JP2911733B2 - 高靭性非晶質合金薄帯およびその製造方法 - Google Patents
高靭性非晶質合金薄帯およびその製造方法Info
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Description
対して相対的に移動している冷却基板の表面上で該合金
を急冷凝固させることによって製造した板厚が厚く、か
つ、靭性に優れた非晶質合金薄帯に関する。
て、連続的に薄帯を製造する方法として遠心急冷法、単
ロール法、双ロール法、等が知られている。これらの方
法は、高速回転する金属製ドラムの内周面または外周面
に溶融金属をオリフィス等から噴出させることによっ
て、急速に溶融金属を凝固させて薄帯や線を製造するも
のである。さらに、合金組成を適正に選ぶことによっ
て、液体金属に類似した非晶質合金を得ることができ
る。
ため、実用的に注目されており、その一部については、
既に、実用化されている。しかし、冷却速度を速くする
ことが必要であるため、一般に薄い板厚の材料しか製造
できず、このことが非晶質合金の応用範囲を狭めてい
た。
成に依存することが知られている。Hagiwaraらは、片面
冷却法の一つである単ロール法を用いてFe−Si−B
合金で板厚250μm、板幅1mmの非晶質薄帯を得た
(Sci.Rep.Res.Inst.TohokuUniv.A-29(1981),351 )。
しかし、実用的な幅である20mm以上の薄帯では、こ
のような厚い板厚が得られないことは経験的に知られて
いる。
製造パラメーターは、(1)基板移動方向に測定したノ
ズル開口部の幅、(2)溶湯噴出圧力、(3)ノズルと
冷却基板の間隔、(4)冷却基板の移動速度、の4つと
考えられている。しかし、これらのパラメーターを変え
るだけでは、25mm幅の場合で45μmを越える板厚
を得ることはできなかった。もし、これらのパラメータ
ーの適正範囲を超えて無理に厚い板厚の薄帯を作製する
と、得られる薄帯の形状や表面性状、磁気特性、機械的
性質が劣化してしまう。このように広幅、かつ、板厚の
厚い実用性の高い非晶質合金薄帯を作製することは、実
用的に極めて困難な状況にあった。
に、幅25.4mmで板厚80μmの薄帯が製造された
ことが報告されている。その報告の中では、Fe80B
14.5Si3.5 C2 合金の急冷まま薄帯の曲げ応力による
破壊歪εf は、板厚の増加とともに低下し、40μm厚
以上では0.01以下の小さな値になっている。破壊歪
は、εf =t/(D−t)で表わされる。ここで、t
は、薄帯の板厚、Dは、破壊した時の曲げ直径である。
例えば、板厚60μmの場合の破壊歪が0.01以下で
あることは、その薄帯を直径6mm以下の円筒に巻くこ
とができないことを意味する。このことは、薄帯をトラ
ンス等の巻鉄心に用いる場合、コーナー部の曲率半径に
制約を与える他に、巻き加工中の薄帯破断の頻度が多く
なるために、利用上の欠点となる。
を少なくすることを目的として、特開昭61−1532
66号公報には、冷却ロールからの剥離位置を溶湯噴射
部からロール周長の1/4と10cmの内のいずれか長い
方を取る方法が開示されている。しかし、この公報に
は、薄帯の温度に関する記載は一切ない。さらに、実施
例で扱われている薄帯は、Co基非晶質合金であり、そ
の板厚も30μmと薄いものである。また、特開昭56
−33443号公報に記載の製造方法も、剥離位置を溶
湯がロールに接触した位置から30cm以上と規定してい
るが、薄帯の温度に関する記載は一切なく、Co基非晶
質合金薄帯に限定している。さらに、実施例での薄帯厚
は27μmと薄く、機械的性質については一切触れてい
ない。
性質が優れた非晶質薄帯は、従来にはなく、その出現が
望まれていた。本発明者らは、この要求に答えるべく靭
性に優れた厚い板厚の非晶質薄帯の製造方法を見い出し
た。すなわち、特開昭60−255243号公報では、
多重スロットノズル法によって製造した板厚が50μm
以上、板幅が20mm以上の急冷薄帯であり、急冷まま
薄帯の自由表面を外側にした曲げ破壊歪が0.01以上
である板厚が大きく、かつ強靭なFe基非晶質合金薄帯
を開示した。また、特開昭61−212449号公報で
は、500〜300℃の薄帯の自由表面の冷却速度を少
なくとも103 ℃/秒とし、かつ、薄帯が冷却基板から
剥離する時の温度を300℃以下にすることによって、
さらに、靭性を向上されることに成功した。このよう
に、これら特開昭60−255243号公報および特開
昭61−212449号公報による薄帯は、板厚が厚
く、かつ、従来に比較して靭性が改善されている。
げ破壊歪εf が1であること、すなわち、完全密着曲げ
が可能であることが望ましい。前記特開昭60−255
243号公報および特開昭61−212449号公報で
は、実施例に示しているように、板厚が55μmを超え
るとεf は、0.01以上を維持してはいるものの、1
を下回ってしまう。したがって、曲げの曲率半径が小さ
い用途においては、薄帯の破断が起こる。さらに、広幅
のアモルファス薄帯を所定の幅にスリット加工する場
合、従来のどの方法によって製造された板厚55μm超
の薄帯においても、破断を生じさせず加工することは困
難であった。このような板厚の厚い非晶質合金薄帯に付
随する欠点を抑制し、靭性に優れた厚手非晶質合金薄帯
の出現が望まれていた。
は、板厚が厚く、広幅で、かつ、特に機械的性質に優れ
た非晶質合金薄帯の製造方法およびそれによって製造し
た薄帯はなかった。本発明は、非晶質合金薄帯をトラン
スの巻鉄心等の種々の用途へ用いる場合に、その取扱い
が容易であり、板厚が厚く、広幅で、かつ、機械的性質
の中の曲げ破壊歪が格段に優れ、さらに、εf =1が必
要であるスリット加工が可能な靭性を付与した高靭性非
晶質合金薄帯の製造方法およびそれによって製造した薄
帯を提供することを目的とするものである。
その要旨とするものである。 急冷凝固法による薄帯の製造において、500℃か
ら200℃における薄帯の自由表面の冷却速度を少なく
とも103 ℃/秒以上とし、該薄帯が冷却基板から剥離
する時の温度を200℃以下とすることによって、板厚
が55μm超、100μm以下、板幅が20mm以上
で、かつ、急冷まま薄帯の自由表面を外側にした曲げ破
壊歪εf が、次式を満たすことを特徴とする高靭性Fe
基非晶質合金薄帯の製造方法。 εf >0.1 ここで、εf =t/(D−t)であり、tは薄板の板
厚、Dは破壊した時の曲げ直径である。 板厚が55μm超、70μm以下であり、かつ、急
冷まま薄帯の自由表面を外側にした曲げ破壊歪εf が、 εf =1 を満たすことを特徴とする前項に記載の高靭性Fe基
非晶質合金薄帯の製造方法。 急冷凝固法による薄帯の製造において、多重スロッ
トノズルを用いて製造することを特徴とする前項およ
びに記載の高靭性Fe基非晶質合金薄帯の製造方法。 急冷まま薄帯の自由表面を外側にした曲げ破壊歪ε
f が、 εf =1 であることを特徴とする板厚が55μm超、70μm以
下である高靭性Fe基非晶質合金薄帯。
による非晶質合金薄帯は、溶湯を移動する基板の上に噴
出して急冷することによって製造されるもので、板厚が
55μm超、100μm以下である。板厚が55μm以
下の場合には、本発明によらなくても、本発明者らが前
記特開昭61−212449号公報に開示した方法によ
って、曲げ破壊歪が1の薄帯を製造することができる。
板厚が100μmより厚い場合には、薄帯を非晶質化す
ることが容易ではなくなる。したがって、板厚を55μ
m、100μm以下に限定した。板幅については、20
mmより小さい場合は実用的でなくなるので、板幅を2
0mm以上に限定した。
格段に高い靭性は、溶湯が凝固した後のガラス遷移温度
以下における薄帯の冷却速度を高める手段によって達成
される。特に、冷却温度範囲として、500℃から20
0℃までが重要であり、この温度範囲を103 ℃/秒以
上で冷却することによって、高靭性薄帯が得られること
を新たに見い出した。ここで、冷却速度は、薄帯の自由
表面(冷却基板に接触する面と反対側の面)の冷却速度
である。
るためにガラス遷移温度とすべきであるが、このガラス
遷移温度は合金組成によって異なるのみならず、非晶質
合金では正確にこの遷移温度を求めることが困難な場合
が多い。そこで、冷却速度を制御する温度範囲の上限を
500℃とした。また、冷却温度範囲の下限が200℃
より大きい場合は、薄帯の中に部分的に靭性が劣る領域
が存在し、曲げ破壊歪εf がばらつき、その値を0.1
より大きくすることができない。したがって、冷却を制
御する温度範囲を500℃から200℃とした。
り小さい場合には、薄帯の中に部分的に靭性が劣る領域
が存在し、曲げ破壊歪εf がばらつき、その値を0.1
より大きくすることができない。この傾向は、板厚が厚
くなるほど大きくなる。したがって、500℃から20
0℃における薄帯の冷却速度を103 ℃/秒以上に限定
した。ここで、曲げ破壊歪εf を0.1より大きく規定
したのは、0.1以下では、実際にトランス等に加工す
る場合に薄帯が破壊しやすくなるためである。
金薄帯は、例えば、図1に示すような複数のスロット上
開口部を持つノズルを通じて溶湯を移動する冷却基板の
上に噴出させることによって製造させる。冷却基板は、
熱伝導の良い材質で作られたロール、シリンダーベルト
などが用いられる。多重スロットノズルを用いることに
よって、パドルが安定に保持される。しかも、上流側で
形成された凝固部が下流側に位置する開口部から噴射さ
れる溶湯流の圧力によって、再度基板に押し付けられる
ため、溶湯あるいは凝固部と基板の接触時間が長くな
る。その結果、冷却速度が速くなり、板厚の厚い非晶質
合金薄帯の製造が可能となる。本発明による薄帯は、多
重スロットノズルを用いる方法に限らず、例えば双ロー
ル法、双ベルト法などの冷却速度を高める他の手段によ
っても製造可能となる。
昭59−64114号公報に開示されている接触式の温
度計によって測定できる。実際に冷却速度を制御するた
めには、鋳造中の薄帯の自由表面上の少なくとも異なる
2点で測温する必要がある。本発明では、温度の計測
は、例えば、図2に示す方法で行う。図2は、鋳造中の
薄帯6がロール2の表面に張り付いている個所の温度を
測る方法を示すもので、高温側のA点と低温側のB点
(それぞれ薄帯幅の中央で測温)で計測された温度を外
挿または内挿することによって、他の位置の薄帯温度を
概算できる。この方法を用いることによって、500℃
から200℃の間の平均冷却速度を求めることができ
る。
冷却速度103 ℃/秒は、55μm超、100μm以下
の板厚を持つFe基非晶質合金の曲げ破壊歪を大幅に向
上させるための臨界冷却速度である。
ためには、薄帯の自由表面温度が200℃以下になるま
で、薄帯をロールに張り付いた状態を維持しなければな
らない。200℃より高い温度で薄帯がロールから剥離
すると、剥離した部分の冷却速度は、空冷程度の小さな
冷却速度になるために、臨界冷却速度以上の冷却速度を
維持できなくなってしまう。したがって、薄帯が維持す
る時の温度を200℃以下に限定した。ここで、薄帯の
剥離は、ガス圧力やナイフエッジあるいは巻取りなどの
公知の手段で行なうことができる。ただし、板厚が厚く
なるほど薄帯の剥離は早くなるので、薄帯をロールに押
しつける必要性が出てくる。これに対しても、薄帯自由
表面へのガス吹き付け、補助ロールによる押し付け、等
の公知の手段を用いることができる。また、薄帯とロー
ルの接触時間を長くするために、ロール径を大きくする
ことも有効である。
薄帯を製造することによって、板厚が55μm超、70
μm以下の範囲において、曲げ破壊歪εf が1になるこ
とを見い出した。すなわち、この板厚範囲で完全密着曲
げが可能になった。
Co、Niなどの遷移金属、および、B、Si、C、P
などの半金属の一種または二種以上からなる。Fe、C
o、Niの一部をMo、Cr、Nb、Ta、Al、C
u、Zr、Sn、Mnなどで置換した合金系にも適用可
能である。
る。実施例1 単ロール法を用いて幅25mmの急冷薄帯を作製した。
使用したノズルは、2重スロットノズルおよび3重スロ
ットノズル(幅d=0.4mm、長さl=25mm、間
隔a=1mm)である。そのノズルから700rpmで
回転している直径580mmのCu合金製ロールの上に
溶湯を噴射した。薄帯の板厚は、溶湯の噴射圧力を変え
て調整した。合金組成は、原子百分率でFe80.5Si
6.5 B12C1 である。剥離温度の調節は、剥離ガスを用
いて、薄帯がロールから剥離する位置を変えることによ
って行なった。この際、接触式熱電対によって、薄帯の
自由表面の温度を2点測定し、各点における温度から5
00〜200℃間の冷却速度を見積った。各薄帯で曲げ
試験を行なった結果を、表1に示す。
冷薄帯を作製した。薄帯の板厚は、溶湯の噴出圧力およ
びロール回転数を変えて調整した。使用したノズルは、
3重スロットノズルおよび4重スロットノズルである。
薄帯の自由表面の温度を接触式熱電対で測定し、500
〜200℃間の冷却速度を103 ℃/秒以上、薄帯がロ
ールから剥離する時の温度を200℃以下に制御した。
なお、板厚が厚くなって、冷却速度が足りなくなる場合
には、補助冷却手段(補助冷却ガスまたは補助冷却ロー
ル)を用いた。合金組成は、原子百分率でFe80.5Si
6. 5 B12C1 である。各薄帯で曲げ試験を行なった結果
を、表2に示す。
に示す。図3から、本発明に従って、薄帯を製造するこ
とによって、曲げ破壊靭性歪は、格段に向上することが
分る。実施例1および2では、多重スロットノズルを用
いて薄帯を製造したが、他の冷却手段を用いても製造可
能である。
ることによって、板厚が厚く、広幅で、かつ、曲げ破壊
歪が格段に優れている高靭性非晶質合金薄帯の製造が可
能になると共に、薄帯のスリット加工も可能になる。そ
の結果、これらの薄帯をトランスの巻鉄心等の種々の用
途へ用いる場合に、その取扱いが非常に容易になり、応
用範囲を広げることができる。
て、(A)2重スロットノズル、(B)3重スロットノ
ズル、および(C)4重スロットノズルである。
す概略図である。
示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】急冷凝固法による薄帯の製造において、5
00℃から200℃における薄帯の自由表面の冷却速度
を少なくとも103 ℃/秒以上とし、かつ、該薄帯が冷
却基板から剥離する時の温度を200℃以下とすること
によって、板厚が55μm超、100μm以下、板幅が
20mm以上で、かつ、急冷まま薄帯の自由表面を外側
にした曲げ破壊歪εf が、次式を満たすことを特徴とす
る高靭性Fe基非晶質合金薄帯の製造方法。 εf >0.1 ここで、εf =t/(D−t)であり、tは薄板の板
厚、Dは破壊した時の曲げ直径である。 - 【請求項2】板厚が55μm超、70μm以下であり、
かつ、急冷まま薄帯の自由表面を外側にした曲げ破壊歪
εf が、 εf =1 を満たすことを特徴とする請求項1に記載の高靭性Fe
基非晶質合金薄帯の製造方法。 - 【請求項3】急冷凝固法による薄帯の製造において、多
重スロットノズルを用いて製造することを特徴とする請
求項1および2に記載の高靭性Fe基非晶質合金薄帯の
製造方法。 - 【請求項4】急冷まま薄帯の自由表面を外側にした曲げ
破壊歪εf が、 εf =1 であることを特徴とする板厚が55μm超、70μm以
下である高靭性Fe基非晶質合金薄帯。
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