JP2695894B2 - 金属箔帯およびその製造方法 - Google Patents

金属箔帯およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、VIII族元素のうちの少なくとも1種と、IV
A族元素、V A族元素、VI A族元素のうちの少なくとも
1種と、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)およ
びリン(P)から成る群から選ばれる少なくとも1種と
から成る金属マトリックス内に硬質粒子の介在物を有す
る金属箔帯に関するものである。上記において、硬質粒
子は、溶融物から生じる主堆積物(主析出物)として、
金属箔帯の一方の表面領域に配列され、金属箔帯は、最
大1mmの厚さを有し、少なくとも102K/秒の冷却速度を維
持して溶融物から製造される。なお、VIII族元素はVIII
A族元素とも称され、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、I
r、Ptから成る。IV A族元素とはTi、Zr、Hfである。V A
族元素とは、V、Nb、Taである。VI A族元素とは、Cr、
Mo、Wである。
ホウ素、炭素、ケイ素及びリンはこれらの条件下で周
知の態様によりガラス質化剤として作用する。その効果
は任意選択的に硫黄、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、
すず及び(又は)アンチモンを加えることによつて増大
される。
従来技術および発明が解決しようとする課題 前述したタイプの金属帯はEP−A−2 785により知
られている。溶融物スピニング方法によつて製作される
この既知の帯においては、硬質粒子、例えば金属ホウ化
物、炭化物、酸化物は帯(金属箔帯)を製造する溶融物
に顆粒状態で添加され、帯の凝固した金属マトリツクス
内に埋込まれる。別法として、前記硬質粒子は溶融物の
個々の成分を化学反応させることにより主堆積物として
直接得ることが出来る。
この金属帯における硬質粒子の付着力は、例えば固体
の表面処理のための研摩物質として用いられる場合のよ
うに場合によつては不十分であることが判明している。
本発明の目的は、帯の金属マトリツクス内における硬
質粒子の付着力を改善することである。
課題を解決するための手段 この目的のために、本発明によれば、前記硬質粒子の
少なくとも50%は骸晶(skeletal crystal)構造を有し
ており、幅に対する長さの比は少なくとも5である。
公知の帯(金属箔帯)と同様に、ガラス質組織または
微細結晶組織(結晶粒の大きさがミクロン水準である結
晶組織のこと)をもって凝固する新規な金属箔帯中の硬
質粒子は、主として金属箔帯の自由表面に集中して、該
自由表面を粗表面にする。
硬質粒状骸晶はその組織が著しく球状形態とは異なつ
ており、例えばアンダカツト部分によつて金属マトリツ
クスに噛合うので付着力を増大させる。
新しい金属帯の応用分野として、我々はこれを主とし
てサンドペーパー又はエメリーペーパーとして用いるか
又はやすり及び切断ホイール上の研摩コーテイングとし
て用いることが出来る。その場合、同帯は例えばダイヤ
モンド工具の代りとして用いることが出来る。他の応用
例として、例えばクラツチライニングのための接着剤に
対する係留層として用いることが挙げられる。前記新帯
を溶接コーテイングに対する可撓性帯として又はレーザ
コーテイングのための開始材料として用いることも可能
である。最後に、同帯は又金属マトリツクスを溶解する
ことによつて硬質物質粉末を製造することにも用いるこ
とが出来る。もちろん、最大硬度の粗表面及び良好な付
着力を有する硬質物質が要求される場合のような他の用
途もあり得る。
好適には、研摩物質のような前述の用途においては、
介在物を備えた表面は突出する頂点を備えた粗組織を有
しており、前記頂点(頂部)の全て、または、ほぼ全て
が硬質粒子を含んでいる。
前記新規な金属箔帯の製造方法によれば、プレアロイ
(予合金:予め合金化された材料)を別途製造する際、
溶融物に関連する冶金学的パラメーター(例えば、溶融
雰囲気、化学組成、注湯前の溶融物の過熱、鋳造温度お
よび(または)凝固速度)が、プレアロイの実際の凝固
中に溶融物から硬質粒子が分離するように選ばれるとと
もに、また、金属箔帯の製造中、再溶融されたプレアロ
イの溶融物に対する、経験的に決定されるエネルギー影
響度が或る最大値までに制限されるように選ばれる。こ
こで、エネルギー影響度とは、溶融物の温度と該溶融物
が凝固するまでの時間の関数であり、その最大値の下で
は硬質粒子の再溶融が少なくとも部分的に防止される。
製造プロセスにおいて考慮される前記“エネルギの影
響度”は再溶融されるプレアロイの温度並びにプレアロ
イが液相にある時間との比較的に複雑な関数である。2
つの変数の関数上の関係が複雑だということは、本発明
に従つて帯を製造する際予備実験によつてこの“エネル
ギの影響度”を経験的に決定しなければならないことを
意味している。すなわち、影響度は各ストリツプ成分及
び含有する硬質粒子の異なる粒寸法によつて決定しなけ
ればならない。この関係は、所定の金属マトリツクス内
において硬質粒子結晶が、所定の濃度溶解する場合、溶
解温度を高くすれば比較的短い時間した必要とされず、
比較的低い温度を使用する場合には比較的長い時間を要
することが判明している。
前記“エネルギの影響度”は、再溶融される液相が内
部に含まれた硬質粒子を再溶解出来る能力としてはつき
り定義することも出来る。
前記硬質粒子の寸法、従つて帯の自由表面の粗度は、
プレアロイ及び(又は)帯の製造において凝固速度を変
化させることによつてコントロールすることが出来る。
ここで前記プレアロイの凝固は、主として鋳造チルモー
ルドの材質及び直径によつて影響され、帯凝固速度は特
に溶融物の熱放散遠心ホイール又は帯上の速度によつて
決定される。前記ホイールの円周速度は500〜3000m/分
の間で変化し得る。
好適には、プレアロイの溶融及び帯の製造前の再溶融
は、例えばアルゴン(Ar)雰囲気のような保護性ガス雰
囲気内で行なわれる。プレアロイの製造は減圧下におい
て既知の態様により実施することが出来る。
プレアロイの作製 望ましくはないが、不可避的に含まれる不純物、例え
ばアルミニウム(Al)、マンガン(Mn)又は銅(Cu)を
無視して、カツコ内に対応する原子%で示す以下の質量
%の組成を有する全量300グラム(g)の混合物が調製
された。
Ni73.8(60.9)、Cr14(13.1)、Fe4.5(3.9)、Si4.
5(7.8)、B3.2(14.3) 誘導加熱コイルを用いて、この混合物が、ケイ酸アル
ミニウム(ムライト)を備えた炉内で溶解され予合金が
形成された。なお、炉内には約130ミリバール(100mmH
g)の軽度の真空が維持された。また、溶解雰囲気は純
度99.998%のアルゴン(Ar)であつた。
液相温度が約1380℃であると測定された溶融物は、注
湯の前に約1540℃の温度(これは約160℃の過熱であ
る)へと加熱された。約1060℃のより低い凝固点を有す
る共晶状残留溶融物を含んだプレアロイ(予合金)が、
次にチルモールド内へと注湯され、凝固せしめられる。
溶融物から分離される硬質粒子であつて本ケースの場
合殆んどがツエータホウ化クローム(ζ−CrB)からな
る硬質粒子の寸法が、予合金の凝固速度に依存し、従つ
て凝固時間を変更することによつて幾分かはコントロー
ル可能に変更可能なので、前記硬質物質介在物の所要粒
子寸法に対する最適な凝固速度は予備的試行によつて実
験的に決定される。凝固速度は主としてチルモードの材
質及び(又は)ライニング及びその直径に依存する。も
しも注湯が例えば約1420℃の温度で20〜24mmの直径の銅
製チルモールド内で行なわれたとすれば、同モールド内
にて、103℃/分の冷却速度で3〜5秒間で凝固が起
り、約10〜20μmの長さの硬質粒子堆積物が生ずる。し
かしながら、もしも銅製チルモールドが、直径28mmの、
酸化ジルコニウム(ZrO2)を備えた鋼製チルモールドに
よつて置換えられた場合には、他の条件は同じとして約
500℃/分のより低い冷却速度が得られ、凝固時間は約1
0秒となる。その場合には、前記硬質粒子は基本的には
約0.3mmの長さを備えた骸結晶の形態として堆積され
る。
金属帯の作製 金属帯は、硬質物質堆積物を点在させたプレアロイか
ら周知の溶融物スピニング装置により作製される。前記
プレアロイは、石英ガラススピナレツト内でこれを取囲
む誘導コイルによつて再溶融される。前記スピナレツト
は、例えば熱硬化性の銅クローム合金のような熱良導性
物質からなる遠心ホイールのまわりに配設されている。
表面張力の発生は溶融物浴を動かすことによつて防止さ
れており、溶融物の流れ出しは、それ自体開口している
スピナレツト出口領域が相対的に低温度となつているこ
とにより防止されている。加熱時間は、合金の融点(こ
れはすでに述べたように約1060℃である)が約4.5分で
到達されるように選ばれている。なお、石英ガラスチユ
ーブは約950℃へと加熱される間にアルゴンで洗浄され
る。
全てのプレアロイ溶融物を、例えば温度並びに粘度に
関して均質に得ようとするため、前記再溶融作業の後に
は、再溶融されたプレアロイから帯を作ることが出来る
ようになる迄ある保持時間が設けられる。この保持時間
は、前述した“エネルギの影響度”に依存し、1〜最大
5分とすることが出来る。1060℃の溶融温度の場合に
は、経験的に決定されたエネルギの影響度によれば、本
実施例の場合プレアロイを完全に再溶融した後約1分間
が許容出来る。
保持時間が経過すると、再溶融したプレアロイは溶融
物の表面に0.25バールを超える過剰圧力にあるアルゴン
圧力波を適用することで遠心ホイールへと「吹付け」ら
れる。ホイールの回転速度又は円周速度は帯片の凝固時
間に影響を与えるもので、比較的高速度の場合には堆積
物が比較的粗く及び(又は)帯平面から著しく突出する
帯が得られ、一方比較的低い速度の場合には微粒及び
(又は)平坦かつ硬質の物質粒子が金属マトリックス中
に含まれる。なお、金属マトリックス中には、本実施例
の場合、ζ−CrB形態の硬質堆積物(析出物)が3〜10
%含まれている。
説明された例示実施例においては、約1100m/分の遠心
ホイール周速を用いると、帯の長手方向で2.2〜2.8μm
のRa(DIN4762)表面粗さ並びにホイールから遠い方の
ストリツプ表面を横切る方向で1.3〜1.8μmのRaが得ら
れる。もしも、ホイールの円周速度が約1300m/分へと増
大された場合には、平均粗さRaは長手方向で100〜130μ
m、横断方向で60〜100μmとなる。
比較的粗い金属帯中の横断面である第1図は写真にも
とずいて描かれた。同写真は光学顕微鏡を使つて倍率50
0で作成された。
第1図は硬質粒子2を示しており、その結晶形態はア
モルフアス状に凝固したガラス質金属マトリツクス1内
の骨型と称しても良いであろう。なお、前記マトリツク
スは少なくとも部分的に微細結晶組織を有している。硬
質物質からなる微細結晶3も又骨型結晶2に加えて金属
基材内に認められる。
第1図は硬質粒子結晶2によつて「占有された」頂点
4を明瞭に示しており、これらの頂点は第1図上側を向
いている帯1の自由表面において、例示の金属マトリツ
クス1内に埋込まれた硬質粒子の長さ寸法の70%以上を
形成している。
骨状に凝固した結晶2の不規則形状すなわち、内部空
洞、介在物、アングル及びエツジからなる形状は硬質物
質が金属箔帯のガラス質組織(アモルファス組織)また
は微細結晶組織中において付着力を改善している根拠で
ある。
第1図内の矢印は帯1を製造する際同帯が遠心ホイー
ルによつて溶融物スピナレツトから投げ出された方向を
示している。
【図面の簡単な説明】
第1図は一実施例に係る粗帯のスケツチ図であり、同図
は高倍率(500倍)の顕微鏡組織写真から作成されたも
のである。 1……マトリツクス、2……硬質粒子、3……微細結
晶、4……突出頂点。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】VIII族元素のうちの少なくとも1種と、IV
    A族元素、V A族元素、VI A族元素のうちの少なくとも
    1種と、ホウ素(B)、炭素(C)、ケイ素(Si)およ
    びリン(P)から成る群から選ばれる少なくとも1種と
    から成る金属マトリックス内に硬質粒子の介在物を有す
    る金属箔帯であって、 前記硬質粒子が、溶融物から生じる主堆積物として、金
    属箔帯の一方の表面領域に配列されており、 最大1mmの厚さを有し、少なくとも102K/秒の冷却速度を
    維持して溶融物から製造される金属箔帯において、 前記硬質粒子(2)の少なくとも50%が骸晶形状を有し
    ており、該硬質粒子の、幅に対する長さの比(長さ/
    幅)が少なくとも5であることを特徴とする金属箔帯。
  2. 【請求項2】前記骸晶形状の硬質粒子の数が、前記硬質
    粒子(2)のうちの少なくとも70%であることを特徴と
    する請求項1に記載された金属箔帯。
  3. 【請求項3】前記介在物を含む表面領域が、突出する頂
    部(4)を有する粗組織を有しており、前記頂部(4)
    の全て、または、ほぼ全てが前記硬質粒子(2)を含む
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された
    金属箔帯。
  4. 【請求項4】前記金属マトリックスから突出する前記硬
    質粒子(2)は、その長さ寸法の少なくとも70%が前記
    金属マトリックス(1)内に埋まっていることを特徴と
    する請求項3に記載された金属箔帯。
  5. 【請求項5】請求項1から請求項4までのいずれか1項
    に記載された金属箔帯の製造方法であって、高い熱伝導
    度と高い熱容量を有する遠心ホイールを用い、別途作成
    された予合金を再溶融して成る溶融物から直接、溶融物
    スピニング法によって高速で前記金属箔帯が形成される
    方法において、 前記予合金を別途製造するに当たり、前記溶融物に関連
    する冶金学的パラメーターが、前記予合金の実際の凝固
    中に前記溶融物から前記硬質粒子が分離するように選ば
    れるとともに、 また、前記金属箔帯の製造中、再溶融された前記予合金
    の溶融物に対する、経験的に決定されるエネルギー影響
    度が或る最大値までに制限されるように選ばれ、 前記冶金学的パラメーターは、溶融雰囲気、化学組成、
    注湯前の溶融物の過熱、鋳造温度、凝固速度を包含し、 前記エネルギー影響度は、前記溶融物の温度と前記溶融
    物が凝固するまでの時間の関数であり、その最大値の下
    では前記硬質粒子(2)の再溶融が少なくとも部分的に
    防止されることを特徴とする金属箔帯の製造方法。
  6. 【請求項6】前記硬質粒子(2)の寸法および(また
    は)姿勢(傾斜角)、したがって前記金属箔帯の自由表
    面の粗度が、前記予合金および(または)前記金属箔帯
    (1)の製造過程における凝固速度を変えることによっ
    てコントロールされることを特徴とする請求項5に記載
    された金属箔帯の製造方法。
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CH341/88A CH676471A5 (ja) 1988-02-01 1988-02-01

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JPH01222032A JPH01222032A (ja) 1989-09-05
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EP (1) EP0326785B1 (ja)
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DE (1) DE3869943D1 (ja)
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EP0326785B1 (de) 1992-04-08
EP0326785A1 (de) 1989-08-09
ES2031629T3 (es) 1992-12-16
CH676471A5 (ja) 1991-01-31
US5061573A (en) 1991-10-29
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DE3869943D1 (de) 1992-05-14

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