JP2014132116A - 鉄を含有するバルクニッケル−ケイ素−ホウ素ガラス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Ni−Fe−Si−B及びNi−Fe−Si−B−P金属ガラス形成合金、並びに金属ガラスを提供する。開示する合金からは、少なくとも1ミリメートル、最大3ミリメートル又はそれ以上の直径を有する金属ガラスロッドを形成することができる。開示する金属ガラスは、高降伏強度と高耐食性の組み合わせを示しながら、比較的高いFe含有量では強磁性である。
【選択図】なし
Description
本出願は、2013年1月7日に出願された「鉄を含有するバルクニッケル−ケイ素−ホウ素ガラス」という名称の米国仮特許出願第61/749,860号の利益を主張するものであり、この仮特許出願はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。
Ni(100-a-b-c)FeaSibBc 式(1)
式中、
aは5〜50であり、
bは10〜14であり、
cは9〜13であり、
この合金は、少なくとも1mmの直径を有する金属ガラスロッドを形成することができる。
Ni(100-a-b-c-d)FeaSibBcPd 式(2)
式中、
aは5〜50であり、
bは7〜10であり、
cは7〜10であり、
dは0.5〜8であり、
この合金は、少なくとも1mmの直径を有する金属ガラスロッドを形成することができる。
提供する開示及び図面では、金属ガラスを形成するために必要な冷却速度が驚くほど低いNi−Fe−Si−B及びNi−Fe−Si−B−P合金を提供する。この合金は、横寸法が少なくとも1mmのバルク金属ガラスを形成することができる。具体的には、このNi−Fe−Si−B及びNi−Fe−Si−B−P合金は、Feの相対濃度を15〜50原子パーセントに制御することにより、直径が少なくとも1mmの金属ガラスロッドを形成することができる。
Rc=1000/dc 2 式(3)
様々な実施形態では、壁厚が管径の約10%である石英毛管を使用して合金を処理することができる。
表1:金属ガラスを形成するために石英毛管内で処理した式(1)による合金例
表2:金属ガラスを形成するために石英毛管内で処理した式(2)による合金例
表3:金属ガラスを形成するために石英管内で処理した式(2)による合金例
表4:金属ガラスを形成するために石英毛管内で処理した、化学式:Ni53-xFe25CrxSi8.5B9.5P4に従う合金例
表5:合金を酸化ホウ素で融剤処理したことによるGFAに対する影響
本開示の合金インゴットの特定の生産方法は、不活性雰囲気下の溶融シリカるつぼ内で適当な量の元素成分を誘導溶融するものである。或いは、この溶融るつぼは、結晶シリカ、アルミナ又はジルコニアなどのセラミック、黒鉛、或いは銅又は銀製の水冷ハースであってもよい。構成元素の特定の純度レベルは、Ni:99.995%、Fe:99.95%、Cr:99.996%、Si:99.9999%、B:99.5%、及びP:99.9999%であった。
上述した石英水冷却法によって処理する際に合金の非晶質相(すなわち金属ガラス相)を形成できる最大ロッド径を求めることにより、各合金のガラス形成能を評価した。Cu−Kα放射によるX線回折を実施して合金の非晶質構造を検証した。
サンプル金属ガラスに対し、20K/分の走査速度で示差走査熱量測定を行って、サンプル金属ガラスのガラス転移、結晶化、固相線及び液相温度を求めた。
サンプル金属ガラスの切り欠き靱性を、2mm直径のロッドに関して求めた。このロッドは、底半径が0.10〜0.13μmの線鋸を用いてロッド径の約半分の深さまで切り欠きを付けたものである。この切り欠いた試料を、スパン距離が12.7mmの3点曲げ治具上に載せ、切り欠いた側を下向きにして注意深く位置合わせした。ねじ式の試験フレームを用いて、0.001mm/sの一定のクロスヘッド速度で単調に増大する負荷を加えることにより、臨界破砕負荷を測定した。2回の試験を行い、その平均値及び関連する分散を示した。本明細書で使用する幾何学的構成の応力拡大係数は、Murakimiによる解析法(Y.Murakami、応力拡大係数ハンドブック(Stress Intensity Factors Handbook)、第2巻、Oxford:Pergamon Press、p.666(1987年))を用いて評価したものである。
サンプル金属ガラスの圧縮試験を、直径が2mmで長さが約4mmの円筒形試料に対して行った。ねじ式の試験フレームを用いて、0.001mm/sの一定のクロスヘッド速度で単調に増加する負荷を加えた。線形可変差動変圧器を用いて歪みを測定した。不具合の前に到達する最大応力として圧縮降伏強度を推定した。
サンプル金属ガラスの耐食性を、塩酸(HCl)浸漬試験によって評価した。初期直径が1.91mmで長さが16.13mmの金属ガラスサンプルのロッドを、室温で6M HCl浴槽内に浸漬した。この金属ガラスロッドの密度は、アルキメデス法を用いて7.64g/ccであると測定された。質量変化を±0.01mgの精度で測定することにより、浸漬中の様々な段階における腐食深度を推定した。線形動力学を想定して腐食速度を推定した。
Claims (11)
- 原子パーセントaを5〜50、原子パーセントbを10〜14、原子パーセントcを9〜13とする化学式:Ni(100-a-b-c)FeaSibBcで表される合金であって、少なくとも1mmの直径を有する金属ガラスロッドを形成することができる、
ことを特徴とする合金。 - 前記Feの原子パーセントaは15〜50であり、前記形成できる金属ガラスロッドの前記直径は少なくとも1mmである、
ことを特徴とする請求項1に記載の合金。 - 前記Feの原子パーセントaは25〜40であり、前記形成できる金属ガラスロッドの前記直径は少なくとも2mmである、
ことを特徴とする請求項1に記載の合金。 - SiとBを組み合わせた原子パーセントは21〜24である、
ことを特徴とする請求項1に記載の合金。 - 原子パーセントaを5〜50、原子パーセントbを7〜10、原子パーセントcを7〜10、及び原子パーセントdを0.5〜8とする化学式:Ni(100-a-b-c)FeaSibBcPdで表される合金であって、少なくとも1mmの直径を有する金属ガラスロッドを形成することができる、
ことを特徴とする合金。 - aは20〜45であり、0.5mmの壁厚を有する石英管内で高温溶融物を水冷却することによって処理した場合、前記形成できる金属ガラスロッドの前記直径は少なくとも2mmである、
ことを特徴とする請求項5に記載の合金。 - SiとBを組み合わせた原子パーセントは21〜23である、
ことを特徴とする請求項5に記載の合金。 - 最大3原子%のNi又はFeがCrに置換され、或いは最大1.5原子%のFe又はNiが、Co、Mn、W、Mo、Ru、Re、Cu、Pd、Pt、Nb、V、Ta又はこれらの組み合わせに置換される、
ことを特徴とする請求項5に記載の合金。 - 請求項1から8のいずれかに記載の合金を含む、
ことを特徴とする金属ガラス。 - 請求項9に記載の金属ガラスの生産方法であって、
前記合金を溶融状態に溶融するステップと、
前記溶融物を十分に速い冷却速度で冷却して前記合金の結晶化を防ぐステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記溶融物を冷却する前に還元剤で融剤処理するステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。
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