JP2629152B2 - 圧縮態金属物品の製法 - Google Patents

圧縮態金属物品の製法

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    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は溶融物から急速固化された合金か
ら三次元物品を製造する方法に関する。特に本発明は、
急速固化された合金を支持体上に付着させてこれに結合
したガラス質合金層を形成し、これを熱処理することか
ら成る、強度、硬度および延性が高められた物品の製造
法に関する。
【０００２】米国特許第４，２９７，１３５号明細書
（ギーセンら）には、メタロイドおよび耐熱金属の双方
を含む鉄、コバルト、ニッケルおよびクロムの合金が示
されている。これらの合金は１０5〜１０7℃／秒の冷却
速度で急速固化されて、組成の均質性が高められた超微
細結晶粒子状の準安定結晶構造を生じる。熱処理によっ
てこの準安定なもろい合金は超微粒状の一次結晶粒子を
含む延性の合金に変化する。これはホウ化物ならびに炭
化物および／またはケイ化物の粒子の超微粒子分散物を
含む。粉末またはリボンを圧縮して塊状部品（ｂｕｌｋ
ｐａｒｔ）となすことができ、熱処理された合金は良
好な機械的特性、特に高い強度および硬度、ならびに特
定の組成物については良好な耐食性を備えている。
【０００３】米国特許第４，３８１，９４３号明細書
（ジェイ・ディックソンら）には支持体上に付着させる
ための化学的に均質な微晶質粉末が示されている。この
粉末はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏまたはそれらの組合せを基礎と
するホウ素含有合金である。
【０００４】エム・フォン・ハイメンダールらは報文
“非晶質合金メトグラス（ＭＥＴＧＬＡＳ，登録商標）
２８２６Ａの結晶化の活性化エネルギー”、ジャーナル
・オブ・マテリアルズ・サイエンス，１６（１９８
１），２４０５−２４１０頁において“非晶質合金Ｆｅ
32Ｎｉ36Ｃｒ14Ｐ12Ｂ6の準安定相結晶の核形成速度お
よび生長速度”について論じている。アール・エス・テ
ィワリらは報文“メトグラス２８２６ Ｆｅ40Ｎｉ40Ｐ
14Ｂ6の結晶化速度に対する引張応力の影響”、マテリ
アルズ・サイエンス・アンド・エンジニアリング，５５
（１９８２），１−７頁において、メトグラス２８２６
の結晶化速度に対する引張応力の影響について論じてい
る。共融結晶の核形成速度は応力の増大に伴って著しく
高まることが認められたが、生長速度に対する影響は認
められなかった。
【０００５】米国特許第４，４３９，２３６号明細書
（アール・レイ）には、鉄、コバルトおよびニッケルの
うち１種または２種以上を基礎とするホウ素含有遷移金
属合金が示されている。これらの合金は少なくとも２種
の金属合金を含み、錯体ホウ化物の粒子がランダムに散
在した一次固溶体相の超微細結晶粒子からなる。錯体ホ
ウ化物は主として一次固溶体相の結晶粒子少なくとも３
個の接合部に位置する。一次固溶体相の超微細結晶粒子
はそれらの最長寸法において測定して約３μｍ以下の平
均直径をもち、錯体ホウ化物はそれらの最大寸法におい
て測定して約１μｍ以下の平均粒度をもつと思われる
（電子顕微鏡写真上で観察）。レイにより教示される合
金を製造するためには、目的とする組成の溶融物を急速
固化させて非晶質組織をもつリボン、ワイヤ、フィラメ
ント、フレーク、または粉末を製造する。次いでこの非
晶質合金を、℃で測定した固相線温度（Ｔｓ）の約０．
６〜０．９５の範囲にありかつ結晶化温度（Ｔｘ）より
も高い温度に加熱して合金を結晶化させ、目的とするミ
クロ組織を得る。レイにより教示された非晶質合金のリ
ボン、ワイヤ、フィラメント、フレークまたは粉末は、
圧力および固相線温度の約０．６〜０．９５の範囲の温
度の熱を同時に与えることにより圧縮されている。
【０００６】以下の文献に合金結晶化温度よりも低いプ
レス温度で非晶質合金を圧縮して非晶質金属圧縮体（た
だしこれらはもろい）を製造すること、およびクラッド
材を製造することが示されている。
【０００７】１．米国特許第４，３８１，１９７号明細
書（Ｈ．リーベルマン）； ２．米国特許第４，３７７，６２２号明細書（Ｈ．リー
ベルマン）； ３．Ｈ．リーベルマン、「ガラス質合金リボンの熱間圧
縮およびクラッディング」Ｍａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．，
４６（１９８０）２４１−２４８頁。
【０００８】米国特許第４，５０３，０８５号明細書
（デイックソンら）には支持体上に加熱、付着させて、
結合した非晶質合金層を形成しうる非晶質合金粉末が示
されている。
【０００９】他のホウ素含有遷移金属合金は一般に液体
から冷却されて固体結晶状態にされる。この種の合金は
結晶粒子境界における錯体ホウ化物析出物の連続網状組
織を形成する可能性がある。これらの網状組織は合金の
強度および延性を低下させる可能性がある。
【００１０】急速固化した遷移金属合金の粉末を従来は
一般的な粉末冶金学的方法により処理して、圧縮された
結晶質合金物品を製造する。事実、粉末をこの種の方法
により処理しうることは、これらの合金および粉末につ
いて挙げられる利点の１つである。しかし、一般の処理
法は、合金が急速固化の利点を大幅に損うほど著しく高
い温度に暴露されるので、これらの合金を用いて達成で
きる特性を制限する。一般の処理に際して合金が高温に
暴露されない場合は不完全な粒子間結合が生じ、靭性が
低く、極端な場合には強度の低い材料が得られる可能性
がある。一般的方法では急速固化により生じる微細なミ
クロ組織を保持した状態で目的とする圧縮および結合を
得ることはできなかった。その結果、圧縮された物品は
目的とする水準の硬度、強度および靭性をもたない。
【００１１】本発明は急速固化した遷移金属合金の圧縮
法を提供する。本方法は少なくとも５０％はガラス質で
ある急速固化した合金を選択する工程を含む。
【００１２】この合金は、本質的に式ＭａＴｂＸｃ（式
中“Ｍ”はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔ
ａおよびＣｒよりなる群から選ばれる元素１種または２
種以上であり、“Ｔ”はＡｌおよびＴｉよりなる群から
選ばれる元素１種または２種以上であり、“Ｘ”はＢ，
Ｃ，ＳｉおよびＰよりなる群から選ばれる元素１種また
は２種以上であり、“ａ”は５０〜９５原子％であり、
“ｂ”は０〜４０原子％であり、“ｃ”は５〜３０原子
％であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００である）よりなる合金の
群から選ばれる１種又はそれ以上の結晶質合金からな
る。
【００１３】この合金を支持体上に付着させてこれに結
合したガラス質合金層を形成する。支持体としては鋼製
のものがもっとも適当である。選ばれた支持体に、非晶
質粉末をプラズマ溶射するなどの方法で薄い被膜を形成
する。適切なプラズマ溶射法は、米国特許第４３８１９
４３号（Ｄｉｃｋｓｏｎら）に記載されている方法であ
る。被膜を形成したのち、ガラス質合金体を０．５５〜
０．８５Ｔｓ（Ｔｓは℃で測定した固相線温度）の範囲
内の、合金結晶化温度（Ｔｘ）以上の熱処理温度で、圧
縮態物品に微結晶粒子状の結晶質合金組織を生じるのに
十分な期間、熱処理する。
【００１４】本発明を実施する際に使用できる合金は本
質的に式ＭａＴｂＸｃ（式中“Ｍ”はＦｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，ＴａおよびＣｒよりなる群か
ら選ばれる元素１種または２種以上であり、“Ｔ”はＡ
ｌおよびＴｉよりなる群から選ばれる元素１種または２
種以上であり、“Ｘ”はＢ，Ｃ，ＳｉおよびＰよりなる
群から選ばれる元素１種または２種以上であり、“ａ”
は５０〜９５原子％であり、“ｂ”は０〜４０原子％で
あり、“ｃ”は５〜３０原子％であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
００である）よりなる。好ましい合金において、“Ｍ”
はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍｏ，ＶおよびＣｒよりなる
群から選ばれる元素１種または２種以上であり；“Ｘ”
はＢ，ＣおよびＳｉよりなる群から選ばれる元素１種ま
たは２種以上であり；“ａ”は７０〜９５原子％であ
り；“ｂ”は０であり；“ｃ”は５〜３０原子％であ
る。本発明の他の観点においては、用いる合金は本質的
に式Ｍ’balＢfＸ’g（式中Ｍ’はＦｅ，Ｎｉ，Ｍｏお
よびＷよりなる群から選ばれる元素１種または２種以上
であり、Ｘ’はＣおよびＳｉよりなる群から選ばれ、
“ｆ”は５〜２５原子％であり、“ｇ”は０〜２０原子
％であり、“ｂａｌ”は残部を示す。
【００１５】タングステン、モリブデン、ニオブおよび
タンタルは製品の物理的特性、たとえば強度および硬度
を高め、熱安定性、耐酸化性、および耐食性を改善す
る。これらの元素の量は４０原子％以下に制限すべきで
ある。これよりも多い組成を持つ合金は十分に溶融さ
せ、合金の均質性をなお維持することが困難だからであ
る。
【００１６】元素アルミニウムおよびチタンは硬化相の
析出を助成する。しかし網状構造の形成を避けるために
硬化性析出物の体積分率を制限すべきである。
【００１７】クロムは硬度および耐食性を与える。合金
の溶融温度を抑制するためにクロムの量を制限する。
【００１８】ホウ素および炭素は圧縮態合金における硬
化を助成するホウ化物および炭化物を与える。“ｄ”に
関する下限は必要なホウ化物および炭化物を与えるのに
十分なホウ素および炭素を保証する。上限はホウ化物お
よび炭化物の連続網状組織が生成しないのを保証する。
【００１９】リンおよびケイ素は合金におけるガラス質
（非晶質）金属組織の形成を促進する補助となり、また
鋳造後の合金が確実に均質となるのを補助する。ケイ素
はさらに、合金に耐食性を与える補助となり、ケイ化析
出物を形成するので好ましい。
【００２０】合金は目的組成の溶融物を、急速固化技術
の専門家に周知の合金急冷法を用いて少なくとも１０5
℃／秒の急冷速度で急速固化させることによって製造さ
れる。たとえば米国特許第４，１４２，５７１号明細書
［ナラシムハン（Ｎａｒａｓｉｍｈａｎ）］を参照され
たい。これはここに参考として引用する。
【００２１】十分に急速な冷却条件により、均質なガラ
ス質材料が生成する。ガラス質材料には広範な秩序（ｏ
ｒｄｅｒ）はない。ガラス質金属合金のＸ線回折パター
ンは無機酸化物ガラスに認められるような拡散ハロのみ
を示す。目的とする物理的特性を達成するためには、こ
の種のガラス質合金はＸ線回折分析により測定して少な
くとも５０％はガラス質でなければならず、好ましくは
少なくとも８０％はガラス質であり、より好ましくは実
質的に１００％はガラス質である。
【００２２】下記の例は本発明をより良く理解するため
に提示される。本発明の原理および実際を説明するため
に示された特定の技術、条件、材料、特性および報告さ
れたデータは例示であり、本発明の範囲を限定するもの
と解すべきではない。
【００２３】例非晶質”塊状”材料を製造するための他
の方法は非晶質粉末をプラズマ溶射して、選ばれた支持
体上に薄い被膜を形成することである。適切なプラズマ
溶射法はディックソンらにより米国特許第４，３８１，
９４３号明細書に記載されている。
【００２４】これらの被膜において非晶質合金が熱処理
により結晶化し、その際ホウ化物が析出しないか、また
は微細な均質に分散した球体として析出した場合には、
硬度および靭性が高まる。
【００２５】従って非晶質被膜（特にＮｉＭｏＢ型に類
似する合金の）の特性は、これらを５５０〜９００℃の
範囲で熱処理した場合に改良しうることが明らかであ
る。これによって被膜の応力を除去し、支持体金属に対
するその結合強さを著しく改善することもできる。熱処
理によって粒子間結合を改善することができるので、被
膜への反応性液体の浸透、およびこれに続く支持体金属
の腐食を少なくすることができた。
【００２６】米国特許第４３８１９４３号に記載した方
法でプラズマ溶射したＮｉ56.5Ｍｏ23.5Ｆｅ10Ｂ10合金
の各種低温熱処理後の熱間硬度値を表Ｉに示す。約６０
０〜８００℃（０．４７〜０．６３Ｔｓ）の温度で熱処
理することにより最大硬度値が得られた。６００℃にお
いて、被膜の硬度は溶射し放しの条件に比べて係数約
１．５だけ増大した。０．０５ｋｇ負荷を用いて得た硬
度値Ｈｖ（０．０５）に比べて０．１ｋｇ負荷を用いて
得た硬度値Ｈｖ（０．１）が低いのは、被膜に硬度測定
用圧子が若干侵入することによる。被膜下の鋼製支持体
の硬度はわずか３００Ｈｖであった。
【００２７】
【表１】 以上、本発明をかなり詳細に記述したが、これらの詳細
に固執する必要はなく、当業者には各種の変更および修
正が自明であり、これらはすべて特許請求の範囲により
定められた本発明の範囲に含まれることは理解されるで
あろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０４ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０４ 38/02 38/02 45/04 45/04 Ｚ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）本質的に式ＭａＴｂＸｃ（式中
    “Ｍ”はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ
    およびＣｒよりなる群から選ばれる元素１種または２種
    以上であり、“Ｔ”はＡｌおよびＴｉよりなる群から選
    ばれる元素１種または２種以上であり、“Ｘ”はＢ，
    Ｃ，ＳｉおよびＰよりなる群から選ばれる元素１種また
    は２種以上であり、“ａ”は５０〜９５原子％であり、
    “ｂ”は０〜４０原子％であり、“ｃ”は５〜３０原子
    ％であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００である）よりなる合金の
    群から選ばれる１種又はそれ以上からなり、少なくとも
    ５０％がガラス質である急速固化した合金を選び； （ｂ）該合金を支持体上に付着させてこれに結合したガ
    ラス質合金層を形成し；そして （ｃ）該ガラス質合金を０．５５〜０．８５Ｔｓ（Ｔｓ
    は℃で測定した固相線温度）の範囲内の温度で、該ガラ
    ス質合金の硬度よりも大きな硬度をもつ合金結晶相を形
    成すべく熱処理する工程からなる、圧縮態金属物品の製
    法。
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