JPH07252561A

JPH07252561A - Ｔｉ−Ｚｒ系合金

Info

Publication number: JPH07252561A
Application number: JP4444094A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Masumoto; 健増本; Akihisa Inoue; 明久井上; Kenji Amitani; 健児網谷
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1994-03-15
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】非晶質相が熱的に安定で、より高い強度を有
するＴｉ−Ｚｒ系合金を提供する。【構成】原子％による組成が、組成式（Ｔｉ_1-XＺｒ
_x）_100-Y-ZＣｕ_YＭ_z（式中、ＭはＨｆ，Ｎｉ，Ｐ
ｄ，Ｃｏ，Ａｇから選ばれる１種または２種の元素、
０．０２≦Ｘ≦０．９８、１０≦Ｙ≦３０、０≦Ｚ≦２
０および１０≦Ｙ＋Ｚ≦４０である）により表わされ、
結晶質相と非晶質相とからなることを特徴とするＴｉ−
Ｚｒ系合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｔｉ−Ｚｒ系合金に
関するものである。さらに詳しくは、この発明は、高強
度を有するＴｉ−Ｚｒ系合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、溶融状態の合金を急冷するこ
とにより薄帯状、フィラメント状、粉体状など、種々の
形状を有する非晶質金属材料が得られることはよく知ら
れている。一般に、この非晶質金属材料は、単ロール
法、双ロール法、回転液中紡糸法、アトマイズ法などの
方法によって製造できるので、これまでにもＦｅ系、Ｎ
ｉ系、Ｃｏ系、Ａｌ系などについて数多くの非晶質金属
薄帯、細線や粉末が得られている。

【０００３】一方、特開平３−２６００３７号公報に開
示されているように、非晶質合金中に結晶質相を生じさ
せ、微細な結晶質相を非晶質相中に分散させた組織とす
ることにより、靱性を保ちつつ非晶質合金の強度をより
一層向上できることがＡｌ系非晶質合金で知られてい
る。このような合金は、非晶質母相が靱性に富み、かつ
析出している結晶質相が非晶質相の変形を阻害するため
に、靱性を保ちつつ高強度となるとされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、微細な
結晶質を含むＡｌ系非晶質合金は結晶化温度が５００Ｋ
程度であるために非晶質相が熱的に不安定で脆化しやす
く、また、強度も１０００ＭＰａ程度と低く、そのため
応用範囲が限られているという問題があった。そこでこ
の発明は、以上の通りの合金の欠点を解消し、非晶質相
が熱的に安定で、より高い強度を有するＴｉ−Ｚｒ系合
金を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、原子％による組成が、組成式
（Ｔｉ_1-XＺｒ_x）_100-Y-ZＣｕ_YＭ_z（式中、ＭはＨ
ｆ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ａｇから選ばれる１種または２
種の元素、０．０２≦Ｘ≦０．９８、１０≦Ｙ≦３０、
０≦Ｚ≦２０および１０≦Ｙ＋Ｚ≦４０である）により
表わされ、結晶質相と非晶質相とからなることを特徴と
するＴｉ−Ｚｒ系合金を提供する。

【０００６】すなわち、この発明は、（Ｔｉ−Ｚｒ）−
Ｃｕ−（Ｈｆ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ａｇ）系合金におい
て、上記の通り、その組成を特定化することにより、非
晶質相の結晶化温度が高く熱的に安定で、高い強度を有
する結晶質相と非結晶質相とからなる合金が得られると
の新しい知見に基づいている。さらに詳しくこの発明の
Ｔｉ−Ｚｒ系合金について説明すると、まず、その組成
は、Ｔｉ含有量とＺｒ含有量との和において、Ｚｒが
０．０２以上０．９８以下の比率で含まれていることと
する。Ｔｉ含有量とＺｒ含有量の和において、Ｚｒの比
率が０．０２未満または０．９８を越えると、結晶質相
と非晶質相からなる混相組織を呈しても脆化し実用に供
することが難しくなる。

【０００７】また、Ｃｕの含有量は１０原子％以上３０
原子％以下であることが必要である。Ｃｕの含有量が１
０原子％未満であると、結晶質相が粗大化するために強
度が低下し、実用に供することが難しくなる。また、Ｃ
ｕの含有量が３０原子％を越えると、非晶質単相になっ
て強度が低下し、種々の方法を用いて結晶質相を析出さ
せた場合においても、脆化するために実用に供すること
が難しくなる。

【０００８】Ｈｆ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ａｇから選ばれ
る１種または２種の元素については、その含有量が２０
原子％以下であることが必要であり、これらの元素が全
く含まれていなくてもよい。この含有量が２０原子％を
越えると、非晶質単相になって強度が低下し、種々の方
法を用いて結晶質相を析出させた場合においても、脆化
するために実用に供することが難しい。

【０００９】さらに、本発明においては、ＣｕとＨｆ，
Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ａｇから選ばれる１種または２種の
元素の含有量の合計が１０原子％以上４０原子％以下で
あることが必要であり、これらの元素の合計含有量が１
０原子％未満の場合は、合金の組織が結晶質相と非晶質
相からなる混相組織を呈しても、曲げ靱性に乏しく強度
も低いため、実用に供することができない。

【００１０】また、これらの元素の合計含有量が４０原
子％を越える場合には、非晶質単相になって強度が低下
し、種々の方法を用いて結晶質相を析出させた場合で
も、脆化するために実用に供することができない。そし
て、この発明における高強度Ｔｉ−Ｚｒ系合金において
は、その組織において結晶質相と非晶質相が混在するこ
とが必要であり、結晶質相は単一の結晶構造を有する相
であっても２種以上の結晶構造を有する複数の結晶質相
からなるものでもよい。さらに、この発明においては、
結晶質相の体積分率が４５％以下であることが好まし
い。

【００１１】なお、この発明のＴｉ−Ｚｒ系合金におい
て、結晶質相及び非晶質相の存在はＸ線回析法や電子線
回析法を用いて確認することができ、非晶質相の存在は
示差走査熱量分析等の熱分析法による結晶化熱（結晶化
挙動）の観測によっても確認することができる。以上の
通りの、この発明のＴｉ−Ｚｒ系合金は、溶融状態から
種々の方法で冷却固化させることにより得ることができ
る。たとえば、単ロール法、双ロール法、回転液中紡糸
法、高圧ガスアトマイズ法などの生産性に優れた液体急
冷法を用いることが望ましい。本発明においてこれらの
製造法を用いる場合、従来より公知の各製造法で用いら
れている製造条件により容易に製造することができる。
たとえば、代表的な単ロール法においては、合金を石英
管中、アルゴン雰囲気下で溶融した後、孔径０．１〜
１．０ｍｍの石英製ノズルを用い、真空またはアルゴン
雰囲気下、１０００〜４０００ｒｐｍで回転している直
径２０ｃｍ程度の銅ロール上に噴出圧０．１〜１．０ｋ
ｇ／ｃｍ²で噴出し、急速凝固させることにより得るこ
とができる。

【００１２】また、この発明のＴｉ−Ｚｒ系合金は、冷
却固化の種々の方法において、冷却速度を変化させるこ
とで得ることも可能である。すなわち、非晶質単相の組
織が得られる組成の場合、冷却速度を低下させ結晶質相
を生じさせつつ凝固させることにより、本発明の結晶質
相と非晶質相とからなるＴｉ−Ｚｒ系合金を得ることが
できる。冷却速度を制御しながら合金を得る方法として
は、たとえば、単ロール法ではロール回転速度を制御す
ることにより、また、回転液中紡糸法では冷媒の温度を
制御することにより、高圧ガスアトマイズ法においては
粉末粒径を制御したり冷媒ガス種を選択することによ
り、凝固時の冷却速度を変化させ、この発明の組織を得
ることができる。

【００１３】さらに、この発明のＴｉ−Ｚｒ系合金は、
この発明の組成を有する溶融合金を急冷凝固させて非晶
質単相を得た後、熱処理を施すことにより結晶質相を非
晶質中に析出させて得ることもできる。その場合、非晶
質単相からなる合金を温度範囲２００〜７００℃で０．
０１〜２０００００秒間熱処理を行うことにより、非晶
質相と結晶質相とからなる本発明の高強度Ｔｉ−Ｚｒ系
合金を得ることができる。

【００１４】

【作用】以上のこの発明により、特定の組成とし、しか
も非晶質相と結晶質とを共存させることにより、熱的に
安定で、高強度のＴｉ−Ｚｒ系合金が実現される。各種
の構造用材等として有用な高強度合金が提供される。

【００１５】

【実施例】次に、実施例および比較例により本発明を具
体的に説明する。実施例１〜１８、比較例１〜１４表１（実施例１〜１８）並びに表２（比較例１〜１４）
に示す各組成からなる合金を、石英管中、アルゴン雰囲
気下で溶融した後、孔径０．５ｍｍの石英製ノズルを用
い、アルゴン雰囲気下、表１並びに表２に示すロール速
度で回転している直径２０ｃｍの銅ロール上に０．３ｋ
ｇ／ｃｍ²で噴出し、急速凝固させて、幅３ｍｍ、厚さ
３０μｍの連続した急冷薄帯を作製した。また、熱処理
を行う場合には、表１並びに表２に示す熱処理温度で１
時間真空中において行った。

【００１６】次に、作製したこれらの薄帯の組織、密着
曲げ（靱性）、強度および結晶質相の体積分率を測定
し、その結果を表１並びに表２に示した。組織について
は、Ｘ線回析法により結晶質相に対応する回析線図形の
得られたものを結晶質相を含有するものと判定し、合金
中の結晶相の体積分率については、電子顕微鏡により試
料中の１０視野を観察し、結晶相の平均の面積分率を算
出しそれぞれの体積分率とした。また、Ｘ線回析法にお
いてハローパターンのみ観察されたものを非晶質単相と
し、Ｘ線回析法によりハローパターンが観測されず、熱
分析法によっても結晶化挙動が観測されない場合に結晶
質単相と判定した。なお、熱分析は昇温速度４０Ｋ／ｍ
ｉｎで示差走査熱量分析を行い、結晶化挙動（結晶化温
度の有無）を観測した。

【００１７】強度については、インストロン引張試験機
を用い、長さ３０ｍｍの急冷薄帯を４．２×１０^-4の歪
速度で引張試験を１０試料について行い、平均強度を算
出することにより求めた。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】以上の表１より明らかなように、実施例１
〜１８に示されるこの発明の非晶質相と結晶質相からな
るＴｉ−Ｚｒ合金は１８００ＭＰａ以上の高強度を有し
ていた。これに対し、この発明の組成範囲外の表２の比
較例１〜３および比較例５〜１１は、いずれも非晶質相
と結晶質相からなるＴｉ−Ｚｒ合金であるが、密着曲げ
靱性が劣り、強度も１３００ＭＰａ以下の低いものにな
っていた。

【００２１】また、比較例４、１２および１８は、非晶
質単相であるために１５００ＭＰａ程度の強度しか得ら
れなかった。すなわち、実施例２と比較例１３および実
施例８と比較例１２より、この発明の範囲内の合金組成
であり、かつ非晶質相と結晶質相とからなることが、高
強度のＴｉ−Ｚｒ系合金を得るために必要であることが
わかる。

【００２２】さらに、比較例１４の結晶質相を含むＡｌ
系非晶質合金は１０００ＭＰａ程度の強度しか得られて
おらず、観察される結晶化温度も４７３Ｋ（２００℃）
であった。それに対し、１８００ＭＰａ以上の高強度を
示すこの発明の実施例１〜１８の合金の結晶化温度は、
いずれも６０３Ｋ（３３０℃）以上であり、この発明の
合金が結晶質相を含むＡｌ系非晶質合金に比べて優れた
熱安定性と強度を有していた。比較例１５市販されているＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の厚さ１ｍｍ、
幅１ｃｍの薄板の強度特性を表２に併せて示した。これ
により、現行のＴｉ合金材料の強度９００ＭＰａに比べ
て、この発明の実施例１〜１８の合金は格段に優れた強
度特性を有していることが明らかである。

【００２３】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明のＴ
ｉ−Ｚｒ系合金の場合には、１８００ＭＰａ以上とい
う、従来のＴｉ基実用合金より格段に優れた強度を有し
ている。また、非晶質相の熱的安定性も、Ａｌ系非晶質
合金や結晶相分散型Ａｌ基非晶質合金よりも高いため、
強度が必要とされる種々の工業用材料に広く応用する可
能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上明久宮城県仙台市青葉区川内無番地川内住宅 11−806 (72)発明者網谷健児京都府宇治市宇治小桜23番地ユニチカ株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子％による組成が、組成式（Ｔｉ_1-X
Ｚｒ_x）_100-Y-ZＣｕ_YＭ_z（式中、ＭはＨｆ，Ｎｉ，
Ｐｄ，Ｃｏ，Ａｇから選ばれる１種または２種の元素、
０．０２≦Ｘ≦０．９８、１０≦Ｙ≦３０、０≦Ｚ≦２
０および１０≦Ｙ＋Ｚ≦４０である）により表わされ、
結晶質相と非晶質相とからなることを特徴とするＴｉ−
Ｚｒ系合金。