JPH01233048A - 過冷却液体を用いた合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ 本発明は、ガスア１〜マイス法及びガラススラグ法を用
いる非晶質合金又は結晶質合金の粉末及び薄帯等の過冷
却液体を用いた合金の製造方法に関する。

［従来の技術］ 一般に、出発原料の組成を希定することにより、非晶質
合金あるい゛は結晶質合金が生成され、通常、融点以上
に加熱された液体状態から凝固過程を経て、合金粉末及
び合金薄帯として作製される。特に、非晶質合金の製造
方法としては、ガスアトマイズ法等の急冷方法が知られ
ており、原料の化学組成を調整することで、非晶質合金
あるいは、微細な結晶質合金か選択されて、製造にも適
用されている。

これ等の方法は、結晶質合金の場合において粒径の微細
化を図る目的で、急速凝固しても、微細化は凝固点に於
ける結晶の核発生頻度に規制されるので、おのずと限界
か生ずる。加えて、凝固過程における結晶の微視的偏析
も避けられない。また、非晶質においても、形成能か劣
る組織系の合金においては、同様に凝固点に於ける結晶
の核発生と非晶質化が同時に進行するので完全な非晶質
を得ることが困難な合金も存在する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来は、単に融点以上に加熱された、液体状態からの急
冷凝固法を用いていた。この様な経過から、冷却速度を
大きくするために装置の巨大化や複雑なプロセスを伴う
技術が必要となる。例えば、金属粉末の製造方法として
ガスアトマイズ法置を使用する場合、より冷却速度を上
けるためには高圧ガスの使用、及び抜熱性に優れた高価
な冷却体であるヘリウムガス等の使用が必要であり、装
置の大型化、生産コストの増大が避けられない。

さらに、従来の方法では、微細粉末を得るためには、粉
化効率の点から、合金溶湯の粘性を下げる必要が生じ、
合金溶湯を融点以上に加熱しなければならず、このため
酸化性の強い材料及び蒸気圧の高い元素が多量に含まれ
ている合金では、良質な、偏析のない、緻密な結晶質ま
たは非晶質を有するものが少なかった。

そこで本発明の技術的課題は、装置の大型化、生産コス
トの増大を避けて、しかも、エネルギー的に有利である
比較的低温の合金溶湯から急冷することにより、偏析の
無い、均質な非結晶質合金又は均一な微細結晶質合金の
粉末及び薄帯の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記のような急冷凝固せしめて得られる非結
晶質合金又は微細結晶質合金の粉末または薄帯における
種々の問題点を解決すべく鋭意研究を行った結果完成さ
れたものである。

本発明によれば、合金よりなる過冷却液体を冷却媒体を
用いて急冷凝固し、均質な組織を有する合金粉末又は合
金薄帯を形成することを特徴とする過冷却液体を用いた
合金の製造方法が得られる。

ここで、この過冷却液体は、ガスアトマイズ法により生
成するか、もしくは過冷却液体は、ガラススラグ法に生
成されていることか望ましい。

本発明によれば、合金溶湯を高圧ガスの１次冷却媒体に
接触させて、過冷却液体を生成し、この過冷却液体を噴
射する過冷却液体生成工程と、噴射した上記過冷却液体
を２次冷却媒体に衝突させて急冷凝固し、合金粉末又は
合金薄帯を生成する合金生成工程とを有することを特徴
とする過冷却液体を用いた合金の製造方法が得られる。

本発明によれば、過冷却液体を、ガラススラグ浴槽内に
封入した過冷却液体準備工程と、ガラススラグ浴槽内の
過冷却液体に２次冷却媒体に接触させて、急冷凝固し合
金粉末又は合金薄帯を生成する合金生成工程とを有する
ことを特徴とする過冷却液体を用いた合金の製造方法が
得られる。

即ち、本発明は、ガスアトマイズ法、ガラススラグ法等
の過冷却液体を得る手法で生成した過冷却液体合金を回
転冷却体、冷却板、流動液体（主に水溶液）、高圧ガス
等の２次冷却媒体を用いて過冷却液体中に結晶の核の発
生する以前に、室温以下まで急速に冷却して均質な非晶
質合金又は均一な微細結晶質合金の粉末及び薄帯を得る
方法を用いている。

尚、本発明においては、過冷却液体とは、融点以下の温
度でなお液体状態で存在する溶融合金をいう。

本発明を更に詳しく述べると、急速凝固法を用いた場合
、融点以上に加熱した合金溶湯を一次媒体として、例え
ば、ガスアトマイズ法により、高圧ガス噴霧して溶湯を
融点Ｔｍと、過冷却液体が存在する臨界温度（Ｔｃと略
す）の間まで冷却し、その直後に回転冷却媒体もしくは
、２次アトマイズガス等により常温近ｆｆｉまで冷却し
て急冷合金を形成している。

この力スア１ヘマイズ法で得られた急冷凝固粉末は、例
えば、Ｃｏ　−Ｓ　ｉ　−Ｂ系非晶質合金に関しては、
従来の液体急冷法で得た合金薄帯に比べて大きな＃Ｊ構
造緩和量示しな。つまりこれは、本発明で得られた合金
粉末か、より完全な非晶質相であることを示している。

また、ガラススラグ法を用いる場合には、合金液体を油
もしくは溶融ガラスで包んだ状態に保持することにより
、異質核生成の場となる遺失物や鋳型との接触を解除し
この合金の過冷却液体を得るものである。こうしな、過
冷却液体を例えば、メルＩ〜エリス１〜ラクション等の
ような回転体により冷却させ、急冷凝固連続薄帯を製造
できるのである。

以上のような方法で得られる急冷凝固体は、従来の作製
方法と比較して、例えば非晶質形成能に優れた合金系を
原料として用いた場合には、従来の合金より大きな構造
緩和量を示ず非晶質性の高い物質となる。

一方、微細な結晶粒界を有する目的で液体急冷法を用い
て作製した結晶質合金と、本発明による過冷却液体の急
冷凝固することにより得られた合金とを比較ずれは、本
発明による合金の方が、結晶粒の微細化がなされている
ことが確認された。

更に、同時偏析が極めて少なく、加えて過飽和固溶体を
生成する溶質元素の固溶限か拡大することが判明した。

尚、本発明は、Ｃｏ−３ｉ−Ｂ系合金、（Ｆｅ−Ｐ−Ｃ
）（Ｎｂｖ）合金、Ｎｅ−Ｃ−Ｃｒ系合金等の合金材料
に適用できるが、これらに限定されるものではない。

［実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例１゜ 第１図は、本発明の実施例に係わるガスア１ヘマイズ法
を利用した合金粉末の製造方法を示す図である。即ち、
この図において、るつぼ（図示せず）にて溶融され合金
の溶湯１を流出するノズル３が設けられており、落下す
る溶湯１に対して、高圧の噴射ガスを吹付ける噴霧化ノ
ズルが３が、ノズル２を囲むように配置されている。ノ
ズル２とノズル３とにより過冷却液体生成部を構成する
。噴霧化ノズル３より噴射された高圧ガスにより、合金
溶湯１は、ノズル直下で過冷却液滴４となる。

その下方に、回転冷却体〈実施例では、円錐形回転体）
を配置しである。回転冷却体の回転軸はノズル２からの
溶湯流出方向の中心軸直下から、やや横方向にすらして
合金形成部が配置している。

この回転冷却体５を、ノズル側に出来るたけ接近させて
、置くとノズルから噴出した過冷却液滴１４は、凝固す
る以前の状態て、回転冷却体５の円錐面に衝突し、急冷
されて合金粉末６にかわってフレーク状粉末さらには、
薄帯か得られる。

本発明の実施例に係わる合金は次のように製造された。

母合金として、原子百分率でＣＯ７□５Ｓ　ｉ　＋□。

Ｂ１０からなる組成の合金２５０ｇを、底部にノズル２
が装着されたるつぼに挿入し、１２００℃で溶融さぜ、
合金溶湯１を形成した。次に、この溶湯１をノズル２よ
り落下さぜ、噴霧ノズル３よりＡｒガスを約１０　Ｍ　
Ｐ　ａ、の圧力で吹付は同合金の過冷却液体の小滴４を
生成させた。

このノズル２及び３の直下に２次冷却媒体である銅製円
錐形回転体５を配置し、上記の過冷却液体４を、この回
転体に衝突させ過冷却液体を急冷合金粉末６を得な。Ｘ
線回折法により、この急冷合金粉末の構造の確認を行っ
たところ、顕著な回折ピークか見られず、非晶質である
ことか確認できた。

第７図は、この非晶質合金粉末の１８０倍の走査電子顕
微鏡写真である。この写真において、合金融液は過冷却
状態から２次冷却媒体に衝突させた為に、粉末はフレー
ク状態となっている。第２図はこの非晶質合金粉末を示
差熱量計（パーキンエルマー社製）を用いて非晶質体（
ａ）（ｂ）は実施例の粒度７４．８８μｍ、≦２５μｍ
の粉末の構造緩和量を夫々計測した結果を示す。これ等
の図において、縦軸は発熱量、横軸は温度を示す。

比較の為に、液体急冷法で作製した同組成の薄帯の結果
を（ｃ）に併記しな。図示の斜線部の比較から、実施例
に係わる合金粉末か、従来の液体急冷非晶質体よりも大
きな構造緩和量を示していることが判明し、従来例より
も高い非晶質性を有していることが判明した。

実施例２、 本発明の実施例２について説明する。

母合金として、（Ｆ　ｅ　Ｐ　　Ｃ）　　（Ｎ　ｂ　Ｖ
　）からなる組成の合金を用い実施例１と同様な方法に
より過冷却液体からフレーク状の急冷合金粉末を得た。

比較の為に従来の単ロール装置により薄帯を作製した。

第３図はＸ線回折法によって構造の確認を行った結果で
、（ａ）は従来例に係わるＦｅ−Ｐ−Ｃ−■急冷合金、
（ｂ）は従来例に係わるＦｅ−Ｐ−Ｃ−Ｎｂ急冷合金、
（ｃ）は実施例２に係わるＦｅ−Ｐ−Ｃ急冷合金である
。この図において、従来の単ロール法で作製した薄帯で
は、非晶質を示すブロードなピークのなかにＮｂＣ，Ｖ
Ｃに対応する顕著な回折ピークが確認され、非晶質中に
結晶質が混在することが判明した。

一方、本発明の実施例２に係わるフレーク状合金粉末は
、幅広い回折ピークのみを示し非晶質単相であることが
確認された。

実施例３ 本発明の実施例３について説明する。

第６図は本発明の実施例に係わるガラススラグ法を利用
した薄帯の製造方法を示す図である。この図において、
過冷却液体準備部はガラススラフ溶槽１２及びガラスス
ラグ層１４よりなり、回転冷却ロール１１及び剥離片に
より連続薄帯形成部を構成する。ガラススラグ溶槽１２
内の合金液体は、ガラススラグ層１４に包まれて、異質
物及び鋳壁との接触を除去されて過冷却状態にある。溶
湯は、回転冷却ロール１１に接触し、表面に付着し、回
転冷却ロールの移動に伴い搬送され、冷却凝固し、剥離
されて、急冷凝固連続薄帯１３となる。

本発明の他の実施例に係わる急冷合金は次のように製造
された。

母合金として、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒからなる組成の合金を用
いて、第４図に示したような、上記のガラススラグ法に
よって過冷却液体状態に保持された浴槽中に、回転する
回転冷却ロール１１を浸漬して連続した合金薄帯１３を
得た。

第５図は本発明の実施例３に係わる製造方法により作製
した薄帯の急冷相の生成範囲を示す。

比較の為に、第６図に従来の単ロール法で作製した薄帯
の急冷相の生成範囲を示した。これらの図において、実
施例３に係わる合金の製造方法により作製した合金は、
オーステナイト単相（γ）を示す領域か拡大することか
明らかになると共に、結晶粒径は、従来の単ロール法で
得られた合金については、最小値０．１μｍであるに比
較して、実施例３に係わる合金については、その約１／
１０である０、０１μｍまで微細化することが、透過電
子顕微鏡の観察結果から判明した。

更に、Ｆｅ−２，６Ｃ−１３Ｃｒ重量％の組・成からな
る合金において、従来の単ロール法で作製した薄帯にお
いては、透過型電子顕微鏡観察により、粒界を囲む様に
Ｍ３Ｃからなるセメンタイト相が、晶出していることが
確認されているが、実施例３により作製した薄帯におい
ては、セメンタイト相の存在が、みられず均一な組織を
呈し、偏析を低減させる効果が確認できた。

この従来例及び実施例３に係わる２種類の薄帯をＪＩＳ
規格に基いてキャス試験により耐食性を調査した結果、
従来の単ロール法で作製した合金薄帯は、１００時間で
点状の赤錆が発生したが、実施例３に係わる合金薄帯で
は、３００時間でも錆は観察されず、耐食性か向上して
いることか判明しな。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、今までに成し得る
ことができなかった粉末もしくは薄帯状の急冷合金にお
いては、均質固溶体組成領域の拡大及びミクロ的な偏析
の防止ができ、特に非晶質合金にお、いては、非晶質性
の向上をもたらし、更に、微細結晶合金においては、結
晶粒界の微細化をもならず等種々の効果を有し、その結
果、生成した急冷合金の機械的強度の増大とそれに加え
て耐食性の向上をもならず等の産業上の寄与は極めて大
である。

更に、本発明によれば、過冷却液体から凝固して、非晶
質合金及び微細結晶合金の粉末及び薄帯を製造すること
が可能で、エネルギー効率の良い省資源的な合金の製造
方法か提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施例に係わる合金粉末の製造方法の
説明図、第２図（ａ）は本発明の実施例に係わる急冷合
金の示差走査熱量計を用いた非晶質体（７４，８８μｍ
）の構造緩和量を示す図、第２図（ｂ）は本発明の実施
例に係わる急冷合金の示差走査熱量計を用いた非晶質体
く２５μｍ）の構造緩和量を示す図、第２図（ｃ）は比
較例に係わる急冷合金の示差走査熱量計を用いた非晶質
体の構造緩和量を示す図、第３図（ａ）は従来例に係わ
る単ロール法で作製したＦｅ−Ｐ−Ｃ−Ｖ急冷合金薄帯
のＸ線回折のプロフィールを示す図、−１，５− 第３図（ｂ）は従来例に係わる単ロール法で作製したＦ
ｅ−Ｐ−Ｃ−Ｎｂ急冷合金の薄帯のＸ線回折のプロフィ
ールを示す図、第３図（ｃ）は本発明の実施例に係わる
Ｆｅ−Ｐ−Ｃ急冷合金粉末のＸ線回折のプロフィールを
示す図、第４図は本発明の他の実施例に係わる合金薄帯
の製造方法の説明図、第５図は本発明の他の実施例に係
わる合金薄帯の急冷相の生成範囲を示す状態図、第６図
は従来例に係わる合金薄帯の急冷相の生成範囲を示ず状
態図、第７図は第１図の製造装置により得られた合金粉
末の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。 図中１は溶湯、２はノズル、３は噴霧化ノズル、４は過
冷却液滴、１１は回転冷却ロール、１２はガラススラフ
浴槽、１３は薄帯、１４はガラススラグ層である。 −１６，− 笑５図 Ｃと（ｗｔχジ 第６図 Ｃと（ｗｔ’ｌ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、合金よりなる過冷却液体を冷却媒体を用いて急冷凝
   固し均質な組織を有する合金粉末又は合金薄帯を形成す
   ることを特徴とする過冷却液体を用いた合金の製造方法
   。 ２、上記過冷却液体は、ガスアトマイズ法により生成す
   ることを特徴とする第１の請求項記載の過冷却液体を用
   いた合金の製造方法。 ３、上記過冷却液体は、ガラススラグ法により生成され
   ていることを特徴とする第１の請求項記載の過冷却液体
   を用いた合金の製造方法。 ４、合金溶湯を高圧ガスの１次冷却媒体に接触させて、
   過冷却液体を生成し、該過冷却液体を噴射する過冷却液
   体生成工程と、噴射した上記過冷却液体を２次冷却媒体
   に衝突させて急冷凝固し、合金粉末もしくは合金薄帯を
   生成する合金生成工程とを有することを特徴とする過冷
   却液体を用いた合金の製造方法。 ５、過冷却液体を、ガラススラグ浴槽内に封入する過冷
   却液体準備工程と、上記ガラススラグ浴槽内の上記過冷
   却液体に２次冷却媒体に接触させて、急冷凝固し均質な
   組織の合金粉末又は合金薄帯を得る合金生成工程とを有
   することを特徴とする過冷却液体を用いた合金の製造方
   法。