JPH06104597B2 - 竹状構造を有する金属フイラメントおよびその製造方法 - Google Patents

竹状構造を有する金属フイラメントおよびその製造方法

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JPH06104597B2
JPH06104597B2 JP60192352A JP19235285A JPH06104597B2 JP H06104597 B2 JPH06104597 B2 JP H06104597B2 JP 60192352 A JP60192352 A JP 60192352A JP 19235285 A JP19235285 A JP 19235285A JP H06104597 B2 JPH06104597 B2 JP H06104597B2
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    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は単結晶が粒界を境にして竹状に連続的に連なっ
ている構造(以下この構造を竹状構造と称する)を有す
る金属フィラメントおよびその製造方法に関し、より詳
細には靱性や取扱い性が良く磁気センサー材料等として
有用な繊維状磁性材料を提供するものである。
[従来の技術] 回転する円筒状中空ドラム内周面に、遠心力を利用して
冷却液体層を形成しておき、該液体層中に溶融金属をジ
ェットとして線状に噴射すれば、該溶融金属が凝固して
金属細線となることは、本発明者等の1人が見出して先
に特許出願している(特開昭55−64948)。以下この方
法を回転液体中紡糸法と称する。
その後Fe−Si系合金においても回転液中紡糸法を利用す
れば連続した金属フィラメントが得られることが明らか
になり既に本出願人等が特許出願している(特願昭59−
210893)。当該方法で得られる金属フィラメントは繊維
軸に対する直交断面内に2個以上の結晶粒を有し、且つ
繊維軸方向にも多数の結晶粒が並んでいるいわゆる多結
晶質構造を有する金属フィラメントであった。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明者等は上記多結晶質金属フィラメントの用途開発
について研究を進めているが、その過程において上記フ
ィラメントの物性を更に改善することが望まれるに至っ
た。当該改善の手段としては、多結晶質のものを単結晶
質に改変することが考えられる。即ち一般的には多結晶
質の金属フィラメントを単結晶化できれば、機械的性質
において靱性が大きく改良され、又磁気的性質において
も興味のある特性に改変されるのではないかとの期待が
持たれる。即ち本発明は紡糸後の多結晶金属フィラメン
トを単結晶質のものに改変して提供することを目的とす
るものである。
[問題点を解決する為の手段] 本発明の金属フィラメントは、Fe−Si系合金、Fe−Al系
合金、Fe−Si−Al系合金よりなる群から選択された合金
からなるフィラメントであって、単結晶が粒界を境にし
て竹状に連続的に連なっている点に特徴を有するもので
あり、又当該竹状構造フィラメントは回転する円筒状ド
ラム内において遠心力により形成された冷却液体中に紡
出ノズルを介して該合金の溶融金属を噴射し、冷却固化
後該ドラム内に連続的に巻取った金属フィラメントを、
真空もしくは不活性ガス雰囲気下、該合金の再結晶温度
以上の温度で熱処理することによって得られる。
[作用] 合金を単結晶化させる技術としては、凝固法とひずみ焼
なまし法がよく知られている。
凝固法は金属融液からの凝固を利用して単結晶を作製す
る方法であり、一方ひずみ焼なまし法は加工した金属を
加熱(焼なまし)して新しい結晶粒を発生させるという
再結晶技術を利用するものであるから再結晶法とも呼ば
れている。後者のひずみ焼なまし法は、線状あるいは板
状に成形した試片を、まず予備焼なましに付してなるべ
く細かい且つ一様な結晶粒の集合体とした後、これに適
度のひずみを与え次いでこれを一端から徐々に比較的高
温度に加熱することによって行なわれるものである。
しかるに本発明者等は、全く新しい方法によって特徴的
な構造の金属フィラメントを得ることに成功したのであ
る。即ち予備焼なましや線引きなどの処理を行なってひ
ずみを与えるというプロセスなしに、直接,真空もしく
は不活性ガス雰囲気中で再結晶温度以上の温度で熱処理
することにより、単結晶が竹状構造に連接形成されると
いう全く新規な構造を有する金属フィラメントが得られ
ることを発見し本発明を完成するに至ったのである。
以下本発明を更に具体的に説明していく。
まず多結晶質金属フィラメントを製造する為の回転液中
紡糸法から説明する。
方法の基本的部分は前記特開昭55−64948号として開示
したところに従う。円筒状ドラムの回転水膜層周速度
を、紡出ノズルからの溶融金属噴射速度と実質的に同一
かまたはそれよりもやや早くしておけば断面均一性の良
好な金属フィラメントが得られる。
また、本発明に用いられる冷却液は純粋な液体,溶液,
エマルジョン等のいずれであってもよい。紡出後の細線
はそのまま次の工程に付してもよいが、ダイスを用い伸
線加工してから次行程に供給することも可能である。第
7図および第8図に示したのは、内径500mm の回転ド
ラムを有する実施例用製造装置であり、種々の孔径(μ
m)からなる紡出ノズルを用いることができる。アルゴ
ンガス圧を調整しつつ例えば450m/minの速度で溶融金属
を噴射し、深さ20mmの水中(25℃)に投入すれば金属フ
ィラメントが得られる。尚回転ドラムは、横向きでも縦
向きでも良い。この時の回転ドラム中の水膜層表面速度
は460m/min,溶融金属流の水膜層への進入角は60°、紡
出ノズルと冷却液面との距離は3mmが夫々好適である。
本発明に係る金属フィラメントを構成する金属は、Fe−
Si系合金,Fe−Al系合金,Fe−Si−Al系合金のうちいずれ
かの合金が磁性特性に優れている点から選択される。以
下の説明においては軟磁気特性に好適な作用を発揮する
Fe−Si系合金を主体にして本発明の作用効果を述べるこ
ととする。
本発明者等の研究によると、回転液中紡糸法によって得
られるFe−Si系合金の構造は、紡糸されたままの状態
(以下AS spunと略す)では、金属フィラメントの断面
内に2個以上の結晶粒を有し、且つ繊維軸方向にも多数
の結晶粒を有する多結晶構造体であることが認められ
た。前述の様に本発明者らは、このような多結晶構造を
単結晶構造に制御することができれば、機械的特性も磁
気的特性も大巾に改良することが可能であろうと予測し
た。
そこで単結晶の構造を有する金属フィラメントを得る目
的で種々の熱処理を試み、次のような方法で竹状構造を
有する金属フィラメントを得るに至った。その方法と
は、回転液中紡糸法により紡糸されたAS spunフィラメ
ントを、何ら予備操作することなしに真空もしくは不活
性ガス雰囲気下に置き、再結晶温度以上の温度で熱処理
する方法である。
こうして得られた金属フィラメントは繊維軸との直交断
面内においてはただ1つの結晶粒を有し、且つ結晶粒界
は繊維軸方向に対してほぼ直角な面に位置して竹の節状
に存在し、更に一般的には繊維直径の約2倍以上の間隔
で単結晶が繊維軸方向に連続的に連なり、全体として竹
状構造を呈する。
何ら予備操作することなしに熱処理すればこのような竹
状構造が得られるということについては、その理由を十
分に解明し得ている訳ではない。しかしおそらく、紡糸
時に生成する組織の生成状態および/あるいは紡糸時に
フィラメントに導入されたひずみが竹状構造の生成に重
要な関与を有し、熱処理によってこのような竹状構造が
生成されるのであろうと推定している。
このようにAS spunフィラメントを単に熱処理するだけ
で容易に竹状構造とすることができるのでこのフィラメ
ントは非常に曲げ易いものとなり、又引張り試験におい
ても伸びが非常に大きくなり、工業的に見て取り扱いの
容易な材料である。また本発明の竹状構造を有する金属
フィラメントのインダクタンスをフィラメントの繊維軸
方向に次々と位置を変えて測定したところ、測定する位
置によってインダクタンスの値が変わるという、従来の
金属フィラメントには見られない特性を示すことが判明
した。該インダクタンスの変動は鋭敏であり、単結晶部
分の長さと結晶方位に依存していることも確認された。
本発明に係る竹状構造の金属フィラメントはその一部を
切り出し単結晶として使用することもできる。この場
合、同一径の金属フィラメントより切り出されるので直
径の揃った単結晶が得られ、しかも繊維軸方向に単結晶
の方位が異なった単結晶が得られる。
なお、竹状構造を有する金属フィラメントは、更に高次
の加工が可能であり、伸線や圧延も可能である。
竹状構造を発現させるためには再結晶温度以上で熱処理
するだけで良く、熱勾配炉などを用いれば短時間で竹状
構造が得られる。以下実施例を示すが、実施例によって
各種条件が限定されるものではない。
[実施例] 実施例1 回転液中紡糸法により得られた直径130μmのFe−6.5重
量%Si製連続フィラメントを、約1torr以下の雰囲気中1
200℃で0.5,1,2時間の熱処理に付した。熱処理したフィ
ラメントは密着曲げが可能であり引張り試験においては
大きな伸びを示した。第5図に強伸度曲線を示す。
なお1200℃で2時間熱処理したフィラメントの組織は第
1図(13は粒界を表わす)に示すように結晶粒界間の距
離が0.5〜10.5mmの竹状構造を有していた。この金属フ
ィラメントについて次の方法でインダクタンスを測定し
た。測定は次の方法により行なった。
即ち直径35μmのウレタン線を用いて内径0.3mm,幅0.3m
m,巻数60のコイルを作製し、該コイルから引き出される
リード線の両端をインピーダンスアナライザーに接続す
る。そしてこのコイル中に金属フィラメントを通し、金
属フィラメントの位置を繊維軸方向にずらしてインダク
タンスを測定した。インダクタンス値は、一つの測定位
置毎にコイルに周波数100KHz,電流値0.1mAで磁界を印加
し30秒間経過した時点で読取った。その結果、インダク
タンスはある位置で最高値(Lmax)の6.5μHを示し、ま
た別のある位置では最低値(Lmin)の3.6μHを示し、フ
ィラメント繊維軸方向のインダクタンスは該LmaxとLmin
の範囲で鋭敏に変動した(Lmax/Lmin=1.8)。
この様なインダクタンスの鋭敏な変動は、竹状構造金属
フィラメントの単結晶部の長さ及び結晶範囲に密接さに
関係していることが確認された。なお比較のため、通常
の多結晶質構造を有するFe−6.5重量%Siの金属フィラ
メント(直径155μm)と結晶粒界を有しないFe−10原
子%Si−15原子%B(直径126μm)の非結晶金属フィ
ラメントについても同様にインダクタンスを測定したと
ころ、繊維軸方向のインダクタンスは多少異なる(Lmax
/Lmin<1.2)ものの竹状構造の金属フィラメントが示し
たような鋭敏なインダクタンス変化はみられなかった。
実施例2 回転液中紡糸法により得られた直径132μmのFe−8.0重
量%Si製連続フィラメントを、約0.5torr以下の雰囲気
で1000℃で1時間熱処理した。熱処理したフィラメント
は密着曲げが可能であり、引張り試験において、大きな
伸びを示すようになった。第6図に強伸度曲線を示す。
なお1000℃で1時間熱処理したフィラメントの組織は第
2図に模式的に示す如く特徴的な竹状構造を有してい
た。
実施例3 回転液中紡糸法により得られた直径125μmのFe−25重
量%Al製連続フィラメントを、約0.1torr以下の雰囲気
で1200℃×1時間熱処理した。熱処理したフィラメント
は第3図に示すような竹状構造を有していた。
実施例4 回転液中紡糸法により得られた直径135μmのFe−5.2重
量%Al−2.7重量%Siの連続フィラメントを、実施例3
と同様に熱処理した。熱処理したフィラメントは第4図
に示すような竹状構造を有していた。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されているので、高靱性で且つ
加工性の良い均質な竹状構造を有するFe基合金系金属フ
ィラメントを簡単に提供できることとなった。その結
果、たとえば各種の磁気センサー材等への適用も容易と
なり、応用分野の大幅な拡大を期待することができる。
又竹状金属フィラメントの一部を切り出すことにより単
結晶として使用することも可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1〜4図は竹状構造の金属フィラメントを模式的に示
す説明図、第5,6図は上記フィラメントの強伸度曲線、
第7,8図は回転液中紡糸法の実施に用いた装置の説明図
である。 1…るつぼ、2…紡出ノズル 3…原料金属収納部、4…溶融金属流 5…加熱炉、6…回転ドラム 7…駆動モータ、8…冷却液体 9…冷却液面、10…金属フィラメント 11…不活性ガス、12…ベルト 13…粒界

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Fe−Si系合金、Fe−Al系合金、Fe−Si−Al
    系合金よりなる群から選択された合金からなるフィラメ
    ントであって、単結晶が粒界を境にして竹状に連続的に
    連なっている構造を有するものであることを特徴とする
    竹状構造を有する金属フィラメント。
  2. 【請求項2】回転する円筒状ドラム内において遠心力に
    より形成された冷却液体中に、紡出ノズルを介してFe−
    Si系合金、Fe−Al系合金、Fe−Si−Al系合金よりなる群
    から選択された合金の溶融金属を噴出し、冷却固化後該
    ドラム内に連続的に巻取られた金属フィラメントを、真
    空もしくは不活性ガス雰囲気下、該合金の再結晶温度以
    上の温度で熱処理することを特徴とする竹状構造を有す
    る金属フィラメントの製造方法。
JP60192352A 1985-08-31 1985-08-31 竹状構造を有する金属フイラメントおよびその製造方法 Expired - Lifetime JPH06104597B2 (ja)

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