JPH0277505A - 金属粉末をキャスティングするための装置 - 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】 本発明は成形品の製造用原料として好適な金属粉末、特
にガラス質金属粉末を製造する装置に関する。

非晶質金属合金およびこれから作られる物品は米国特許
第３．８５６．５１３号明細書（１９７４年１２月２４
日発行）にチェノおよびボークによって示されている。

その明細書は、非晶質の状態で得られ、同一金属を基礎
とするそれ以前に知られていた結晶性合金よりも優れた
新規な合金組成物を教示している。そこに示された組成
物は急冷により容易に非晶質の状態になり、望ましい物
理的特性をもつ。

その明細書にはさらに、キャストリボンの摩砕またはエ
アミル粉砕によって１０〜２５０　ｔｌｒｎの範囲の粒
径をもつ非晶質金属粉末を製造しうることか示されてい
る。

パーマロイおよび他の結晶性合金粉末の圧縮（ｃｏｎｓ
ｏｌｉｄａｔｉｏｎ）によって磁性物品を製造すること
は知られている。改善された磁性を要求する新たな用途
は、磁性物品の強度および磁性反応が同時に高められた
合金および圧縮法を開発するために努力を必要とした。

本発明によれば、金属合金粉末、特に圧縮して優れた磁
性反応を示す物体となすために特に適しく １非晶質金属合金粉末の鋳造装置が提供される。

本発明の好ましい態様および添付の図面に関する詳細な
記述を参照すると、本発明がより十分に理解され、他の
利点が明らかになるであろう。

第１図はメルトから直接に非晶質金属粉末をキャスティ
ングするために用いられる装置の略図であり、この装置
は刻みのあるキャスティング用支持体をもつ。

透磁率が１５よりも大きい磁性圧縮物体は一般に本願発
明によって製造された粉末状のガラス質金属合金から製
造される。合金からガラス質金属粉末を製造する一般的
方法は、急冷工程および微粒化（ａｔｏｍｉｚａｔｉｏ
ｎ）工程を伴うものである。合金は直接にリボンにキャ
スティングされ、摩砕、ボールミル粉砕またはエアーミ
ル粉砕によって希望する粒径範囲の粉末またはフレーク
にされる。粉末化処理を補助するために、リボン試料は
合金の結晶化温度以下における脆化熱処理を施される。

あるいは粉末またはフレーク（こ＼ではその厚さよりも
大きさのオーダーが小さな直径をもつ粒子と定義される
）を第１図に示される型の刻みをもつキャスティング用
支持体を用いて、希望する範囲の寸法をもつ最終形状の
ものに直接にキャスティングすることができる。これに
より製造される粒子またはフレークの寸法は、刻みの深
さおよびそれらの間隔に応じて変動するであろう。

一般に刻みは規則的な間隔をもつ多数の山および谷を含
み、隣接する山の間隔は０，０１〜０．１ｃｍの範囲に
あり、山の頂部から谷の底部までの距離は０．００５〜
０．０５ｃｍの範囲にある。このようなキャスティング
用支持体の形状によって一般に０．０１〜０．１ｃｍの
範囲の寸法をもつ粉末粒子またはフレークが得られる。

第１図に示されるように、装置１０は可動性の冷却面１
２、溶融金属１６を保持するための溜め１４、および頂
部で溜め１４と連絡しかつその底部に冷却面１２に近接
した開口をもつノズル１８をもつ。冷却面１２は規則的
な間隔をもつ山２２および谷をもつ。隣接する山は０．
０１〜０．１ｃｍの距離ｄの間隔をもつ。

山の頂部から谷の底部までの距離ｙ（図示されていない
）は０．００５〜０．０５ｃｍである。粉末は溶融合金
を刻み目つき支持体（冷却面１２）上に落下させること
によって直接に製造される。この支持体は１００〜２０
００ｍ　／分の速度で縦方向に動くよう設定された回転
式冷却ロール、エンドレスベルト（図示されていない）
などである。これにより得られる粉末粒子の寸法は、距
離ｄおよびｙの大きさによって直接に変化する。

図示された態様においてノズル手段は冷却面の運動方向
に一般に垂直に配置されたスロットをもつ。スロットは
一対の平行なリップ、すなわち冷却面の運動方向に番号
をつけられた第１リップおよび第２リップによって規定
される。ノズル１８のスロットは冷却面の運動方向に測
定して０．２〜１ｍｍの幅をもつ。第１リップは少なく
ともスロット幅に等しい幅をもち、第２リップはスロッ
ト幅の１．５〜３倍の幅をもつ。リップと冷却面の間隙
はスロット幅の０．１〜１倍である。ガラス質合金の製
造は米国特許節３．８５６，５１３号（チェノらに付与
）明細書中に示される基本的教示によって行うことがで
きる。得られるシート、リボン、テープおよび線材はこ
こに記載された材料の有用な前駆物質である。

本願発明の装置によって得られる圧縮用の粉末には微粉
末（１０５−よりも小さな粒径をもつもの）、粗大粉末
（１０５〜３００μｓの粒径をもつもの）およびフレー
ク（３００！ｌＩｎよりも大きな粒径をもつもの）が含
まれうる。圧縮はガラス転移温度付近であって結晶化温
度よりも低い温度のガラス質金属粉末をプレスすること
によって得ることができる。

低い透磁率（すなわち２５以下）を希望する場合は、１
０５−以下の粒径を採用する。高い透磁率（１００以上
）のためには３００μｓ以上の比較的大きな粒径を採用
する。

金属ガラスは冷却されて結晶化することなく剛性の状態
になった溶融合金である。この種の金属ガラスは一般に
下記の特性のうち少なくとも幾つかをもつ。高度の硬さ
および引掻抵抗、ガラス質面の平滑性が大きいこと、寸
法および形状の安定性、機械的剛性、強度、延性、それ
に関連する全散性のＸ線回折パターン。

ニーで“合金”という語は２種またはそれ以上の金属の
固体混合物を示すものとしての普通の意味で用いられる
（コンデンスト・ケミカル・ディクショナグー、第９版
、ファン拳ノーストランド・ラインホールド社、ニュー
ヨーク、　１９７７）。

これらの合金はさらに少なくとも１種の非金属元素を混
合含有する。“ガラス質金属軸１ａｓｓｙ　ｍｅｔａｌ
）合金”、“金属ガラス（ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｇｌａｓ
ｓ）’、“非晶質金属（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｍｅｔａ
ｌ）合金”および“ガラス質金属（ｖＨｒｅｏｕｓ　ｍ
ｅｔａｌ）合金”という語はすべてこ＼で同等に用いら
れる。

本発明に示される装置によって鋳造される粉末合金には
組成物（Ｆｅ、Ｎ１．Ｃｏ）　６５−ｇｇ　（Ｍｏ、Ｎ
ｂ。

Ｔａ、Ｃｒ、Ｖ）　　　　ＣＢ、Ｃ，Ｓ）　　　が含ま
れる。

本発明による好ましい強磁性合金は鉄、コバルトおよび
ニッケルよりなる群のうちの１員子に基づくものである
。鉄を基礎とする合金は一般組成Ｆｅ　　　（Ｃｏ、Ｎ
ｉ）　　　（Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、　　ｃｒ）０−１
゜（Ｂ、Ｃ，３１）５−２５をもち、コバルトを基礎と
する合金は一般組成Ｃｏ　　　　（Ｆｅ、Ｎ１）　　　
（Ｍｏ。

４０−８８　　　　　　　０−４Ｏ Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ）　　　　（Ｂ、Ｃ，５ｉ
）５−２５をもち、ニッケルを基礎とする合金は一般組
成Ｎｉ　　　（Ｃｏ、Ｆｅ）　　　（Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ
、Ｖ、　Ｍｎ。

Ｃｒ）　　　　（Ｂ、Ｃ，５１）５．２５をもつ。

特に好ましい合金は鉄７９原子％、ホウ素１６原子％お
よびケイ素５原子％の組成をもつ。

非晶質金属粉末を圧縮して、電磁気コアー、極片など各
種の用途に適した成形加工部品となすことができる。ガ
ラス質金属圧縮物は高い透磁率または低い透磁率をもつ
。得られたコアーはトランスのコアー、モーターの固定
子またはローターその他の交流用に用いることができる
。この種の用途に好ましい非晶質合金にはＦｅ７８Ｂ１
３Ｓｉ４、Ｆｅ　　Ｂ　　Ｓｉ　　およびＦｅＢ５１Ｃ
７９１６５８１１３，５３，５２ が含まれる。

以下の実施例は本発明をより十分に理解するために示し
たものである。本発明の原理および実施を具体的に説明
するために示された特定の技術、条件、材料、割合およ
び報告されたデータは一例であって、本発明の範囲を限
定するものと解すべきではない。

実施例　１ ３００ｔｎｎ以下の粒径およびＦ　ｅ　７９Ｂ　ｔｅｓ
　’ｌ　５（下に書かれた数値は原子％である）の組成
をもつ非晶質金属粉末をメルトから直接にキャスティン
グされたリボンをエアーミル粉砕することによって製造
した。キャスティングされたリボンは１６時間のボール
ミル粉砕前に不活性な璧素雰囲気下に４００℃で１〜２
時間の脆化処理も施された。

この操作により　３００〜１０ρの範囲の微細な非晶質
粒子が得られた。得られた微細な粉末粒子を種々の粒径
範囲、すなわち“−３２５メツシユ”（≦４０−）、“
−１５０メツシユ“（≦１０５μｍ）および“−４８メ
ツシユ”　（≦３００ｔｍ）に篩分けした。

次いでＳｉＯ２およびメタノールを含有するスラリーと
粒子を混和することにより粉末を１〜３重量重量　Ｉ　
Ｏ２で被覆するか、またはＭｇＯおよびメタノールを含
有するスラリーを用いて１重量％ＭｇＯで被覆した。被
覆された一１５０メツシュおよび一３２５メツシュのサ
イズの粉末を黒鉛鋳型中で４１０〜５１０℃の範囲の温
度において５分、１５分および３０分間プレスした。用
いた圧力は６９ＭＰａであった。Ｆｅ７９Ｂ１３Ｓｉ９
合金について正確にガラス転移温度を測定することはで
きなかったので、結晶化温度Ｔ（＝５３０℃）よりも低
い４１０〜５１０℃の広い温度範囲にわたって加温プレ
スを行った。コアー密度の変化をプレス条件の関数とし
て第２図に示す。４６０℃、４時間でほぼ８０〜８５％
の理想的な密度が得られた。しかし、これよりも高い温
度では同じ密度を得るためにプレス時間を短縮すること
ができる。また特定の用途に必要な希望する形状、すな
わち棒状、トロイド（ｔｏｒｏｌｄ）　、Ｅ　Ｉ型など
に直接に加温プレスするために各種の型を加工すること
もできる。

実施例　２ 合金の粒径１０５μｍ以下およびＦ　ｅ　７９　Ｂ　ｔ
ａ　Ｓ　ｌ　５の組成をもつ非晶質金属粒子を実施例１
に示されたエアーミル粉砕によって、また注型し放しの
りボンを４００℃で１時間熱処理することにより脆化し
たのちボールミル粉砕によって製造した。エアーミル粉
砕した粉末粒子を１重量％ＭｇＯで被覆した。トロイド
コアー（内径＝２５ｍｆｆｉ、外径＝３８關および厚さ
一１２＋ａ＋ｅ）を４３０℃で７時間の加温プレスによ
り成形加圧した。加工後の焼鈍の効果を評価するために
、絶縁された粉末および絶縁されていない粉末の双方か
ら製造したプレス成形コアーを４３５℃で１〜４時間焼
鈍し、対応するインピーダンス透磁率を測定し、第３図
にプロットした。

成形加工後の焼鈍によって透磁率が実質的に改善され、
最適な焼鈍は本実施例で採用した特定の組成および圧縮
法に関しては４３５℃で１〜２時間であることが見出さ
れた。

実施例　３ 合金の粒径１０５μｍ以下およびＦ　ｅ　７９　Ｂ　ｔ
ｅ　Ｓ　１５の組成をもつ非晶質金属粉末粒子を実施例
１に示したエアーミル粉砕によって製造した。

絶縁の効果を評価するため、４３０℃で／時間の加温プ
レスにより１〜３重量％のＳｉＯ３またはＭｇＯを用い
てトロイドコアー（内径＝２５ｍｍ、外径＝３８ｍｍお
よび厚さ＝１２ｍｍ）を作成した。成形加工されたコア
ーを次いで４３５℃で１時間焼鈍し、そのインピーダン
ス透磁率を周波数（，１テスラの誘導で１〜１００ｋＨ
ｚ）の関数として測定した。結果を第４図に示す。絶縁
された粉末コアーに関するインピーダンス透磁率は周波
数と共に変化しない。

これに対し絶縁されていないコアーに関する透磁率は、
渦電流遮蔽により周波数と共に低下する。

この透磁率が一定であることは、信号および高周波電力
変圧器に望ましいきわめて重要な磁気特性である。

実施例　４ 異なる粒径範囲、すなわち“−４８メツシユサイズ（≦
３００庫）および’−１５０メツシュサイズ（≦１０５
−）をもつ非晶質金属粉末を実施例１に示した方法に従
ってエアーミル粉砕により製造した。粉末粒子を１重量
％ＭｇＯで被覆し、圧縮してトロイド試料（内径＝２５
■ｍ１外径＝３８ｍｍおよび厚さ一１２ｍａ＋）となし
、４３５℃で１〜２時間の成形加工後焼鈍を行った。こ
のコアーのインピーダンス透磁率を周波数の関数として
プロットした。第５図に示すように、粒径が大きくなる
と共により高い透磁率が得られた。

実施例　５ 電力変圧器のコアーとして用いるためには、インピーダ
ンス透磁率のほかにコアー損特性も重要である。実施例
１に記載したものと同一の合金Ｆ　ｅ　１９　Ｂ　１ｅ
　Ｓ　１５および同一の成形加工法を用いて、粒径−４
８メツシユおよび一１５０メツシュの絶縁（１％Ｍｇ０
）粉末からトロイドコアー（内径−２５ｉｏａ、外径＝
３８＋ａｍ、厚さ＝１２ｍｍ）を製造した。

成形加工したコアーを４３５℃で１〜３時間焼鈍した。

５０ｋＨｚ／、１テスラにおけるコアー出値を第５図に
示す。最適な加熱処理は４３５℃で２時間量−１＝であ
ると思われる。高周波コアー積値は粒径が小さくなると
共に、かつ１〜３重量％の絶縁によって実質的に低下し
た。最適な低周波（６０〜４００Ｈ２）コアー損に必要
な粉末特性および絶縁特性は高周波用に必要なものと実
質的に異なっている。低周波では渦電流は主体ではない
ので、６０〜４００１１ｚの変圧器およびモーターに用
いるためには、絶縁されていない比較的大きい粒径（た
とえば３００ｔｔｍ以上）が望ましい。またこの種の低
周波変圧器およびモーターに用いるためには、非晶質マ
トリックスの部分的結晶化を避けるために比較的低い温
度（たとえば３８０〜４２０℃の範囲程度の温度）で成
形加工後の焼鈍を行うべきである。高周波用には粒径が
比較的小さく　（たとえば１０５μｍ以下）、粒子は絶
縁体（たとえばＭ　ｇ　Ｏ、Ｓ　ｉＯ２など）で被覆さ
れ、焼鈍温度は４２０〜４５０℃の範囲にある。

以上に本発明をより詳細に記載したが、これらの詳述に
固執する必要はなく、当業者には種々の変更および修正
をなしうることは自明であり、これらはすべて特許請求
の範囲の記載により定められる本発明の範囲内に包含さ
れることは理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はメルトから直接に非晶質金属粉末をキャスティ
ングするために用いられる装置の略図であり、この装置
は刻みのあるキャスティング用支持体をもつ。 第１図中の記号は下記のものを示す。 １２・・・冷却面　　　　　　１４・・・溜　め１６・
・・溶融金属　　　　　１８・・・ノズル２０・・・ノ
ズルの開口　　　２２・・・刻みの山２４・・・刻みの
谷 ＦＩＧ、　　１ 手続補正帯 平成　元年　９月　７日 １、事件の表示 平成１年特許願第１８０１３５号 ２、発明の名称 金属粉末をキャスティングするための装置３、補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　アライド・コーポレーション５、補正の対象

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）可動性の冷却面、溶融金属を保持するための溜め
   、および頂部において溜めと連絡し、底部に冷却面に近
   接した開口をもつノズルを含み、ａ、冷却面が冷却面の
   全幅を横切りかつ回転方向に沿って多数の規則的な間隔
   をもつ山と谷をもち、隣接する山の間隔が０．０１〜０
   ．１ｃｍの範囲にあり、山の頂部と谷の底部の間隔が０
   ．００５〜０．０５ｃｍの範囲にあり、かつ ｂ、冷却面が１００〜２０００ｍ／分の速度で縦方向に
   動くのに適している。 金属粉末をキャスティングするための装置。
2. （２）ノズル手段が一般に冷却面の運動方向に垂直に配
   置されたスロットをもち、このスロットが一対の一般に
   平行なリップによって規定され、第１リップおよび第２
   リップが冷却面の運動方向に番号をつけられ、このスロ
   ットが冷却面の運動方向に測定して０．２〜１ｍｍの幅
   をもち、第１リップが少なくともスロット幅に等しい幅
   をもち、第２リップがスロット幅の１．５〜３倍の幅を
   もち、かつこれらのリップと冷却面の間隙がスロット幅
   の０．１〜１倍である、特許請求の範囲第１項記載の装
   置。