JP2010144245A - Zr BASED METAL GLASS ALLOY - Google Patents

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明久 井上
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新敏 王
Isamu Cho
偉 張
Yoshio Cho
慶生 張
Kunsu Son
根洙 孫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Zr based metal glass alloy in which the formability of an amorphous phase is high, and which has high strength and a low Young's modulus, and can be economically produced as well. <P>SOLUTION: The Zr based metal glass alloy is composed of a raw material containing, by atom%, 50 to 70% zirconium (Zr), 15 to 30% copper (Cu), 5 to 15% aluminum (Al), 2 to 20% iron (Fe) and >0.01 to 0.2% nitrogen (N) as the main components, and comprising one or more kinds selected from hydrogen (H), oxygen (O) and carbon (C) as inevitable impurities. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、アモルファス(非晶質)相の形成能が高く、高強度、低ヤング率を有するZr基金属ガラス合金に関する。   The present invention relates to a Zr-based metallic glass alloy having a high ability to form an amorphous phase and having a high strength and a low Young's modulus.

金属ガラス合金とは、溶融状態の合金を急冷することにより得られるもので、ガラスのように元素の配列に規則性がなく、広い過冷却液体領域を示す非晶質金属のことをいう。金属ガラス合金は、高い反発係数、高い強度、優れた鋳造性、および優れた耐腐食性といった特徴を有しており、ゴルフクラブ、携帯電話のフレーム、腕時計のケーシング、圧力センサ、バネ材、および歯車などにその用途範囲が広がっている。   The metal glass alloy is obtained by rapidly cooling an alloy in a molten state, and means an amorphous metal having no regular arrangement of elements and showing a wide supercooled liquid region like glass. Metallic glass alloys have features such as high coefficient of restitution, high strength, excellent castability, and excellent corrosion resistance, such as golf clubs, mobile phone frames, watch casings, pressure sensors, spring materials, and The range of applications is expanding to gears.

ところで、現在、上記用途開発が進んでいる金属ガラス合金として、Zr−Cu−Al−Niの四元金属ガラス合金(Zr基金属ガラス合金)を挙げることができるが、かかる合金は高価なNiを使用していることから、更に用途開発を進めるためには、より低いコストで当該合金と同等以上の物性の金属ガラス合金を製造できる新たな合金組成が求められている。   By the way, as a metallic glass alloy whose application development is progressing, a quaternary metallic glass alloy (Zr-based metallic glass alloy) of Zr—Cu—Al—Ni can be cited. Therefore, in order to further develop the application, there is a demand for a new alloy composition that can produce a metallic glass alloy having physical properties equivalent to or higher than those of the alloy at a lower cost.

このようなニーズを満たす金属ガラス合金組成としてZr−Cu−Al−Feの四元金属ガラス合金が提案されている(例えば、特許文献1参照)。係る合金組成によれば、高価なNiを安価なFeに置換しているので、より低コストでZr基金属ガラス合金を提供することができる。
特開平9−20968号公報
As a metallic glass alloy composition satisfying such needs, a quaternary metallic glass alloy of Zr—Cu—Al—Fe has been proposed (for example, see Patent Document 1). According to such an alloy composition, since expensive Ni is replaced by cheap Fe, a Zr-based metallic glass alloy can be provided at a lower cost.
JP-A-9-20968

しかしながら、アモルファス形成能が高いNiをアモルファス形成能が劣るFeに置換したZr基合金組成では、合金全体のアモルファス相の形成能(すなわち、金属ガラス形成能)が低下するようになることから、工業的には、合金形状として冷却効率の高い微粒子状のものやリボン状のものしか得ることができず、用途開発を推進する上で重要となる太径(例えば20mmを超える直径)のバルクをダイレクトに製造することができなかった。   However, in the Zr-based alloy composition in which Ni having high amorphous forming ability is replaced with Fe having poor amorphous forming ability, the forming ability of the amorphous phase of the whole alloy (that is, metallic glass forming ability) is lowered. In reality, only fine particles and ribbons with a high cooling efficiency can be obtained as alloy shapes, and bulks with large diameters (for example, diameters exceeding 20 mm), which are important for promoting application development, are directly used. Could not be manufactured.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その主たる課題は、アモルファス相の形成能が高く、高強度、低ヤング率を有し、経済的に製造することのできるZr基金属ガラス合金を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the main problems thereof are a Zr-based metal that has a high ability to form an amorphous phase, has high strength, a low Young's modulus, and can be produced economically. It is to provide a glass alloy.

請求項1に記載した発明は、「原子割合で、50%以上70%以下のジルコニウム(Zr)、15%以上30%以下の銅(Cu)、5%以上15%以下のアルミニウム(Al)、2%以上20%以下の鉄(Fe)、および0.01%を超え0.2%以下の窒素(N)を主要成分とし、水素(H)、酸素(O)、炭素(C)のいずれか1種以上を不可避不純物として含有する原料からなるZr基金属ガラス合金」である。   The invention described in claim 1 is “atomic ratio, 50% to 70% zirconium (Zr), 15% to 30% copper (Cu), 5% to 15% aluminum (Al), 2% or more and 20% or less of iron (Fe) and more than 0.01% and 0.2% or less of nitrogen (N) are the main components, and any of hydrogen (H), oxygen (O), and carbon (C) Or a Zr-based metallic glass alloy made of a raw material containing one or more kinds as inevitable impurities.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のZr基金属ガラス合金を更に限定したもので、「原子割合で、50%以上70%以下のジルコニウム(Zr)、15%以上30%以下の銅(Cu)、5%以上15%以下のアルミニウム(Al)、2%以上20%以下の鉄(Fe)、および0.01%を超え0.2%以下の窒素(N)を主要成分とし、水素(H)、酸素(O)、炭素(C)のいずれか1種以上を不可避不純物として含有する原料からなり、アモルファス相を体積率で50%以上含有することを特徴とするZr基金属ガラス合金」である。   Further, the invention described in claim 2 further limits the Zr-based metallic glass alloy described in claim 1, “50% or more and 70% or less of zirconium (Zr), 15% or more and 30 or more in atomic ratio. % Copper (Cu), 5% to 15% aluminum (Al), 2% to 20% iron (Fe), and more than 0.01% to 0.2% nitrogen (N) The main component is a raw material containing at least one of hydrogen (H), oxygen (O), and carbon (C) as an inevitable impurity, and contains an amorphous phase in a volume ratio of 50% or more. "Zr-based metallic glass alloy".

これらの発明では、主要成分として所定量のZr,Cu,Al及びFeといった金属元素に加え、0.01%を超え0.2%以下のNを添加することにより、合金組成物のアモルファス形成能を向上させることができる。   In these inventions, in addition to a predetermined amount of metal elements such as Zr, Cu, Al, and Fe as main components, the amorphous forming ability of the alloy composition is added by adding more than 0.01% and 0.2% or less N. Can be improved.

なお、このように所定量のNを配合することにより、合金組成物のアモルファス形成能が向上するメカニズムについては定かではないが、おそらくマトリクス(母材)であるZrとの親和力が高いNが、HやOやCなどの結晶化促進原子よりも先にZrと結合し、これら結晶化促進原子とZrとが結合して結晶化の核となるのを阻害しているためと考えられる。   Although the mechanism by which the amorphous forming ability of the alloy composition is improved by blending a predetermined amount of N in this way is not clear, N having a high affinity with Zr, which is probably the matrix (base material), This is presumably because Zr is bonded to crystallization promoting atoms such as H, O, and C, and these crystallization promoting atoms and Zr are bonded to each other to inhibit crystallization.

また、合金組成として、高価なNiを用いず、安価なFeを使用しているので、より低コストでZr基金属ガラス合金を提供することができる。   Moreover, since expensive Fe is not used as an alloy composition but inexpensive Ni is used, a Zr-based metallic glass alloy can be provided at a lower cost.

本発明によれば、Zr−Cu−Al−Feの四元合金組成物に主要成分として所定量のNを加えることにより、アモルファス相の形成能が高く、高強度、低ヤング率を有し、経済的に製造することができるZr基金属ガラス合金を提供することができる。又、かかる合金組成を用いれば、溶融した合金組成物の冷却スピードが比較的遅い場合であっても金属ガラスを形成することができ、直径20mm以上で且つ30mm程度までの太径のバルクをダイレクトに得ることが可能となる。   According to the present invention, by adding a predetermined amount of N as a main component to the quaternary alloy composition of Zr—Cu—Al—Fe, the amorphous phase can be formed with high ability, high strength, and low Young's modulus. A Zr-based metallic glass alloy that can be produced economically can be provided. Further, if such an alloy composition is used, a metallic glass can be formed even when the molten alloy composition is cooled at a relatively low speed, and a large-diameter bulk having a diameter of 20 mm or more and up to about 30 mm can be directly formed. Can be obtained.

本発明にかかるZr基金属ガラス合金は、原子割合で、50%以上70%以下のZr、15%以上30%以下のCu、5%以上15%以下のAl、2%以上20%以下のFe、および0.01%を超え0.2%以下のNを主要成分とし、H、O、Cのいずれか1種以上を不可避不純物として含有する原料を溶融した後、臨界冷却速度以上で冷却することによって得られる。   The Zr-based metallic glass alloy according to the present invention has an atomic ratio of 50% to 70% Zr, 15% to 30% Cu, 5% to 15% Al, 2% to 20% Fe. And a raw material containing more than 0.01% and not more than 0.2% N as a main component and any one or more of H, O, and C as inevitable impurities, and then cooled at a critical cooling rate or higher Can be obtained.

本発明のZr基金属ガラス合金において、前記割合で配合された各元素群は一体となって優れたアモルファス形成能(すなわち、金属ガラス形成能)を有し、かつ50K以上の過冷却液体領域を示す合金を形成しているが、それぞれの各元素は下記の特性に寄与していると考えられる。   In the Zr-based metallic glass alloy of the present invention, each element group blended at the above ratio has an excellent amorphous forming ability (that is, metallic glass forming ability) and has a supercooled liquid region of 50K or more. It is considered that each element contributes to the following characteristics.

なお、過冷却液体領域とは、毎分40℃の加熱速度で示差走査熱量測定(DSC)を行うことにより得られる合金のガラス転移点と結晶化開始温度の差で定義されるもので、その温度幅ΔTxは、ΔTx=Tx−Tg(式中、Txは結晶化開始温度、Tgはガラス転移点)の式で表される。   The supercooled liquid region is defined by the difference between the glass transition point of the alloy obtained by performing differential scanning calorimetry (DSC) at a heating rate of 40 ° C. per minute and the crystallization start temperature. The temperature width ΔTx is expressed by an equation: ΔTx = Tx−Tg (where Tx is a crystallization start temperature and Tg is a glass transition point).

1)Zr:合金の基となる元素で、過冷却液体領域の温度幅ΔTxを拡大する効果があり、アモルファス相を形成し易くする。又、空気中で酸化皮膜を形成することにより合金に耐食性を与える元素である。   1) Zr: an element that is a base of the alloy, has an effect of expanding the temperature range ΔTx of the supercooled liquid region, and facilitates formation of an amorphous phase Moreover, it is an element which gives corrosion resistance to the alloy by forming an oxide film in the air.

2)Cu:合金の機械的特性を向上させる効果がある。上記の通り本発明合金全体におけるCuの配合割合は、15原子%以上で且つ30原子%以下であることが必要である。Cuの含有量が15原子%未満の場合、或いは30原子%を超える場合には、合金のアモルファス形成能が低下すると共に、合金の強度を実用上必要とされる1400MPa以上に高めることができないからである。   2) Cu: has an effect of improving the mechanical properties of the alloy. As described above, the mixing ratio of Cu in the entire alloy of the present invention needs to be 15 atomic% or more and 30 atomic% or less. If the Cu content is less than 15 atomic% or exceeds 30 atomic%, the amorphous forming ability of the alloy is lowered and the strength of the alloy cannot be increased to 1400 MPa or more which is practically required. It is.

3)Al:合金の耐食性を向上させる効果がある。上記の通り本発明合金全体におけるAlの配合割合は、5原子%以上で且つ15原子%以下であることが必要である。Alの配合割合が5原子%未満の場合、或いは15原子%を超える場合には、合金のアモルファス形成能が低下するようになるからである。   3) Al: Effective in improving the corrosion resistance of the alloy. As described above, the Al content in the entire alloy of the present invention needs to be 5 atomic% or more and 15 atomic% or less. This is because if the Al content is less than 5 atomic% or exceeds 15 atomic%, the amorphous forming ability of the alloy is lowered.

4)Fe:Zrと同様に過冷却液体領域の温度幅ΔTxを拡大する効果を有する。上記の通り合金全体におけるFeの配合割合を2原子%以上で且つ20原子%以下の範囲とすることにより、過冷却液体領域の温度幅ΔTxを広くすることができる。   4) Like Fe: Zr, it has the effect of expanding the temperature range ΔTx of the supercooled liquid region. As described above, the temperature range ΔTx of the supercooled liquid region can be widened by setting the mixing ratio of Fe in the whole alloy in the range of 2 atomic% or more and 20 atomic% or less.

5)N:合金組成物のアモルファス形成能を向上させる効果がある。合金組成物のアモルファス形成能が向上するメカニズムについては定かではないが、おそらくマトリクス(母材)であるZrとの親和力が高いNが、後述するHやOやCなどの結晶化促進原子よりも先にZrと結合し、これら結晶化促進原子とZrとが結合して結晶化の核となるのを阻害しているためと考えられる。なお、かかる効果を発揮させるためには、上記の通り本発明合金全体におけるNの配合割合は、0.01原子%を超え且つ0.2原子%以下であることが必要であり、より好ましくは0.05原子%以上で且つ0.15原子%以下である。この点について詳しくは後述する。   5) N: There is an effect of improving the amorphous forming ability of the alloy composition. The mechanism by which the amorphous forming ability of the alloy composition is improved is not clear, but N having higher affinity with Zr, which is a matrix (base material), is probably more than the crystallization promoting atoms such as H, O, and C described later. This is presumably because it is bonded to Zr first, and these crystallization promoting atoms and Zr are bonded to each other to prevent crystallization from occurring. In order to exert such an effect, as described above, the mixing ratio of N in the entire alloy of the present invention needs to be more than 0.01 atomic% and not more than 0.2 atomic%, more preferably 0.05 atomic% or more and 0.15 atomic% or less. This will be described in detail later.

6)H、O、C:これらの元素は、合金の結晶化を促進させる「結晶化促進原子」であることから、合金中に含まれないことが好ましいが、商用的に入手可能な原料に含まれるこれら結晶化促進原子を完全に除外することは実質的に困難である。したがって、本発明合金では、これらの元素を不可避不純物として合金中に含まれることを許容した。   6) H, O, C: Since these elements are “crystallization promoting atoms” that promote crystallization of the alloy, they are preferably not included in the alloy. It is virtually difficult to completely exclude these included crystallization promoting atoms. Therefore, in the alloy of the present invention, these elements are allowed to be included in the alloy as inevitable impurities.

上記元素組成で構成された合金組成物(母合金)は、過冷却液体領域の温度幅ΔTxが50K以上のものとなる。このように過冷却液体領域の温度幅ΔTxが50K以上の合金組成物は、溶融状態から冷却するとき、結晶化開始温度Txの低温側に50K以上の広い過冷却液体領域を有し、結晶化することなく温度の低下に伴ってこの過冷却液体領域の温度幅ΔTxを経過した後に、ガラス転移点Tgに至って非結晶質のいわゆる金属ガラス合金を形成する。過冷却液体領域の温度幅ΔTxが50K以上と広いために、従来知られている非晶質合金のように急冷しなくても非晶質の固体が得られ、従って鋳造法などの方法により厚みのあるブロック体を成形することができるようになる。   The alloy composition (mother alloy) composed of the above element composition has a temperature width ΔTx of the supercooled liquid region of 50K or more. As described above, the alloy composition having the temperature range ΔTx of the supercooled liquid region of 50K or more has a wide supercooled liquid region of 50K or more on the low temperature side of the crystallization start temperature Tx when cooled from the molten state. Without passing, after passing the temperature range ΔTx of the supercooled liquid region as the temperature drops, the glass transition point Tg is reached and an amorphous so-called metallic glass alloy is formed. Since the temperature range ΔTx of the supercooled liquid region is as wide as 50K or more, an amorphous solid can be obtained without quenching like a conventionally known amorphous alloy. It becomes possible to mold a block body having a gap.

なお、かかる合金組成物を用いて、金属ガラス合金を形成する際には、合金全体に対するアモルファス相の割合が体積率で50%以上となるようにするのが好ましい。こうすることで、合金の引張強度や弾性特性などの力学的性質を飛躍的に向上させることができるからである。   When forming a metallic glass alloy using such an alloy composition, the ratio of the amorphous phase to the whole alloy is preferably 50% or more by volume. By doing so, mechanical properties such as tensile strength and elastic properties of the alloy can be dramatically improved.

本発明のZr基金属ガラス合金を製造する際には、前記元素からなる組成物(母合金)の溶融物を過冷却液体状態を保ったまま冷却し固化する必要がある。金属ガラス合金の製造方法には、溶融物の冷却速度が異なる2つの方法、すなわち急冷法と徐冷法とがある。急冷法の具体例としては、例えば、薄帯状のものが得られる単ロール法や双ロール法、フィラメント状のものが得られる回転液中紡糸法、粉粒体状のものが得られるアトマイズ法などが挙げられる。   When producing the Zr-based metallic glass alloy of the present invention, it is necessary to cool and solidify the melt of the composition (mother alloy) comprising the above elements while maintaining the supercooled liquid state. There are two methods for producing a metallic glass alloy, namely, a rapid cooling method and a slow cooling method, in which the melt cooling rate is different. Specific examples of the rapid cooling method include, for example, a single roll method and a twin roll method in which a ribbon-like product is obtained, a spinning method in a rotating liquid from which a filament-like product is obtained, an atomizing method in which a granular material is obtained, and the like Is mentioned.

このうち単ロール法は、先ず各成分の元素単体粉末を前記の組成割合となるように混合し、次いでこの混合粉末をArガス雰囲気中において坩堝等の溶解装置で溶解して合金の溶湯とする。次にこの溶湯を回転している冷却用金属ロールに吹き付けて臨界冷却速度以上で急冷することにより、薄帯状の金属ガラス合金を得る方法である。   Among these, in the single roll method, first, elemental elemental powders of each component are mixed so as to have the above composition ratio, and then this mixed powder is melted in a melting apparatus such as a crucible in an Ar gas atmosphere to obtain a molten alloy. . Next, the molten metal is sprayed on a rotating metal roll for cooling and rapidly cooled at a critical cooling rate or higher to obtain a ribbon-like metallic glass alloy.

一方、徐冷法の具体例としては、溶融金属を押圧して所定形状にする鍛造法、溶融金属を圧延して所定形状にする圧延法、溶融金属を鋳込んで所定形状にする鋳造法などが挙げられる。   On the other hand, specific examples of the slow cooling method include a forging method in which molten metal is pressed into a predetermined shape, a rolling method in which molten metal is rolled into a predetermined shape, and a casting method in which molten metal is cast into a predetermined shape. It is done.

このうち、鋳造法は、水冷銅ハースに各成分の元素単体粉末を前記の組成割合となるように混合して設置し、Arガス雰囲気中においてアーク放電などで金属材料を溶解した後、金型に溶融金属を鋳込み、溶融金属を臨界冷却速度以上で冷却して金属ガラス合金を所定形状に成形する方法である。   Among these, the casting method is to install the elemental element powder of each component in water-cooled copper hearth so as to have the above composition ratio, melt the metal material by arc discharge or the like in an Ar gas atmosphere, and then mold In this method, the molten metal is cast into the molten metal, and the molten metal is cooled at a critical cooling rate or more to form a metallic glass alloy into a predetermined shape.

ここで、本発明の金属ガラス合金では、所定量のNを必須の主要成分としている。このため、急冷法及び徐冷法の何れにおいても溶解金属中にNを配合する工程が必要となる。具体的には、金属材料溶融時のArガス雰囲気を形成するArガスに所定量のNを混合し、このNを溶融金属に接触させて配合する方法や溶融金属中にNガスを直接吹き込んで配合する方法などが挙げられる。   Here, in the metallic glass alloy of the present invention, a predetermined amount of N is an essential main component. For this reason, in both the rapid cooling method and the slow cooling method, a step of blending N into the molten metal is required. Specifically, a predetermined amount of N is mixed with Ar gas that forms an Ar gas atmosphere when the metal material is melted, and the N is brought into contact with the molten metal and blended, or N gas is directly blown into the molten metal. The method of mix | blending etc. is mentioned.

以上述べたように、本発明のZr基金属ガラス合金は、Zr−Cu−Al−Feの四元合金組成物に主要成分として所定量のNを加えているので、アモルファス相の形成能が高く、高強度、低ヤング率を有する金属ガラス合金を経済的に製造することができる。又、かかる合金組成を用いれば、溶融した合金組成物の冷却スピードが比較的遅い場合であっても金属ガラスを形成することができ、直径20mm以上で且つ30mm程度までの太径のバルクをダイレクトに得ることが可能となる。   As described above, the Zr-based metallic glass alloy of the present invention has a high ability to form an amorphous phase because a predetermined amount of N is added as a main component to the Zr—Cu—Al—Fe quaternary alloy composition. A metallic glass alloy having high strength and low Young's modulus can be produced economically. Further, if such an alloy composition is used, a metallic glass can be formed even when the molten alloy composition is cooled at a relatively low speed, and a large-diameter bulk having a diameter of 20 mm or more and up to about 30 mm can be directly formed. Can be obtained.

以下、実施例として、本発明において所定量のNを必須の主要成分とした理由を裏付ける実験結果について説明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the experimental result supporting the reason which made predetermined amount N the essential main component in this invention is demonstrated as an Example, this invention is not limited to this example.

1.母合金へのN配合割合と金属ガラス形成能及び機械的強度との関係
実験に供する金属ガラス合金を得るため、Zrを60原子%、Cuを25原子%、Alを10原子%、およびFeを5原子%の組成割合に調整した金属材料にNの配合割合を0〜0.30原子%まで変化させた多数種類(表1参照)の母合金を準備し、銅鋳型傾斜鋳造法を用いてこの母合金を直径20mm、長さ50mm以上のバルク材に成形した。
1. In order to obtain a metallic glass alloy to be subjected to a relationship experiment between the N compounding ratio in the mother alloy and the metallic glass forming ability and mechanical strength , Zr is 60 atomic%, Cu is 25 atomic%, Al is 10 atomic%, and Fe is A large number of master alloys (see Table 1) in which the compounding ratio of N is changed to 0 to 0.30 atomic% in a metal material adjusted to a composition ratio of 5 atomic% are prepared, and a copper mold inclined casting method is used. This mother alloy was formed into a bulk material having a diameter of 20 mm and a length of 50 mm or more.

そして、得られたバルク材の金属ガラス形成能及び機械的強度を以下の方法で判定した。   And the metallic glass formation ability and mechanical strength of the obtained bulk material were determined with the following method.

a)金属ガラス形成能:上述のようにして得た直径20mmのバルク材の成形開始側先端(この部分が最も冷却速度が早い)から30mm離間したところを、軸方向と直交する面で切断し、当該切断面の結晶部分の面積を計測し、下式に基づいて結晶分量係数kを求めた。この結晶分量係数kが10以上(k≧10)であれば、金属ガラス形成能は良好であると判断できる。
k=1/(結晶部分の面積/314)
a) Metal glass forming ability: A 20 mm diameter bulk material obtained as described above was cut at a position 30 mm away from the molding start side tip (this part has the fastest cooling rate) at a plane orthogonal to the axial direction. The area of the crystal portion of the cut surface was measured, and the crystal content coefficient k was determined based on the following equation. If the crystal content coefficient k is 10 or more (k ≧ 10), it can be determined that the metal glass forming ability is good.
k = 1 / (area of crystal part / 314)

b)破断脆性:上述のようにして得たバルク材を自由落下させたハンマーで打撃し、衝撃力に対する強さや破断面の模様の状態を相対評価し、破断脆性を「◎=衝撃力に対する抵抗性が極めて高い」、「○=衝撃力に対する抵抗性は高い」、「△=衝撃力に対する抵抗性がやや低い」、「×=衝撃力に対する抵抗性が低い」の4水準に分類して機械的強度の指標とした。   b) Breaking brittleness: The bulk material obtained as described above was hit with a free-falling hammer, the strength against impact force and the state of the pattern of the fractured surface were relatively evaluated, and the fracture brittleness was determined as “◎ = resistance to impact force. The machine is classified into four levels: “very high resistance”, “○ = high resistance to impact force”, “△ = slightly resistance to impact force”, and “× = low resistance to impact force”. It was used as an index of the strength of the target.

表1に、Nの配合割合をそれぞれ変化させた金属ガラス合金における金属ガラス形成能及び破断脆性の判定結果を示す。なお、表1の合金組成における各数字は原子%である。   Table 1 shows the determination results of the metallic glass forming ability and fracture brittleness in the metallic glass alloys in which the blending ratio of N is changed. In addition, each number in the alloy composition of Table 1 is atomic%.

Figure 2010144245
Figure 2010144245

表1に示すとおり、金属ガラス母合金におけるNの配合割合が0.01原子%未満及び0.20原子%を超えるものでは、金属ガラス形成能が劣るようになるが、Nの配合割合が0.01原子%以上で且つ0.2原子%以下のものでは、良好な金属ガラス形成能を有することが窺える。特に、金属ガラス合金におけるNの配合割合が0.05原子%以上で且つ0.15原子%以下のものでは、金属ガラス形成能が極めて良好であることが窺える。   As shown in Table 1, when the compounding ratio of N in the metal glass master alloy is less than 0.01 atomic% and more than 0.20 atomic%, the metal glass forming ability becomes inferior, but the mixing ratio of N is 0. It can be seen that those having a concentration of .01 atomic% or more and 0.2 atomic% or less have good metallic glass forming ability. In particular, when the mixing ratio of N in the metallic glass alloy is 0.05 atomic% or more and 0.15 atomic% or less, it can be seen that the metallic glass forming ability is extremely good.

また、金属ガラス母合金におけるNの配合割合が0.01原子%以下及び0.25原子%以上のものでは、機械的強度(破断脆性)が劣るようになるが、Nの配合割合が0.01原子%を超え且つ0.2原子%以下のものでは、良好な機械的強度を有することが窺える。   Further, when the compounding ratio of N in the metallic glass master alloy is 0.01 atomic% or less and 0.25 atomic% or more, the mechanical strength (breaking brittleness) becomes inferior. When the content exceeds 01 atomic% and is 0.2 atomic% or less, it can be seen that the film has good mechanical strength.

したがって、これらの結果から、母合金全体に対するNの配合割合が、0.01原子%を超え且つ0.2原子%以下である場合には、合金組成物のアモルファス形成能を向上させることができ、機械的強度に優れたZr基金属ガラス合金を提供することができる結果を得た。   Therefore, from these results, when the compounding ratio of N with respect to the whole master alloy exceeds 0.01 atomic% and is 0.2 atomic% or less, the amorphous forming ability of the alloy composition can be improved. As a result, it was possible to provide a Zr-based metallic glass alloy having excellent mechanical strength.

2.母合金へのN配合の有無による物性の変化
上記1.で得たバルク材のうち、N無配合のものとNを0.1原子%配合したものとについて毎分40℃の加熱速度で示差走査熱量測定(DSC)を行った。結果を図1に示す。
2. Changes in physical properties depending on the presence or absence of N in the mother alloy The differential scanning calorimetry (DSC) was carried out at a heating rate of 40 ° C. per minute for the bulk material obtained in (1) and for the material containing no N and 0.1 atomic% of N. The results are shown in FIG.

図1に示すとおり、両合金ともガラス転移点(Tg)について差は認められないが、結晶化開始温度(Tx)については、Nを0.1原子%配合したものは、無配合のものに比べて若干高温側へとシフトしているような傾向が窺える。このことは、母合金に所定量のNを配合することによって過冷却液体領域の温度幅ΔTxが拡がり、金属ガラス形成能が向上することを示唆するものと考えられる。   As shown in FIG. 1, there is no difference in the glass transition point (Tg) in both alloys, but with regard to the crystallization start temperature (Tx), a compound containing N at 0.1 atomic% is an unmixed compound. Compared to this, there is a tendency to slightly shift to the high temperature side. This is considered to suggest that by adding a predetermined amount of N to the master alloy, the temperature range ΔTx of the supercooled liquid region is expanded, and the metal glass forming ability is improved.

本発明合金(N添加)及び比較例合金(N無添加)の示差走査熱量測定(DSC)結果を示すグラフである。It is a graph which shows the differential scanning calorimetry (DSC) result of this invention alloy (N addition) and a comparative example alloy (N no addition).

Claims (2)

原子割合で、50%以上70%以下のジルコニウム(Zr)、15%以上30%以下の銅(Cu)、5%以上15%以下のアルミニウム(Al)、2%以上20%以下の鉄(Fe)、および0.01%を超え0.2%以下の窒素(N)を主要成分とし、
水素(H)、酸素(O)、炭素(C)のいずれか1種以上を不可避不純物として含有する原料からなるZr基金属ガラス合金。
In terms of atomic ratio, zirconium (Zr) of 50% to 70%, copper (Cu) of 15% to 30%, aluminum (Al) of 5% to 15%, iron of 2% to 20% (Fe) ), And nitrogen (N) exceeding 0.01% and 0.2% or less as a main component,
A Zr-based metallic glass alloy comprising a raw material containing one or more of hydrogen (H), oxygen (O), and carbon (C) as an inevitable impurity.
原子割合で、50%以上70%以下のジルコニウム(Zr)、15%以上30%以下の銅(Cu)、5%以上15%以下のアルミニウム(Al)、2%以上20%以下の鉄(Fe)、および0.01%を超え0.2%以下の窒素(N)を主要成分とし、
水素(H)、酸素(O)、炭素(C)のいずれか1種以上を不可避不純物として含有する原料からなり、
アモルファス相を体積率で50%以上含有することを特徴とするZr基金属ガラス合金。


In terms of atomic ratio, zirconium (Zr) of 50% to 70%, copper (Cu) of 15% to 30%, aluminum (Al) of 5% to 15%, iron of 2% to 20% (Fe) ), And nitrogen (N) exceeding 0.01% and 0.2% or less as a main component,
A raw material containing at least one of hydrogen (H), oxygen (O), and carbon (C) as an inevitable impurity;
A Zr-based metallic glass alloy containing an amorphous phase in a volume ratio of 50% or more.


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