JP2003508628A - 塊状金属成形体上への塊状非晶質層の製法 - Google Patents
塊状金属成形体上への塊状非晶質層の製法Info
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Classifications
-
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-
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- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
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Abstract
(57)【要約】
本発明の目的は、塊状金属成形体上で塊状非晶質層を製造するための、改良された方法を提供することである。この方法では、単一の工程で>20μmの厚さを有する非晶質層が得られる。この目的のために、高速凝固条件下に塊状金属ガラスを製造するために使用できる合金または成形体材料成分と一緒に塊状金属ガラスを高速凝固条件下に製造するために使用できる合金成分を、高エネルギー放射線により溶融し、塊状金属成形体上に直接塗布することにより、>20μmであり数ミリメートルまでの厚さを有する非晶質層を形成するか、または成形体の表面へ合金化する。溶融物を、自然冷却および/または成形体の強制冷却により、速やかに凝固させる。本発明の方法により、表面特性を改善する塊状金属ガラスで金属成形体を被覆することが可能となる。このような層は、例えば、成形体の耐腐食性または耐摩耗性および引き裂き特性を向上させるために利用できる。
Description
【0001】
本発明は、塊状金属成形体上に塊状非晶質層を製造する方法に関する。この方
法により、表面特性の改善をもたらす塊状金属ガラスで金属成形体を被覆するこ
とができる。このような層は、例えば、成形体の耐腐蝕性または摩耗耐性の向上
のために役立つ。
法により、表面特性の改善をもたらす塊状金属ガラスで金属成形体を被覆するこ
とができる。このような層は、例えば、成形体の耐腐蝕性または摩耗耐性の向上
のために役立つ。
【0002】
塊状非晶質層を得るために、塊状非晶質合金系から成る成形体を、電子線また
はレーザー線により、ゾーン溶融法において、表面上で再溶融することはすでに
公知である。しかしながら、非常に脆い結晶性の支持体では、このような層の良
好な特性は、あまり十分に活用されない。
はレーザー線により、ゾーン溶融法において、表面上で再溶融することはすでに
公知である。しかしながら、非常に脆い結晶性の支持体では、このような層の良
好な特性は、あまり十分に活用されない。
【0003】
2成分型合金系を使用して、腐蝕−および摩耗−保護層および金属非晶質材料
から成る成形体を製造する方法がすでに知られている(DE3800454A1
)。ここでは、最初に、機械的な合金を用いて、結晶性の出発物質から、粉体治
金法により更なる加工の可能な非晶質粉体を製造する。その後、この粉体を、結
晶化温度よりも低い中程度の温度で、支持体上に非晶質層として塗布するかまた
は成形体へ圧縮する。約20時間の粉砕時間を要する高価な粉砕法により粉体を
製造しなければならないこのような技術は不利である。その上、得られた非晶質
表面層は、支持体と機械的にクランプされているかまたは咬合しているに過ぎな
い。
から成る成形体を製造する方法がすでに知られている(DE3800454A1
)。ここでは、最初に、機械的な合金を用いて、結晶性の出発物質から、粉体治
金法により更なる加工の可能な非晶質粉体を製造する。その後、この粉体を、結
晶化温度よりも低い中程度の温度で、支持体上に非晶質層として塗布するかまた
は成形体へ圧縮する。約20時間の粉砕時間を要する高価な粉砕法により粉体を
製造しなければならないこのような技術は不利である。その上、得られた非晶質
表面層は、支持体と機械的にクランプされているかまたは咬合しているに過ぎな
い。
【0004】
また、最初に、従来の被覆法を用いた例えば金属−または合金粉体による被覆
、あるいは電着により、1層以上の非晶質にすべき金属−または合金層を支持体
上に析出させることは公知である。その後、この層を、レーザーまたは別の高エ
ネルギー放射線により、支持体上で溶融する(JP63085187;US51
43533;JP63286586)。これにより、20μmまでの厚さを有す
る非晶質の薄フィルムおよび薄層が得られる。しかし、このフィルムおよび層は
、種々の工業的利用に関しては、薄過ぎる。
、あるいは電着により、1層以上の非晶質にすべき金属−または合金層を支持体
上に析出させることは公知である。その後、この層を、レーザーまたは別の高エ
ネルギー放射線により、支持体上で溶融する(JP63085187;US51
43533;JP63286586)。これにより、20μmまでの厚さを有す
る非晶質の薄フィルムおよび薄層が得られる。しかし、このフィルムおよび層は
、種々の工業的利用に関しては、薄過ぎる。
【0005】
本発明の課題は、一工程のみで>20μmの厚さを有する非晶質層を製造でき
る、塊状金属成形体上で塊状非晶質層を生成するための製法である。
る、塊状金属成形体上で塊状非晶質層を生成するための製法である。
【0006】
この課題は、本発明において請求項に記載された方法で解決される。
【0007】
本発明において、高速凝固条件下で塊状金属ガラスを形成するのに好適な合金
、または成形体材料の成分と一緒に、高速凝固条件下で塊状金属ガラスを形成す
るのに好適な合金成分を、高エネルギー放射線により溶融液状にし、>20μm
〜数ミリメートル厚さを有する非晶質層を製造するために、塊状金属成形体上に
直接塗布するかまたは成形体の表面中へ合金化する。この際、溶融物の高速凝固
は、成形体の自然冷却および/または成形体の強制冷却により実施される。
、または成形体材料の成分と一緒に、高速凝固条件下で塊状金属ガラスを形成す
るのに好適な合金成分を、高エネルギー放射線により溶融液状にし、>20μm
〜数ミリメートル厚さを有する非晶質層を製造するために、塊状金属成形体上に
直接塗布するかまたは成形体の表面中へ合金化する。この際、溶融物の高速凝固
は、成形体の自然冷却および/または成形体の強制冷却により実施される。
【0008】
本発明の方法は、有利に、一工程のみで、塊状金属成形体上に、>20μm〜
約2ミリメートルまでの厚さの塊状非晶質層を製造することを可能にする。こう
して、場合により行われる表面処理の後にも、何もしなくても、なお最少厚さが
数1/10ミリメートルの範囲である機能層を製造できる。
約2ミリメートルまでの厚さの塊状非晶質層を製造することを可能にする。こう
して、場合により行われる表面処理の後にも、何もしなくても、なお最少厚さが
数1/10ミリメートルの範囲である機能層を製造できる。
【0009】
高速凝固条件下に塊状金属ガラスを製造する合金を塗布する方法では、Mg−
、Zr−、Ti−、Fe−、Co−、Al−、Pd−またはNi−をベースとす
る合金を使用することができる。
、Zr−、Ti−、Fe−、Co−、Al−、Pd−またはNi−をベースとす
る合金を使用することができる。
【0010】
この際、有利にはZr−Ti−Al−Cu−Ni、Pd−Cu−Si、Pd−
Ni−P、Zr−Cu−Ni−Al、Zr−M−Al−Ni−Cu(M=Ti、
Nb、Pd)、Fe−(Al、Ga)、(Fe、Co)−(Zr、Hf、Nb、
Ln)−BおよびLa−Al−Ni−Cuから成る群より選択される合金を使用
してよい。
Ni−P、Zr−Cu−Ni−Al、Zr−M−Al−Ni−Cu(M=Ti、
Nb、Pd)、Fe−(Al、Ga)、(Fe、Co)−(Zr、Hf、Nb、
Ln)−BおよびLa−Al−Ni−Cuから成る群より選択される合金を使用
してよい。
【0011】
高速凝固条件下で、形成材料の成分と一緒になって塊状金属ガラスを形成する
のに好適な合金成分の合金化の方法のために、成形体材料成分と一緒になった塊
状非晶質Mg−、Zr−、Ti−、Fe−、Co−、Al−、Pd−またはNi
−ベースの合金を生じる成分を使用してよい。
のに好適な合金成分の合金化の方法のために、成形体材料成分と一緒になった塊
状非晶質Mg−、Zr−、Ti−、Fe−、Co−、Al−、Pd−またはNi
−ベースの合金を生じる成分を使用してよい。
【0012】
有利には、この際、成形体材料の成分と一緒になって、Zr−Ti−Al−C
u−Ni、Pd−Cu−Si、Pd−Ni−P、Zr−Cu−Ni−Al、Zr
−M−Al−Ni−Cu(M=Ti、Nb、Pd)、Fe−(Al、Ga)、(
Fe、Co)−(Zr、Hf、Nb、Ln)−BおよびLa−Al−Ni−Cu
から成る群より選択される合金を形成する成分を使用してよい。
u−Ni、Pd−Cu−Si、Pd−Ni−P、Zr−Cu−Ni−Al、Zr
−M−Al−Ni−Cu(M=Ti、Nb、Pd)、Fe−(Al、Ga)、(
Fe、Co)−(Zr、Hf、Nb、Ln)−BおよびLa−Al−Ni−Cu
から成る群より選択される合金を形成する成分を使用してよい。
【0013】
高エネルギー放射線として、電子線、レーザー線および/またはプラズマを利
用してよい。ここで、作業容器中での真空により、電子線法は、作用容器中で、
酸素高親和性合金(sauerstoff affiner Legierungen)を処理するための優れた
前提条件を提供し、特にジルコニウム合金に好適である。
用してよい。ここで、作業容器中での真空により、電子線法は、作用容器中で、
酸素高親和性合金(sauerstoff affiner Legierungen)を処理するための優れた
前提条件を提供し、特にジルコニウム合金に好適である。
【0014】
塗布または合金化される材料は、シート、バンド、ワイヤの形、粉体またはフ
ラックス入りワイヤまたはフラックス入りバンドの形で使用される。塗布または
合金化される材料が非晶質の場合、巻き上げ可能なシートを使用するのが有利で
ある。
ラックス入りワイヤまたはフラックス入りバンドの形で使用される。塗布または
合金化される材料が非晶質の場合、巻き上げ可能なシートを使用するのが有利で
ある。
【0015】
本発明において、複数の隣接して存在する層を塗布または合金化することがで
きる。作業工程で得られる層幅は、加工されるべきシートの幅および使用される
電子線装置の性能に依存する。
きる。作業工程で得られる層幅は、加工されるべきシートの幅および使用される
電子線装置の性能に依存する。
【0016】
得られる塊状非晶質層を、場合により均質化しかつなおも存在する結晶性の相
領域を除去するために、高エネルギー線を用いて再溶融してよい。
領域を除去するために、高エネルギー線を用いて再溶融してよい。
【0017】
次に、実施例および本発明の被覆された形成体の断面図を用いて、本発明を詳
細に説明する。
細に説明する。
【0018】
実施例1
スチールC45上に、電子線法により、塊状非晶質層を塗布した。このために
、Zr65質量%、Cu25.5質量%、Ni3.9質量%およびAl3.6質量
%を含有し、古典的な溶融−紡糸−法で製造されているZr−ベース−合金から
成る、厚さが50μmで幅が10mmの非晶質シートを使用する。
、Zr65質量%、Cu25.5質量%、Ni3.9質量%およびAl3.6質量
%を含有し、古典的な溶融−紡糸−法で製造されているZr−ベース−合金から
成る、厚さが50μmで幅が10mmの非晶質シートを使用する。
【0019】
20cm/sまでの非常に速い供給速度を示すシート搬送装置を利用して、シ
ートを面エネルギー約2000Ws/cm- 2を示す電子線へ供給し、この際、
ここで、エネルギーフィールドは、予備加熱フィールドおよび溶融フィールドに
分けられる。
ートを面エネルギー約2000Ws/cm- 2を示す電子線へ供給し、この際、
ここで、エネルギーフィールドは、予備加熱フィールドおよび溶融フィールドに
分けられる。
【0020】
非晶質の凝固のためになお十分な層の冷却速度を達成するために、合金の層厚
さを0.5mmに制限する。
さを0.5mmに制限する。
【0021】
層の塗布に際しては、これを支持体材料と混合しないことに留意すべきである
、というのも、そうでないと、シート材料の化学的組成が変化し、その結果、層
の結晶性の凝固が起こるからである。
、というのも、そうでないと、シート材料の化学的組成が変化し、その結果、層
の結晶性の凝固が起こるからである。
【0022】
方法の結果、図面に示すように、厚さが約0.5mmの非晶質層で被覆された
成形体が製造される。
成形体が製造される。
【0023】
実施例2
この実施例では、実施例1で示されるのと同一の材料および技術装置を用るが
、ここでは、非晶質被覆材料の複数の塗布筋(Auftragsspuren)が隣り合うよう
に成形体上に塗布する。
、ここでは、非晶質被覆材料の複数の塗布筋(Auftragsspuren)が隣り合うよう
に成形体上に塗布する。
【0024】
この際、細く部分的に重なった領域で、部分的に結晶化が起こる。これを除く
ために、支持体材料に影響が及ぶことなしに、電子線装置中で、塗布層を再溶融
し均質化し、これにより、塊状非晶質被膜が得られる。
ために、支持体材料に影響が及ぶことなしに、電子線装置中で、塗布層を再溶融
し均質化し、これにより、塊状非晶質被膜が得られる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY,
DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I
T,LU,MC,NL,PT,SE),JP,US
(72)発明者 ザビーネ シネリング
ドイツ連邦共和国 ドレースデン ヘレン
ドルファー シュトラーセ 12
Fターム(参考) 4K001 FA13
4K044 AA02 BA01 BA02 BA06 BA08
BB17 CA11 CA42 CA44
Claims (10)
- 【請求項1】 高速凝固条件下で塊状金属ガラスを製造するのに適した合金
、または高速凝固条件下で成形体材料の成分と一緒に塊状金属ガラスを製造する
のに適した合金成分を、高エネルギー放射線により塊状金属成形体上に溶融液状
で、>20μm〜数ミリメートル厚さの非晶質層を製造するために直接塗布する
か、または成形体の表面中へ合金化し、その際、成形体の自然冷却下におよび/
または成形体の強制冷却により、溶融物の速やかな凝固を生じさせることを特徴
とする、塊状金属成形体上に塊状非晶質層を製造する方法。 - 【請求項2】 溶融液状での塗布のために、高速凝固条件下で塊状金属ガラ
スを製造するに好適なMg−、Zr−、Ti−、Fe−、Co−、Al−、Pd
−またはNi−ベースの合金を使用する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 Zr−Ti−Al−Cu−Ni、Pd−Cu−Si、Pd−
Ni−P、Zr−Cu−Ni−Al、Zr−M−Al−Ni−Cu(M=Ti、
Nb、Pd)、Fe−(Al、Ga)、(Fe、Co)−(Zr、Hf、Nb、
Ln)−BおよびLa−Al−Ni−Cuから成る群より選択される、高速凝固
条件下に塊状金属ガラスを製造するのに好適な1種以上の合金を使用する、請求
項2に記載の方法。 - 【請求項4】 合金化のために、成形体材料の成分と一緒になって、高速凝
固条件下に塊状金属ガラスを製造するのに好適な塊状非晶質Mg−、Zr−、T
i−、Fe−、Co−、Al−、Pd−またはNi−ベースの合金を生じる成分
を使用する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 合金化のために、成形体材料の成分と一緒になって、Zr−
Ti−Al−Cu−Ni、Pd−Cu−Si、Pd−Ni−P、Zr−Cu−N
i−Al、Zr−M−Al−Ni−Cu(M=Ti、Nb、Pd)、Fe−(A
l、Ga)、(Fe、Co)−(Zr、Hf、Nb、Ln)−BおよびLa−A
l−Ni−Cuから成る群より選択される、高速凝固条件下に塊状金属ガラスを
製造するのに好適な1種以上の合金を形成する成分を使用する、請求項4に記載
の方法。 - 【請求項6】 高エネルギー放射線として、電子線、レーザー線および/ま
たはプラズマを使用する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 塗布または合金化する材料を、シート、バンド、ワイヤの形
、粉体形、またはフラックス入りワイヤまたはフラックス入りバンドの形で使用
する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 塗布または合金化する材料を、非晶質で巻き上げ可能なシー
トとして使用する、請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 均質化しかつまだ存在している結晶性の層領域を除去するた
めに、得られた塊状非晶質層を高エネルギー放射線により再溶融する、請求項1
に記載の方法。 - 【請求項10】 複数の隣接して存在する層を塗布または合金化し、その後
、これらの層を一緒に均質化し、存在する結晶性の層領域を除去するために、高
エネルギー放射線により再溶融する、請求項1に記載の方法。
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