JPH0830202B2

JPH0830202B2 - 非晶質合金ブロックの製造方法

Info

Publication number: JPH0830202B2
Application number: JP62189803A
Authority: JP
Inventors: 能人河村; 正司赤井; 誠高木
Original assignee: 日本電装株式会社
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: US4921410A; JPH0215134A

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、液体急冷法、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10GPa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437766
22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対１（約70％）の割合で押出し加工をし、円柱状
の非晶質合金ブロッ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、容器を密閉後同じように塑性遷移
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。

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ト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、ビ
レット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
100％非晶質状態が保たれていないと、その非晶質合金
が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論理密度の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90kgf/mm²以上400k
gf/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29mm、内径26mm、延
性を有するS45C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SKD61QT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14との間に、非晶
質合金粉末（組成：Fe₇₈B₁₃Si₉、粒径:54〜105μｍ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50％であっ
た。非晶質合金18を充填後、容器10を約10^-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（S45C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12K/minで、それ以上は約3K/minであっ
た。押し出し型（ダイス）24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
％、進入角度は90°、押し出し速度は約6mm/secであっ
た。また、押し出し型24の入口部の直径Ｄは、成形ビレ
ット22の直径とほぼ等しく設定してある。

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、クラックの有無、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0.1mm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ト22′を作製し、そのビレッ
ト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。成形後のビレット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は成形後のビレットの径方向の単位長
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
てロックエェル硬さ（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、SKD61QT材でできた直
径8mm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0.65
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、S45CQT材でできた直径
12mm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84kgf/mm
²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：Co₆₉，Fe₄，Ni₁，Mo₂，B₁₂，Si₁₂，粒径54〜105μ
ｍのフレーク状粉末）を用い、実施例１と同様な成形ビ
レット22を作成し、425℃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と同じように測定した。
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℃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内に芯材14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29mm、内径26mmのS45C材の容器10に、粒径54〜10
5μｍのFe₇₈B₁₃Si₉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^-5Tprr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S45C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℃に加熱した後、直ちに約260℃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℃までは約12K/minで、それ以上は約
3K/minであった。また、押し出し型24の入口型の直径Ｄ
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じ条件及び方法
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０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90kgf/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10
0％（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400kgf/mm²は好ましい。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/mm²〜400kgf/mm²が好ましい。

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、中心部分の線断ひず
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。

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。

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ビレットの断面図、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）〜（ｄ）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
……成形ビレット,26……非晶質合金部分,28……非晶質
合金ブロック,30……黄銅板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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/mm²以上400kgf/m
m²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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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/mm²以上400kgf/mm²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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。