JPH08109419A - 差圧鋳造式金属ガラスの製造方法 - Google Patents
差圧鋳造式金属ガラスの製造方法Info
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- JPH08109419A JPH08109419A JP6249254A JP24925494A JPH08109419A JP H08109419 A JPH08109419 A JP H08109419A JP 6249254 A JP6249254 A JP 6249254A JP 24925494 A JP24925494 A JP 24925494A JP H08109419 A JPH08109419 A JP H08109419A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/009—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of work of special cross-section, e.g. I-beams, U-profiles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】差圧鋳造法を用い、アモルファス材としての特
性に優れた大型のアモルファス材を簡単な操作で容易に
製造することのできる差圧鋳造式金属ガラスの製造方法
の提供 【構成】水冷鋳型上に金属材料を充填し、この金属材料
を急激に溶融可能な高エネルギ熱源を用いて前記金属材
料を溶解後、得られた溶融金属を、ガスの差圧あるいは
重力を利用して鋳型下部より下方に設けられた縦型の水
冷鋳型に瞬時に鋳込み、金属溶湯の移動速度を速くし、
大きな冷却速度を得て、大型の金属ガラスを製造するこ
とにより上記目的を達成する。
性に優れた大型のアモルファス材を簡単な操作で容易に
製造することのできる差圧鋳造式金属ガラスの製造方法
の提供 【構成】水冷鋳型上に金属材料を充填し、この金属材料
を急激に溶融可能な高エネルギ熱源を用いて前記金属材
料を溶解後、得られた溶融金属を、ガスの差圧あるいは
重力を利用して鋳型下部より下方に設けられた縦型の水
冷鋳型に瞬時に鋳込み、金属溶湯の移動速度を速くし、
大きな冷却速度を得て、大型の金属ガラスを製造するこ
とにより上記目的を達成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、差圧鋳造方式を用い、
主に金属材料の急冷要素となる鋳型への溶湯移動速度を
増大させることによって、大きな冷却速度を得、種々の
形状の大型の金属ガラスを製造する差圧鋳造式金属ガラ
スの製造方法に関するものである。
主に金属材料の急冷要素となる鋳型への溶湯移動速度を
増大させることによって、大きな冷却速度を得、種々の
形状の大型の金属ガラスを製造する差圧鋳造式金属ガラ
スの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、アモルファス材を製造するた
めに金属や合金を溶融し、液体状態から急冷凝固させて
急冷金属（合金）粉末を得、得られた急冷金属粉末を結
晶化温度以下で所定形状に固化して真密度化する方法や
溶融金属や合金を急冷凝固させて直接所定形状のアモル
ファス材を得る方法などが種々提案されている。しかし
ながら、これら従来の方法によって得られるアモルファ
ス材は、小さい質量のものがほとんどで、これらの方法
ではバルク材を得ることは困難である。一方、急冷粉の
固化によってバルク状アモルファス材を得る方法も試み
られているが、満足のいくバルク材が未だ得られていな
い。
めに金属や合金を溶融し、液体状態から急冷凝固させて
急冷金属（合金）粉末を得、得られた急冷金属粉末を結
晶化温度以下で所定形状に固化して真密度化する方法や
溶融金属や合金を急冷凝固させて直接所定形状のアモル
ファス材を得る方法などが種々提案されている。しかし
ながら、これら従来の方法によって得られるアモルファ
ス材は、小さい質量のものがほとんどで、これらの方法
ではバルク材を得ることは困難である。一方、急冷粉の
固化によってバルク状アモルファス材を得る方法も試み
られているが、満足のいくバルク材が未だ得られていな
い。
【０００３】例えば、小さい質量で生成されるアモルフ
ァス材には、メルトスピニング法、単ロール法、プラナ
ーフロー鋳造法などによる薄い帯状（リボン状）、例え
ば最大板幅約２００ｍｍ、最大板厚３０μｍ程度のアモ
ルファス材などが得られており、これらのアモルファス
材のトランスのコア材等への応用が試みられているが、
未だ多くのものが材料化には至っていない。急冷粉から
小さい質量のアモルファス材を固化成形する技術とし
て、ＣＩＰ、ＨＩＰ、ホットプレス、熱間押出し、放電
プラズマ焼結法など種々の方法がとられているが、微細
な形状のため流動特性が悪く、ガラス遷移温度以上に昇
温できない温度特性の問題があり、成形もまた多工程を
要する上に、固化成形後もバルク材としての特性が充分
得られない等の欠点を有し、必ずしも満足する方法とは
いえない。
ァス材には、メルトスピニング法、単ロール法、プラナ
ーフロー鋳造法などによる薄い帯状（リボン状）、例え
ば最大板幅約２００ｍｍ、最大板厚３０μｍ程度のアモ
ルファス材などが得られており、これらのアモルファス
材のトランスのコア材等への応用が試みられているが、
未だ多くのものが材料化には至っていない。急冷粉から
小さい質量のアモルファス材を固化成形する技術とし
て、ＣＩＰ、ＨＩＰ、ホットプレス、熱間押出し、放電
プラズマ焼結法など種々の方法がとられているが、微細
な形状のため流動特性が悪く、ガラス遷移温度以上に昇
温できない温度特性の問題があり、成形もまた多工程を
要する上に、固化成形後もバルク材としての特性が充分
得られない等の欠点を有し、必ずしも満足する方法とは
いえない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
も、最近、Ｌｎ−Ａｌ−ＴＭ、Ｍｇ−Ｌｎ−ＴＭ、Ｚｒ
−Ａｌ−ＴＭ、Ｈｆ−Ａｌ−ＴＭおよびＴｉ−Ｚｒ−Ｔ
Ｍ（ここで、Ｌｎ＝ランタノイド金属、ＴＭ＝VI−VIII
族遷移金属）等の三元系における多くのアモルファス金
属を、１０2 Ｋ／ｓのオーダーのガラス形成のための低
臨界冷却速度を持ち、金型鋳造法または高圧ダイキャス
ト法によって厚さ約９ｍｍまでのバルク形状に製造でき
ることを報告している。
も、最近、Ｌｎ−Ａｌ−ＴＭ、Ｍｇ−Ｌｎ−ＴＭ、Ｚｒ
−Ａｌ−ＴＭ、Ｈｆ−Ａｌ−ＴＭおよびＴｉ−Ｚｒ−Ｔ
Ｍ（ここで、Ｌｎ＝ランタノイド金属、ＴＭ＝VI−VIII
族遷移金属）等の三元系における多くのアモルファス金
属を、１０2 Ｋ／ｓのオーダーのガラス形成のための低
臨界冷却速度を持ち、金型鋳造法または高圧ダイキャス
ト法によって厚さ約９ｍｍまでのバルク形状に製造でき
ることを報告している。
【０００５】しかしながら、従来のすべての方法では、
任意形状の大型のアモルファス合金を製造することはで
きない。大型のアモルファス合金の製造に至る新しい固
化技術の開発と同様にさらに低い臨界冷却速度を持つア
モルファス合金の開発が、アモルファス金属材料に対す
る形状の大型化を可能にするために強く要望されてい
る。
任意形状の大型のアモルファス合金を製造することはで
きない。大型のアモルファス合金の製造に至る新しい固
化技術の開発と同様にさらに低い臨界冷却速度を持つア
モルファス合金の開発が、アモルファス金属材料に対す
る形状の大型化を可能にするために強く要望されてい
る。
【０００６】本発明の目的は、差圧鋳造法を用い、アモ
ルファス材としての特性に優れた大型のアモルファス材
を簡単な操作で容易に製造することのできる差圧鋳造式
金属ガラスの製造方法を提供することにある。
ルファス材としての特性に優れた大型のアモルファス材
を簡単な操作で容易に製造することのできる差圧鋳造式
金属ガラスの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、先に提案
した三元合金によるバルク状アモルファス合金に関する
さらなる研究において、三元系合金の大きいガラス形成
能は、互いに１０％より大きく原子サイズが異なる構成
元素の最適な原子サイズ比に主として依存することか
ら、多成分系合金における異なる原子サイズ比を持つ構
成元素の増加の効果に注目し、Ｚｒ−Ａｌ−Ｃｏ−Ｎｉ
−Ｃｕ系およびＺｒ−Ｔｉ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｃｏ−Ｎｉ−
Ｃｕ系において１〜１００Ｋ／ｓの範囲のはるかに低い
臨界冷却速度を持つアモルファス合金を見い出し、直径
１６ｍｍ以下、長さ１５０ｍｍのバルク状アモルファス
合金をＺｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ系において、石英管内の
溶融物を水中に入れて急冷することにより製造できるこ
とを知見した。
した三元合金によるバルク状アモルファス合金に関する
さらなる研究において、三元系合金の大きいガラス形成
能は、互いに１０％より大きく原子サイズが異なる構成
元素の最適な原子サイズ比に主として依存することか
ら、多成分系合金における異なる原子サイズ比を持つ構
成元素の増加の効果に注目し、Ｚｒ−Ａｌ−Ｃｏ−Ｎｉ
−Ｃｕ系およびＺｒ−Ｔｉ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｃｏ−Ｎｉ−
Ｃｕ系において１〜１００Ｋ／ｓの範囲のはるかに低い
臨界冷却速度を持つアモルファス合金を見い出し、直径
１６ｍｍ以下、長さ１５０ｍｍのバルク状アモルファス
合金をＺｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ系において、石英管内の
溶融物を水中に入れて急冷することにより製造できるこ
とを知見した。
【０００８】また、本発明者らは、得られたバルク状ア
モルファス合金が、引張応力−伸び曲線に鋸歯状のプラ
スチックフローを伴う圧縮強さおよび破壊（割れ）とほ
ぼ同様である１５００ＭＰａの高い引張強さを示し、こ
の高引張強さおよび鋸歯状プラスチックフロー現象は、
バルク状アモルファス合金が鋳造によって製造された大
きな厚さをもつにもかかわらず良い展延性を持つことを
示すことを知見した。
モルファス合金が、引張応力−伸び曲線に鋸歯状のプラ
スチックフローを伴う圧縮強さおよび破壊（割れ）とほ
ぼ同様である１５００ＭＰａの高い引張強さを示し、こ
の高引張強さおよび鋸歯状プラスチックフロー現象は、
バルク状アモルファス合金が鋳造によって製造された大
きな厚さをもつにもかかわらず良い展延性を持つことを
示すことを知見した。
【０００９】さらに、本発明者らは、上述したバルク状
アモルファス金属の製造における知見に基づいて、簡単
な操作で容易に種々の形状のさらに大型の金属ガラスを
製造する方法を開発するために鋭意研究を重ねた結果、
溶融状態の金属材料を水冷鋳型に瞬時に鋳込むことによ
り、その目的を達成できることを知見し、本発明を完成
するに至ったものである。
アモルファス金属の製造における知見に基づいて、簡単
な操作で容易に種々の形状のさらに大型の金属ガラスを
製造する方法を開発するために鋭意研究を重ねた結果、
溶融状態の金属材料を水冷鋳型に瞬時に鋳込むことによ
り、その目的を達成できることを知見し、本発明を完成
するに至ったものである。
【００１０】すなわち、本発明は、水冷鋳型上に金属材
料（、例えば活性金属）を充填し、この金属材料を溶融
可能な高エネルギ熱源を用いて前記金属材料を溶解後、
得られた溶融金属を、ガスの差圧あるいは重力を利用し
て鋳型下部より下方に設けられた縦型の水冷鋳型に瞬時
に鋳込み、金属溶湯の移動速度を速くし、大きな冷却速
度を得て、大型の金属ガラスを製造することを特徴とす
る差圧鋳造式金属ガラスの製造方法を提供するものであ
る。
料（、例えば活性金属）を充填し、この金属材料を溶融
可能な高エネルギ熱源を用いて前記金属材料を溶解後、
得られた溶融金属を、ガスの差圧あるいは重力を利用し
て鋳型下部より下方に設けられた縦型の水冷鋳型に瞬時
に鋳込み、金属溶湯の移動速度を速くし、大きな冷却速
度を得て、大型の金属ガラスを製造することを特徴とす
る差圧鋳造式金属ガラスの製造方法を提供するものであ
る。
【００１１】前記溶融金属を前記縦型の水冷鋳型ととも
に、少なくとも５０ｍｍ／ｓ以上の速さで移動すること
により得られる負圧の作用により溶湯速度を増大し、冷
却速度を加速するのが好ましい。前記縦型水冷鋳型によ
り得られる金属ガラスの形状は、丸棒状、板状、パイプ
状、角棒状、角パイプ状、異形棒状および異形パイプ状
のいずれかであるのが好ましい。
に、少なくとも５０ｍｍ／ｓ以上の速さで移動すること
により得られる負圧の作用により溶湯速度を増大し、冷
却速度を加速するのが好ましい。前記縦型水冷鋳型によ
り得られる金属ガラスの形状は、丸棒状、板状、パイプ
状、角棒状、角パイプ状、異形棒状および異形パイプ状
のいずれかであるのが好ましい。
【００１２】
【発明の作用】本発明の差圧鋳造式金属ガラスの製造方
法では、まず水冷鋳型、例えば底部が昇降できる機構を
持った凹型水冷銅製ハース上に金属材料、好ましくはア
モルファス形成能の高い金属粉末およびペレットの混合
物を充填し、好ましくは、チャンバー内部を真空引後、
不活性ガスにて置換し、鋳型のハース部を強制冷却しな
がら高エネルギ熱源、例えばアーク熱源にて金属材料を
溶融する。この後、底部を下方に移動させ、重力あるい
はチャンバー内を加圧することによって溶融金属を水冷
鋳型内に鋳込むことで生じる急冷作用によって、大型の
金属ガラスバルク材を製造することができる。
法では、まず水冷鋳型、例えば底部が昇降できる機構を
持った凹型水冷銅製ハース上に金属材料、好ましくはア
モルファス形成能の高い金属粉末およびペレットの混合
物を充填し、好ましくは、チャンバー内部を真空引後、
不活性ガスにて置換し、鋳型のハース部を強制冷却しな
がら高エネルギ熱源、例えばアーク熱源にて金属材料を
溶融する。この後、底部を下方に移動させ、重力あるい
はチャンバー内を加圧することによって溶融金属を水冷
鋳型内に鋳込むことで生じる急冷作用によって、大型の
金属ガラスバルク材を製造することができる。
【００１３】この時、好ましくは、鋳込み時の速度を速
めるため、溶融金属と鋳型とを少なくとも５０ｍｍ／ｓ
以上の高速度で移動することにより重力あるいは負圧を
生じさせること、また鋳込時の溶融側雰囲気圧を大気圧
以上に設定することが結果的に急冷作用が増大し、バル
ク材の大型化につながり、溶融金属の大型のアモルファ
ス合金（金属ガラス）を安定して製造することができ
る。
めるため、溶融金属と鋳型とを少なくとも５０ｍｍ／ｓ
以上の高速度で移動することにより重力あるいは負圧を
生じさせること、また鋳込時の溶融側雰囲気圧を大気圧
以上に設定することが結果的に急冷作用が増大し、バル
ク材の大型化につながり、溶融金属の大型のアモルファ
ス合金（金属ガラス）を安定して製造することができ
る。
【００１４】本発明方法は、アーク熱源などの高エネル
ギ熱源を用いて溶融できれば、上述した３元系合金、Ｚ
ｒ−Ａｌ−Ｎｉ−ＣｕやＺｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐｄ
などを始めとして４元系以上の多元系合金を含めほとん
どあらゆる元素の組み合わせからなる合金について適用
でき、またアモルファス相の生成が可能である。これら
の合金を本発明において金属材料として用いる場合に
は、高エネルギ熱源による急激な溶融がより容易なよう
に、粉末状あるいはペレット状にして用いるのが好まし
いが、本発明はこれに限定されず、急激な溶融が可能で
あれば、どのような形状の金属材料を用いてもよい。例
えば、粉末状、ペレット状の他、線状、帯状、棒状、塊
状など、水冷鋳型と高エネルギ熱源に応じて適当な形状
を適宜選択すればよい。
ギ熱源を用いて溶融できれば、上述した３元系合金、Ｚ
ｒ−Ａｌ−Ｎｉ−ＣｕやＺｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐｄ
などを始めとして４元系以上の多元系合金を含めほとん
どあらゆる元素の組み合わせからなる合金について適用
でき、またアモルファス相の生成が可能である。これら
の合金を本発明において金属材料として用いる場合に
は、高エネルギ熱源による急激な溶融がより容易なよう
に、粉末状あるいはペレット状にして用いるのが好まし
いが、本発明はこれに限定されず、急激な溶融が可能で
あれば、どのような形状の金属材料を用いてもよい。例
えば、粉末状、ペレット状の他、線状、帯状、棒状、塊
状など、水冷鋳型と高エネルギ熱源に応じて適当な形状
を適宜選択すればよい。
【００１５】本発明に用いられる高エネルギ熱源として
は、水冷鋳型に充填された金属材料を溶融可能であれ
ば、特に制限はなく、どのような熱源を用いてもよい
が、例えば、代表的にアーク熱源、プラズマ熱源、電子
ビーム、レーザなどを挙げることができる。これらの熱
源は、水冷鋳型に対し、１個であっても、複数個を重畳
して用いてもよい。
は、水冷鋳型に充填された金属材料を溶融可能であれ
ば、特に制限はなく、どのような熱源を用いてもよい
が、例えば、代表的にアーク熱源、プラズマ熱源、電子
ビーム、レーザなどを挙げることができる。これらの熱
源は、水冷鋳型に対し、１個であっても、複数個を重畳
して用いてもよい。
【００１６】縦型の水冷鋳型とともに行う溶融金属の移
動は、所定の、好ましくは５０ｍｍ／ｓ以上の移動速度
が得られれば、特に制限はなく、負圧又は重力の作用に
よる溶融金属（溶湯）速度を増大し、冷却速度を加速で
きれば、どのように行ってもよい。なお、本発明におけ
る急速な移動とは、溶融金属による雰囲気ガスの巻き込
みを生じない範囲でできるだけ急速であることをいう。
これは、溶融金属の移動が急速すぎると、例えばアーク
熱源の場合、アーク発生のための雰囲気ガスを巻き込
み、凝固中への混入が生じるからである。
動は、所定の、好ましくは５０ｍｍ／ｓ以上の移動速度
が得られれば、特に制限はなく、負圧又は重力の作用に
よる溶融金属（溶湯）速度を増大し、冷却速度を加速で
きれば、どのように行ってもよい。なお、本発明におけ
る急速な移動とは、溶融金属による雰囲気ガスの巻き込
みを生じない範囲でできるだけ急速であることをいう。
これは、溶融金属の移動が急速すぎると、例えばアーク
熱源の場合、アーク発生のための雰囲気ガスを巻き込
み、凝固中への混入が生じるからである。
【００１７】
【実施例】本発明に係る差圧鋳造式金属ガラスの製造方
法を添付の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は、本発明の差圧鋳造式金属ガラス製造装置
の構成を模式的に示すフローシートである。同図に示す
ように、本発明の差圧鋳造式金属ガラス製造装置１０
は、金属材料、例えば粉末状およびペレット状金属材料
を充填する所定形状の凹部および底部が昇降できる機構
を持つ水冷銅製鋳型（ハース）１２と、この水冷ハース
１２の下部に設けられる下部縦型水冷銅製鋳型１３と、
水冷銅製ハース１２上の金属材料をアーク溶解するため
の水冷電極（タングステン電極）１４，１４と、水冷ハ
ース１２および水冷電極１４，１４を収納する真空チャ
ンバー１６と、水冷ハース１２および水冷電極１４，１
４に冷水を循環供給する冷却水供給装置１８とを有す
る。
法を添付の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は、本発明の差圧鋳造式金属ガラス製造装置
の構成を模式的に示すフローシートである。同図に示す
ように、本発明の差圧鋳造式金属ガラス製造装置１０
は、金属材料、例えば粉末状およびペレット状金属材料
を充填する所定形状の凹部および底部が昇降できる機構
を持つ水冷銅製鋳型（ハース）１２と、この水冷ハース
１２の下部に設けられる下部縦型水冷銅製鋳型１３と、
水冷銅製ハース１２上の金属材料をアーク溶解するため
の水冷電極（タングステン電極）１４，１４と、水冷ハ
ース１２および水冷電極１４，１４を収納する真空チャ
ンバー１６と、水冷ハース１２および水冷電極１４，１
４に冷水を循環供給する冷却水供給装置１８とを有す
る。
【００１８】水冷ハース１２は、ガスの差圧によって溶
融金属を移動させて、下部水冷銅製鋳型１３に鋳込むた
めにその底部１２ａがＤＣサーボモータ２０によって移
動可能に構成される。水冷電極１４は、アーク電源２２
に接続される。また、水冷電極１４は、水冷ハース１２
の底部１２ａの移動方向に対しわずかに傾斜させて配置
され、ステッピングモータ２４によってＸ，ＹおよびＺ
軸方向に調整可能に構成される。さらに、水冷ハース１
２上の金属材料と水冷電極１４との間の間隔（Ｚ方向）
を一定に保つために金属材料の位置を半導体レーザセン
サー２６によって測定し、モータ２４によって水冷電極
１４の移動が自動コントロールされるようにしてもよ
い。これはアーク電極１４と金属材料との間の間隙が一
定でないと、アークが不安定になり、溶融温度にばらつ
きが生じるからである。また、水冷電極１４のアーク発
生部近傍に冷却用ガス（例えばＡｒガス）噴出口を設
け、ガス供給源（ガスボンベ）２８から冷却用ガスを噴
出させ、加熱後の急速冷却を促進してもよい。
融金属を移動させて、下部水冷銅製鋳型１３に鋳込むた
めにその底部１２ａがＤＣサーボモータ２０によって移
動可能に構成される。水冷電極１４は、アーク電源２２
に接続される。また、水冷電極１４は、水冷ハース１２
の底部１２ａの移動方向に対しわずかに傾斜させて配置
され、ステッピングモータ２４によってＸ，ＹおよびＺ
軸方向に調整可能に構成される。さらに、水冷ハース１
２上の金属材料と水冷電極１４との間の間隔（Ｚ方向）
を一定に保つために金属材料の位置を半導体レーザセン
サー２６によって測定し、モータ２４によって水冷電極
１４の移動が自動コントロールされるようにしてもよ
い。これはアーク電極１４と金属材料との間の間隙が一
定でないと、アークが不安定になり、溶融温度にばらつ
きが生じるからである。また、水冷電極１４のアーク発
生部近傍に冷却用ガス（例えばＡｒガス）噴出口を設
け、ガス供給源（ガスボンベ）２８から冷却用ガスを噴
出させ、加熱後の急速冷却を促進してもよい。
【００１９】真空チャンバー１６は、ＳＵＳ製水冷ジャ
ケット構造で、真空引するために真空排気口によって油
拡散真空ポンプ（ディフュージョンポンプ）３０および
油回転真空ポンプ（ロータリポンプ）３２が連結され、
真空引後、不活性ガスによる置換が可能なようにアルゴ
ンガス導入口によってガス供給源（ガスボンベ）３４と
連通される。また、冷却水供給装置１８は循環戻り冷却
水をクーラントにより冷却した後に、再び冷却水として
水冷ハース１２および水冷電極１４に供給する。
ケット構造で、真空引するために真空排気口によって油
拡散真空ポンプ（ディフュージョンポンプ）３０および
油回転真空ポンプ（ロータリポンプ）３２が連結され、
真空引後、不活性ガスによる置換が可能なようにアルゴ
ンガス導入口によってガス供給源（ガスボンベ）３４と
連通される。また、冷却水供給装置１８は循環戻り冷却
水をクーラントにより冷却した後に、再び冷却水として
水冷ハース１２および水冷電極１４に供給する。
【００２０】次に、本発明の差圧鋳造式金属ガラス製造
方法を図１および図２を用いて説明する。図２（ａ）
は、アーク溶解を用いる差圧鋳造式金属ガラス製造装置
における大型のアモルファス合金塊の製造プロセスの金
属材料溶解工程を示す断面模式図であり、図２（ｂ）
は、その下部水冷銅製鋳型への鋳込み工程の断面模式図
である。
方法を図１および図２を用いて説明する。図２（ａ）
は、アーク溶解を用いる差圧鋳造式金属ガラス製造装置
における大型のアモルファス合金塊の製造プロセスの金
属材料溶解工程を示す断面模式図であり、図２（ｂ）
は、その下部水冷銅製鋳型への鋳込み工程の断面模式図
である。
【００２１】図２（ａ）に示されているように、まず、
移動底部１２ａをモータ２０によって移動し、初期位置
にセットする。この後、水冷銅製ハース１２の窪み（凹
状鋳型面）１２ｂに金属材料（粉末、ペレット、結晶
体）を充填する。一方、両水冷電極１４，１４は、共に
センサ２６およびモータ２４によってアダプタ１５を介
して、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置調整がなされ、金属材料
との間の間隔（Ｚ方向）が所定値にセットされる。
移動底部１２ａをモータ２０によって移動し、初期位置
にセットする。この後、水冷銅製ハース１２の窪み（凹
状鋳型面）１２ｂに金属材料（粉末、ペレット、結晶
体）を充填する。一方、両水冷電極１４，１４は、共に
センサ２６およびモータ２４によってアダプタ１５を介
して、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置調整がなされ、金属材料
との間の間隔（Ｚ方向）が所定値にセットされる。
【００２２】この時、ディフュージョンポンプ３０およ
びロータリポンプ３２を用い、チャンバー１６内を高真
空、例えば５×１０-4Ｐａ（液体窒素トラップ使用）に
した後、Ａｒガス供給源３４からＡｒガスを供給してチ
ャンバー１６内をＡｒガスにて置換し、チャンバー１６
内の圧力を大気圧以上とするのがよい。また、水冷銅ハ
ース１２、下部水冷銅鋳型１３および両水冷電極１４，
１４は、冷却水供給装置１８から供給される冷却水によ
って冷却されている。
びロータリポンプ３２を用い、チャンバー１６内を高真
空、例えば５×１０-4Ｐａ（液体窒素トラップ使用）に
した後、Ａｒガス供給源３４からＡｒガスを供給してチ
ャンバー１６内をＡｒガスにて置換し、チャンバー１６
内の圧力を大気圧以上とするのがよい。また、水冷銅ハ
ース１２、下部水冷銅鋳型１３および両水冷電極１４，
１４は、冷却水供給装置１８から供給される冷却水によ
って冷却されている。
【００２３】以上の準備が終了した後、図２（ａ）に示
すように、アーク電源２２をオンして水冷電極１４の先
端から金属材料との間にプラズマアーク３６を発生さ
せ、金属材料を完全に溶解して溶融合金３８を形成させ
る。この後、アーク電源をオフしてプラズマアーク３６
を消すとともに、ＤＣサーボモータ２０の駆動を開始
し、図２（ｂ）に示すように水冷銅ハース１２の移動底
部１２ａを下方（矢印ａ方向）に所定位置まで急速に所
定速度、好ましくは５０ｍｍ／ｓ以上の速度で移動し、
すなわち引抜き、下部水冷銅製鋳型１３内に負圧を生じ
させ、雰囲気ガスによって大気圧以上に加圧されている
溶融合金３８を下方にガスの差圧を利用して、水冷銅ハ
ース１２の下方に形成された下部水冷銅製鋳型１３内に
瞬時に引抜く、すなわち同速度で移動させて、鋳込む。
このようして、金属溶湯（溶融金属）３８の移動速度を
速くして、大きな冷却速度を得ることができ、溶融金属
３８を下部水冷鋳型１３内で急速に固化することによ
り、鋳型１３に合致する断面形状を有する大型のアモル
ファス合金３９を製造することができる。
すように、アーク電源２２をオンして水冷電極１４の先
端から金属材料との間にプラズマアーク３６を発生さ
せ、金属材料を完全に溶解して溶融合金３８を形成させ
る。この後、アーク電源をオフしてプラズマアーク３６
を消すとともに、ＤＣサーボモータ２０の駆動を開始
し、図２（ｂ）に示すように水冷銅ハース１２の移動底
部１２ａを下方（矢印ａ方向）に所定位置まで急速に所
定速度、好ましくは５０ｍｍ／ｓ以上の速度で移動し、
すなわち引抜き、下部水冷銅製鋳型１３内に負圧を生じ
させ、雰囲気ガスによって大気圧以上に加圧されている
溶融合金３８を下方にガスの差圧を利用して、水冷銅ハ
ース１２の下方に形成された下部水冷銅製鋳型１３内に
瞬時に引抜く、すなわち同速度で移動させて、鋳込む。
このようして、金属溶湯（溶融金属）３８の移動速度を
速くして、大きな冷却速度を得ることができ、溶融金属
３８を下部水冷鋳型１３内で急速に固化することによ
り、鋳型１３に合致する断面形状を有する大型のアモル
ファス合金３９を製造することができる。
【００２４】金属材料を水冷ハース１２内で完全に溶解
した後、ガスボンベ２８から供給された冷却用Ａｒガス
を両水冷電極１４のアーク３６の発生部の近傍の噴出口
（図示せず）から噴出させて溶融金属３８を冷却するこ
とにより、加熱溶融後の急速冷却を促進することができ
る。ここで、下部水冷銅鋳型１３の鋳型面１３ａの形状
は、円形、円環状、矩形、矩形環状、異形、異形環状な
ど任意の形状が可能であり、その結果、得られる大型の
アモルファス合金塊（金属ガラス）３９の形状も、それ
ぞれ丸棒状、板状、パイプ状、角棒状、角パイプ状、異
形棒状および異形パイプ状など任意の形状にすることが
できる。
した後、ガスボンベ２８から供給された冷却用Ａｒガス
を両水冷電極１４のアーク３６の発生部の近傍の噴出口
（図示せず）から噴出させて溶融金属３８を冷却するこ
とにより、加熱溶融後の急速冷却を促進することができ
る。ここで、下部水冷銅鋳型１３の鋳型面１３ａの形状
は、円形、円環状、矩形、矩形環状、異形、異形環状な
ど任意の形状が可能であり、その結果、得られる大型の
アモルファス合金塊（金属ガラス）３９の形状も、それ
ぞれ丸棒状、板状、パイプ状、角棒状、角パイプ状、異
形棒状および異形パイプ状など任意の形状にすることが
できる。
【００２５】（実施例）本発明に係る差圧鋳造式金属ガ
ラスの製造方法を実施例に基づいて以下に具体的に説明
する。図３および図４に示す構成の差圧鋳造式金属ガラ
ス製造装置を用いて、直径１０ｍｍΦ×長さ５００ｍ
ｍ、１６ｍｍΦ×長さ２００ｍｍ、３０ｍｍΦ×長さ１
００ｍｍの３種の大型のアモルファスＺｒ65Ａｌ7.5 Ｎ
ｉ10Ｃｕ17.5合金塊を製造した。ここで、大型のバルク
状アモルファス合金製造のための金属材料としてＺｒ65
Ａｌ7.5 Ｎｉ10Ｃｕ17.5合金が選ばれた理由は、多成分
系合金は結晶相の不均一核生成に高い耐性を持つととも
に大きなガラス形成能を併わせ持つからである。
ラスの製造方法を実施例に基づいて以下に具体的に説明
する。図３および図４に示す構成の差圧鋳造式金属ガラ
ス製造装置を用いて、直径１０ｍｍΦ×長さ５００ｍ
ｍ、１６ｍｍΦ×長さ２００ｍｍ、３０ｍｍΦ×長さ１
００ｍｍの３種の大型のアモルファスＺｒ65Ａｌ7.5 Ｎ
ｉ10Ｃｕ17.5合金塊を製造した。ここで、大型のバルク
状アモルファス合金製造のための金属材料としてＺｒ65
Ａｌ7.5 Ｎｉ10Ｃｕ17.5合金が選ばれた理由は、多成分
系合金は結晶相の不均一核生成に高い耐性を持つととも
に大きなガラス形成能を併わせ持つからである。
【００２６】図３および図４は、図１に示す差圧鋳造式
金属ガラス製造装置１０の具体的構成を示す断面図およ
び側面図である。図３および図４に示す差圧鋳造式金属
ガラス製造装置１０は、下方に移動可能な移動底部１２
ａおよび球面状窪み１２ｂを持つ水冷銅製ハース１２
と、Ｘ，ＹおよびＺ軸方向に調節可能な２本の水冷電極
１４（１本のみ図示）と、ハース炉を収納する真空チャ
ンバー１６とからなるハース炉と、このハース炉の水冷
銅製ハース１２の下方に設けられた円形断面の下部水冷
銅製鋳型１３と、図示されていない冷却水供給装置（１
８：図１参照）とを有する。真空チャンバー１６には、
真空排気装置４０が連結部４１を介して取り付けられ、
真空排気装置４０内には、ディフュージョンポンプ３０
やロータリーポンプ３２（図１参照）などが配設されて
いる。また真空チャンバー１６には照明４２と覗窓４４
とが取り付けられ、高輻射熱を避けるために覗窓４４に
は保護フィルタが設置され、覗窓４４は水冷ジャケット
とされる。
金属ガラス製造装置１０の具体的構成を示す断面図およ
び側面図である。図３および図４に示す差圧鋳造式金属
ガラス製造装置１０は、下方に移動可能な移動底部１２
ａおよび球面状窪み１２ｂを持つ水冷銅製ハース１２
と、Ｘ，ＹおよびＺ軸方向に調節可能な２本の水冷電極
１４（１本のみ図示）と、ハース炉を収納する真空チャ
ンバー１６とからなるハース炉と、このハース炉の水冷
銅製ハース１２の下方に設けられた円形断面の下部水冷
銅製鋳型１３と、図示されていない冷却水供給装置（１
８：図１参照）とを有する。真空チャンバー１６には、
真空排気装置４０が連結部４１を介して取り付けられ、
真空排気装置４０内には、ディフュージョンポンプ３０
やロータリーポンプ３２（図１参照）などが配設されて
いる。また真空チャンバー１６には照明４２と覗窓４４
とが取り付けられ、高輻射熱を避けるために覗窓４４に
は保護フィルタが設置され、覗窓４４は水冷ジャケット
とされる。
【００２７】水冷銅製ハース１２は、円形断面形状の鋳
型面１２ｂを有し、その中央の底部は円形断面形状の昇
降可能な移動底部１２ａを有する。水冷銅製ハース１２
の下方に設けられた下部水冷銅製鋳型１３では、水冷銅
製ハース１２の移動底部１２ａが初期位置から下方に移
動することにより、溶融金属が鋳込まれるキャビティ
（凹部）１３ａが形成される。ここで、移動底部１２ａ
は円形断面の棒状体をなし、その下側端部はＵ字型の支
持台４６の中央部に載置固定され、支持台４６のＵ字部
の一端側はその上端をチャンバー１６の下側面で支持さ
れる２本のリニアガイド４８、４８に沿って移動可能に
構成される。支持台４６のＵ字部の他方の端部は、移動
ナット５０に固定され、移動ナット５０は、その上端を
チャンバー１６の下側面で回転可能に支持される駆動ボ
ールねじ５２に螺合される。駆動ボールねじ５２の回転
軸には、プーリ５４が固着され、プーリ５４とＤＣサー
ボモータ２０の回転軸に固定されたプーリ２１とには無
端ベルト５６が縣架される。水冷銅製ハース１２の移動
底部１２ａは、このような駆動系構成により、０．１〜
１ｍ／ｓの範囲の移動速度に精密に速度制御される。特
に、駆動ボールねじ５２には急速移動を可能にするため
高ピッチボールねじが用いられる。
型面１２ｂを有し、その中央の底部は円形断面形状の昇
降可能な移動底部１２ａを有する。水冷銅製ハース１２
の下方に設けられた下部水冷銅製鋳型１３では、水冷銅
製ハース１２の移動底部１２ａが初期位置から下方に移
動することにより、溶融金属が鋳込まれるキャビティ
（凹部）１３ａが形成される。ここで、移動底部１２ａ
は円形断面の棒状体をなし、その下側端部はＵ字型の支
持台４６の中央部に載置固定され、支持台４６のＵ字部
の一端側はその上端をチャンバー１６の下側面で支持さ
れる２本のリニアガイド４８、４８に沿って移動可能に
構成される。支持台４６のＵ字部の他方の端部は、移動
ナット５０に固定され、移動ナット５０は、その上端を
チャンバー１６の下側面で回転可能に支持される駆動ボ
ールねじ５２に螺合される。駆動ボールねじ５２の回転
軸には、プーリ５４が固着され、プーリ５４とＤＣサー
ボモータ２０の回転軸に固定されたプーリ２１とには無
端ベルト５６が縣架される。水冷銅製ハース１２の移動
底部１２ａは、このような駆動系構成により、０．１〜
１ｍ／ｓの範囲の移動速度に精密に速度制御される。特
に、駆動ボールねじ５２には急速移動を可能にするため
高ピッチボールねじが用いられる。
【００２８】また、水冷銅ハース１２および下部水冷銅
鋳型１３は、最適熱交換可能な様に配置された水冷流路
５８、５８を有し、水冷流路５８には図示しない冷却水
供給装置（１８：図１参照）から冷却水が供給される。
さらに、図示しないが、移動底部１２ａの内部も冷却水
供給装置（１８：図１参照）から供給される冷却水によ
って冷却される。なお、本実施例においては、水冷銅ハ
ース１２および下部水冷銅鋳型１３からなる鋳型ユニッ
トは、１０ｍｍΦ×５００ｍｍ、１６ｍｍΦ×２００ｍ
ｍ、２０ｍｍΦ×２００ｍｍ、３０ｍｍΦ×５００ｍｍ
などの鋳型が交換可能である。
鋳型１３は、最適熱交換可能な様に配置された水冷流路
５８、５８を有し、水冷流路５８には図示しない冷却水
供給装置（１８：図１参照）から冷却水が供給される。
さらに、図示しないが、移動底部１２ａの内部も冷却水
供給装置（１８：図１参照）から供給される冷却水によ
って冷却される。なお、本実施例においては、水冷銅ハ
ース１２および下部水冷銅鋳型１３からなる鋳型ユニッ
トは、１０ｍｍΦ×５００ｍｍ、１６ｍｍΦ×２００ｍ
ｍ、２０ｍｍΦ×２００ｍｍ、３０ｍｍΦ×５００ｍｍ
などの鋳型が交換可能である。
【００２９】水冷電極１４は、シース６０に収納され、
その先端部においてアダプタ１５に取り付けられ、シー
ル６２を介して真空チャンバー１６の上部に移動可能に
支持される。水冷電極１４およびシース６０はヘッド６
４に取り付けられ、ヘッド６４は移動ナット６６とに固
定され、移動ナット６６とこれに螺合し、ステッピング
モータ２４によって駆動される駆動ねじ６８とからなる
駆動機構によって移動可能であり、水冷電極１４のＺ軸
（鉛直軸）方向の位置、すなわち水冷ハース１２上の金
属材料（３６）との間の間隙（ギャップ）は所定値に自
動コントロールされる。図示しないが、水冷電極１４の
ＸおよびＹ軸方向の電極１４の移動もステッピングモー
タコントロールにて駆動される。ヘッド６４には、図示
しない１０００Ａの直流アーク電源（２２：図１参照）
とケーブルで接続するための接続端子２３が設けられ
る。こうして、アーク電極１４は３０００℃のアーク熱
源を最大に使用できるとともにＩＣサイリスタにより温
度制御も可能である。また、ヘッド６４には図示しない
冷却水供給装置（１８）から供給される冷却水の導入口
１９ａと排出口１９ｂとが設けられ、シース６０および
アダプタ１５内に収納された電極１４を冷却するように
構成されている。また、ヘッド６４には、図示しないガ
ス供給ボンベ（２８）から供給される冷却用Ａｒガスの
導入口を有し、冷却用Ａｒガスをシース６０を経由して
アダプタ１５に設けられた冷却用ガス噴出口（図示せ
ず）から噴出させる。電極材１４は、アーク発生部にト
リウム入りタングステンを使用しており、電極消耗とコ
ンタミネーションを極力低下でき、かつ水冷電極構造の
ため、機械的、熱的に安定しており、連続使用が可能
で、高い熱効率を達成できる。
その先端部においてアダプタ１５に取り付けられ、シー
ル６２を介して真空チャンバー１６の上部に移動可能に
支持される。水冷電極１４およびシース６０はヘッド６
４に取り付けられ、ヘッド６４は移動ナット６６とに固
定され、移動ナット６６とこれに螺合し、ステッピング
モータ２４によって駆動される駆動ねじ６８とからなる
駆動機構によって移動可能であり、水冷電極１４のＺ軸
（鉛直軸）方向の位置、すなわち水冷ハース１２上の金
属材料（３６）との間の間隙（ギャップ）は所定値に自
動コントロールされる。図示しないが、水冷電極１４の
ＸおよびＹ軸方向の電極１４の移動もステッピングモー
タコントロールにて駆動される。ヘッド６４には、図示
しない１０００Ａの直流アーク電源（２２：図１参照）
とケーブルで接続するための接続端子２３が設けられ
る。こうして、アーク電極１４は３０００℃のアーク熱
源を最大に使用できるとともにＩＣサイリスタにより温
度制御も可能である。また、ヘッド６４には図示しない
冷却水供給装置（１８）から供給される冷却水の導入口
１９ａと排出口１９ｂとが設けられ、シース６０および
アダプタ１５内に収納された電極１４を冷却するように
構成されている。また、ヘッド６４には、図示しないガ
ス供給ボンベ（２８）から供給される冷却用Ａｒガスの
導入口を有し、冷却用Ａｒガスをシース６０を経由して
アダプタ１５に設けられた冷却用ガス噴出口（図示せ
ず）から噴出させる。電極材１４は、アーク発生部にト
リウム入りタングステンを使用しており、電極消耗とコ
ンタミネーションを極力低下でき、かつ水冷電極構造の
ため、機械的、熱的に安定しており、連続使用が可能
で、高い熱効率を達成できる。
【００３０】本実施例においては、以上のような構成の
差圧鋳造式金属ガラス製造装置１０が以下の操作条件で
操作された。アーク溶解中の電流と電圧は、それぞれ２
５０Ａと２０Ｖであり、水冷電極１４と粉末状およびペ
レット状金属材料との間の距離は０．７ｍｍに調節され
た。
差圧鋳造式金属ガラス製造装置１０が以下の操作条件で
操作された。アーク溶解中の電流と電圧は、それぞれ２
５０Ａと２０Ｖであり、水冷電極１４と粉末状およびペ
レット状金属材料との間の距離は０．７ｍｍに調節され
た。
【００３１】このようにして差圧鋳造法によって製造さ
れた大型のアモルファス合金塊の構造は、Ｘ線回折分
析、光学顕微鏡検査（ＯＭ）、エネルギ分散Ｘ線分光分
析（ＥＤＸ）とリンクされた走査型電子顕微鏡検査によ
って試験された。ＯＭ試料に対するエッチング処理は３
０％沸化水素酸溶液中、３０３Ｋで１．８ｋｓ行われ
た。構造的緩和、ガラス転移温度（Ｔｇ）、結晶化温度
（Ｔｘ）および結晶化熱（ΔＨｘ）は示差走査熱量測定
法（ＤＳＣ）によって加熱速度０．６７Ｋ／ｓで測定さ
れた。硬さはヴィッカース微小硬度計によって１００ｇ
負荷で測定された。その結果を図５〜図６に示す。
れた大型のアモルファス合金塊の構造は、Ｘ線回折分
析、光学顕微鏡検査（ＯＭ）、エネルギ分散Ｘ線分光分
析（ＥＤＸ）とリンクされた走査型電子顕微鏡検査によ
って試験された。ＯＭ試料に対するエッチング処理は３
０％沸化水素酸溶液中、３０３Ｋで１．８ｋｓ行われ
た。構造的緩和、ガラス転移温度（Ｔｇ）、結晶化温度
（Ｔｘ）および結晶化熱（ΔＨｘ）は示差走査熱量測定
法（ＤＳＣ）によって加熱速度０．６７Ｋ／ｓで測定さ
れた。硬さはヴィッカース微小硬度計によって１００ｇ
負荷で測定された。その結果を図５〜図６に示す。
【００３２】図５は、本実施例において、アーク式差圧
鋳造法により製造された２種の異なる寸法のＺｒ65Ａｌ
7.5 Ｎｉ10Ｃｕ17.5合金塊のほぼ中央部でしかも横断面
の中心域でのＸ線回折図形を示している。これらの合金
塊は直径１０ｍｍΦと直径１６ｍｍΦの丸棒状であっ
た。いずれの合金塊においても、Ｘ線回折図形にはブロ
ードなハローピークのみしか見られず、構成相は主とし
てアモルファス相であることがわかる。また、これらの
合金塊の横断面の光学顕微鏡写真においても、結晶相に
相当する約８０μｍの小領域の他には合金塊のほぼ中央
域には結晶相の析出を示すコントラストは見られず、ほ
ぼアモルファス単相となっており、Ｘ線回折の結果と一
致した。
鋳造法により製造された２種の異なる寸法のＺｒ65Ａｌ
7.5 Ｎｉ10Ｃｕ17.5合金塊のほぼ中央部でしかも横断面
の中心域でのＸ線回折図形を示している。これらの合金
塊は直径１０ｍｍΦと直径１６ｍｍΦの丸棒状であっ
た。いずれの合金塊においても、Ｘ線回折図形にはブロ
ードなハローピークのみしか見られず、構成相は主とし
てアモルファス相であることがわかる。また、これらの
合金塊の横断面の光学顕微鏡写真においても、結晶相に
相当する約８０μｍの小領域の他には合金塊のほぼ中央
域には結晶相の析出を示すコントラストは見られず、ほ
ぼアモルファス単相となっており、Ｘ線回折の結果と一
致した。
【００３３】しかしながら、銅製ハース（銅炉床）に近
い領域ではアモルファス相と結晶相が混在していた。こ
の結晶相はＸ線回折の結果、主としてｂｃｔ構造のＺｒ
2 Ｃｕとして回折できることから、ＮｉとＰｄをＣｕサ
イトに含んだＺｒ2 （Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｄ）化合物相と考
えられる。上述したように、この化合物相は冷却速度が
大きいと考えられる銅炉床に接触した領域で生成してい
ることから、銅炉床との接触による不均一核生成のため
に生成したと考えられる。
い領域ではアモルファス相と結晶相が混在していた。こ
の結晶相はＸ線回折の結果、主としてｂｃｔ構造のＺｒ
2 Ｃｕとして回折できることから、ＮｉとＰｄをＣｕサ
イトに含んだＺｒ2 （Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｄ）化合物相と考
えられる。上述したように、この化合物相は冷却速度が
大きいと考えられる銅炉床に接触した領域で生成してい
ることから、銅炉床との接触による不均一核生成のため
に生成したと考えられる。
【００３４】すなわち、水冷した銅炉床と直接接触して
いる領域での合金溶湯の温度は融点近傍であり、銅炉床
から遠く離れた領域と同様に融点よりもはるかに高い温
度域に高めることは困難である。なお、１０ｍｍΦの合
金塊について、現在の差圧鋳造法により得られる冷却速
度を同じ体積を持つＡｌ−３３ｍａｓ％Ｃｕ合金の２次
デントライトアーム間隔を用いて測定した結果、合金塊
中央部では約１×１０ 2 Ｋ／ｓであると評価される。こ
の冷却速度は本合金のアモルファス相生成の臨界冷却速
度である約１０Ｋ／ｓを大きく上回っており、不均一核
生成の影響を受けない合金塊のほぼ中央部でアモルファ
ス相が生成する結果と一致している。
いる領域での合金溶湯の温度は融点近傍であり、銅炉床
から遠く離れた領域と同様に融点よりもはるかに高い温
度域に高めることは困難である。なお、１０ｍｍΦの合
金塊について、現在の差圧鋳造法により得られる冷却速
度を同じ体積を持つＡｌ−３３ｍａｓ％Ｃｕ合金の２次
デントライトアーム間隔を用いて測定した結果、合金塊
中央部では約１×１０ 2 Ｋ／ｓであると評価される。こ
の冷却速度は本合金のアモルファス相生成の臨界冷却速
度である約１０Ｋ／ｓを大きく上回っており、不均一核
生成の影響を受けない合金塊のほぼ中央部でアモルファ
ス相が生成する結果と一致している。
【００３５】図６は本実施例の差圧鋳造合金塊のほぼ中
央部でのアモルファス相から得たＤＳＣ曲線およびその
微分曲線を示している。ガラス遷移による吸熱反応と結
晶化による発熱反応の開始がそれぞれ３５９℃および４
７３℃に見られ、過冷却液体域が１１４℃のかなり広い
温度域において生成している。この結果は、真にガラス
状の金属が差圧鋳造法という製造プロセスにおいても生
成できることを実証しており、不均一核生成の発生の抑
制を工夫することにより、差圧鋳造法によりアモルファ
ス単相の大型合金塊を作製できることがわかる。なお、
得られた大型のバルク状アモルファス合金塊の中央域の
ヴィッカース硬度（Ｈｖ）はいずれもリボン状試料に対
する値（５５０）とほぼ同じ５３０であると測定され
た。
央部でのアモルファス相から得たＤＳＣ曲線およびその
微分曲線を示している。ガラス遷移による吸熱反応と結
晶化による発熱反応の開始がそれぞれ３５９℃および４
７３℃に見られ、過冷却液体域が１１４℃のかなり広い
温度域において生成している。この結果は、真にガラス
状の金属が差圧鋳造法という製造プロセスにおいても生
成できることを実証しており、不均一核生成の発生の抑
制を工夫することにより、差圧鋳造法によりアモルファ
ス単相の大型合金塊を作製できることがわかる。なお、
得られた大型のバルク状アモルファス合金塊の中央域の
ヴィッカース硬度（Ｈｖ）はいずれもリボン状試料に対
する値（５５０）とほぼ同じ５３０であると測定され
た。
【００３６】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、差圧鋳造法を用いて種々の断面形状、寸法の大型の
バルク状金属ガラスを簡単な操作で容易に種々製造する
ことができる。本発明によってなされた種々の形状、寸
法の合金塊の製造が可能な差圧鋳造法によるアモルファ
ス相の生成技術は、今後のアモルファス合金の基礎科学
から工業材料の発展において極めて重要であり、任意の
形状、寸法の大型のバルク状アモルファス合金の製造に
道を開いたという産業上大きな効果を奏する。
ば、差圧鋳造法を用いて種々の断面形状、寸法の大型の
バルク状金属ガラスを簡単な操作で容易に種々製造する
ことができる。本発明によってなされた種々の形状、寸
法の合金塊の製造が可能な差圧鋳造法によるアモルファ
ス相の生成技術は、今後のアモルファス合金の基礎科学
から工業材料の発展において極めて重要であり、任意の
形状、寸法の大型のバルク状アモルファス合金の製造に
道を開いたという産業上大きな効果を奏する。
【図１】 本発明の差圧鋳造式金属ガラスの製造方法を
実施する差圧鋳造式金属ガラス製造装置の一構成例を機
械的に示すフローシートである。
実施する差圧鋳造式金属ガラス製造装置の一構成例を機
械的に示すフローシートである。
【図２】 本発明の、熱源としてアーク電極を用いる差
圧鋳造式金属ガラス製造装置による大型のバルク状アモ
ルファス合金インゴットの製造プロセスの一例を示す模
式図であり、（ａ）は金属材料溶解工程の模式図、
（ｂ）は溶融金属の鋳込み工程の模式図である。
圧鋳造式金属ガラス製造装置による大型のバルク状アモ
ルファス合金インゴットの製造プロセスの一例を示す模
式図であり、（ａ）は金属材料溶解工程の模式図、
（ｂ）は溶融金属の鋳込み工程の模式図である。
【図３】 本発明の実施例に用いられる、本発明の差圧
鋳造式金属ガラスの製造方法を実施する差圧鋳造式金属
ガラス製造装置の一具体的構成を示す部分断面正面図で
ある。
鋳造式金属ガラスの製造方法を実施する差圧鋳造式金属
ガラス製造装置の一具体的構成を示す部分断面正面図で
ある。
【図４】 図３に示す差圧鋳造式金属ガラス製造装置の
側面図である。
側面図である。
【図５】 本発明の実施例において製造された直径１０
ｍｍΦおよび直径１６ｍｍΦの円柱状大型のバルク状Ｚ
ｒ65Ａｌ7.5 Ｎｉ10Ｃｕ17.5合金塊の横縦断面における
中央域から取られたＸ線回折パターンである。
ｍｍΦおよび直径１６ｍｍΦの円柱状大型のバルク状Ｚ
ｒ65Ａｌ7.5 Ｎｉ10Ｃｕ17.5合金塊の横縦断面における
中央域から取られたＸ線回折パターンである。
【図６】 本発明の実施例において製造されたバルク状
アモルファスＺｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ合金塊の横縦断面
における中央域から取られた示差走査熱量測定曲線およ
びその微分曲線である。
アモルファスＺｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ合金塊の横縦断面
における中央域から取られた示差走査熱量測定曲線およ
びその微分曲線である。
１０ 差圧鋳造式金属ガラス製造装置 １２ 水冷銅製鋳型（ハース） １２ａ 移動底部 １２ｂ 窪み（凹状鋳型面） １３ 下部水冷銅製鋳型 １３ａ キャビティ（凹部） １４ 水冷（タングステン）電極 １５ アダプタ １６ 真空チャンバー １８ 冷却水供給装置 １９ａ 冷却水導入口 １９ｂ 冷却水排出口 ２０ ＤＣサーボモータ ２１ プーリ ２２ アーク電源 ２３ 接続端子 ２４ ステッピングモータ ２６ 半導体レーザセンサー ２８，３４ ガス供給源（ガスボンベ） ３０ 油拡散真空ポンプ（ディフュージョンポンプ） ３２ 油回転真空ポンプ（ロータリーポンプ） ３６ プラズマアーク ３８ 溶融合金（溶融金属） ３９ アモルファス合金 ４０ 真空排気装置 ４２ 照明 ４４ 覗窓 ４６ 支持台 ４８ リニアガイド ５０，６６ 移動ナット ５２，６８ 駆動ボールねじ ５４ プーリ ５６ 無端ベルト ５８ 水冷流路 ６０ シース ６２ シール ６４ ヘッド ａ 水冷ハースの移動底部の移動方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 張 涛 宮城県仙台市太白区三神峯１丁目３−２− 104 (72)発明者 真 壁 英 一 宮城県仙台市宮城野区苦竹３丁目１番25号
Claims (3)
- 【請求項１】水冷鋳型上に金属材料を充填し、この金属
材料を溶融可能な高エネルギ熱源を用いて前記金属材料
を溶解後、得られた溶融金属を、ガスの差圧あるいは重
力を利用して鋳型下部より下方に設けられた縦型の水冷
鋳型に瞬時に鋳込み、金属溶湯の移動速度を速くし、大
きな冷却速度を得て、大型の金属ガラスを製造すること
を特徴とする差圧鋳造式金属ガラスの製造方法。 - 【請求項２】前記溶融金属を前記縦型の水冷鋳型ととも
に、少なくとも５０ｍｍ／ｓ以上の速さで移動すること
により得られる負圧の作用により溶湯速度を増大し、冷
却速度を加速する請求項１に記載の差圧鋳造式金属ガラ
スの製造方法。 - 【請求項３】前記縦型水冷鋳型により得られる金属ガラ
スの形状は、丸棒状、板状、パイプ状、角棒状、角パイ
プ状、異形棒状および異形パイプ状のいずれかである請
求項１または２に記載の差圧鋳造式金属ガラスの製造方
法。
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