JPH0215134A - 非晶質合金ブロックの製造方法 - 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、非晶質合金の粉末を用いて非晶質合金ブロッ
クを製造する非晶質合金ブロックの製造方法に関するも
ので、その用途は種々の磁性材料として用いて有用であ
る。

〔従来の技術〕

従来の非晶質合金の作製法には、液体角、冷淡、スパッ
タリング法等公知の方法があるが、それらの方法から得
られる非晶質合金の形状は、テープ状、ワイヤー状、粉
末、薄膜の形でしか得られず、そのためその応用用途が
制約されていた。一方、この用途制約をなくすため、非
晶質合金粉末や細線（フィラメント）から非晶質合金ブ
ロックを製造することも従来からみられていた。

ところで、非晶質合金は他の結晶質金属に比べその強度
が非常に高く、更に、結晶化温度という温度の制約があ
るため、通常の粉末冶金学的手法が適用できず、非晶質
合金粉末や細線から非晶質合金ブロックを製造すること
は非常に困難である。

また、非晶質合金ブロックを製造する方法としては、衝
撃成形法、高圧温間プレス、温間押出し成形法もある。

衝撃成形法、高圧温間プレス法では、密度９９％以上の
非晶質合金ブロックが得られているという報告もあるが
、これらの方法は数ＧＰａ〜数１ＯＧＰａという高圧力
を必要とするため、その成形設備が非常に特殊で又大型
となり、非常にコスト高となり、産業上利用する場合に
は実用上多く問題が残っていた。

温間押出し成形法としては、例えば米国特許第４３７７
６２２号明細書の発明がある。この従来方法は、金属製
容器に細線状の非晶質合金を理論密度の約５０〜６０％
になるように充填し、容器を栓で密閉して押出し用ビレ
ットとし、このビレットを塑性遷移温度と結晶化温度の
間の加工温度に加熱し、この加工温度で断面減少率を少
なくとも３．５月１　（約７０％）の割合で押出し加工
をし、円柱状の非晶質合金ブロンクを得るものである。

また他の例として、容器の中心に芯材を据え、容器と芯
材の間に非晶質合金細線を充填し、容器を密閉後間しよ
うに塑性遷移温度と結晶化温度の間の加工温度で押出し
加工し、芯材を機械加工で除去して円筒状の非晶質合金
ブロックを得る方法も一例として開示されている。しか
し、その成形条件は詳細に開示されていない。

（Ｆ　　） 一方、この従来の押出し成形法では、非晶質合金として
、細線状（フィラメント）のからまったものを用いるた
め、容器内に前記フィラメン１−を均一に充填すること
が非常に困難であるという問題点がある。更に、５０〜
６０％という初期充填密度を達成するため、細線状非晶
質合金の充填時に予備圧縮をする必要があり、また、複
雑な形状の容器内に前記フィラメントを均一に充填する
ことは非常に困難性が伴うという問題点がある。

また、従来の押出し成形法では、押し出し加工における
断面減少率を少なくとも約７０％以上必要とするため、
加工時に相当大きな押出し荷重を付与しなければならず
、大掛かりな装置を必要とする。更に、断面減少率が約
７０％以上と大きいため、加工時の成形に伴う加工発熱
量が大きくなる。このため、加工発熱による温度上昇が
、結晶化未満となるためには、成形温度範囲が限られて
おり、実用上の問題点がある。

更に、押出し成形法においては、非晶質合金部分の加工
率（断面減少率）は、例えば容器の肉厚のように、ピレ
ン）〜の構造や形状が変われば変化してしまう。ところ
が、従来の押出し成形法では非晶質合金ブロック製造時
に重要となる非晶質合金部分の加工率に関しては、何ら
考慮されていない。

また、磁性材料として使う場合、Ｘ線回折で判定して１
００％非晶質状態が保たれていないと、その非晶質合金
の優れている磁気特性が劣化してしまう。ところが、従
来の押出し技術では、Ｘ線回折の判定により５０％未満
が結晶化してしまうため、その非晶質合金ブロックを磁
性材料として使うには実用上問題があった。

更に磁性材料として使う場合、その非晶質合金ブロック
の密度が少なくとも理論密度の９９％以上ないと、その
非晶質合金本来の優れている磁気特性が発揮できない。

しかし、従来の押出し技術では理論密度の２０％未満の
空隙がブロック内に残存してしまうため、その非晶質合
金ブロックを磁性材料として使うには実用上問題があっ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記問題点を解消するものであって、密度が
理論密度の９９％以上を有する非晶質合金ブロックを形
成するための形成条件を特定した非晶質合金ブロックの
製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、延性を有する金属容器内に非晶質合金
粉末を充填して成形ビレットを作製し、前記成形ビレッ
トを塑性遷移温度以上、かつ結晶化温度未満の温度で塑
性加工して、非晶質合金ブロックを製造方法であって、
前記成形ビレット内の非晶質合金粉末部に、約０．７以
上１．８未満のせん断ひずみ、及び約９０　ｋｇ　ｆ　
／ｍｍ２以上４００ｋｇｆ／ｍｍ２未満の静水圧応力を
作用せしめる押出し成形であることを特徴とする非晶質
合金ブロックの製造方法。

〔作用〕

本発明の上記方法によると、前記成形ビレット内の非晶
質合金の粉末が結晶化せず、かつ強固に固着し、その密
度が理論密度の９９％以上である磁性材料として利用価
値のある磁性非晶質合金ブロックを作製することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、非晶質合金粉末から容易にかつ工業的
に磁性材料として優れた非晶質合金ブロックが作成でき
るという効果がある。

〔実施例］ 本発明の実施例について詳細に説明し、本発明の効果を
明らかにする。

（実施例１） 第１図の断面図の示すような外径２９ｍ、内径２６ｍｍ
、延性を有する３４５Ｃ製の円筒形の容器１０を用意し
、この容器１０の中心に、直径１２ｍｍ（１２ｍｍφ）
の５ＫＤ６１ＱＴ材の芯材（コア）１４を固定した。ま
た、容器１０の先端１６は９０°の角度に加工した。次
いで容器１０と芯材工４との間に、非晶質合金粉末（組
成：　Ｆ　ｅｔＩＩＢ＋ｓＳ＋、、粒径：５４〜１０５
μｍのフレーク状粉末）１８を振動を加えながら充填し
た。その時の充填率は同組成の非晶質合金リボンの約５
０％であった。非晶質合金１８を充填後、容器１０を約
１Ｏ−５Ｔｏｒｒの真空度で６時間真空引きし、アルゴ
ン置換を行い、直ちに栓２０　（３４５Ｃ材）を嵌挿し
セラミック系接着剤でシールして容器１０を密閉し成形
ビレット２２を作成した。

次に成形ビレット２２に黒鉛潤滑剤を塗布し、第１表に
示す成形予熱温度に加熱し、それを第２図に示す押し出
し型２４に挿入し、温間押し出し成形を行って、第３図
に示すように芯材１４の表面に非晶質合金の被覆層２６
の形成された非晶質合金ブロック２８を得た。ビレット
の予熱速度は２５０度まで約１２に／ｍｉｎで、それ以
上は約３に／ｍｉｎであった。押し出し型（ダイス）２
４は予め加熱コイル３０で２６０°に加熱した。

また、押し出し型２４の断面減少率は４０％、進大角度
は９０°、押し出し速度は約５ｍｍ／ｓｅｃであった。

また、押し出し型２４の入口部の直径りは、成形ビレッ
ト２２の直径とほぼ等しく設定しである。

得られた非晶質合金ブロックを切断し、ブロックの非晶
質層の密度、クランクの有無、非晶質合金含有量につい
て検査し結果を第１表に示した。

この実施例は、第６図（ａ）に示す様に、全体に均一で
、かつ密度９９．８％の高密度の成形体が得られた。こ
の成形ブロックの非晶質部分のＸ線回折を行ったところ
、非晶質状態を完全に維持していた。

この条件における非晶質合金部に作用するせん断ひずみ
を測定するため、第４図に示す様に、厚さ約０．１　ｍ
ｍの黄銅板３０を非晶質合金粉末１８と交互に配設して
前記実施例と同じような成形ビレッ１〜２２′を作製し
、そのビレッｈ　２２　’を前記実施例と同じ条件及び
同じ方法で押出し成形を行った。成形後のビレッ１〜を
その中心軸に沿って縦に切断し、その部分断面図を第５
図に示す。この黄銅板３０の変形状態から次式によって
せん断ひずみを定義した。また成形時の非晶質合金部に
作用するせん断ひずみを求めた結果を第１表に示した。

せん断ひずみ−Δｂ／Δａ ただし、Δａば成形後のビレッＩ−の径方向の単位長さ
、Δｂは成形後のビレットの縦方向の黄銅板３０の変形
長さである。

また、この条件における非晶質合金粉末部に作用する静
水圧応力を測定するため、図示せぬ押出し装置のパンチ
にひずみゲージを取り付け、押出し成形時のパンチにか
かる平均応力を求めた。このパンチにかかる平均応力が
非晶質合金部分にも同じように作用していると仮定して
、成形時の非晶質合金部分に作用する静水圧応力を求め
た。その結果を表１に示した。

次に、参考例として、芯材１４の直径を小さくしてせん
断ひずみを小さくした参考例１、及び芯材１４の材質と
してロックウェル硬さ（ＨＲＣ）の小さいものを用いて
静水圧応力を小さくした参考例２を説明する。

（参考例１） 参考例１では、芯材１４として、５ＫＤ６１Ｑ工材でで
きた直径８Ｍのものを使用した。それ以外の成形条件及
び成形方法は実施例１と同じ条件で押出し成形を行った
。第６図（ｂ）に示す様に、得られたブロックの非晶質
合金部分は、全体にポーラスであり、良好な成形ブロッ
クは得られなかった。尚、成形でブロックの非晶質合金
部分のＸ線回折を行ったところ、非晶質状態が完全に維
持されていた。

参考例１において非晶質合金部分に作用するせん断ひず
み及び静水圧応力を実施例１と同じように測定した。そ
の結果は、第１表に示した様に、せん断ひずみが０．６
５と小さい値であった。

（参考例２） 参考例２では、芯材１４として、Ｓ　４５　ＣＱＴ材で
できた直径１２ＩＩＩＩｎものを使用した。それ以外の
成形条件及び成形方法は実施例１と同じ条件で押出し成
形を行った。第６図（Ｃ）に示す様に、得られたブロッ
クの非晶質合金部分は全体にポーラスであり、良好な成
形ブロックは得られなかった。

尚、成形ブロックの非晶質合金部分のＸ線回折を行った
ところ、非晶質状態が完全に維持されていた。

参考例２において非晶質合金部分に作用するせん断ひず
み及び静水圧応力を実施例１と同じように測定した。そ
の結果は第１表に示した様に、静水圧応力が８４　ｋｇ
　ｆ　／ｍｍ２と小さい値であった。

次に、非晶質合金粉として、コバルト系を用いた場合を
、第２実施例として説明する。

（実施例２） 実施例２では、非晶質合金粉末としてコバルト系（組成
：　Ｃｏｂｑ、　　Ｆ　ｅ４．　Ｎ　ｔ　＋、Ｍ　０２
．　Ｂ１２５１１２１　粒径５４〜１０５μｍのフレー
ク状粉末）を用い、実施例１と同様な成形ビレッｉ・２
２を作成し、４２５°Ｃの成形予熱温度押出し成形を行
った。粉末組成と成形温度以外の成形条件及び成形方法
は実施例１と同じにした。

実施例２で得られた成形ブロックき非晶質合金部分は、
全体に均一で高密度（密度９９．６％）の成形ブロック
が得られた。成形ブロックの非晶質合金部分のＸ線回折
を行ったところ、非晶質状態が完全に維持されていた。

実施例２において非晶質合金部分に作用するせん断ひず
み及び静水圧応力を実施例１と同しように測定した。そ
の結果を第１表に示した。

（参考例３） 参考例３では、実施例１と同じような成形ビレット２２
を作成した。そのビレットを４５０°Ｃの成形予熱温度
に加熱した後、他の成形条件は実施例１と同じように押
出し成形を行った。得られた成形ブロックは、実施例１
で得られた成形体と同じように均一で高密度（９９，８
％）であったが、成形ブロックの非晶質合金部分のＸ線
回折を行ったところ、結晶化していた。これは、成形に
伴う成形発熱により、成形中に粉末の温度が結晶化温度
以上となったものと考えられる。

次に、容器１０内に芯＋、１１，１を設けなかった場合
の参考例４を説明する。

（参考例４） 外径２９肛、内径２６ｍｍの５４５Ｃ材の容器１０に、
粒径５４〜１０５μｍのＦ　ｅ　７ｏＢＨ３ｓ　Ｉ　ｑ
フレーク状粉末の非晶質合金を約５ｇずつ冷間圧縮を加
えながら充填した。その時の充填率は同組成非晶質合金
リボンの約６２％であった。この容器を約１０−５Ｔｏ
　ｒ　ｒの真空度で６時間引いた後に、アルゴンで満た
した。その後３４５Ｃ材のキャップ２０に、セラミック
ス系接着剤を塗布して栓をして、成形ビレット２２を作
成した。このビレット２２に潤滑剤を塗布した後、成形
予熱温度３２５　’Ｃに加熱した後、直ちに約２６０°
Ｃに加熱された押し出し装置により、温間押し出し成形
を行った。ビレット２２の加熱速度は２５０°Ｃまでは
約１２に／ｍｉｎで、それ以上は約３に／ｍｉｎであっ
た。また、押し出し型２４の入口型の直径りは成形ビレ
ットの直径とほぼ等しく、断面減少率は６０％であり、
進入角度は９０°、押し出し速度は約６ｍｍ／ｓｅｃで
あった。成形後のビレット２２は空冷した。得られた成
形ブロックは、第６図（ｄ）に示す様に、その断面にお
いて非晶質合金部分の外周部は高密度に粉末が接合して
いたが、中心部は粉末の接合が不十分で良好でないため
、切断及び研磨中にはがれ落ちてしまった。成形ブロッ
クの非晶質合金部分のＸ線回折を行ったところ、完全に
非晶質状態が維持されていた。

この参考例４における非晶質合金部分に作用するせん断
ひずみを測定するため、実施例１と同じように黄銅板を
入れた成形ビレットをこの参考例と同し条件及び方法で
作製し、その後、参考例と同じ条件及び方法で押出し成
形を行い、せん断ひずみを求めた。結果を表１に示した
。参考例４で得られたブロックで粉末が十分に接合して
いなかった中央部分のせん断ひずみはＯから０．５８の
範囲であり、接合が十分な外周部分のせん断ひずみは０
．５８〜１．１９の範囲であった。

また、非晶質合金部分の静水圧応力を実施例１と同じよ
うに求め表１に示した。

以上の実験より非晶質合金粉末部のせん断ひずみ量とし
て約０．７以上、かつ静水圧応力として９０　ｋｇ　ｆ
　／ｍｍ２以上という２つの条件を満たして、密度９９
％以上、非晶質度１００％（Ｘ線回折）の良好な非晶質
合金ブロックを得られることがわかる。更に、実用的な
範囲としては、せん断ひずみは１．８未満が好ましく、
かつ押し出し型２４の強度を考慮して、静水圧応力は４
００　ｋｇ　ｆ　／ｍｍ２が好ましい。よって、せん断
ひずみ量としては約０．７〜１．８、かつ静水圧応力と
しては９０ｋｇｆ／ｍｍ２〜４００　ｋｇ　ｆ　／ｍｍ
２が好まシイ。

また、参考例４からは、断面減少率と初期充填率を高く
しても、芯材を設けない場合は、中心部分の線断ひすみ
量が０．７未満となってしまい、全体に良好な非晶質合
金ブロックを得られないことがわかる。

（以下余白） （ｌ　８） 尚、上述のデータにおいて、アモルファス部の断面減少
率は次式によって求めた。

（Ａ２　　Ｂ２）　　　（ＣＺ〜１）２）（Ａ２　　Ｂ
２） Ａ；押し出し前の容器の内径 Ｂ：押し出し前のコアの外径 Ｃ：押し出し後の容器の内径 Ｄ＝押し出し後のコアの外径

【図面の簡単な説明】

第１図は成形ビレットの断面図、第２図は押し出し型の
断面図、第３図は非晶質合金ブロックの断面図、第４図
はせん断ひずみ測定用ピレン１−の断面図、第５図（ａ
）はせん断ひずみ測定ビレットの成形後の断面図、第５
図（ｂ）は、第５図（ａ）の丸印部分の拡大断面図、第
６図（ａ）〜（ｅ）は非晶質合金ブロックの断面の金属
組成を表す顕微鏡写真である。 １０・・・容器、１４・・・芯材、１８・・・非晶質合
金２０・・・栓、２２・・・成形ピレンｌ−，２６・・
・非晶質合金部分、２８・・・非晶質合金ブロック、３
０・・・黄銅板。 」 又 （２１Ｇ　Ｏ）＋Ｐｏ　ｏ　ｏ　ｏの Ｃつ （Ｃ） （ｂ） （ｄ） 第 手続補 正 書（自発） 平成 １年 ６月／Ｓ日 昭和６２刷翁鴨鴻１８９８０３号′ 発 明 の 名 称 非晶質合金ブロックの製造方法 補正をする者 事件との関係

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）延性を有する金属容器内に非晶質合金粉末を充填
   して成形ビレットを作製し、前記成形ビレットを塑性遷
   移温度以上、かつ結晶化温度未満の温度で塑性加工して
   、非晶質合金ブロックを製造する方法であって、前記成
   形ビレット内の非晶質合金粉末部に、約０．７以上１．
   ８未満のせん断ひずみ、及び約９０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以
   上４００ｋｇｆ／ｍｍ＾２未満の静水圧応力を作用せし
   める押出し成形であることを特徴とする非晶質合金ブロ
   ックの製造方法。
2. （２）前記塑性加工は、前記成形ビレット全体の断面減
   少率が６０％以下で、かつ非晶質合金粉末部の断面減少
   率が５０％〜７０％の範囲の前方押出し成形であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非晶質合金ブ
   ロックの製造方法。
3. （３）前記成形ビレットは、筒状金属容器内に、その中
   心部分に所定強度及び所定径の芯材を固定するとともに
   、前記金属容器と前記芯材との間に非晶質合金粉末を充
   填して作製することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の非晶質合金ブロックの製造方法。
4. （４）前記芯材は、加工時の前記非晶質合金粉末部に、
   せん断ひずみ量として約０．７以上１．８未満かつ静水
   圧応力として約９０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上４００ｋｇｆ
   ／ｍｍ＾２未満を作用させるに必要な硬度及び径を有し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非
   晶質合金ブロックの製造方法。
5. （５）前記成形ビレットは、前記金属製器内の非晶質合
   金粉末に単に振動を加えることにより充填作製されるこ
   とも特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非晶質合金
   ブロックの製造方法。
6. （６）製造後の非晶質合金ブロックの密度が理論密度の
   ９９％以上であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項〜第５項のいずれか記載の非晶質合金ブロックの製造
   方法。
7. （７）前記非晶質合金ブロックはＸ線回折によって十分
   非晶質状態が保たれていると判断されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の非晶質合金ブロックの製
   造方法。
8. （８）前記非晶質合金粉末の組成が、磁性材料としてそ
   の特性が優れているＦｅ系及びＣｏ系であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の非晶質合金ブロック
   の製造方法。
9. （９）前記非晶質合金粉末の粒径は、２００μｍ以下で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非晶
   質合金ブロックの製造方法。