JP2001316784A - バルク状非晶質合金、バルク状非晶質合金の製造方法、および高強度部材 - Google Patents
バルク状非晶質合金、バルク状非晶質合金の製造方法、および高強度部材Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い硬度を有し、伸びの大きいバルク状の非
晶質合金、およびそのバルク状非晶質合金を用いた高強
度部材を得ることを課題とする。 【解決手段】 金属成分としてCuを0at%以上50at%以
下、Niを0 at%以上55 at%以下含有させ、またAl, Si,
V, Cr, Mn, Fe, Co, ZrおよびHfから選択される1種また
は2種以上の元素Mを0.1 at%以上45 at%以下含有させ、C
uとNiとMとの合計で25at%以上90 at%以下を含有するTi
合金に、非金属成分として酸素を0.005 at%以上1.0 at%
以下含有させる。
晶質合金、およびそのバルク状非晶質合金を用いた高強
度部材を得ることを課題とする。 【解決手段】 金属成分としてCuを0at%以上50at%以
下、Niを0 at%以上55 at%以下含有させ、またAl, Si,
V, Cr, Mn, Fe, Co, ZrおよびHfから選択される1種また
は2種以上の元素Mを0.1 at%以上45 at%以下含有させ、C
uとNiとMとの合計で25at%以上90 at%以下を含有するTi
合金に、非金属成分として酸素を0.005 at%以上1.0 at%
以下含有させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Tiを含有するバル
ク状非晶質合金、バルク状非晶質合金の製造方法および
非晶質合金を用いて構成された高強度部材に関する。
ク状非晶質合金、バルク状非晶質合金の製造方法および
非晶質合金を用いて構成された高強度部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常の金属または合金を溶融状態から冷
却すると結晶化する。しかし、ある種の金属または合金
は十分に急冷されると過冷却されたまま常温に達し、常
温で非晶質となることが知られている。非晶質合金は結
晶質の合金では得られない優れた性質を有している。し
かしながら、非晶質合金を得るには従来、冷却速度は10
4 〜106 K/秒程度が必要であることから、その製造が急
速冷却の可能な薄帯または粉末、細線状に限られ、その
用途も非常に限られたものとなっていた。薄帯、粉末や
細線状だけではなく、バルク状の非晶質合金を得ること
ができれば、非晶質合金の用途範囲は大幅に拡大するこ
とができる。
却すると結晶化する。しかし、ある種の金属または合金
は十分に急冷されると過冷却されたまま常温に達し、常
温で非晶質となることが知られている。非晶質合金は結
晶質の合金では得られない優れた性質を有している。し
かしながら、非晶質合金を得るには従来、冷却速度は10
4 〜106 K/秒程度が必要であることから、その製造が急
速冷却の可能な薄帯または粉末、細線状に限られ、その
用途も非常に限られたものとなっていた。薄帯、粉末や
細線状だけではなく、バルク状の非晶質合金を得ること
ができれば、非晶質合金の用途範囲は大幅に拡大するこ
とができる。
【０００３】溶融状態の合金を鋳込んでmmのオーダーの
厚さを有するバルク状の成形体を得る場合には、冷却時
の合金内部の冷却速度は1 K/秒〜103 K/秒程度、または
それ以下となる。このため、鋳込みによってバルク状の
非晶質合金を得るためには、この程度まで冷却速度を遅
くしても結晶化が抑制されていること、即ち臨界冷却速
度が1 K/秒〜103 K/秒の程度、またはそれ以下であるこ
とが必要となる。
厚さを有するバルク状の成形体を得る場合には、冷却時
の合金内部の冷却速度は1 K/秒〜103 K/秒程度、または
それ以下となる。このため、鋳込みによってバルク状の
非晶質合金を得るためには、この程度まで冷却速度を遅
くしても結晶化が抑制されていること、即ち臨界冷却速
度が1 K/秒〜103 K/秒の程度、またはそれ以下であるこ
とが必要となる。
【０００４】最近では低い冷却速度で非晶質化する合金
の研究が進み、こうしたバルク状の非晶質合金を得るこ
とが現実のものとなりつつある。例えば特公平7-122120
号公報に開示されているZr-(Ni, Cu, Fe, Co,)-Al合金
や、特開平8-74010号公報に開示されている同様のZr系
合金に白金族を加えた組成、特開平8-199318号公報に開
示されているZr系合金、米国特許第5288344号および米
国特許第5368659号明細書に開示されたBeを含む(Zr, T
i)系合金などの各種Zr系合金が低い冷却速度で非晶質に
なる合金として公知である。
の研究が進み、こうしたバルク状の非晶質合金を得るこ
とが現実のものとなりつつある。例えば特公平7-122120
号公報に開示されているZr-(Ni, Cu, Fe, Co,)-Al合金
や、特開平8-74010号公報に開示されている同様のZr系
合金に白金族を加えた組成、特開平8-199318号公報に開
示されているZr系合金、米国特許第5288344号および米
国特許第5368659号明細書に開示されたBeを含む(Zr, T
i)系合金などの各種Zr系合金が低い冷却速度で非晶質に
なる合金として公知である。
【０００５】しかし、これらの公知例組成のZr系合金に
おいては、溶湯をそのまま金型に鋳込む方法ではバルク
状非晶質合金を得ることができない。これは鋳込みの際
に不均一核生成によって結晶化が生じるためであって、
このため不均一核生成を防止することが必要である。
おいては、溶湯をそのまま金型に鋳込む方法ではバルク
状非晶質合金を得ることができない。これは鋳込みの際
に不均一核生成によって結晶化が生じるためであって、
このため不均一核生成を防止することが必要である。
【０００６】この点に関し、米国特許第5797443号明細
書、 あるいはMaterial Science Forum Vols. 269-272
(1998) pp. 797-802 には、酸素が不均一核生成に主要
な役割を果たしていることが記載されている。そして不
均一核生成を抑えてバルク状の非晶質を得るために、酸
素の量を実施可能なレベルを超えないように制限すると
の記載がある。しかし、これらを適用して、溶湯をその
まま金型に鋳込む方法でバルク状非晶質合金を得ようと
しても、まだ満足すべき結果が得られなかった。このた
め、溶湯をそのまま金型に鋳込むなどの方法でバルク状
非晶質合金を得るには、合金の金属組成に加えて、酸素
の含有量や他の非金属元素の含有量について、 より詳
細な検討が必要であった。
書、 あるいはMaterial Science Forum Vols. 269-272
(1998) pp. 797-802 には、酸素が不均一核生成に主要
な役割を果たしていることが記載されている。そして不
均一核生成を抑えてバルク状の非晶質を得るために、酸
素の量を実施可能なレベルを超えないように制限すると
の記載がある。しかし、これらを適用して、溶湯をその
まま金型に鋳込む方法でバルク状非晶質合金を得ようと
しても、まだ満足すべき結果が得られなかった。このた
め、溶湯をそのまま金型に鋳込むなどの方法でバルク状
非晶質合金を得るには、合金の金属組成に加えて、酸素
の含有量や他の非金属元素の含有量について、 より詳
細な検討が必要であった。
【０００７】ところで、Ti系合金はよく知られているよ
うに、比強度が高いなど、 他の金属合金には見られな
い優れた性質を有している。このため、Ti系合金でバル
ク状非晶質合金を作れば、 さらに好ましい特性が得ら
れると考えられることから、その試みがなされている。
そのようなTi合金として、例えば特開平3-219035号公報
に開示されている比強度が高く塑性加工性にすぐれた高
強度構造部材用Ti基合金や、 特開平6-264200号公報と
特開平7-252559号公報に開示されているTi系非晶質合
金、 特開平7一54086号公報に開示されているTi-Cu系非
晶質合金、 特開平7-252561号公報に開示されているTi-
Zr系非晶質合金などが開示されている。
うに、比強度が高いなど、 他の金属合金には見られな
い優れた性質を有している。このため、Ti系合金でバル
ク状非晶質合金を作れば、 さらに好ましい特性が得ら
れると考えられることから、その試みがなされている。
そのようなTi合金として、例えば特開平3-219035号公報
に開示されている比強度が高く塑性加工性にすぐれた高
強度構造部材用Ti基合金や、 特開平6-264200号公報と
特開平7-252559号公報に開示されているTi系非晶質合
金、 特開平7一54086号公報に開示されているTi-Cu系非
晶質合金、 特開平7-252561号公報に開示されているTi-
Zr系非晶質合金などが開示されている。
【０００８】しかし、これらのTi系合金は非晶質化が容
易ではなく、例えば溶湯をアトマイズ法で粉末化する方
法によらなければ非晶質化することができないなど、バ
ルク非晶質合金として各種部材に応用する上では制約が
多かった。
易ではなく、例えば溶湯をアトマイズ法で粉末化する方
法によらなければ非晶質化することができないなど、バ
ルク非晶質合金として各種部材に応用する上では制約が
多かった。
【０００９】このため、Ti系のバルク状の非晶質合金の
製造を容易にし、例えば溶湯をそのまま金型に鋳込む方
法で製造を可能にすること、そして、その特性を制御し
て高強度などの優れた特性を得ることが強く望まれてい
た。
製造を容易にし、例えば溶湯をそのまま金型に鋳込む方
法で製造を可能にすること、そして、その特性を制御し
て高強度などの優れた特性を得ることが強く望まれてい
た。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは上記の従
来技術に鑑み、鋭意研究を行った結果、Tiを含有する非
晶質合金の組成として、金属元素の組成に加えて、酸素
などの非金属元素の含有量を詳細に制御することによっ
て、バルク状での非晶質化を可能にし、さらに非晶質合
金の硬度および伸びを制御することを可能にすることを
見出し、本発明をなすに至った。
来技術に鑑み、鋭意研究を行った結果、Tiを含有する非
晶質合金の組成として、金属元素の組成に加えて、酸素
などの非金属元素の含有量を詳細に制御することによっ
て、バルク状での非晶質化を可能にし、さらに非晶質合
金の硬度および伸びを制御することを可能にすることを
見出し、本発明をなすに至った。
【００１１】このように、 本発明は、Tiを含み、 高い
硬度および伸びを有するバルク状の非晶質合金、および
そのバルク状非晶質合金を用いた高強度部材を提供する
ものである。
硬度および伸びを有するバルク状の非晶質合金、および
そのバルク状非晶質合金を用いた高強度部材を提供する
ものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のバルク状非晶質
合金は、金属成分としてCuを0 at%以上50 at%以下、Ni
を0 at%以上55 at%以下含有し、Al, Si, V, Cr, Mn, F
e, Co, ZrおよびHfから選択される1種または2種以上の
元素Mを0.1 at%以上45 at%以下含有し、 CuとNiとMとの
合計で25 at%以上90 at%以下を含有するTi合金が、非金
属成分として酸素を0.005 at%以上1.0 at%以下含有する
ことを特徴とするものである。
合金は、金属成分としてCuを0 at%以上50 at%以下、Ni
を0 at%以上55 at%以下含有し、Al, Si, V, Cr, Mn, F
e, Co, ZrおよびHfから選択される1種または2種以上の
元素Mを0.1 at%以上45 at%以下含有し、 CuとNiとMとの
合計で25 at%以上90 at%以下を含有するTi合金が、非金
属成分として酸素を0.005 at%以上1.0 at%以下含有する
ことを特徴とするものである。
【００１３】本発明において、バルク状非晶質合金と
は、薄帯、粉末あるいは細線状などのような微小寸法を
有することを必要とせずに、 3次元のどの方向について
もバルクサイズ、例えば1 mm以上の寸法形状を有する非
晶質合金である。
は、薄帯、粉末あるいは細線状などのような微小寸法を
有することを必要とせずに、 3次元のどの方向について
もバルクサイズ、例えば1 mm以上の寸法形状を有する非
晶質合金である。
【００１４】本発明のバルク状非晶質合金は、ビッカー
ス硬度400以上を有することが望ましく、また、伸び1 %
以上を有することが望ましい。
ス硬度400以上を有することが望ましく、また、伸び1 %
以上を有することが望ましい。
【００１５】本発明のバルク状非晶質合金においては、
酸素含有量を0.005 at%以上1.0 at% (原子パーセント)
以下としている。酸素の含有量を0.005at%以上に限定し
たのは、 酸素の含有量が0.005 at%以上では、バルク状
非晶質合金としての高い硬度が得られるのに対し、酸素
の含有量が0.005 at%未満では、バルク状非晶質合金の
硬度が低下するようになるからである。他方で酸素含有
量を1.0 at%以下に限定したのは、酸素含有量が1.0 at%
以下では不均一核の生成が少なく、非晶質相を体積率で
50 %以上含有するバルク状非晶質合金が得られて、高い
硬度や伸びを有するなど、本発明の非晶質合金のもつ優
れた特性が得られるのに対し、酸素含有量が1.0 at%を
超えると、合金のバルク状での非晶質化が難しくなり、
また高強度などの非晶質合金のもつ優れた特性が失われ
るためである。なお、酸素含有量は0.005 at%以上0.2 a
t%以下であることがさらに好ましい。
酸素含有量を0.005 at%以上1.0 at% (原子パーセント)
以下としている。酸素の含有量を0.005at%以上に限定し
たのは、 酸素の含有量が0.005 at%以上では、バルク状
非晶質合金としての高い硬度が得られるのに対し、酸素
の含有量が0.005 at%未満では、バルク状非晶質合金の
硬度が低下するようになるからである。他方で酸素含有
量を1.0 at%以下に限定したのは、酸素含有量が1.0 at%
以下では不均一核の生成が少なく、非晶質相を体積率で
50 %以上含有するバルク状非晶質合金が得られて、高い
硬度や伸びを有するなど、本発明の非晶質合金のもつ優
れた特性が得られるのに対し、酸素含有量が1.0 at%を
超えると、合金のバルク状での非晶質化が難しくなり、
また高強度などの非晶質合金のもつ優れた特性が失われ
るためである。なお、酸素含有量は0.005 at%以上0.2 a
t%以下であることがさらに好ましい。
【００１６】また、本発明のバルク状非晶質合金は、酸
素の含有量が0.005 at%以上1.0 at%以下であることに加
えて、窒素の含有量が0.2 at%以下であることがより好
ましい。これは窒素の含有量が0.2 at%以下であれば、
さらにバルク状非晶質合金が得やすくなるからである。
なお、窒素含有量は0.1 at%以下であることがさらに好
ましい。
素の含有量が0.005 at%以上1.0 at%以下であることに加
えて、窒素の含有量が0.2 at%以下であることがより好
ましい。これは窒素の含有量が0.2 at%以下であれば、
さらにバルク状非晶質合金が得やすくなるからである。
なお、窒素含有量は0.1 at%以下であることがさらに好
ましい。
【００１７】また、本発明のバルク状非晶質合金におい
ては、酸素の含有量が0.005 at%以上1.0 at%以下、窒素
の含有量が0 at%以上0.2 at%以下であるのに加えて、水
素の含有量が0 at%以上1.0 at%以下であることがさらに
好ましい。
ては、酸素の含有量が0.005 at%以上1.0 at%以下、窒素
の含有量が0 at%以上0.2 at%以下であるのに加えて、水
素の含有量が0 at%以上1.0 at%以下であることがさらに
好ましい。
【００１８】これは水素の含有量が1.0 at%以下であれ
ば、バルク状非晶質がさらに得やすくなるからである。
なお、水素含有量は0.2 at%以下であることがさらに好
ましい。
ば、バルク状非晶質がさらに得やすくなるからである。
なお、水素含有量は0.2 at%以下であることがさらに好
ましい。
【００１９】本発明において、Cuを50 at%以下、Niを55
at%以下、およびMで示されたAl, Si, V, Cr, Mn, Fe,
Co, ZrおよびHfから選択される1種または2種以上の金属
元素が0.1 at%以上45 at%以下としたのは、この範囲外
ではバルク状の非晶質化を十分に得ることができず、こ
のため高硬度のバルク状非晶質合金が得られないからで
ある。またCuとNiとMとを合わせた量を25 at%以上90 at
%以下としたのは、25at%未満であったり、90at%を超え
たりすると、バルク状で非晶質化が得られず、このため
高硬度の非晶質合金を得ることができないからである。
at%以下、およびMで示されたAl, Si, V, Cr, Mn, Fe,
Co, ZrおよびHfから選択される1種または2種以上の金属
元素が0.1 at%以上45 at%以下としたのは、この範囲外
ではバルク状の非晶質化を十分に得ることができず、こ
のため高硬度のバルク状非晶質合金が得られないからで
ある。またCuとNiとMとを合わせた量を25 at%以上90 at
%以下としたのは、25at%未満であったり、90at%を超え
たりすると、バルク状で非晶質化が得られず、このため
高硬度の非晶質合金を得ることができないからである。
【００２０】本発明のバルク状非晶質合金は、非晶質相
を体積率で50%以上100%以下含有したものであることが
好ましい。非晶質相を体積率で50%以上含有した合金
は、非晶質体特有の性質を保有するのに対し、非晶質相
が体積率で50%を下回ると、非晶質体特有の性質を十分
に示さない場合が多くなるからである。
を体積率で50%以上100%以下含有したものであることが
好ましい。非晶質相を体積率で50%以上含有した合金
は、非晶質体特有の性質を保有するのに対し、非晶質相
が体積率で50%を下回ると、非晶質体特有の性質を十分
に示さない場合が多くなるからである。
【００２１】本発明においては、上述したように非晶質
合金の製造に104 〜106 K/秒といった超急冷を行うこと
を必要とせず、104 K/秒未満の小さな冷却速度で冷却し
て非晶質の形成が可能である。このため、鋳込みなどの
方法でバルク状非晶質合金が形成でき、しかも高強度を
有することができる。
合金の製造に104 〜106 K/秒といった超急冷を行うこと
を必要とせず、104 K/秒未満の小さな冷却速度で冷却し
て非晶質の形成が可能である。このため、鋳込みなどの
方法でバルク状非晶質合金が形成でき、しかも高強度を
有することができる。
【００２２】本発明のバルク状非晶質合金は、従来のよ
うな高速急冷を必要とすることなく容易に形成できるの
で、従来に比べてより大きな寸法の非晶質合金の製造が
可能となる。従って従来の非晶質合金が薄いテープ状な
ど微小寸法に限られていたのに対し、本発明のバルク状
非晶質合金は、非晶質合金の特徴をより広い用途に生か
して用いることができる。
うな高速急冷を必要とすることなく容易に形成できるの
で、従来に比べてより大きな寸法の非晶質合金の製造が
可能となる。従って従来の非晶質合金が薄いテープ状な
ど微小寸法に限られていたのに対し、本発明のバルク状
非晶質合金は、非晶質合金の特徴をより広い用途に生か
して用いることができる。
【００２３】また本発明のバルク状非晶質合金の製造方
法は、酸素、窒素および水素を含有させたTi合金母材を
調製するTi母材調製工程と、酸素、窒素および水素の分
圧を制御した減圧雰囲気下において、前記Ti合金母材を
溶融して所定量の酸素、窒素および水素を含有するTi合
金溶融体とするTi合金溶融工程と、前記Ti合金溶融体を
鋳型に鋳込んで冷却する鋳込み冷却工程とを有すること
を特徴とするものである。
法は、酸素、窒素および水素を含有させたTi合金母材を
調製するTi母材調製工程と、酸素、窒素および水素の分
圧を制御した減圧雰囲気下において、前記Ti合金母材を
溶融して所定量の酸素、窒素および水素を含有するTi合
金溶融体とするTi合金溶融工程と、前記Ti合金溶融体を
鋳型に鋳込んで冷却する鋳込み冷却工程とを有すること
を特徴とするものである。
【００２４】本発明のバルク状非晶質合金の製造方法に
よれば、従来のような高速急冷を必要とすることなく、
従来に比べてより大きな寸法の非晶質合金を容易に製造
することができる。
よれば、従来のような高速急冷を必要とすることなく、
従来に比べてより大きな寸法の非晶質合金を容易に製造
することができる。
【００２５】さらに本発明の高強度部材は、上記のバル
ク状非晶質合金を用いて構成されてなることを特徴とす
るものである。本発明によれば、非晶質合金特有の特
性、例えば高強度を有するバルクサイズの高強度部材を
提供することができる。
ク状非晶質合金を用いて構成されてなることを特徴とす
るものである。本発明によれば、非晶質合金特有の特
性、例えば高強度を有するバルクサイズの高強度部材を
提供することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明のバルク状非晶質合金は、
例えば図1に示した一実施形態により製造することがで
きる。まず、図1の(1)に示したようにTi合金素材、即ち
Ti, Cu, NiおよびM(MはAl, Si, V, Cr, Mn, Fe, Co, N
i, ZrおよびHfから選択される1種または2種以上)の各金
属を秤量して所定の組成にする。ここで金属成分に加え
て非金属成分である酸素O、窒素Nおよび水素Hを所定量
含有させておく。これらの非金属成分は、これらをよく
固溶するTiに含ませておくことができる。
例えば図1に示した一実施形態により製造することがで
きる。まず、図1の(1)に示したようにTi合金素材、即ち
Ti, Cu, NiおよびM(MはAl, Si, V, Cr, Mn, Fe, Co, N
i, ZrおよびHfから選択される1種または2種以上)の各金
属を秤量して所定の組成にする。ここで金属成分に加え
て非金属成分である酸素O、窒素Nおよび水素Hを所定量
含有させておく。これらの非金属成分は、これらをよく
固溶するTiに含ませておくことができる。
【００２７】このようにして秤量し調合したものを、例
えばチタンをゲッターとして用いたアルゴン雰囲気中
で、(2)で示した溶融、例えばアーク溶解やEB（エレク
トロンビーム）溶解をしてTi合金母材を調製する。合金
組成がより均一に分布した合金母材を得るために、(2)
の溶融は繰り返し行ってもよい。また、用いる原材料に
よっては(2)および(3)を省略して、(1)の素材を合金素
材として直接(4)で溶融することもできる。
えばチタンをゲッターとして用いたアルゴン雰囲気中
で、(2)で示した溶融、例えばアーク溶解やEB（エレク
トロンビーム）溶解をしてTi合金母材を調製する。合金
組成がより均一に分布した合金母材を得るために、(2)
の溶融は繰り返し行ってもよい。また、用いる原材料に
よっては(2)および(3)を省略して、(1)の素材を合金素
材として直接(4)で溶融することもできる。
【００２８】この合金母材をるつぼにセットし、真空引
きを行った上で(4) に示した高周波誘導加熱により溶解
を行う。溶解温度は合金の融点に相当する温度よりも適
度に高い温度(例えば融点より50〜100 ℃程度高い温度)
を選ぶことが非晶質を得る上で好ましい。こうして溶融
した合金の融液を真空装置内にセットされた鋳型に鋳込ん
で、(5)に示した鋳込み・冷却を行うことにより、(6)に
示したバルク状の非晶質合金を得る。ここで真空溶解の
際に用いるるつぼとしては、例えば石英るつぼや黒鉛る
つぼを用いることができる。また、鋳型としては銅製の
鋳型を好ましく用いることができる。さらに真空溶解を
行う際の真空装置の真空度は、1.33 Pa以下とすること
が好ましい。また合金融解時には微量の酸素などのガス
圧を与えて、合金中の非金属成分の調製を行うことがで
きる。
きを行った上で(4) に示した高周波誘導加熱により溶解
を行う。溶解温度は合金の融点に相当する温度よりも適
度に高い温度(例えば融点より50〜100 ℃程度高い温度)
を選ぶことが非晶質を得る上で好ましい。こうして溶融
した合金の融液を真空装置内にセットされた鋳型に鋳込ん
で、(5)に示した鋳込み・冷却を行うことにより、(6)に
示したバルク状の非晶質合金を得る。ここで真空溶解の
際に用いるるつぼとしては、例えば石英るつぼや黒鉛る
つぼを用いることができる。また、鋳型としては銅製の
鋳型を好ましく用いることができる。さらに真空溶解を
行う際の真空装置の真空度は、1.33 Pa以下とすること
が好ましい。また合金融解時には微量の酸素などのガス
圧を与えて、合金中の非金属成分の調製を行うことがで
きる。
【００２９】このようにして得られた合金の組成は、合
金の金属成分および非金属成分(ガス成分)の分析を行っ
て決定することができる。
金の金属成分および非金属成分(ガス成分)の分析を行っ
て決定することができる。
【００３０】得られた合金の非晶質体積率は、光学顕微
鏡などを用いて組織観察を行い、その画像解析を行って
非晶質体積率を求めることができる。またビッカース硬
度計を用い、硬度を測定することができる。
鏡などを用いて組織観察を行い、その画像解析を行って
非晶質体積率を求めることができる。またビッカース硬
度計を用い、硬度を測定することができる。
【００３１】そしてこれらの評価結果は製造工程にフィ
ードバックして工程の適正化に用いることができる。
ードバックして工程の適正化に用いることができる。
【００３２】次に本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
【００３３】[実施例]表1は本発明の実施例および比較
例に用いた合金組成をまとめて示した表である。
例に用いた合金組成をまとめて示した表である。
【００３４】
【表１】 表1において、E1〜E13は一般式、 Ti100-x-y-z Cux Niy Mz ただし、MはAl, Si, V, Cr, Mn, Fe, Co, ZrおよびHfか
ら選択される1種または2種以上の元素、x, y, zはat%
で、0≦x≦50, 0≦y≦55, 0.1≦z≦45, および 25≦x+
y+z≦90,で実質的に示される組成を有するの合金組成の
具体例である。またC1〜C5は本発明に対する比較例の合
金組成比である。
ら選択される1種または2種以上の元素、x, y, zはat%
で、0≦x≦50, 0≦y≦55, 0.1≦z≦45, および 25≦x+
y+z≦90,で実質的に示される組成を有するの合金組成の
具体例である。またC1〜C5は本発明に対する比較例の合
金組成比である。
【００３５】(実施例1〜19および比較例1〜14)E1〜E13
の合金組成、およびC1〜C5の合金組成にて、酸素の含有
量を調整した材料をるつぼにセットして高周波誘導加熱に
より真空溶解と鋳込みを行って合金体を作製した。ここ
で真空溶解の真空度は1.33 Pa以下の真空度とするとと
もに酸素雰囲気を調整し、溶融後の撹拌の後、同じ真空
容器内にセットした銅製鋳型に鋳込むことによって、板
厚1 mm以上のバルク合金材を得た。酸素雰囲気および真
空度の調整により、鋳込み後の各合金組成の酸素含有量
として表2に示した値を有する各合金体を得た。このと
きの銅製鋳型は水冷等の強制冷却は行わず、自然放冷と
した。
の合金組成、およびC1〜C5の合金組成にて、酸素の含有
量を調整した材料をるつぼにセットして高周波誘導加熱に
より真空溶解と鋳込みを行って合金体を作製した。ここ
で真空溶解の真空度は1.33 Pa以下の真空度とするとと
もに酸素雰囲気を調整し、溶融後の撹拌の後、同じ真空
容器内にセットした銅製鋳型に鋳込むことによって、板
厚1 mm以上のバルク合金材を得た。酸素雰囲気および真
空度の調整により、鋳込み後の各合金組成の酸素含有量
として表2に示した値を有する各合金体を得た。このと
きの銅製鋳型は水冷等の強制冷却は行わず、自然放冷と
した。
【００３６】このようにして得られた合金体について、
組織観察を行い、その画像解析により合金の非晶質体積
率を測定した。また、得られた各合金材の硬度(ビッカ
ース硬度Hv)と伸び(破断伸び、%)を測定し、これらを表
2および表3にまとめて示した。
組織観察を行い、その画像解析により合金の非晶質体積
率を測定した。また、得られた各合金材の硬度(ビッカ
ース硬度Hv)と伸び(破断伸び、%)を測定し、これらを表
2および表3にまとめて示した。
【００３７】
【表２】
【表３】 表2および表3の結果から、合金組成Ti100-x-y-z Cux Ni
y Mz 、(ただし、MはAl, Si, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zrお
よびHfから選択される1種または2種以上の元素)におい
て、置換量x, y, zが0≦x≦50, 0≦y≦55, 0.1≦z≦4
5, 25≦x+y+z≦90で実質的に示される組成を有し、酸素
含有量が1.0 at%以下、窒素含有量0.2 at%以下および水
素含有量1.0 at%以下の場合にバルク状非晶質が得られ
ることがわかる。
y Mz 、(ただし、MはAl, Si, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zrお
よびHfから選択される1種または2種以上の元素)におい
て、置換量x, y, zが0≦x≦50, 0≦y≦55, 0.1≦z≦4
5, 25≦x+y+z≦90で実質的に示される組成を有し、酸素
含有量が1.0 at%以下、窒素含有量0.2 at%以下および水
素含有量1.0 at%以下の場合にバルク状非晶質が得られ
ることがわかる。
【００３８】また表2および表3から、得られるバルク合
金の硬度は、酸素含有量が0.00 5at%以上で高い値が得
られることがわかる。
金の硬度は、酸素含有量が0.00 5at%以上で高い値が得
られることがわかる。
【００３９】さらに表2および表3から、得られるバルク
合金の伸びは、合金の酸素含有量が1.0 at%以下、窒素
含有量0.2 at以下、および水素含有量1.0 at%以下で高
い値が得られることがわかる。
合金の伸びは、合金の酸素含有量が1.0 at%以下、窒素
含有量0.2 at以下、および水素含有量1.0 at%以下で高
い値が得られることがわかる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によって、Tiを含有する合金にお
いて、合金の金属組成を規定するとともに、非金属成分
の酸素、窒素や水素の含有量を所定の範囲に調整するこ
とによって、高い硬度を有し、伸びの大きいバルクの非
晶質合金を得ることが可能になった。本発明によれば、
高い硬度を有し、伸びの大きいバルク状非晶質合金が、
例えば鋳込みによって製造することができ、このため、
従来に比べて容易にしかもより大きな寸法の非晶質合金
の製造が可能となった。この結果、高強度部材として、
従来に比べてより広い用途に非晶質合金の優れた特徴を
生かして用いることが可能になった。
いて、合金の金属組成を規定するとともに、非金属成分
の酸素、窒素や水素の含有量を所定の範囲に調整するこ
とによって、高い硬度を有し、伸びの大きいバルクの非
晶質合金を得ることが可能になった。本発明によれば、
高い硬度を有し、伸びの大きいバルク状非晶質合金が、
例えば鋳込みによって製造することができ、このため、
従来に比べて容易にしかもより大きな寸法の非晶質合金
の製造が可能となった。この結果、高強度部材として、
従来に比べてより広い用途に非晶質合金の優れた特徴を
生かして用いることが可能になった。
【図１】 本発明のバルク状非晶質合金の製造方法の一
実施形態を示す流れ図である。
実施形態を示す流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 9/01 Ｃ２２Ｃ 9/01 9/05 9/05 9/06 9/06 9/10 9/10 45/00 45/00 45/02 45/02 Ｚ 45/04 45/04 Ｚ 45/08 45/08 Ｃ２２Ｆ 1/02 Ｃ２２Ｆ 1/02 1/08 1/08 Ｐ 1/18 1/18 Ｈ // Ｃ２２Ｆ 1/00 1/00 Ｂ ６０８ ６０８ ６３０ ６３０Ａ ６８１ ６８１
Claims (6)
- 【請求項１】 金属成分としてCuを0 at%以上50 at%以
下、Niを0 at%以上55at%以下含有し、Al, Si, V, Cr, M
n, Fe, Co, ZrおよびHfから選択される1種または2種以
上の元素Mを0.1 at%以上45 at%以下含有し、CuとNiとM
との合計で25 at%以上90 at%以下を含有するTi合金が、
非金属成分として酸素を0.005 at%以上1.0 at%以下含有
することを特徴とするバルク状非晶質合金。 - 【請求項２】 金属成分としてCuを0at%以上50at%以
下、Niを0 at%以上55 at%以下含有し、Al, Si, V, Cr,
Mn, Fe, Co, ZrおよびHfから選択される1種または2種以
上の元素Mを0.1 at%以上45 at%以下含有し、CuとNiとM
との合計で25 at%以上90 at%以下を含有するTi合金が、
非金属成分として酸素を0.005 at%以上1.0at%以下、窒
素を0.2 at%以下含有することを特徴とするバルク状非
晶質合金。 - 【請求項３】 金属成分としてCuを0 at%以上50 at%以
下、Niを0 at%以上55at%以下含有し、Al, Si, V, Cr, M
n, Fe, Co, ZrおよびHfから選択される1種または2種以
上の元素Mを0.1 at%以上45 at%以下含有し、CuとNiとM
との合計で25 at%以上90 at%以下を含有するTi合金が、
非金属成分として、酸素を0.005 at%以上1.0 at%以下、
窒素を0.2 at%以下および水素を1.0 at%以下含有するこ
とを特徴とするバルク状非晶質合金。 - 【請求項４】 前記非晶質合金における非晶質相が体積
率で50 %以上100 %以下であることを特徴とする請求項1
ないし3記載のバルク状非晶質合金。 - 【請求項５】 酸素、窒素および水素を含有させたTi合
金母材を調製するTi母材調製工程と、 酸素、窒素および水素の分圧を制御した減圧雰囲気下に
おいて前記Ti合金母材を溶融して所定量の酸素、窒素お
よび水素を含有するTi合金溶融体とするTi合金溶融工程
と、 前記Ti合金溶融体を鋳型に鋳込んで冷却する鋳込み冷却
工程とを有することを特徴とするバルク状非晶質合金の
製造方法。 - 【請求項６】 請求項1ないし4のいずれか1項記載のバ
ルク状非晶質合金を用いて構成されてなることを特徴と
する高強度部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000136248A JP4515596B2 (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | バルク状非晶質合金、バルク状非晶質合金の製造方法、および高強度部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000136248A JP4515596B2 (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | バルク状非晶質合金、バルク状非晶質合金の製造方法、および高強度部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001316784A true JP2001316784A (ja) | 2001-11-16 |
| JP4515596B2 JP4515596B2 (ja) | 2010-08-04 |
Family
ID=18644223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000136248A Expired - Lifetime JP4515596B2 (ja) | 2000-05-09 | 2000-05-09 | バルク状非晶質合金、バルク状非晶質合金の製造方法、および高強度部材 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4515596B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-05-09 JP JP2000136248A patent/JP4515596B2/ja not_active Expired - Lifetime
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