JP2003003246A - Cu−Be基非晶質合金 - Google Patents
Cu−Be基非晶質合金Info
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Abstract
温度(Tg/Tm)を有し、結晶化に対する高い熱的安定
性を示して、大きな非晶質形成能を有する、優れた機械
的性質、優れた加工性を兼ね備えたCu-Be系非晶質
合金の提供。 【構成】 式:Cu100-a-bBea(Zr1-x-yHfxTiy)
b[式中、a、bは原子%で、0<a≦20、20≦b≦
40、x、yは原子分率で、0≦x≦1、0≦y≦0.
8]で示される組成を有する非晶質相を体積分率で50
%以上を含むCu-Be基非晶質合金。Fe、Cr、M
n、Ni、Co、Nb、Mo、W、Sn、Al、Ta、
または希土類元素を少量、Ag、Pd、Pt、Auより
なる群から選択される1種または2種以上の元素を少量
含有させてもよい。
Description
を有し、機械的性質、加工性に優れたCu-Be基非晶
質合金に関するものである。
した時効硬化性をもつ銅合金で、Beを2%含む合金
は、溶体化処理した後の引張り強さは約0.5GPaで
あるが、時効硬化すると1.5GPaという高強度が得
られる。耐食性にも優れており、この2%Be合金は電
子工業や通信機器分野で高性能、高信頼性ばねとして広
く使われている。また、プラスチック成形用金型、衝撃
で火花の出ない安全工具としての用途もある。Beの含
有量が1%以下の合金は高電気伝導率合金として利用さ
れている。
の合金を非晶質化することによって、結晶合金状態では
得られない強度、弾性、耐食性が得られた。また、ガラ
ス遷移温度以上の過冷却液体温度域で優れた超塑性加工
性を示すことが知られている。
は、Zr,Ti,Cu及びNiを含有するガラス合金(特
表平10-512014号公報、特表平8-508545
号公報)が知られている。また、本発明者らは、先にC
u基非晶質合金を発明し、特許出願した(特願2000
-397007)。
e結晶質合金はバルク合金が得られるが、非晶質合金に
比べ、強度が低い。また、粘性流動的な超塑性的な加工
が出来ない。一方、非晶質合金を加熱すると、特定の合
金系では結晶化する前に、粘性流動的な塑性加工できる
過冷却液体状態を示すことが知られている。このような
過冷却液体域では、塑性加工により任意形状の非晶質合
金形成体を作製することが可能である。そして、高い非
晶質形成能を有する合金は、金型鋳造法によりバルク状
非晶質合金を作製することが可能である。
よび大きな換算ガラス温度(Tg/Tm)を有し、結晶化
に対する高い熱的安定性を示して、大きな非晶質形成能
を有する、優れた機械的性質、優れた加工性を兼ね備え
たCu-Be系非晶質合金の提供を目的としている。
題を解決するために、バルク金属ガラスが形成できる金
属ガラス材料を提供することを目的として探索した結
果、Cu-Be-Zr-Ti-Hf系合金において、25K
以上の過冷却液体域を示し、1mm以上の非晶質合金棒
が得られ、大きな非晶質形成能、高強度、高弾性、優れ
た加工性を備えたCu-Be系非晶質合金が得られるこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
ea(Zr1-x-yHfxTiy)b[式中、a、bは原子%で、
0<a≦20、20≦b≦40、x、yは原子分率で、
0≦x≦1、0≦y≦0.8]で示される組成を有する
非晶質相を体積分率で50%以上を含むCu-Be基非
晶質合金である。
a(Zr1-x-yHfxTiy)b[式中、a、bは原子%で、5
<a≦10、30≦b≦40、x、yは原子分率で、0
≦x≦1、0≦y≦0.8]で示される組成を有する非
晶質相を体積分率で50%以上を含むCu-Be基非晶
質合金である。
ea(Zr1-x-yHfxTiy)bMcTd[式中、Mは、Fe、
Cr、Mn、Ni、Co、Nb、Mo、W、Sn、A
l、Ta、または希土類元素よりなる群から選択される
1種または2種以上の元素、Tは、Ag、Pd、Pt、
Auよりなる群から選択される1種または2種以上の元
素であり、a、b、c、dは原子%で、0<a≦20、
20≦b≦40、0<c≦5、0<d≦10、x、yは
原子分率で、0≦x≦1、0≦y≦0.8]で示される
組成を有する非晶質相を体積分率50%以上を含むCu
-Be基非晶質合金である。
ea(Zr1-x-yHfxTiy)bMcTd[式中、Mは、Fe、
Cr、Mn、Ni、Co、Nb、Mo、W、Sn、A
l、Ta、または希土類元素よりなる群から選択される
1種または2種以上の元素、Tは、Ag、Pd、Pt、
Auよりなる群から選択される1種または2種以上の元
素であり、a、b、c、dは原子%で、5<a≦10、
30≦b≦40、0<c≦5、0<d≦10、x、yは
原子分率で、0≦x≦1、0≦y≦0.8]で示される
組成を有する非晶質相を体積分率50%以上を含むCu
-Be基非晶質合金である。
は、熱分析を行う際、顕著なガラス遷移および結晶化に
よる発熱が観察され、銅製鋳型鋳造法により金属ガラス
が作製できることが分かった。
金属ガラス塊を作製することができる。本発明の合金組
成域から外れると、ガラス形成能が劣り、溶湯から凝固
過程にかけて結晶核が生成・成長し、ガラス相に結晶相
が混在した組織になる。また、上記の組成範囲から大き
く離れる時、ガラス相が得られず、結晶相となる。
g(ただし、Txは、結晶化開始温度、Tgはガラス遷
移温度を示す。)の式で表わされる過冷却液体領域の温
度間隔△Txが25K以上である。
し、Tmは、合金の融解温度を示す。)の式で表わされ
る換算ガラス化温度が0.58以上である。
得られる臨界厚さが大きく、金型鋳造法により直径(厚
さ)1mm以上、非晶質相の体積分率50%以上の棒材
(板材)が得られる。
毎分40Kの加熱速度で示差走査熱量分析を行うことに
より得られるガラス遷移温度と結晶化開始温度の差で定
義されるものである。「過冷却液体領域」は結晶化に対す
る抵抗力、すなわち、非晶質の熱的安定性、非晶質形成
能および加工性を示す値である。本発明の合金は30K
以上の過冷却液体領域を有する。また、明細書中の「換
算ガラス化温度」とはガラス遷移温度(Tg)と毎分5K
の加熱速度で示差熱量分析(dTa)を用いて行う熱分析
により得られる合金の融解温度(Tm)の比で定義される
ものである。「換算ガラス化温度」は非晶質形成能力を示
す値である。
する。本発明のCu-Be系非晶質合金において、Z
r、Hf、またはTiは、非晶質を形成する基本となる
元素である。Zrは0原子%以上40原子%以下で、好
ましくは20原子%以上30原子%以下である。Hfは
0原子%以上40原子%以下で、好ましくは20原子%
以上30原子%以下である。Tiは0原子%以上32原
子%以下で、好ましくは10原子%以上20原子%以下
である。Zr、Hf、またはTiの量はそれ以外の範囲
では、過冷却液体を示さず、Tg/Tmも0.56以下
になるので、合金の非晶質形成能が低下する。
子%以上40原子%以下とする。これらの合計含有量が
20原子%以下、40原子%を超えると非晶質形成能が
低下するため、バルク材が得られない。より好ましく
は、30原子%以上40原子%以下である。
て、Beは、非晶質形成能と得られた非晶質合金の強度
を向上する元素であり、20原子%以下添加する。20
原子%を超えると、非晶質形成能が低下する。より好ま
しくは、5原子%以上10原子%以下である。
o、Nb、Mo、W、Sn、Al、Ta、または希土類
元素(Y,Gd,Tb,Dy,Sc,La,Ce,Pr,
Nd,Sm,Eu,Ho)によって置換してもよく、こ
れらの元素の添加は機械的強度の向上に有効であるが、
非晶質形成能が劣化するため、5原子%以下が好まし
い。
またはPtによって置換してもよく、置換することによ
り、過冷却液体領域の広さは、少々増加するが、10原
子%を超えると過冷却液体領域が25K未満となり、非
晶質形成能力が低下する。
ら公知の単ロール法、双ロール法、回転液中紡糸法、ア
トマイズ法などの種々の方法で冷却固化させ、薄帯状、
フィラメント状、粉粒体状の非晶質合金を得ることがで
きる。また、本発明のCu基非晶質合金は大きな非晶質
形成能を有するため、上述の公知の製造方法のみなら
ず、溶融金属を金型に充填鋳造することにより任意の形
状のバルク非晶質合金を得ることができる。
本発明の合金組成となるように調製した母合金を石英管
中でアルゴン雰囲気中において溶融した後、溶融金属を
0.5〜1.5 Kg・f/cm2の噴出圧で銅製の金型内
に充填凝固させることにより非晶質合金塊を得ることが
できる。更に、ダイカストキャスティング法およびスク
イズキャスティング法などの製造方法を適用することも
できる。
1に示す合金組成からなる材料(実施例1〜14、比較
例1〜6)および表2(実施例15〜26、比較例7〜
10)について、アーク溶解法により母合金を溶製した
後、金型鋳造法により棒状試料を作製し、非晶質単相組
織が得られる棒状試料の臨界厚さを求めた。棒状試料の
非晶質化の確認はX線回折法により行った。さらに、圧
縮試験片を作製し、インストロン型試験機を用いて圧縮
試験を行い圧縮強度(σf9を評価した。これらの評価
結果を表1および表2に示す。
施例のBeを含有する非晶質合金は、直径1mm以上の
非晶質合金棒が容易に得られ、さらには3mm以上の非
晶質合金棒も得られ、かつ2200MPa以上の圧縮破
断強度(σf)を示す。
e基非晶質合金組成によれば、金型鋳造法により直径
(厚さ)1mm以上の棒状試料を容易に作製することが
できる。これらの非晶質合金は25K以上の過冷却液体
領域を示すとともに、高強度を有する。これらのことか
ら、本発明は、大きな非晶質形成能、優れた機械的性
質、優れた加工性、を兼備した実用上有用なCu−Be
基非晶質合金を提供することができる。
Claims (7)
- 【請求項1】 式:Cu100-a-bBea(Zr1-x-yHfxT
iy)b[式中、a、bは原子%で、0<a≦20、20≦
b≦40、x、yは原子分率で、0≦x≦1、0≦y≦
0.8]で示される組成を有する非晶質相を体積分率で
50%以上を含むCu-Be基非晶質合金。 - 【請求項2】 式:Cu100-a-bBea(Zr1-x-yHfxT
iy)b[式中、a、bは原子%で、5<a≦10、30≦
b≦40、x、yは原子分率で、0≦x≦1、0≦y≦
0.8]で示される組成を有する非晶質相を体積分率で
50%以上を含むCu-Be基非晶質合金。 - 【請求項3】 式:Cu100-a-b-c-dBea(Zr1-x-yH
fxTiy)bMcTd[式中、Mは、Fe、Cr、Mn、N
i、Co、Nb、Mo、W、Sn、Al、Ta、または
希土類元素よりなる群から選択される1種または2種以
上の元素、Tは、Ag、Pd、Pt、Auよりなる群か
ら選択される1種または2種以上の元素であり、a、
b、c、dは原子%で、0<a≦20、20≦b≦4
0、0<c≦5、0<d≦10、x、yは原子分率で、
0≦x≦1、0≦y≦0.8]で示される組成を有する
非晶質相を体積分率50%以上を含むCu-Be基非晶
質合金。 - 【請求項4】 式:Cu100-a-b-c-dBea(Zr1-x-yH
fxTiy)bMcTd[式中、Mは、Fe、Cr、Mn、N
i、Co、Nb、Mo、W、Sn、Al、Ta、または
希土類元素よりなる群から選択される1種または2種以
上の元素、Tは、Ag、Pd、Pt、Auよりなる群か
ら選択される1種または2種以上の元素であり、a、
b、c、dは原子%で、5<a≦10、30≦b≦4
0、0<c≦5、0<d≦10、x、yは原子分率で、
0≦x≦1、0≦y≦0.8]で示される組成を有する
非晶質相を体積分率50%以上を含むCu-Be基非晶
質合金。 - 【請求項5】 △Tx=Tx-Tg(ただし、Txは、
結晶化開始温度、Tgはガラス遷移温度を示す。)の式
で表わされる過冷却液体領域の温度間隔△Txが25K
以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか
に記載のCu-Be基非晶質合金。 - 【請求項6】 Tg/Tm(ただし、Tmは、合金の融
解温度を示す。)の式で表わされる換算ガラス化温度が
0.58以上であることを特徴とする請求項1乃至5の
いずれかに記載のCu-Be基非晶質合金。 - 【請求項7】 金型鋳造法により直径(厚さ)1mm以
上、非晶質相の体積分率90%以上の棒材(板材)が得
られる請求項1乃至6のいずれかに記載のCu-Be基
非晶質合金。
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