JP2012214826A - Method for producing metallic glass molded body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属ガラスを構成する複数種の元素粉末または合金粉末を使用して金属ガラス成形体を製造する金属ガラス成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a metal glass molded body, in which a metal glass molded body is produced using a plurality of kinds of element powders or alloy powders constituting the metal glass.
アモルファス金属の一種である金属ガラスは、原子配列がランダムな構造をもつ金属であり、その原子配列の特異性から、低ヤング率、高強度、超高耐食性などの優れた機械的特性と、高透磁率、低保磁力などの優れた磁気特性を有している。そのため、例えば、磁気ヘッドやモータのコアに使用される磁心材料、マイクロマシン用の超精密部材や精密機械部品、コリオリ流量計、圧力センサー、リニア・アクチュエータ、歯車、ゴルフクラブのフェースなどへの利用が期待されており、その他、例えば、飛行機や自動車などに対する、軽量かつ高強度な構造材料としても大きく期待されている。 Metallic glass, which is a kind of amorphous metal, is a metal with a random structure of atomic arrangement, and due to its unique atomic arrangement, it has excellent mechanical properties such as low Young's modulus, high strength, and ultra-high corrosion resistance. Excellent magnetic properties such as magnetic permeability and low coercivity. Therefore, for example, it can be used for magnetic core materials used for magnetic heads and motor cores, ultra-precision members and precision machine parts for micromachines, Coriolis flowmeters, pressure sensors, linear actuators, gears, golf club faces, etc. It is also highly expected as a lightweight and high-strength structural material for, for example, airplanes and automobiles.
このように、金属ガラスは優れた特性を活かして種々の物品への応用が行われているが、金属ガラス成形体を製造するためには、金属や合金を溶融したものを、ある冷却速度以上で急冷することが必須であり、従来から種々の方法が提案されている。例えば、特許文献1では、鋳造方法により、溶融金属を鋳型などに注入し、これを高速急冷して凝固させて、所定形状の金属ガラス成形体を製造する方法が提案されている。しかし、金属ガラスは、冷却速度への依存度が大きく、溶融金属の冷却速度が僅かに変化した場合でも金属ガラスにならずに金属結晶になってしまうところ、特許文献1に記載されているような鋳造方法では、溶融金属の鋳型付近と中央部とでは冷却速度が異なることから、サイズの大きな金属ガラス成形体を製造しようとすると、中央部では金属ガラスが形成されずに結晶相が生じやすく、良好な金属ガラス成形体を得ることが困難となる。よって、鋳造方法では、製造できる金属ガラス成形体の大きさなどが制限され、サイズの大きい大型の金属ガラス成形体を得ることが困難である。 As described above, metallic glass has been applied to various articles by taking advantage of its excellent characteristics. However, in order to produce a metallic glass molded body, a molten metal or alloy must be melted at a certain cooling rate or higher. It is indispensable to rapidly cool the film, and various methods have been proposed. For example, Patent Document 1 proposes a method of manufacturing a metal glass molded body having a predetermined shape by injecting molten metal into a mold or the like by a casting method, rapidly cooling it and solidifying it. However, metal glass is highly dependent on the cooling rate, and even if the cooling rate of the molten metal changes slightly, it does not become metal glass but becomes a metal crystal, as described in Patent Document 1. With a simple casting method, since the cooling rate is different between the molten metal near the mold and the central part, when attempting to produce a large-sized metal glass molded body, a metal phase is not formed in the central part and a crystalline phase is likely to occur. It is difficult to obtain a good metallic glass molded body. Therefore, in the casting method, the size of the metal glass molded body that can be manufactured is limited, and it is difficult to obtain a large metal glass molded body having a large size.
金属ガラスの実用化を目指すには、大型の金属ガラス成形体を得ることが要求されるところ、この要求に対する解決策として、粉末状の金属ガラスを用いて金属ガラス成形体を製造する方法が提案されている。例えば、特許文献2では、成形型にアトマイズ法などにより作製された金属ガラス粉末を入れ、金属ガラス粉末にパルス状電気エネルギーを通電して加熱することで、金属ガラス粉末を焼結させて金属ガラス成形体を製造している(放電プラズマ焼結法)。この特許文献2に記載の方法では、鋳造方法により金属ガラス成形体を製造する場合に比べて、サイズの大きな金属ガラス成形体を得ることが可能であるが、製造する金属ガラス成形体のサイズや形状に応じた成形型を用意する必要がある。金属ガラスは、上記したように優れた特性を有するが、塑性変形機能に乏しく、そのため、二次加工が非常に困難である。よって、特許文献2に記載の方法では、サイズや形状が異なる金属ガラス成形体を製造する場合には、それに応じて異なる成形型をいちいち用意しなければならないという不具合があり、また、複雑な形状の金属ガラス成形体を製造することも困難である。
Aiming at the practical application of metal glass, it is required to obtain a large metal glass molded body. As a solution to this requirement, a method for producing a metal glass molded body using powdered metal glass is proposed. Has been. For example, in
そのため、金属ガラス粉末を使用して金属ガラス成形体を製造する場合に、成形型などを使用せず、しかも、所望の大きさや形状の金属ガラス成形体を容易に製造可能な金属ガラス成形体の製造方法の提案が望まれている。そこで、特許文献3では、粉末状の金属ガラスを薄く敷き詰めて金属ガラス層を形成した後(第1工程)、この金属ガラス層の特定領域に対してレーザ光を照射して、レーザ照射部分の金属ガラス粉末を局所的に焼結させることで、金属ガラス成形体のブロック体を作成し(第2工程)、この第1工程と第2工程とを交互に繰り返し行うことで上下に積層された各ブロック体を一体化することで、金属ガラス成形体を製造する方法(積層造形法)が提案されている。
Therefore, when producing a metallic glass molded body using metallic glass powder, a metallic glass molded body that can easily produce a metallic glass molded body of a desired size and shape without using a molding die or the like. Proposal of a manufacturing method is desired. Therefore, in
特許文献3に記載の方法では、所望の大きさや形状を有する金属ガラス成形体を容易に製造可能であるが、高価な金属ガラスの粉末を用意する必要があるなど、コストや製造効率などの観点に着目すると、まだ改良する余地が十分にある。
In the method described in
本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、所望の大きさや形状を有する金属ガラス成形体を容易に製造可能であるとともに、低コストかつ効率よく金属ガラス成形体を製造することが可能な金属ガラス成形体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and can easily produce a metal glass molded body having a desired size and shape, and can produce a metal glass molded body at low cost and efficiently. It aims at providing the manufacturing method of a possible metallic glass molded object.
本発明の上記目的は、金属ガラスを構成する複数種の元素粉末または合金粉末が混合された材料粉末を敷き詰めて材料粉末層を形成する粉末層形成工程と、前記材料粉末層の所定領域にレーザ光または電子ビームを照射し、レーザ光照射部の材料粉末を溶融固化させることで、材料粉末から金属ガラスを作製しながら金属ガラスよりなるブロック体を造形するブロック体造形工程とを備え、前記粉末層形成工程による前記材料粉末層の形成と、前記ブロック体造形工程による金属ガラスの作製および前記ブロック体の造形とを繰り返すことにより、複数の前記ブロック体が積層一体化された金属ガラス成形体を製造する金属ガラス成形体の製造方法により達成される。 The object of the present invention is to provide a powder layer forming step of forming a material powder layer by laying a material powder in which a plurality of kinds of element powders or alloy powders constituting metal glass are mixed, and a laser in a predetermined region of the material powder layer. A block body forming step of forming a block body made of metal glass while producing metal glass from the material powder by irradiating light or electron beam and melting and solidifying the material powder of the laser light irradiation part, and the powder By repeating the formation of the material powder layer by the layer formation step, the production of the metal glass by the block body formation step and the formation of the block body, a metal glass formed body in which a plurality of the block bodies are laminated and integrated is obtained. This is achieved by a method for producing a metal glass molded body to be produced.
本発明の好ましい実施態様においては、材料粉末は、Zr,Ni,Feから選択した少なくとも1つの金属元素を主成分として原子比率で35at%以上含有することを特徴としている。 In a preferred embodiment of the present invention, the material powder is characterized by containing at least one metal element selected from Zr, Ni, and Fe as a main component and an atomic ratio of 35 at% or more.
本発明のさらに好ましい実施態様においては、材料粉末は、Zrを主成分とし、さらにCu,Ni,Al,Ti,Beから選択した少なくとも2種以上の金属元素を含有することを特徴としている。 In a further preferred embodiment of the present invention, the material powder is characterized by containing Zr as a main component and further containing at least two kinds of metal elements selected from Cu, Ni, Al, Ti and Be.
本発明のさらに好ましい実施態様においては、材料粉末は、熱伝導性の高い材質からなる平板状の基材上に敷き詰められ、前記基材上に前記ブロック体が造形されることを特徴としている。また、材料粉末は、金属製部材の表面に敷き詰められ、前記金属製部材上に前記ブロック体が造形されるように構成されていてもよい。 In a further preferred embodiment of the present invention, the material powder is spread on a flat base material made of a material having high thermal conductivity, and the block body is formed on the base material. Moreover, material powder may be spread | laid on the surface of metal members, and the said block body may be modeled on the said metal members.
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記基材または前記金属製部材は、前記ブロック体の造形時に、冷却手段により冷却されることを特徴としている。 In a further preferred embodiment of the present invention, the base material or the metal member is cooled by a cooling means when the block body is formed.
本発明のさらに好ましい実施態様においては、減圧中または不活性ガス中で、前記粉末層形成工程による前記材料粉末層の形成と、前記ブロック体造形工程による金属ガラスの作製および前記ブロック体の造形とが繰り返し行われることを特徴としている。 In a further preferred embodiment of the present invention, formation of the material powder layer by the powder layer formation step, production of the metal glass by the block body formation step, and formation of the block body in reduced pressure or in an inert gas, Is repeatedly performed.
本発明の金属ガラス成形体の製造方法によれば、高価な金属ガラス粉末を用意する必要がないので、低コストかつ効率よく、所望の大きさや形状を有する金属ガラス成形体を製造することができる。また、材料粉末中の元素粉末または合金粉末の種類や配合を自由に変えることにより、金属ガラスを利用する分野に応じて、金属ガラス成形体を多種多様に選択して製造することができる。 According to the method for producing a metal glass molded body of the present invention, since it is not necessary to prepare expensive metal glass powder, a metal glass molded body having a desired size and shape can be manufactured at low cost and efficiently. . In addition, by freely changing the type and blending of the element powder or alloy powder in the material powder, a variety of metal glass molded bodies can be selected and manufactured according to the field in which the metal glass is used.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1〜図9は、本発明の一実施形態である金属ガラス成形体の製造方法の工程を説明する工程図である。本実施形態の金属ガラス成形体の製造方法は、金属ガラスを構成する複数種の元素粉末または合金粉末が混合された材料粉末を、例えば、基材2上に敷き詰めて所定厚の材料粉末層3を形成し、材料粉末層3の表面からレーザ光または電子ビームを照射して照射部分の材料粉末を加熱するとともにその後に急冷することによって、材料粉末を溶融固化して材料粉末から金属ガラス11を作製しながら金属ガラスよりなるブロック体10を造形した後、このブロック体10上に、新たな材料粉末層3の形成と金属ガラス11の作製および新たなブロック体10の造形とを繰り返すことにより、複数のブロック体10が積層一体化された金属ガラス成形体1を製造するものである。なお、本実施形態では、材料粉末の金属ガラス化とは、必ずしも材料粉末が完全に金属ガラス化される態様に限定されるものではなく、結晶相を有する金属ガラス化および準結晶相を有する金属ガラス化など、金属ガラスの密度が高密度であれば、結晶相などを含んでいてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1-9 is process drawing explaining the process of the manufacturing method of the metallic glass molded object which is one Embodiment of this invention. In the method for producing a metal glass molded body of the present embodiment, a material powder in which a plurality of kinds of element powders or alloy powders constituting a metal glass are mixed is spread on, for example, a
金属ガラス成形体1を製造するための製造装置は、周囲が囲まれたチャンバ4の内部に、平板状の基材2を備えている。この基材2上に材料粉末が敷き詰められる。基材2の材料としては、鉄、アルミニウム、炭素鋼や合金鋼、ステンレス鋼などの鋼、銅などの汎用金属材料、または、セラミックス、ガラス、ポリイミドなどの一部の耐熱性を有するプラスチック材料などを使用することができるが、特に、銅、鉄、鋼などの耐熱性、熱容量、熱伝導性の高い金属材料を使用することが、材料粉末の金属ガラス化を促進できるという点で好適である。また、アルミニウムやマグネシウム、それらの合金などの軽金属を使用することもできる。基材2には、水冷ヒートシンクやペルチェ素子などの冷却装置(図示せず)が接続され、基材2は常時冷却されている。これにより、レーザ光の照射に伴う発熱の防止や材料粉末の金属ガラス化のための冷却制御が行われるようになっている。なお、本実施形態では、基材2が前記冷却装置により常時、冷却されるようになっているが、必ずしも前記冷却装置により基材2を冷却する必要はない。また、基材2の表面は、造形される金属ガラス(ブロック体10)との接合性を高めるために、ブラスト処理などの公知の方法により粗面化処理が施されていることが好ましい。
The manufacturing apparatus for manufacturing the metal glass molded body 1 includes a
チャンバ4の内部で基材2上には、チャンバ4内を水平方向に往復動可能な幅板状のスキージ5が配備されている。材料粉末を貯蔵する材料粉末供給部(図示せず)により、材料粉末が基材2上に供給されると、スキージ5が基材2の表面よりも所定の高さ上方でスライド移動することにより、基材2上に、全体の厚みがほぼ一定の平坦な材料粉末の層(材料粉末層3)が形成される。スキージ5の上下位置を調整することで、粉末材料層3の厚みを適宜変更できるようになっている。粉末材料層3の厚みは、製造される金属ガラス成形体の寸法精度を向上させるには、薄いほうが好ましい。
A width plate-like squeegee 5 capable of reciprocating in the
また、製造装置は、材料粉末層3にレーザ光を照射するレーザ光走査装置6を備えている。材料粉末層3にレーザ光を照射すると、照射部分の材料粉末が加熱されて溶融し、液体状態となる。これを急冷固化させることにより、材料粉末から金属ガラス11が作製される。レーザ光走査装置6は、図示は省略するが、レーザ光を出射するレーザ光源と、ガルバノミラーなどの光学機器とを有しており、ガルバノミラーなどによって、レーザ光を材料粉末層3上の任意の領域に、所定のパターン形状で走査可能である。よって、材料粉末層3の特定領域だけを選択して局所的に材料粉末をレーザ光により加熱できるので、レーザ光照射部分の材料粉末だけを金属ガラス化して所望の形状および大きさの金属ガラスのブロック体10に造形可能である。レーザ光源から出射するレーザ光としては、炭酸ガスレーザやYAGレーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザなど種々のレーザを使用することが可能である。
The manufacturing apparatus also includes a laser
また、製造装置は、図示は省略するが、チャンバ4に雰囲気ガスを供給するガスタンクを備えている。チャンバ4内が雰囲気ガスによって満たされることにより、材料粉末および金属ガラスの酸化などが防止される。雰囲気ガスとしては、例えば、窒素ガスやアルゴンガス、ヘリウムガスなどを例示することができる。また、雰囲気ガスに代えて還元性ガスを用いてもよい。また、材料粉末および金属ガラスの酸化などを防止するためには、チャンバ4内を真空ポンプなどにより減圧するようにしてもよい。これにより、レーザ光照射時の材料粉末の酸化が防止され、材料粉末の金属ガラス化を促進することが可能である。
In addition, the manufacturing apparatus includes a gas tank that supplies atmospheric gas to the
次に、本実施形態の製造方法では、金属ガラス粉末ではなく、金属ガラスを構成する複数種の元素粉末または合金粉末が混合された材料粉末を使用して金属ガラス成形体を製造するので、使用される材料粉末について説明する。 Next, in the manufacturing method of the present embodiment, the metal glass molded body is manufactured using a material powder in which a plurality of element powders or alloy powders constituting the metal glass are mixed instead of the metal glass powder. The material powder to be used will be described.
材料粉末は、本実施形態では、少なくとも3成分以上の元素粉末により構成されており、かつ、3成分の原子径が互いに12%以上異なっていること、さらには、3成分の混合熱が互いに負の値を有していることなど、金属ガラス化の必要条件を備えている元素粉末が含まれている。 In the present embodiment, the material powder is composed of at least three or more elemental powders, the atomic diameters of the three components differ from each other by 12% or more, and the mixing heat of the three components is negative. Elemental powder having the necessary conditions for metal vitrification, such as having a value of
金属ガラスとしては、例えば、Zr(ジルコニウム)を主成分とするZr系金属ガラス、Ni(ニッケル)を主成分とするNi系金属ガラス、Fe(鉄)を主成分とするFe系金属ガラス、Ti(チタン)を主成分とするTi系金属ガラスなど、公知の金属ガラスを選択することが可能であり、これらは、強磁性、高機械強度、高耐腐食性、高電気伝導性など、製造される金属ガラス成形体の用途により適宜選択される。 Examples of the metallic glass include a Zr-based metallic glass mainly composed of Zr (zirconium), a Ni-based metallic glass mainly composed of Ni (nickel), an Fe-based metallic glass mainly composed of Fe (iron), and Ti. It is possible to select a known metallic glass such as a Ti-based metallic glass mainly composed of (titanium), and these are manufactured such as ferromagnetism, high mechanical strength, high corrosion resistance, and high electrical conductivity. It is appropriately selected depending on the use of the metallic glass molded body.
例えば、Zrを主成分とする場合、材料粉末は、金属ガラスの諸特性を発揮させるために、Zr粉末を35at%以上含有し、他の成分元素粉末としては、Al,Ni,Cu,Ti,Nb,Sn,Pb,Hf,Ta,Ga,Co,Fe,Mo,W,V,Cr,Si,B,C,P,Be,Ag,Au,Pt,Pd,La,Y,Nd,Er,Pr,Dyなどから2種以上を含有することが好ましい。Zr系金属ガラスを作製するための材料粉末の元素組成としては、例えば、Zr−Cu−Al,Zr−Cu−Ni,Zr−Cu−Ni−Al,Zr−Cu−Ni−Al−Ti,Zr−Cu−Ni−Al−Nb,Zr−Cu−Ni−Al−Ti−Nb,Zr−Cu−Ni−Al−Co,Zr−Cu−Ni−Al−Ta,Zr−Ni−Al−Y,Zr−Cu−Al−Ta,Zr−Ni−Al−Nd,Zr−Ni−Al−Pd,Zr−Cu−Al−Pd,Zr−Cu−Al−Pd−Fe,Zr−Cu−Ni−Al−Pd,Zr−Cu−Ni−Al−La,Zr−Cu−Ni−Al−Ag,Zr−C−Ti−Ni,Zr−Be−Ti−Ni−Cu,Zr−Be−Ti−Ni−Nb−Cu,Zr−Be−Ti−Co−Cuなどを好適に挙げることができ、特に、Zr55Cu30Ni5Al10を例示することができる。なお、数字は、各元素の原子比率を表している。 For example, when Zr is a main component, the material powder contains 35 at% or more of Zr powder in order to exhibit various properties of metal glass, and other component element powders include Al, Ni, Cu, Ti, Nb, Sn, Pb, Hf, Ta, Ga, Co, Fe, Mo, W, V, Cr, Si, B, C, P, Be, Ag, Au, Pt, Pd, La, Y, Nd, Er, It is preferable to contain two or more of Pr, Dy and the like. Examples of the elemental composition of the material powder for producing the Zr-based metallic glass include Zr—Cu—Al, Zr—Cu—Ni, Zr—Cu—Ni—Al, Zr—Cu—Ni—Al—Ti, and Zr. -Cu-Ni-Al-Nb, Zr-Cu-Ni-Al-Ti-Nb, Zr-Cu-Ni-Al-Co, Zr-Cu-Ni-Al-Ta, Zr-Ni-Al-Y, Zr -Cu-Al-Ta, Zr-Ni-Al-Nd, Zr-Ni-Al-Pd, Zr-Cu-Al-Pd, Zr-Cu-Al-Pd-Fe, Zr-Cu-Ni-Al-Pd , Zr-Cu-Ni-Al-La, Zr-Cu-Ni-Al-Ag, Zr-C-Ti-Ni, Zr-Be-Ti-Ni-Cu, Zr-Be-Ti-Ni-Nb-Cu , Zr-Be-Ti-Co-Cu, etc. In particular, it is possible to illustrate the Zr 55 Cu 30 Ni 5 Al 10 . The numbers represent the atomic ratio of each element.
Niを主成分とする場合、材料粉末は、金属ガラスの諸特性を発揮させるために、Ni粉末を35at%以上含有し、他の成分元素粉末としては、Al,Zr,Cu,Ti,Nb,Sn,Pb,Hf,Ta,Ga,Co,Fe,Mo,W,V,Cr,Si,B,C,P,Be,Ag,Au,Pt,Pd,La,Y,Nd,Er,Pr,Dyなどから2種以上を含有することが好ましい。Ni系金属ガラスを作製するための材料粉末の元素組成としては、例えば、Ni−Nb−Ti−Zr,Ni−Nb−Ti−Hf,Ni−Nb−Ti,Ni−Nb−Sn,Ni−Nb−Zr,Ni−Nb−Ti−Zr−Fe,Ni−Nb−Ti−Zr−Co,Ni−Nb−Ti−Zr−Cu,Ni−Nb−Ti−Zr−Co−Cu,Ni−Nb−Ti−Zr−Ta,Ni−Nb−Ti−Zr−Pt,Ni−Ti−Zr−Si,Ni−Ti−Zr−Si−Sn,Ni−Nb−Ti−Zr−Si−Sn,Ni−Cr−P−B,Ni−Cr−P−B−Nb,Ni−Cr−P−B−Ta,Ni−Cr−P−B−Ta−Mo,Ni−Cr−P−B−Nb−Mo,Ni−Nb−Ta−P,Ni−Nb−Ta−Zrなどを好適に挙げることができ、特に、Ni60Nb15Ti15Zr10を例示することができる。なお、カッコ内の数字は、各元素の原子比率を表している。 When Ni is the main component, the material powder contains 35 at% or more of Ni powder in order to exhibit various properties of metal glass, and other component element powders include Al, Zr, Cu, Ti, Nb, Sn, Pb, Hf, Ta, Ga, Co, Fe, Mo, W, V, Cr, Si, B, C, P, Be, Ag, Au, Pt, Pd, La, Y, Nd, Er, Pr, It is preferable to contain 2 or more types from Dy. Examples of the elemental composition of the material powder for producing the Ni-based metallic glass include, for example, Ni—Nb—Ti—Zr, Ni—Nb—Ti—Hf, Ni—Nb—Ti, Ni—Nb—Sn, and Ni—Nb. -Zr, Ni-Nb-Ti-Zr-Fe, Ni-Nb-Ti-Zr-Co, Ni-Nb-Ti-Zr-Cu, Ni-Nb-Ti-Zr-Co-Cu, Ni-Nb-Ti -Zr-Ta, Ni-Nb-Ti-Zr-Pt, Ni-Ti-Zr-Si, Ni-Ti-Zr-Si-Sn, Ni-Nb-Ti-Zr-Si-Sn, Ni-Cr-P -B, Ni-Cr-P-B-Nb, Ni-Cr-P-B-Ta, Ni-Cr-P-B-Ta-Mo, Ni-Cr-P-B-Nb-Mo, Ni-Nb -Ta-P, Ni-Nb-Ta-Zr and the like can be preferably mentioned. 60 Nb 15 Ti 15 Zr 10 can be exemplified. The numbers in parentheses indicate the atomic ratio of each element.
Feを主成分とする場合、材料粉末は、金属ガラスの諸特性を発揮させるために、Fe粉末を35at%以上含有し、他の成分元素粉末としては、Al,Ni,Cu,Ti,Nb,Sn,Pb,Hf,Ta,Ga,Co,Zr,Mo,W,V,Cr,Si,B,C,P,Be,Ag,Au,Pt,Pd,La,Y,Nd,Er,Pr,Dyなどから2種以上を含有することが好ましい。Fe系金属ガラスを作製するための材料粉末の元素組成としては、例えば、Fe−Si−B−Nb,Fe−Co−Si−B−Nb,Fe−Cr−Si−B−Nb,Fe−Co−Si−B−Nb−Ni,Fe−Si−B−Mo−Ni,Fe−Co−Si−B−Mo−Ni,Fe−Co−Si−B−Nb−Ni,Fe−Ni−B,Fe−Y−B,Fe−Nd−B,Fe−Pt−B,Fe−Pt−Zr−B,Fe−Pt−Nb−B,Fe−Zr−B,Fe−Nb−B,Fe−Nb−Pr−B,Fe−Co−Pr−B,Fe−Co−Nd−B,Fe−Co−Nb−B,Fe−Cr−Mo−B,Fe−Cr−Mo−C−B,Fe−Cr−Mo−C−P,Fe−Cr−Mo−C−B−P,Fe−Cr−Si−C−B−P,Fe−Nb−B−P,Fe−Si−B−P,Fe−Si−C−B−P,Fe−Ga−C−B−P,Fe−Ga−Si−C−B−P,Fe−Co−Ga−C−B−P,Fe−Cr−Mo−C−B−Y,Fe−Cr−Mo−C−B−Nb,Fe−Cr−Mo−C−B−Ta,Fe−Co−Cr−Mo−C−B−Y,Fe−Cr−Mo−C−B−Er,Fe−Mo−C−B−Er,Fe−Ni−Si−B−Nb,Fe−Cu−Nb−Si−B,Fe−Cu−Nb−Zr−B,Fe−Cu−Co−Zr−B,Fe−Al−Ga−P−C−B−Si,Fe−Mo−Ga−P−C−B−Si,Fe−Co−Zr−Mo−W−B,Fe−Co−Nd−Dy−Bなどを好適に挙げることができ、特に、Fe43Cr16Mo16C15B10を例示することができる。なお、カッコ内の数字は、各元素の原子比率を表している。 When Fe is the main component, the material powder contains 35 at% or more of Fe powder in order to exhibit various properties of metal glass, and other component element powders include Al, Ni, Cu, Ti, Nb, Sn, Pb, Hf, Ta, Ga, Co, Zr, Mo, W, V, Cr, Si, B, C, P, Be, Ag, Au, Pt, Pd, La, Y, Nd, Er, Pr, It is preferable to contain 2 or more types from Dy. Examples of the elemental composition of the material powder for producing the Fe-based metallic glass include, for example, Fe—Si—B—Nb, Fe—Co—Si—B—Nb, Fe—Cr—Si—B—Nb, and Fe—Co. -Si-B-Nb-Ni, Fe-Si-B-Mo-Ni, Fe-Co-Si-B-Mo-Ni, Fe-Co-Si-B-Nb-Ni, Fe-Ni-B, Fe -Y-B, Fe-Nd-B, Fe-Pt-B, Fe-Pt-Zr-B, Fe-Pt-Nb-B, Fe-Zr-B, Fe-Nb-B, Fe-Nb-Pr -B, Fe-Co-Pr-B, Fe-Co-Nd-B, Fe-Co-Nb-B, Fe-Cr-Mo-B, Fe-Cr-Mo-CB, Fe-Cr-Mo -C-P, Fe-Cr-Mo-C-B-P, Fe-Cr-Si-C-B-P, Fe-Nb-B-P, Fe-Si BP, Fe—Si—C—B—P, Fe—Ga—C—B—P, Fe—Ga—Si—C—B—P, Fe—Co—Ga—C—B—P, Fe— Cr—Mo—C—B—Y, Fe—Cr—Mo—C—B—Nb, Fe—Cr—Mo—C—B—Ta, Fe—Co—Cr—Mo—C—B—Y, Fe— Cr—Mo—C—B—Er, Fe—Mo—C—B—Er, Fe—Ni—Si—B—Nb, Fe—Cu—Nb—Si—B, Fe—Cu—Nb—Zr—B, Fe—Cu—Co—Zr—B, Fe—Al—Ga—P—C—B—Si, Fe—Mo—Ga—P—C—B—Si, Fe—Co—Zr—Mo—WB, Fe-Co-Nd-Dy-B and the like can be preferably exemplified, and particularly Fe 43 Cr 16 Mo 16 C 15 B 10 can be exemplified. The numbers in parentheses indicate the atomic ratio of each element.
Tiを主成分とする場合、材料粉末は、金属ガラスの諸特性を発揮させるために、Ti粉末を35at%以上含有し、他の成分元素粉末としては、Al,Ni,Cu,Zr,Nb,Sn,Pb,Hf,Ta,Ga,Co,Fe,Mo,W,V,Cr,Si,B,C,P,Be,Ag,Au,Pt,Pd,La,Y,Nd,Er,Pr,Dyなどから2種以上を含有することが好ましい。Ti系金属ガラスを作製するための材料粉末の元素組成としては、例えば、Ti−Zr−Cu−Ni−Hf,Ti−Zr−Cu−Ni−Nb,Ti−Zr−Cu−Ni−Ta,Ti−Zr−Cu−Ni−V,Ti−Zr−Cu−Ni−Sn,Ti−Zr−Cu−Ni−Al,Ti−Zr−Cu−Ni−Si,Ti−Zr−Cu−Ni−Pb,Ti−Zr−Cu−Ni−Ga,Ti−Zr−Cu−Ni−Y,Ti−Zr−Cu−Ni−B,Ti−Zr−Cu−Ni−Be,Ti−Zr−Ni−Be,Ti−Zr−Cu−Pd,Ti−Zr−Cu−Pd−Nb,Ti−Zr−Cu−Pd−Ta,Ti−Zr−Hf−Cu−Ni−Si,Ti−Zr−Hf−Cu−Ni−Sn,Ti−Zr−Cu−Ni−Si−B,Ti−Cu−Ni−Fe−Mo,Ti−Zr−Cu−Ni−Al−Si−B,Ti−Cu−Ni−Co,Ti−Cu−Ni−Sn,Ti−Cu−Ni−Sn−Be,Ti−Cu−Ni−Sn−Si−B,Ti−Cu−Pd−Zr−Snなどを好適に挙げることができ、特に、Ti40Zr10Cu36Pd14を例示することができる。なお、カッコ内の数字は、各元素の原子比率を表している。 When Ti is the main component, the material powder contains 35 at% or more of Ti powder in order to exhibit various properties of metal glass, and other component element powders include Al, Ni, Cu, Zr, Nb, Sn, Pb, Hf, Ta, Ga, Co, Fe, Mo, W, V, Cr, Si, B, C, P, Be, Ag, Au, Pt, Pd, La, Y, Nd, Er, Pr, It is preferable to contain 2 or more types from Dy. Examples of the elemental composition of the material powder for producing the Ti-based metallic glass include Ti-Zr-Cu-Ni-Hf, Ti-Zr-Cu-Ni-Nb, Ti-Zr-Cu-Ni-Ta, and Ti. -Zr-Cu-Ni-V, Ti-Zr-Cu-Ni-Sn, Ti-Zr-Cu-Ni-Al, Ti-Zr-Cu-Ni-Si, Ti-Zr-Cu-Ni-Pb, Ti -Zr-Cu-Ni-Ga, Ti-Zr-Cu-Ni-Y, Ti-Zr-Cu-Ni-B, Ti-Zr-Cu-Ni-Be, Ti-Zr-Ni-Be, Ti-Zr -Cu-Pd, Ti-Zr-Cu-Pd-Nb, Ti-Zr-Cu-Pd-Ta, Ti-Zr-Hf-Cu-Ni-Si, Ti-Zr-Hf-Cu-Ni-Sn, Ti -Zr-Cu-Ni-Si-B, Ti-Cu-Ni-Fe-Mo, i-Zr-Cu-Ni-Al-Si-B, Ti-Cu-Ni-Co, Ti-Cu-Ni-Sn, Ti-Cu-Ni-Sn-Be, Ti-Cu-Ni-Sn-Si- B, Ti—Cu—Pd—Zr—Sn and the like can be preferably exemplified, and Ti 40 Zr 10 Cu 36 Pd 14 can be particularly exemplified. The numbers in parentheses indicate the atomic ratio of each element.
さらに、これらの系以外の金属ガラスとして、Cu(銅)系、Mg(マグネシウム)系、Pd(パラジウム)系、La(ランタン)系、Co(コバルト)系、Ca(カルシウム)系、Nd(ネオジウム)系、Pr(プラセオジウム)系、Pt(白金)系、Au(金)系が例示される。 Furthermore, as other metallic glasses than these, Cu (copper), Mg (magnesium), Pd (palladium), La (lanthanum), Co (cobalt), Ca (calcium), Nd (neodymium) ), Pr (praseodymium), Pt (platinum), and Au (gold).
なお、上記した実施形態では、材料粉末として、金属ガラスを構成する複数種以上の元素粉末が混合されたものを使用しているが、これに限られるものではなく、材料粉末として、金属ガラスを構成する元素粉末と、金属ガラスを構成する一部の元素が合金化された合金粉末とが混合されたものを使用してもよい。例えば、Zr系あるいはTi系の金属ガラスであれば、Zr粉末単体あるいはTi粉末単体では酸化しやすいことを考慮すると、Zr粉末あるいはTi粉末に代わり、ZrあるいはTiと他の構成元素とを合金化した合金粉末を使用することも可能である。 In the above-described embodiment, the material powder is a mixture of a plurality of elemental powders constituting the metal glass. However, the present invention is not limited to this, and the material powder is a metal glass. You may use what mixed the element powder to comprise and the alloy powder in which the one part element which comprises metal glass was alloyed. For example, in the case of Zr-based or Ti-based metallic glass, Zr powder or Ti and other constituent elements are alloyed instead of Zr powder or Ti powder, considering that Zr powder alone or Ti powder alone is easily oxidized. It is also possible to use alloyed powders.
次に、本実施形態の金属ガラス成形体の製造方法について説明する。まず、図1に示すように、基材2上に、金属ガラスを構成する複数種の元素粉末を混合した材料粉末を供給し、スキージ5を水平方向(矢印A方向)に移動させることで、基材2上に材料粉末を敷き詰めて、全体がほぼ一定の厚みを有する平坦な材料粉末層3を形成する(粉末層形成工程)。このとき、スキージ5の上下位置を調整することで、所望の厚さH1からなる材料粉末層3を形成できる。
Next, the manufacturing method of the metal glass molded object of this embodiment is demonstrated. First, as shown in FIG. 1, by supplying a material powder obtained by mixing a plurality of elemental powders constituting the metal glass onto the
次に、図2に示されるように、レーザ光走査装置6により、材料粉末層3表面の任意の領域にレーザ光を照射し、この照射部分の材料粉末を加熱する。これにより、レーザ光照射部分の材料粉末が溶融固化することで、材料粉末から金属ガラス11が作製されるとともに、図3に示すように、レーザ光を所望の走査経路に沿って照射することにより金属ガラスによるブロック体10が造形される(ブロック体造形工程)。なお、金属ガラスのブロック体10の周囲には材料粉末が残存している。
Next, as shown in FIG. 2, the laser
本実施形態では、レーザ光は、3次元CADデータに基づいた走査経路に沿って照射される。レーザ光の走査経路は、形成される金属ガラス成形体の三次元CADデータから予め作成される。すなわち、三次元CADソフトなどを用いて作成した金属ガラス成形体のデータを等ピッチで複数の層にスライスした各断面の輪郭形状データ群に変換し、この輪郭形状データを用いて、上下方向に複数積層される各材料粉末層3毎のレーザ光の走査経路を作成する。この走査経路に沿って、xy平面に平行に展開した材料粉末層3に、レーザ光が照射されることで、局所的に材料粉末が金属ガラス化し、所望の形状を有する金属ガラスのブロック体10が形成される。これを何層も繰り返し重ねていくことで、所望の三次元形状を有する金属ガラス成形体が得られる。
In the present embodiment, laser light is irradiated along a scanning path based on three-dimensional CAD data. The scanning path of the laser beam is created in advance from the three-dimensional CAD data of the metal glass molded body to be formed. That is, the data of the metallic glass molded body created using 3D CAD software or the like is converted into a contour shape data group of each cross section sliced into a plurality of layers at an equal pitch, and this contour shape data is used to vertically A scanning path of the laser beam is created for each of the
そして、図4に示すように、先に形成された金属ガラスのブロック体10および残存する材料粉末の上に、新たに材料粉末を供給し、スキージ5を水平方向に移動させて、所望の厚さH2からなる新たな材料粉末層3を形成する(粉末層形成工程)。なお、新たな材料粉末層3を形成する度に、スキージ5を上昇させることで、先に形成された材料粉末層3上に新たな材料粉末層3が積層される。
Then, as shown in FIG. 4, a new material powder is supplied onto the previously formed
次いで、同様に、新たな材料粉末層3の表面にレーザ光を走査して、材料粉末層3の所望の範囲にレーザ光を照射する。これにより、図5および図6に示すように、照射部分の材料粉末が局所的に加熱され、該材料粉末が金属ガラス化することで、金属ガラス11による新たなブロック体10が造形される(ブロック体造形工程)。材料粉末が溶融固化して金属ガラスのブロック体10が造形される際には、先に造形された下層の金属ガラスのブロック体10と接合されるので、新たに造形される金属ガラスのブロック体10は下層の金属ガラスのブロック体10と一体化することになる。
Next, similarly, the surface of the new
上記した粉末層形成工程とブロック体造形工程とを繰り返し行い、ブロック体10の積層nが、所定の層数Nに達するまで繰り返し行うことで、所定のパターン形状を有するブロック体10が複数層積層されて一体化した金属ガラス成形体1が形成される(図7〜図9を参照)。そして、周囲の残存する材料粉末を除去すれば、所望の三次元形状を有する金属ガラス成形体1が得られる。
The above-described powder layer forming step and the block body forming step are repeatedly performed, and the
なお、材料粉末層3にレーザ光を照射させるにあたり、レーザ光の走査条件、つまり、レーザ光の走査速度や走査幅、走査間隔、出力などは、使用する材料粉末の種類および粒径、製造すべき金属ガラス成形体1の形状などによって適宜設定することが可能である。例えば、レーザ光の走査速度が速いと、レーザ光照射により生じる熱が材料粉末層3中にこもらず、その分、材料粉末が冷却されやすくなるので、材料粉末は金属ガラス化しやすくなる反面、最終的に製造される金属ガラス成形体1の造形精度が低下するおそれがある。一方、レーザ光の走査速度が遅いと、最終的に製造される金属ガラス成形体1を精度よく造形できる反面、レーザ光照射により生じる熱が材料粉末層3中にこもってしまい、材料粉末が冷却されにくくなるので、酸化物などの結晶相が生じやすくなるおそれがある。よって、レーザ光の出力を適宜選択した上で、走査速度を材料粉末の種類などに応じて適宜調整することにより、結晶相の少ない高密度の金属ガラス成形体を形成することができる。
In irradiating the
また、金属ガラス密度に加えて、造形精度の高い金属ガラス成形体1を製造するために、まず、レーザ光の走査速度を遅く設定し、走査速度の遅いレーザ光を材料粉末層3に照射して最終的に形成される金属ガラス成形体1の形を精度よく造形した後、レーザ光の走査速度を速く設定して、走査速度の速いレーザ光を材料粉末層3に照射して材料粉末の金属ガラス化を促すなど、種々の工夫を施すことも可能である。
In addition to the metal glass density, in order to manufacture the metal glass molded body 1 with high modeling accuracy, first, the scanning speed of the laser light is set to be slow, and the
上記のとおり、本実施形態の金属ガラス成形体の製造方法では、粉末層形成工程およびブロック体造形工程を基本にし、粉末層形成工程とブロック体造形工程とを交互に繰り返すことにより、所望の大きさおよび形状を有する金属ガラス成形体1が製造されるので、成形体製造後の二次加工の必要がなく、大型・複雑形状のものも含め、所望の大きさおよび形状を有する金属ガラス成形体を容易に製造することができる。 As described above, in the method for producing a metal glass molded body of the present embodiment, the powder layer forming process and the block body forming process are basically performed, and the powder layer forming process and the block body forming process are alternately repeated to obtain a desired size. Since the metal glass molded body 1 having the thickness and shape is manufactured, there is no need for secondary processing after the molded body is manufactured, and the metal glass molded body having a desired size and shape, including large and complex shapes. Can be easily manufactured.
また、金属ガラス成形体製造用の粉末材料としては、従来技術のように金属ガラス粉末ではなく、金属ガラスを構成する複数種の元素粉末が混合されたものを使用しているので、高価な金属ガラスの粉末を用意する必要がなく、製造コストの低減を実現できる上、金属ガラス11の作製および金属ガラスのブロック体10の造形がブロック体造形工程において同時に行われるので、工程数の削減が可能であり、製造効率の向上も実現できる。
In addition, as a powder material for manufacturing a metal glass molded body, not a metal glass powder as in the prior art, but a mixture of a plurality of kinds of elemental powders constituting a metal glass is used, so an expensive metal Since it is not necessary to prepare glass powder, the manufacturing cost can be reduced, and the production of the
さらに、材料粉末中に含める元素粉末の種類や配合を自由に変更可能であり、元素粉末の種類や配合を適宜変更することにより、使用用途に応じた金属ガラス成形体1を迅速に製造することができる。 Furthermore, the kind and mixing | blending of the element powder included in material powder can be changed freely, and the metal glass molded object 1 according to a use use can be manufactured rapidly by changing the kind and mixing | blending of element powder suitably. Can do.
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態では、材料粉末の加熱源としてレーザ光を使用しているが、レーザ光に代えて電子ビームを使用するように構成しても構わない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was explained in full detail, the specific aspect of this invention is not limited to the said embodiment. For example, in this embodiment, a laser beam is used as a heating source for the material powder, but an electron beam may be used instead of the laser beam.
また、本実施形態では、平板状の基材2上に、材料粉末を敷き詰めて金属ガラス成形体1を造形しているが、基材2ではなく、予め作製しておいた部品などを基材2上に設置しておき、この部品上に材料粉末を敷き詰めて金属ガラス成形体1を部品に一体に造形するようにしてもよい。この実施形態によれば、部品などに一体に所望の大きさおよび形状を有する金属ガラス成形体を、容易かつ迅速に造形することができる。
In the present embodiment, the metal glass molded body 1 is formed by spreading the material powder on the flat plate-
また、本実施形態では、二次加工などを行うことなく、所望の大きさおよび形状を有する金属ガラス成形体を形成することができるが、金属ガラス成形体の形成過程において、必要に応じて、例えば、1層または複数層の金属ガラスのブロック体10を造形後、造形されたブロック体10の表面を削ったりするなど、各種の加工を施し、加工後のブロック体10に対して、再度、金属ガラスのブロック体10を積層造形して、最終的な金属ガラス成形体1を形成するように構成してもよい。この実施形態によれば、形成される金属ガラス成形体の表面粗さの低減や寸法精度の向上を図ることができる。
Further, in the present embodiment, it is possible to form a metallic glass molded body having a desired size and shape without performing secondary processing or the like, but in the formation process of the metallic glass molded body, if necessary, For example, after shaping the
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(1)実施例1
材料粉末として、Zr系金属ガラスの一つであるZr−Cu−Ni−Alを構成する4種類のZr粉末、Cu粉末、Ni粉末、および、Al粉末を混合したものを用意した。具体的な各元素粉末の粒径、純度、組成割合は、以下の表1のとおりである。
(1) Example 1
As a material powder, a mixture of four types of Zr powder, Cu powder, Ni powder, and Al powder constituting Zr-Cu-Ni-Al, which is one of Zr-based metallic glasses, was prepared. The particle size, purity, and composition ratio of each elemental powder are shown in Table 1 below.
上記した構成の材料粉末を基材上に敷き詰めて、金属ガラス化させる材料粉末層の厚みを0.1mmに設定した。以後、当該材料粉末層上に繰り返し積層される材料粉末層の厚みについても0.1mmに設定した。基材は炭素鋼(S50C)板が用いられた。レーザ光としては、炭酸ガスレーザが用いられ、出力:200W、レーザ光走査速度:200〜600mm/sec、走査間隔:0.2mmに設定された。材料粉末周囲の雰囲気は、アルゴンガス雰囲気とされ、材料粉末周囲の雰囲気中の酸素濃度は約400ppmに設定した。 The material powder having the above-described configuration was spread on the base material, and the thickness of the material powder layer to be vitrified was set to 0.1 mm. Thereafter, the thickness of the material powder layer repeatedly laminated on the material powder layer was also set to 0.1 mm. A carbon steel (S50C) plate was used as the substrate. A carbon dioxide laser was used as the laser beam, and the output was set to 200 W, the laser beam scanning speed was set to 200 to 600 mm / sec, and the scanning interval was set to 0.2 mm. The atmosphere around the material powder was an argon gas atmosphere, and the oxygen concentration in the atmosphere around the material powder was set to about 400 ppm.
上記した条件の下で、粉末層形成工程およびブロック体造形工程を交互に繰り返して行うことにより、円柱状の金属ガラス成形体を造形した。この金属ガラス成形体について、X線回折(XRD)による構造分析を行った。その分析結果を図10に示す。また、図11は、レーザ光の走査速度を500mm/secとした場合の金属ガラス成形体のXRD分析結果である。また、金属ガラス成形体のガラス転移および結晶化に伴う熱安定性を、示差走査熱量計(DSC)を用いて分析した。DSCによる分析は、アルゴンガス雰囲気中で、金属ガラス成形体を0.67℃/sで昇温することにより行った。レーザ光の走査速度を500mm/secとした場合の金属ガラス成形体のDSC分析結果(熱分析曲線)を図13に示す。また、比較例として、Zr55Cu30Ni5Al10金属ガラス粉末に対しても、XRD分析およびDSC分析を行い、その結果を、図12および図14に示す。 Under the above-described conditions, a cylindrical metal glass formed body was formed by alternately repeating the powder layer forming step and the block body forming step. This metal glass molded body was subjected to structural analysis by X-ray diffraction (XRD). The analysis result is shown in FIG. FIG. 11 shows the XRD analysis result of the metal glass molded body when the scanning speed of the laser beam is 500 mm / sec. Moreover, the thermal stability accompanying the glass transition and crystallization of a metallic glass molded body was analyzed using a differential scanning calorimeter (DSC). Analysis by DSC was performed by raising the temperature of the metal glass molded body at 0.67 ° C./s in an argon gas atmosphere. FIG. 13 shows a DSC analysis result (thermal analysis curve) of the metal glass molded body when the scanning speed of the laser beam is 500 mm / sec. As a comparative example, XRD analysis and DSC analysis were also performed on Zr 55 Cu 30 Ni 5 Al 10 metallic glass powder, and the results are shown in FIGS.
図10に示すように、本実施例の金属ガラス成形体(レーザ光走査速度:200,300,400,500,600mm/sec)のXRD分析では、結晶相に起因する鋭いピークも見受けられるが、金属ガラス相特有のブロードなピークも観察され、金属ガラス相を生成していることが判断できる。特に、レーザ光の走査速度が速い場合、例えば、図11に示すレーザ光の走査速度が500mm/secの場合には、図12に示す比較例の金属ガラス粉末のXRD分析結果と比較しても、若干の結晶化が認められるが、XRD像の幅広い回折背景から見て、極めて大きな金属ガラス相部分を持つことがわかった。 As shown in FIG. 10, in the XRD analysis of the metallic glass molded body of this example (laser beam scanning speed: 200, 300, 400, 500, 600 mm / sec), a sharp peak due to the crystal phase is also observed, A broad peak peculiar to the metallic glass phase is also observed, and it can be judged that the metallic glass phase is generated. In particular, when the scanning speed of the laser beam is high, for example, when the scanning speed of the laser beam shown in FIG. 11 is 500 mm / sec, even if compared with the XRD analysis result of the metallic glass powder of the comparative example shown in FIG. Although some crystallization was observed, it was found that it had an extremely large metallic glass phase portion from the wide diffraction background of the XRD image.
また、大きな金属ガラス相部分が得られたレーザ光の走査速度が500mm/secにおける金属ガラス成形体の熱分析曲線(図13を参照)によると、金属ガラスは、加熱すると結晶化前に明瞭なガラス転移と広い過冷却液体領域とを示すことが一つの大きな特徴であるところ、本実施例の金属ガラス成形体の熱分析曲線は、過冷却液体状態、そして、その後の結晶化と、明瞭なガラス転移を示しており、ガラス遷移温度Tgが410℃、結晶化温度Txが490℃、および、過冷却液体領域ΔTx(=Tx−Tg)が80℃と算出される。また、本実施例1の金属ガラス成形体の熱分析曲線と、図14に示す比較例の金属ガラス粉末の熱分析曲線とを比較してみても、本実施例1の金属ガラス成形体のガラス遷移温度Tg(410℃)および結晶化温度Tx(490℃)は、比較例の金属ガラス粉末のガラス遷移温度Tg(413℃)および結晶化温度Tx(491℃)と非常に近い値となっているうえ、過冷却液体温度領域は、非晶質合金構造の安定化に関係し、過冷却液体領域が広いほどガラス形成能が高いことが示されるところ、本実施例の金属ガラス成形体では、過冷却液体領域ΔTxが80℃と、非常に高いガラス形性能を有することが確認された。そうすると、特にレーザ光の走査速度の速い金属ガラス成形体については、高いガラス形成能を示すことが認められ、本発明に係る金属ガラス成形体の製造方法は、金属ガラス成形体を容易かつ低コストで製造可能であるうえ、さらに、高品質の金属ガラス成形体を製造可能であることが確認された。 In addition, according to the thermal analysis curve (see FIG. 13) of the metal glass molded body at a scanning speed of the laser beam from which a large metal glass phase portion was obtained (see FIG. 13), the metal glass is clear before crystallization when heated. One major characteristic is that it exhibits a glass transition and a wide supercooled liquid region, and the thermal analysis curve of the metallic glass molded body of this example shows a clear state of the supercooled liquid state and subsequent crystallization. The glass transition is shown. The glass transition temperature Tg is 410 ° C., the crystallization temperature Tx is 490 ° C., and the supercooled liquid region ΔTx (= Tx−Tg) is calculated to be 80 ° C. Moreover, even if it compares the thermal analysis curve of the metal glass molded object of this Example 1, and the thermal analysis curve of the metal glass powder of the comparative example shown in FIG. 14, the glass of the metal glass molded object of this Example 1 The transition temperature Tg (410 ° C.) and the crystallization temperature Tx (490 ° C.) are very close to the glass transition temperature Tg (413 ° C.) and the crystallization temperature Tx (491 ° C.) of the metal glass powder of the comparative example. In addition, the supercooled liquid temperature region is related to the stabilization of the amorphous alloy structure, and the larger the supercooled liquid region is, the higher the glass forming ability is. It was confirmed that the supercooled liquid region ΔTx is 80 ° C. and has a very high glass shape performance. Then, it is recognized that a metallic glass molded body having a particularly high laser beam scanning speed exhibits a high glass forming ability, and the method for producing a metallic glass molded body according to the present invention makes the metallic glass molded body easy and low-cost. In addition, it was confirmed that a high-quality metallic glass molded body could be manufactured.
(2)実施例2
基材の材質として、炭素鋼(S50C)板よりも熱伝導性の高い銅(無酸素銅板)を用いた以外は、上記した実施例1と同様の条件で円柱状の金属ガラス成形体を造形した。材料粉末は、実施例1と同様、Zr粉末、Cu粉末、Ni粉末、および、Al粉末を混合したものを用意し、具体的な各元素粉末の粒径、純度、組成割合は、表1のとおりである。なお、レーザ光の走査速度は500mm/secとした。この金属ガラス成形体について、X線回折(XRD)による構造分析を行った。その分析結果を図15に示す。
(2) Example 2
A cylindrical metal glass molded body is formed under the same conditions as in Example 1 except that copper (oxygen-free copper plate) having higher thermal conductivity than the carbon steel (S50C) plate is used as the material of the base material. did. As in Example 1, a material powder prepared by mixing Zr powder, Cu powder, Ni powder, and Al powder was prepared. The particle size, purity, and composition ratio of each elemental powder are shown in Table 1. It is as follows. The laser beam scanning speed was 500 mm / sec. This metal glass molded body was subjected to structural analysis by X-ray diffraction (XRD). The analysis result is shown in FIG.
図15に示すように、基材に熱伝導性の優れた無酸素銅板が用いられた場合には、図11に示す基材に炭素鋼(S50C)板が用いられた場合のXRD分析結果と比較して、金属ガラス相特有のブロードなピークが観察されるうえ、結晶相に起因する鋭いピークの強度が全体的に低減していることが確認された。よって、基材として熱伝導性の優れた材料を用いることで、造形される金属ガラス成形体には、さらに大きな金属ガラス相部分を有することが確認された。 As shown in FIG. 15, when an oxygen-free copper plate having excellent thermal conductivity is used for the base material, the results of XRD analysis when a carbon steel (S50C) plate is used for the base material shown in FIG. In comparison, a broad peak peculiar to the metallic glass phase was observed, and it was confirmed that the intensity of the sharp peak due to the crystal phase was reduced overall. Therefore, it was confirmed that the metal glass molded body to be shaped has a larger metal glass phase portion by using a material having excellent thermal conductivity as the base material.
(3)実施例3
材料粉末として、Ni系金属ガラスの一つであるNi−Nb−Ti−Zrを構成する4種類のNi粉末、Nb粉末、Ti粉末、および、Zr粉末を混合したものを用意した。具体的な各元素粉末の粒径、純度、組成割合は、以下の表2のとおりである。
(3) Example 3
As the material powder, a mixture of four kinds of Ni powder, Nb powder, Ti powder, and Zr powder constituting Ni-Nb-Ti-Zr, which is one of Ni-based metallic glasses, was prepared. The specific particle size, purity, and composition ratio of each elemental powder are as shown in Table 2 below.
上記した構成の材料粉末を基材上に敷き詰めて、金属ガラス化させる材料粉末層の厚みを0.1mmに設定した。以後、当該材料粉末層上に繰り返し積層される材料粉末層の厚みについても0.1mmに設定した。基材は無酸素銅板が用いられた。レーザ光としては、炭酸ガスレーザが用いられ、出力:200W、レーザ光走査速度:800mm/sec、走査間隔:0.2mmに設定された。材料粉末周囲の雰囲気は、アルゴンガス雰囲気とされ、材料粉末周囲の雰囲気中の酸素濃度は約400ppmに設定した。上記した条件の下で、粉末層形成工程およびブロック体造形工程を交互に繰り返して行うことにより、円柱状の金属ガラス成形体を造形した。この金属ガラス成形体について、X線回折(XRD)による構造分析を行った。その分析結果を図16に示す。 The material powder having the above-described configuration was spread on the base material, and the thickness of the material powder layer to be vitrified was set to 0.1 mm. Thereafter, the thickness of the material powder layer repeatedly laminated on the material powder layer was also set to 0.1 mm. An oxygen-free copper plate was used as the substrate. As the laser beam, a carbon dioxide laser was used, and the output was set to 200 W, the laser beam scanning speed was set to 800 mm / sec, and the scanning interval was set to 0.2 mm. The atmosphere around the material powder was an argon gas atmosphere, and the oxygen concentration in the atmosphere around the material powder was set to about 400 ppm. Under the above-described conditions, a cylindrical metal glass formed body was formed by alternately repeating the powder layer forming step and the block body forming step. This metal glass molded body was subjected to structural analysis by X-ray diffraction (XRD). The analysis results are shown in FIG.
図16に示すように、本実施例3の金属ガラス成形体(レーザ光走査速度:800mm/sec)のXRD分析では、金属ガラス相特有のブロードなピークを観察することができ、金属ガラス相を生成していることが判断できる。なお、結晶相に起因する鋭いピークも見受けられ、若干の結晶化は認められるが、XRD像の幅広い回折背景から見れば、極めて大きな金属ガラス相部分を持つことが確認された。以上より、本実施例3の金属ガラス成形体についても、高いガラス形成能を示すことが認められ、本発明に係る金属ガラス成形体の製造方法は、金属ガラス成形体を容易かつ低コストで製造可能であるうえ、さらに、高品質の金属ガラス成形体を製造可能であることが確認された。 As shown in FIG. 16, in the XRD analysis of the metal glass molded body of Example 3 (laser beam scanning speed: 800 mm / sec), a broad peak peculiar to the metal glass phase can be observed. It can be determined that it is generated. A sharp peak due to the crystal phase was also observed and some crystallization was observed, but it was confirmed that it had a very large metallic glass phase portion from the wide diffraction background of the XRD image. From the above, it is recognized that the metal glass molded body of Example 3 also exhibits high glass forming ability, and the method for manufacturing a metal glass molded body according to the present invention easily and inexpensively manufactures a metal glass molded body. Further, it was confirmed that a high-quality metallic glass molded body can be produced.
(4)実施例4
材料粉末としては、Fe系金属ガラスの一つであるFe−Cr−Mo−C−Bを構成する5種類のFe粉末、Cr粉末、Mo粉末、C粉末、および、B粉末を混合したものを用意した。具体的な各元素粉末の粒径、純度、組成割合は、以下の表3のとおりである。
(4) Example 4
As the material powder, a mixture of five types of Fe powder, Cr powder, Mo powder, C powder, and B powder constituting Fe-Cr-Mo-CB, which is one of Fe-based metallic glasses, is used. Prepared. The specific particle size, purity, and composition ratio of each elemental powder are as shown in Table 3 below.
上記した構成の材料粉末を基材上に敷き詰めて、金属ガラス化させる材料粉末層の厚みを0.1mmに設定した。以後、当該材料粉末層上に繰り返し積層される材料粉末層の厚みについても0.1mmに設定した。基材は無酸素銅板が用いられた。レーザ光としては、炭酸ガスレーザが用いられ、出力:200W、レーザ光走査速度:500mm/sec、走査間隔:0.2mmに設定された。材料粉末周囲の雰囲気は、アルゴンガス雰囲気とされ、材料粉末周囲の雰囲気中の酸素濃度は約400ppmに設定した。上記した条件の下で、粉末層形成工程およびブロック体造形工程を交互に繰り返して行うことにより、円柱状の金属ガラス成形体を造形した。この金属ガラス成形体について、X線回折(XRD)による構造分析を行った。その分析結果を図17に示す。 The material powder having the above-described configuration was spread on the base material, and the thickness of the material powder layer to be vitrified was set to 0.1 mm. Thereafter, the thickness of the material powder layer repeatedly laminated on the material powder layer was also set to 0.1 mm. An oxygen-free copper plate was used as the substrate. As the laser beam, a carbon dioxide laser was used, and the output was set to 200 W, the laser beam scanning speed was set to 500 mm / sec, and the scanning interval was set to 0.2 mm. The atmosphere around the material powder was an argon gas atmosphere, and the oxygen concentration in the atmosphere around the material powder was set to about 400 ppm. Under the above-described conditions, a cylindrical metal glass formed body was formed by alternately repeating the powder layer forming step and the block body forming step. This metal glass molded body was subjected to structural analysis by X-ray diffraction (XRD). The analysis result is shown in FIG.
図17に示すように、本実施例4の金属ガラス成形体(レーザ光走査速度:500mm/sec)のXRD分析では、金属ガラス相特有のブロードなピークを観察することができ、金属ガラス相を生成していることが判断できる。なお、結晶相に起因する鋭いピークも見受けられ、若干の結晶化は認められるが、XRD像の幅広い回折背景から見れば、極めて大きな金属ガラス相部分を持つことが確認された。以上より、本実施例4の金属ガラス成形体についても、高いガラス形成能を示すことが認められ、本発明に係る金属ガラス成形体の製造方法は、金属ガラス成形体を容易かつ低コストで製造可能であるうえ、さらに、高品質の金属ガラス成形体を製造可能であることが確認された。 As shown in FIG. 17, in the XRD analysis of the metallic glass molded body (laser beam scanning speed: 500 mm / sec) of Example 4, a broad peak peculiar to the metallic glass phase can be observed. It can be determined that it is generated. A sharp peak due to the crystal phase was also observed and some crystallization was observed, but it was confirmed that it had a very large metallic glass phase portion from the wide diffraction background of the XRD image. As mentioned above, it is recognized also about the metallic glass molded object of this Example 4, and the manufacturing method of the metallic glass molded object which concerns on this invention manufactures a metallic glass molded object easily and at low cost. Further, it was confirmed that a high-quality metallic glass molded body can be produced.
1 金属ガラス成形体
2 基材
3 材料粉末層
6 レーザ光走査装置
10 ブロック体
11 金属ガラス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal glass molded
Claims (7)
前記材料粉末層の所定領域にレーザ光または電子ビームを照射し、レーザ光照射部の材料粉末を溶融固化させることで、材料粉末から金属ガラスを作製しながら金属ガラスよりなるブロック体を造形するブロック体造形工程とを備え、
前記粉末層形成工程による前記材料粉末層の形成と、前記ブロック体造形工程による金属ガラスの作製および前記ブロック体の造形とを繰り返すことにより、複数の前記ブロック体が積層一体化された金属ガラス成形体を製造する金属ガラス成形体の製造方法。 A powder layer forming step of forming a material powder layer by spreading a material powder in which a plurality of kinds of element powders or alloy powders constituting the metal glass are mixed;
A block for forming a block body made of metal glass while producing metal glass from the material powder by irradiating a predetermined region of the material powder layer with a laser beam or an electron beam and melting and solidifying the material powder of the laser beam irradiation part A body shaping process,
Metal glass molding in which a plurality of block bodies are laminated and integrated by repeating the formation of the material powder layer by the powder layer forming process, the production of the metal glass by the block body modeling process, and the modeling of the block body. The manufacturing method of the metal glass molded object which manufactures a body.
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