensetzungen liegt typischerweise im Bereich von etwa 32 341 kg/cm² (415 000 psi) bis 35 154 kg/cm² (500 000 psi), die Härtewerte liegen im Bereich von etwa 1025 bis 1120 DPH und die Kristallisationstemperaturen im Bereich von etwa 480 bis 555 C. Legierungen in diesem Zusammensetzungsbereich erwiesen sich als besonders geeignet für die Herstellung vonReifengarnen.

Hohe Wärmebeständigkeit erhält man mit Legierungen der Zusammensetzungen im Bereich

^Fe60-67^Ni3-7^C°3-7^Cr7-10^Mo0.4-0.8^B17 *

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- Io -

Beispiele sind Fe₆₆Ni₅Co₃

Solche Zusammensetzungen bleiben allgemein beim Biegen nach einer Hitzebehandlung während 1/2 Stunde bei 360 bis 37O°C geschmeidig. Legierungen mit diesem Zusammensetzungsbereich erwiesen sich als besonders geeignet für die Herstellung von Rasierklingenstreifen.

Für amorphe Metallegierungen auf Nickelgrundlage bekommt man hohe Härte, mäßig hohe Festigkeit, hohe Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei Legierungen der Zusammensetzung im Bereich Ni_40-50Fe_4-15Co_5-25Cr_8-12Mo_0-9B_15-22-

Beispiele sind: ^i₄₀ ^Fe5^Co20^Cr10^M°9^B16' ^Ni45^Fe5^Co20^Cr10^M°4^B16 und Ni₅₀Fe₅Co₁₇Cr₉Mo₃B₁₆ Die Zugfestigkeiten in solchen Zu-

2 sammensetzungen sind typischerweise etwa 30 935 bis 32 341 kg/cm (395 000 bis 415 000 psi). Die Härtewerte liegen typischerweise im Bereich von etwa 980 bis 1045 DPH.

Für amorphe Metallegierungen auf Kobaltgrundlage bekommt man hohe Festigkeit, hohe Wärmebeständigkeit und hohe Härte bei Legierungen von Zusammensetzungen im Bereich

^Co40-50^Fe5-20^Ni0-20^Cr4-15^M°0-9^B15-23· Beispiele sind etwa Co₄₅Fe₁₇Ni₁₃Cr₅Mo₃B₁₇, Co₅₀Fe₁₅Cr₁₅Mo₄B₁₆,

^Co46^Fei8^Ni15^MO4^B17^{Und Co}50^Fe10^Ni10^Cr10^B20' Die Härte der Zusammensetzungen liegt typischerweise bei etwa

1100 DPH.

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Bevorzugte amorphe Metallegierungen mit erwünschten magnetischen Eigenschaften hängen von der speziell beabsichtigten Anwendung ab. Bei solchen Zusammensetzungen ist sowohl c als auch d Null. Für Magnetisierungswerte hoher Sättigung, wie beispielsweise etwa 13 bis 17 kGauss, ist es erwünscht, daß eine relativ große Menge an Kobalt und/oder Eisen enthalten ist. Beispiele sind etwa FeO^Co₃Ni₁B,₅ sowie ^FeoQ^Co5^Bi5· ^F^^r eine niedrige Koerzitivkraft von weniger als etwa 0,5 Oe ist es erwünscht, daß eine relativ große Menge an Nickel und/oder Eisen enthalten ist. Beispiele sind ^Nicn'^Pe32^B18 ^und Fe₅₀Ni-QCo₁₅B, r-· Geeignete magnetische amorphe Metallegierungen haben Zusammensetzungen im Bereich

' ^Fe40-80^CO5-45^B15-25 ^C°40-80^Fe5-45^B15-25 ^Fe40-80^Nl5-45^B15-25 . ^Ni40-80^Fe5-45^B15-25 ^Co40-80^Ni5-45^B15-25 ^Nl40-65^CO20-45^B15-25 ^Fe40-70^Ni4-25^C°5-30^B15-25 ^Nl40-70^Fe5-25^C°5-25^B15-25 ^C°40-70^Fe5-25^Ni5-25^B15-25·

Beispiele sind etwa
' ^Fe60^C°20^B20' ^C°70^Fe10^B20' ^C°40^Fe40^B20' ^Ni70^Fe12^B18'

^Fe52^Ni30^B18' ^Fe62^Ni20^B18' ^C°72^Ni10^B18' ^C°62^Ni20^B18' ^Fe70^Ni7.5^C°7.5^B15 Fe₅₀Ni₅Co₂₈B₁₇, Fe₅₀Ni₂₀Co₁₅B₁₅, Fe₆₀Ni₇Co₁₂B₂₁, Fe₇₀Ni₄Co₅B₃₁, ^Ni5O^Fei8^C°15^B17' ^CG50^Fe18^Ni15^B17 ^{Und C}°60^Fe13^Ni10^B17' ^Fe83^B17' ^Fe8O^B2O' ^Fe78^B22' ^Fe77^B23' ^Fe76^B24' ^Fe75^Be25 ^{und Co}80^B20- - 12 -

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Die amorphen Legierungen werden durch Kühlen einer Schmelze mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 bis 10 °C/sec gebildet. Eine Vielzahl von Methoden steht zur Verfügung und ist in der Technik bekannt, um abgeschreckte (splat-guenched) Folien und schnell abgekühlte endlose Bänder, Drähte, Bögen usw. zu fabrizieren. Typischerweise wird eine spezielle Zusammensetzung ausgewählt, Pulver der erforderlichen Elemente (oder von Materialien, die sich unter Bildung dieser Elemente zersetzen, wie Ferrobor, Ferrochrom usw.) werden in den erwünschten Mengenverhältnissen miteinander geschmolzen und homogenisiert, und die geschmolzene Legierung wird entweder auf einer Kühlfläche, wie einem rotierenden gekühlten Zylinder, oder in einem geeigneten fließfähigen Medium, wie einer gekühlten Salzlösung, schnell abgeschreckt. Die amorphen Legierungen können in Luft gebildet werden. Bessere mechanische Eigenschaften bekommt man jedoch, indem man diese amorphen Legierungen in einem Teilvakuum mit einem absoluten Druck von weniger als etwa 5,5 cm Hg und vorzugsweise etwa 100 ,um bis 1 cm Hg bildet, wie in der US-Patentanmeldung Serial No.: 552 673 beschrieben ist.

Die amorphen Metallegierungen sind zu wenigstens 50 % amorph und vorzugsweise zu wenigstens 80 % amorph, gemessen durch Röntgenstrahlenbeugung. Einen starken Amorphheitsgrad, der sich 1OO % nähert, erhält man, wenn man diese amorphen Metallegierungen in einem Teilvakuum herstellt. Die Duktilität oder Geschmeidigkeit bzw. Streckbarkeit wird dabei verbessert, und solche Legierungen mit einem wesentlichen Amorphheitsgrad sind somit bevorzugt.

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Die amorphen Metallegierungen nach der vorliegenden Erfindung besitzen bessere Bearbeitbarkeit im Vergleich mit bekannten Zusammensetzungen. Außer ihrer verbesserten Beständigkeit gegen Versprödung nach Hitzebehandlung neigen diese Zusammensetzungen dazu, oxidationsbeständiger und korrosionsbeständiger als die bekannten Zusammensetzungen zu sein.

Diese Zusammensetzungen bleiben bei Hitzebehandlungsbedingungen amorph, unter denen phosphorhaltige amorphe Legierungen zur Versprödung neigen. Bänder dieser Legierungen finden Verwendung auf Anwendungsgebieten_r die eine relativ hohe Wärmebeständigkeit und gesteigerte mechanische Festigkeit erfordern.

Beispiele

Schnelles Schmelzen und Herstellung amorpher Streifen von Bändern gleichmäßiger Breite und Dicke aus hochschmelzenden (etwa 1100 bis 160O⁰C); reaktiven Legierungen erfolgte unter Vakuum. Die Anwendung von Vakuums brachte die Oxidation und Verunreinigung der Legierung während des Schmeizens oder durch Verspritzen auf ein Minimum und vermied auch eine Oberflächenverschlechterung (Blasen usw.), die man gewöhnlich bei Streifen beobachtet, die in Luft oder in einem Inertgas bei einer Atmosphäre gewonnen werden. Ein Kupferzylinder wurde vertikal auf der Welle einer Vakuumdrehkopplung befestigt und in einer Vakuumkammer aus rostfreiem Stahl untergebracht. Die Vakuumkammer war ein Zylinder, der an beiden Enden mit zwei Seitenöffnungen verflanscht war und mit einem Diffusionspumpsystem verbunden war. Der Kupferzylinder wurde mit einem Elektromotor variabler Geschwindigkeit über die Drehkupplung gedreht. Ein Schmelztiegel, der von einer

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Induktionswicklung umgeben war, wurde oberhalb des rotierenden Zylinders in die Kammer gegeben. Eine Induktionsstromzufuhr wurde verwendet, um Legierungen in Schmelztiegeln aus Sinterquartz, Bornitrid, Tonerde, Zirkonoxid oder Berylliumoxid zu schmelzen. Die amorphen Bänder wurden durch Schmelzen der Legierung in einem geeigneten nichtreagierenden Schmelztiegel und Ausstoßen der Schmelze durch Überdruck von Argon durch eine Öffnung im Boden des Schmelztiegels auf die Oberfläche des rotierenden Zylinders (etwa 1500 bis 20OO U/min) hergestellt. Das Schmelzen und Ausstoßen erfolgte in einem

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Teilvakuum von etwa 10 ,um unter Verwendung eines Inertgases, wie Argon, um den Vakuumdruck einzustellen.

Unter Verwendung der oben beschriebenen Vakuumschmelz—Gieß— apparatur wurde eine Reihe verschiedener glasbildender Legierungen auf der Grundlage von Eisengruppenmetall und Bor als kontinuierliche Bänder mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke und Breite unter Kühlen gegossen. Typischerweise lag die Dicke im Bereich von 0,025 bis 0,075 mm (0,001 bis O_r0O3 Zoll) und die Breite im Bereich von 1,25 bis 3,0 mm (0_pQ5 bis 0,12 Zoll) . De Bänder wurden hinsichtlich Ihrer Amorphheit durch Röntgenstrahlenbeugung und DTA geprüft. Die Härte (In DPH) wurde nach der Diamantenpyramidenmethode unter Verwendung einer Kerbapparatur vom VIcker-Typ bestimmt, die aus einem Diamant in der Form einer Pyramide mit quadratischer Grundfläche mit einem Winkel von 136 zwischen einander gegen-

überliegenden Flächen bestand. Die Zugfestigkeit in kg/cm

wurde unter Verwendung einer Instron-Apparatur bestimmt. Das

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mechanische Verhalten amorpher Metallegierungen mit Zusammensetzungen nach der Erfindung wurde als Funktion der Hitzebehandlung gemessen. Alle Legierungen wurden nach dem obigen Verfahren hergestellt. Die amorphen Bänder der Legierungen waren alle in den abgeschreckten Zustand duktil oder geschmeidig. Die Bänder wurden unter Bildung einer Schleife Ende auf Ende gebogen. Der Durchmesser der Schleife wurde allmählich zwischen dem Gegenzapfen eines Mikrometers vermindert. Die Streifen wurdeials geschmeidig oder duktil bezeichnet, wenn sie bis zu einem Krümmungsradius kleiner als etwa 0,125 mm (O,OO5 Zoll) ohne Bruch gebogen werden konnten. Wenn ein Streifen brach, wurde er als brüchig bezeichnet.

Beispiel 1 Für Reifengarn geeignete Legierungen

Legierungen, die für die Anwendung als Reifengarn geeignet sind, wie für Metallgürtel in radial geschichteten Reifen, müssen in der Lage sein, etwa 1 Stunde etwa 160 bis 170 C auszuhalten, da diese Temperatur gewöhnlich beim Vulkanisieren eines Gummireifens angewendet wird._ Die Legierungen müssen auch Korrosion durch Schwefel widerstehen und hohe mechanische Festigkeit haben. Beispiele von Zusammensetzungen von Legierungen, die für Reifenverstärkungen geeignet sind, und ihre Kristallisationstemperatur in C sind nachfolgend in Tabelle I aufgeführt. Diese Legierungen wurden durch die Zusam-

mensetzung Fe_50-70(Ni,Co)₅-i₅ ^Cr5-16^MoO-8^B16-22· beschrieben. Die Legierungen wurden unter den oben beschriebenen Bedingungen hergestellt. Alle Legierungen blieben nach einer Hitzebehandlung während einer Stunde bei 200 C geschmei-

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dig und voll amorph. Nach der\orausgehenden Hitzebehandlung behielten diese. Legierungen die Härte und mechanische Festigkeit, die man bei den abgeschreckten Legierungen beobachtete,

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Tabelle I

Thermische und mechanische Eigenschaften einiger amorpher Legierungen auf der Grundlage von Eisengruppenmetall und Bor, die für ReifenverStärkungen geeignet sind.

Legierungszusammensetzung Härte (Atomprozent) (DPH)

Kristallisations- Zugfestigkeit
temperatur (⁰C) (kg/cm²)

^Fe63^Ni5^CO3^Cr7^Mo4^B18
^Fe60^Ni7^C°7^Cr8^B18

Fe₅₅Ni₁₀Co₅Cr₁₀B₂₀
Fe₅₅Ni₈Co₅Cr₁₅B₁₇

1083 1048 1025 1120 1048 1085 1097 1033

488	29 318
528	35 083
481	34 310
553,624	29 037
487	33 536
496	31 990
519	33 606
508	31 216

l·-¹
00

CD ΓΟ CO CO CD

Beispiel 2

Legierungen, die für Rasierklingen geeignet sind

Legierungen, die für Rasierklingen geeignet sein sollen, müssen in der Lage sein, etwa 30 Minuten etwa 370 C zu widerstehen, da dies die Verarbeitungsbedingung ist, die erforderlich ist, um einen Überzug von Polytetrafluoräthylen auf der Schneidkante aufzubringen. Solche Legierungen sollten in der Lage sein, nach vorausgehender Hitzebehandlung geschmeidig und voll amorph zu bleiben und hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit zu behalten. Tabelle II zeigt einige typische Zusammensetzungen, die für die Verwendung als Rasierklingen geeignet sind. Diese Legierungen werden durch die Zusammensetzung Fe₆₀_₆₇Ni₃_₇Co₃_₇Cr₇_₁₀Mo_{0 β4}__{0 β8}B₁₇.

beschrieben.

Alle Legierungen blieben geschmeidig und voll amorph nach einer Hitzebehandlung von 370 C während 30 Minuten. Nach der vorausgehenden Hitzebehandlung behielten diese Legierungen die Härte und Korrosionsbeständigkeit, die man bei den abgeschreckten Legierungen beobachtete.

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Tabelle II

Thermische und mechanische Eigenschaften einiger amorpher Legierungen auf der Grundlage von Eisengruppenmetall und Bor, die für Rasierklingen geeignet sind.

Zusammensetzung Härte Kristallisations-

(Atomprozent) (DPH) ι temperatur, ⁰C

^Fe66^Ni5^C°3.6^Cr8^MO0.4^B17 ^Fe66^Ni5^C°3.4^Cr8^MO0.6^B17 ^Fe66^Ni5^Co3.2^Cr8^MO0.8^B17

1108	487
1101	494
1105	498

Beispiel 3

Legierungen mit hoher Festigkeit und Härte

Andere Legierungen mit hoher Härte und hoher Kristallisationstemperatur sind in der Tabelle III zusammengestellt. Diese Legierungen werden durch die allgemeine Formel ^M40-85^MO-45^Cr0-20^MO0-20^B15-25

beschrieben. Solche Legierungen sind beispielsweise für Bauzwecke brauchbar.

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- 2ο Tabelle III

Thermische und mechanische Eigenschaften einiger amorpher Legierungen auf der Grundlage von Eisengruppenmetall und Bor

Legierungszusammensetzung (Atomprozent}

Härte (DPH)	Kristallisations- temperatur (⁰C)
1086	440,492
1088	. 486
1096	478
1130	547
	485
1130	512
1115	530
1085	475
"1120	518 ^b
1099	495
	483
1136	581
1020	483
1128	529,588
1017	484
990	481
1187	607,677
	505
	517
• 1108	540.628.

^Fe65^V15^B20 ^Fe63^C°10^Cr7^Mo2^B18

^Fe60^Ni5^Co10^Cr5^B20

^Fe60^Co10^Cr10^B20 ^Fe58^Mn22^B20

^Fe50^Ni10^CO10^Cr10^B20

^Fe40^Ni20^CO10^Cr10^B20 ^Fe40^Ni8^CO5^Crl0^M°20^B17 ^Ni65^V15^B20

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Beispiel 4

Amorphe Metallegierungen auf Nickelgrundlage

Tabelle IV zeigt die Zusammensetzung, Härte und Kristallisationstemperatur einiger borhaltiger amorpher Legierungen auf Nickelgrundlage. Diese Legierungen besitzen hohe mechanische Festigkeit.

Die Legierungen lassen sich durch folgende Formel

beschreiben: ^Ni ₄0-50^Fe4-15^CO5-25^Cr8-12^M°0-9^B15-23·

Tabelle IV

Thermische und mechanische Eigenschaften einiger borhaltiger amorpher Legierungen auf Nickelgrundlage

Legierungszusammensetzung Härte Zugfestigkeit Kristalli-(Atomprozent) (DPH) (kg/cm^) sationstem-

peratur (⁰C)

^Ni50^Fe5^Co17^Cr9^MO3^B16	977	27	842	432	473	575
Ni₄₇Fe₄CO₂₃Cr₉Mo₁B₁₆	982			400	500
^Ni46^Fe4^CO23^Cr9^MO2^B16	981			420	470	58O
^Ni46^Fe10^Co20^Cr8^B16	980	27	842	400	542
^Ni46^Fe13^C°13^Cr9^MO3^B16	995	29	037	439	560
^Ni45^Fe5^C°20^Crl0^MO4^B16	1033		463	608
^Ni44^Fe20^Co5^Crl0^M°4^B17	1024		422	463	615
Ni₄₄Fe₅Co₂₄Cr₁₀B₁₇	1001		425	641
^Ni40^Fe6^C°20^Cri2^MO6^B16	1033		478	570	673
^Ni40^Fe5^C°20^Crl0^MO9^B16	1043		466

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Beispiel 5

Magnetische Legierungen

Die thermischen Eigenschaften von Zusammensetzungen, die bei magnetischen Anwendungen brauchbar sind, sind in Tabelle V zusammengestellt. Für einige Legierungen ist die Sättigungsmagnetisierung bei Raumtemperatur (M ) in kGauss oder die Koerzitivkraft (H ) in Oe eines Streifens unter DC-Bedingungen

aufgeführt.

Beispiel 6

Korrosionsbeständige Legierungen

Eine Reihe von amorphen Metallegierungen auf der Grundlage von Eisengruppenmetall und Bor wurde in eine Lösung von 10 Gew.-% NaCl in Wasser bei Raumtemperatur während 450 Stunden eingetaucht und anschließend visuell hinsichtlich ihrer Korrosion oder Oxidation beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI zusammengestellt. Die amorphen Legierungen, die Chrom enthielten, zeigten ausgezeichnete Beständigkeit gegen Korrosion und Oxidation.

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Tabelle V
Thermische Eigenschaften einiger magnetischer Legierungen

Legierungszusammensetzung Sättigungsmagnetisierung Kristallisations-(Atomprozent) (M ) oder Koerzitivkraft temperatur (⁰C)

<H_C>

^Fe40-80^Co5-45^B15-25^:

₈₀₅B₁₅ M_s=15.6 kGauss

^Fe70^Co10^B20 ⁴⁶⁵

^Fe50^C°30^B20 493

^Fe40^C°40^B20 492

Co Pe B ·
^uo40-80^re5-45 15-25"

^Co60^Fe20^B20 ' 483

^Nl40-80^Fe5-45^B15-25 ^:
^Ni70^Fe12^B18

^Ni60^Fe22^B18 H_c=0.059 Oe ^Ni50^Fe32^B18 H_c=0.029 Oe

^Fe40-70^Ni4-25^C°5-30^B15-25^:
Fe₇₀Ni₄Co₅B₂₁

Fe₇₀Ni_{7 5}Co_{? 5}B₁₅ M_s=13.7 kGauss Fe₆₅Ni₇Co₇B₂₁ M_g=13.45 kGauss ^Fe60^Ni7^C°12^B21

Fe,-_nNi Co₁-B₁- H =0.038 Oe du /.\j Ib 15 ■ c

^Ni40-70^Fe5-25^CO5-25^B15-25^:
^Ni60^Fe13^Co10^B17
^Ni50^Fe18^C°15^B17
^Ni40^Fe20^C°23^B17

435	,504
444
456
455	,458
435	,492
465
472
422
450	423 (Fortsetzg.) - 24
473
373
•405

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Tabelle V (Fortsetzg.) Thermische Eigenschaften einiger magnetischer Legierungen

Legierungszusammensetzung Sättigungsmagnetisierung Kristallisations (Atomprozent) (M ) oder Koerzitivkraft temperatur ( C)

<H_C)

^C°40-70^Fe5-25^Nl5-25^B15-25^: ^CO68^Fe7.5^Ni7.5^B17 ^CO60^Fel3^Ni10^B17 ^C°50^Fel8^Ni15^B17 ^C°40^Fe20^Ni17^B23

432

437,450 462

M_s=15.1 kGauss

Tabelle VI

Ergebnisse eines Korrosionstests mit einigen borhaltigen amorphen Legierungen auf der Grundlage von Eisen, Nickel und Kobalt

Fe,_cNi_cCo_ ^Cr₀Mo_n .B_n _ keine Korrosion, Oxidation 66 5 .3.6 8 0.4 17 oder Verfärbung

^Fe63^Ni5^Cö3^Cr7^Mo4^B18

Fe₅₄Ni₆CO₅Cr₁₅MO₂B₁₈ ^Fe50^Ni10^C°10^Cr10^B20 ^Fe40^Nl15^C°25^B20 ■ ^Ni44^Fe20^Co5^Cr10^M°4^B17 ^Nl40^Fe5^Co20^Cr10^M°9^B16 ^Co50^Fe18^Ni15^B17

korrodierte und wurde matt

keine Korrosion, Oxidation oder Verfärbung

korrodierte und wurde matt

- 25 -

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Beispiel 7

Thermische Alterung von Legierungen

Eine Reihe von amorphen Metallegierungen auf der Grundlage von Eisengruppenmetall und Bor wurde thermisch auf einem Temperaturbereich von 250 bis 375°C in Luft während 1/2 bis 1 Stunde gealtert und hinsichtlich der Versprödung beurteilt. Die in der Wärme behandelten Streifen wurden unter Bildung einer Schleife gebogen. Der Durchmesser der Schleife wurde allmählich zwischen den Gegenzapfen eines Mikrometers vermindert, bis der Streifen brach. Der mittlere Bruchdurchmesser des amorphen Legierungsstreifens, den man bei der Mikrometerablesung erhält, ist ein Zeichen für die Duktilität oder Geschmeidigkeit dieses Streifens. Eine niedrige Zahl zeigt gute Duktilität oder Geschmeidigkeit. Beispielsweise bedeutet die Zahl 0, daß der amorphe Streifen völlig duktil oder geschmeidig war. Die Ergebnisse sind in den Tabellen VII und VIII aufgeführt.

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Tabelle VII

Legierungszusammensetzung (Atomprozent) Mittlerer Bruchdurchmesser (mm) Dicke 25O°C 275°C 300°C 325°C 345°C 36O°C 375°C Kristalli-(mm) 1 hr 1 hr 1 hr

1 hr 1/2 hr 1/2 hr 1/2 hr sationstem-

peratur (⁰C)

^Fe66^Ni5^Co3.2^Cr8^Mo0.8^B17 ^Fe66^Ni5^CO3.6^Cr8^Mo0.4^B17 ^Fe66^Ni5^Co3.8^Ci:8^MO0.2^B17 ^Fe66^Ni5^Co4^Cr8^B17

Fe₆₀Ni₇Co₇Cr₈B₁₈

^Fe45^Ni15^C°10^Crl0^B20 0,51 0,34 0,36 0,30 0,46 0,43 0,38 0,58 0,37 0,46 0,44 0,41 0,38 0,41 0,51 0,43

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8,89

4,06 6,35 6,35 7,62 7,62

0 0 0 0 0 0 0

10,14 12,70

8,89 12,76

8,89 11,43

0 0 0 0 0 0 6,35

2,54

7,62

9,39

498 487 488 486 488 478 481 528 484 487 496 547 465 455 519 508

to

CT) NJ OO GO CD NJ

Tabelle VIII

Ergebnisse von Versprödungsuntersuchungen mit amorphen Metallegierungen auf der Basis von Nickel und Bor

mittlerer Bruchdurchmesser (mm)

CD CD OO OO

Legierungs zusammensetzung (Atomprozent)	Dicke (mm)	325°C • 1/2 hr	34O°C 1/2 hr	355°C 1/2 hr	36O°C 1/2 hr	375°C 1/2 hr	I NJ	2628362
Ni₄₅Fe₅Co₂₀Cr₁₀MO₄B₁₆	0,38	0	0	O	O	O
^Ni44^Fe5^Co24^Cr10^B17	0,34	0	0	O	O	3,81
Ni₅₀Fe₅Co₁₇Cr₉Mo₃B₁₆	0,30	0	0	O	5,08
^Ni46^Fe4^Co23^Cr9^MO2^B16	0,36	0	0	O	6,35
^Ni46^Fe10^Co20^Cr8^B16	0,30	0	0	3,81
Ni₄₆Fe₁₃CO₁₃Cr₉MO₃B₁₆ -	0,36	0	2,54
^Ni40^Fe6^C°20^Cr12^Mo6^B16	0,36	0	3,81
^Ni40^Fe5^C°20^Cr10^Mo9^B16	0,36	0	6,35

Claims

Patentansprüche

1. Amorphe Metallegierung, die zu wenigstens 50 % amorph ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen die Zusammensetzung M M¹, Cr M" B besitzt, worin M eines der Elemente Eisen, Kobalt und Nickel bedeutet, M' wenigstens eines der beiden restlichen dieser Elemente bedeutet, M" wenigstens eines der Elemente Vanadin, Mangan, Molydän, Wolfram, Niob und Tantal bedeutet, a im Bereich von etwa 40 bis 85 Atomprozent liegt, b im Bereich von 0 bis etwa 45 Atomprozent liegt, c und d jeweils im Bereich von 0 bis etwa 20 Atomprozent liegen und e im Bereich von etwa 15 bis 25 Atomprozent liegt.

2. Metallegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß b, c und d nicht alle gleichzeitig 0 bedeuten, wenn M Nickel bedeutet.

3. Metallegierung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen eine der Zusammensetzungen Fe₀₀B_n-,

OJ Li

^Fe8O^B2O' ^Fe78^B22' ^Fe77^B23' ^Fe76^B24' ^Fe75^B25 °^d*^{r Co}80^B20 besitzt.

4. Metallegierung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu wenigstens 80, vorzugsweise zu etwa 100 % amorph ist.

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5. Metallegierung nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß e im Bereich von etwa 17 bis 22 Atomprozent liegt.

6. Metallegierung nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß c im Bereich von etwa 4 bis 16 Atomprozent liegt,

7. Metallegierung nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß d im Bereich von etwa 0,4 bis 8 Atomprozent liegt, wenn M" Molybdän ist.

8. Metallegierung nach Anspruch 1,2 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß d im Bereich von etwa 0,4 bis 0,8 oder von etwa 4 bis 8 Atomprozent liegt.

9. Metallegierung nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen eine der Zusammensetzungen

^Fe60-67^Ni3-7^Co3-7^Cr7-10^M'°0.4-0.8^S17-20 ^Ni40-50^Fe4-10^Co5-25^Cr8-12^H°Q-9^B15-22

^CO40-50^Fe5-20^Ki0-2ö^Cr4-15^M°0-9^B15-23

besitzt,

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