JPH08333660A - Fe系金属ガラス合金 - Google Patents
Fe系金属ガラス合金Info
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Abstract
x 【数1】(Txは、結晶化開始温度を、Tgは、ガラス
遷移温度を示す)が40K以上のFe系金属ガラス合
金。 【効果】 バルク状体として、磁性特性を有するガラス
相合金(glassy alloy)が実現される。
Description
金に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
従来のアモルファス合金の薄帯に比べてはるかに大きな
厚みのあるバルク状合金として得られ、優れた磁気特性
をも有している新しい金属ガラス合金(glassy alloy)に
関するものである。
のものは、結晶化の前に過冷却液体の状態にある広い温
度領域を有し、これらは、金属ガラス合金(glassy allo
y)を構成することが知られている。そして、この金属ガ
ラス合金は、従来公知のアモルファス合金薄帯に比べて
はるかに厚いバルク状の合金となることも知られてい
る。
ては、Ln−Al−TM,Mg−Ln−TM,Zr−A
l−TM,Hf−Al−TM,Ti−Zr−Be−TM
(Lnはランタンド金属、TMは遷移金属を示す)系等
の組成のものが知られている。しかしながら、従来知ら
れているこれらの金属ガラス合金はいずれも室温におい
て磁性を持つことはなく、この点において工業的利用に
は大きな制約があった。
示すとしても、これらの過冷却液体の温度間隔△Tx、
すなわち結晶化開始温度(Tx)とガラス遷移温度(T
g)との差(Tx−Tg)が小さく、現実的には金属ガ
ラス形成能に乏しく実用性のないものであることを考慮
すると、上記の通りの広い過冷却液体の温度領域を持
ち、冷却によって金属ガラスを構成することのできる合
金の存在は、従来公知のアモルファス合金の薄帯として
の厚みの制約を克服するもので、冶金学的には大いに注
目されるものである。しかしながら、実用的には、常温
での磁性を持たない従来の金属ガラス合金ではどうして
も限界があった。
されたものであって、従来技術の限界を克服し、バルク
状金属として製造可能で、しかも磁性材料としての利用
が可能な、新しい金属ガラス合金を提供することを目的
としている。
課題を解決するものとして、次式で表わされる過冷却液
体の温度間隔△Tx
ス遷移温度を示す)が40K以上のFe系合金からなる
ことを特徴とするFe系金属ガラス合金(glassy alloy)
を提供する。また、この発明は、上記の合金として、そ
の組成にFeとともに、他の金属と半金属元素とを含有
することや、他の金属が第 IIIB族および第IVB族の金
属元素の少くともを1種以上であること、半金属元素が
P,C,BおよびGeの少くとも1種以上であること等
もその態様としている。
ていないバルク状合金としての構成を可能とする、室温
磁性を有する新しい金属ガラス合金を提供するものであ
る。鉄系の合金としては、Fe−P−C,Fe−P−
B,Fe−Ni−Si−B系等の組成のものがガラス遷
移を示すものとして観察されているが、これらの過冷却
液体の温度間隔△Txはいずれも25K以下と極めて小
さく、実際的に金属ガラス合金として構成することはで
きない。これに対し、この発明は、この過冷却液体の温
度間隔△Txが、40K以上、さらには60K以上とい
う顕著な温度領域を持つものとして、これまでの知見か
らはFe系合金としては全く予期されなかったものであ
る。しかも、磁性特性についても優れたこの発明の合金
は、まさに新規で、これまでのアモルファス合金が薄帯
としてしか現実的でないのに比べ、はるかにその実用性
に優れたものと言える。
上記の通り、Feを主成分とし、さらに他の金属と半金
属元素とを含有したものとして示すことができる。この
うちの他の金属は、周期表の第IIA族、第III Aおよび
III B族、第IVAおよびIVB族、第VA族、第VIA族お
よび第VII A族のうちから選択できるものであるが、な
かでも、第III B族、第IVB族の金属元素が好適なもの
として示される。たとえば、Al(アルミニウム)、G
a(カリウム)、In(インジウム)、Sn(スズ)で
ある。
o,Cr,Ni,Co,Ta,W等の金属も配合するこ
とができる。また、半金属元素としては、たとえばP
(リン)、C(炭素)、B(ホウ素)、Ge(ゲルマニ
ウム)が例示される。より具体的に例示すると、この発
明では、その組成が原子百分率で、 Al: 1〜10% Ga:0.5〜 4% P: 9〜15% C: 5〜 7% B: 2〜10% Fe: 残部 であって、不可避的不純物が含有されていてもよいFe
系金属ガラス合金が示される。Ge0.5〜4%が含有
されていてもよい。
f,Ta,Wを7%以下含有しても合金組成が、Ni1
0%以下、Co30%以下の含有合金組成等も例示され
る。いずれの場合でも、この発明においては、Fe系金
属ガラス合金は、過冷却液体の温度間隔△Txは、40
K以上、さらには60K以上である。以上の通りのこの
発明の金属ガラス合金においては、溶製して鋳造によ
り、あるいは単ロールもしくは双ロールによる急冷によ
って、さらには液中紡糸法や溶液抽出法によって、高圧
ガス噴霧によって、バルク状体、リボン状体、線状体、
粉末等の形状として製造することができる。この製造に
おいて、従来公知のアモルファス合金の場合に比べ、た
とえば10倍以上の厚み、径の大きさの合金を得ること
ができる。
ニール処理により、より良好な磁性を示す。このため、
優れたSoft ferromagnetic特性を有する材料として各種
の応用に有用なものとなる。なお、製造について付言す
ると、合金の組成、そして製造のための手段と製品の大
きさ、形状等によって、好適な冷却速度が決まるが、通
常は1〜102 K/s程度の範囲を目安とすることがで
きる。そして、実際には、ガラス相(glassyphase)に、
結晶相としてのFe3 B,Fe2 B,Fe3 P等の相が
析出するかどうかを確認することで決めることができ
る。
くこの発明の金属ガラス合金について説明する。
e−P合金およびBとを原料として、Ar雰囲気下にお
いてこれら原料を誘導溶解し、原子組成比がFe72Al
5 Ga2 P11C6 B4 の合金塊を製造した。このものよ
り、単ロール法によって、Ar雰囲気下に、断面積が
0.02×1.5mm2 のリボンを作成した。このもの
は、金属ガラス状態(glassy nature) にあることを、X
線回折とTEMにより確認した。また、ガラス遷移と結
晶化については、differential Scanning Calorimete
r) (DSC)により評価した。
と、X線回析パターンとを示したものであり、いずれの
ものも、上記の合金がガラス相のものであることを示し
ている。また、図3はDSC曲線を示したものであっ
て、この図3より、ガラス遷移(Tg)と結晶開始(T
x)温度との差(Tx−Tg)としてある過冷却液体の
温度間隔は61Kであることがわかる。
A)によって、スキャン速度0.33K/sで測定した
上記合金の融点(Tm)は、1271Kであり、Tg/
Tmの比は0.58であった。さらにこの合金の磁性特
性を評価したところ、室温での1.59kA/mでのヒ
ステリシスB−H曲線は、As-quenched のものと、72
3Kでの600sのアニール処理後のものは、各々、図
4に示す通りのものとなった。BsおよびHc、λs,
μeは各々次の表1の通りであった。
れたSoft Ferromagnetic特性を有していることを示して
いる。実施例2 実施例1と同様にして、原子組成が、Fe73Al5 Ga
2 P11C5 B4 の合金を溶製して、Cu金型において射
出成形して、断面円形の棒状合金試料を作成した。その
長さは約50mmとし、その径は、0.5〜2.0mm
とした。成形時の圧力は0.05MPaとした。
表面と良好な金属光沢を有していることそして、成形性
も良好であることが確認された。次いで、0.5%弗化
水素酸および99.5%蒸留水の溶液により293Kで
10sエッチングした後に、その断面を光学顕微鏡によ
り観察したところ、結晶相の存在は全く確認されず、ガ
ラス相からなることがわかった。
1.0mmのものについて図5に示したが、2θ=4
3.6度の周辺にブロードなピークが観察されるだけ
で、結晶相に対応するピークは全く確認されないことが
わかる。これによって、その径が1.0mmであって
も、得られた合金はガラス相からなるものであることが
わかる。
mm径の合金試料と、実施例1と同様のリボン状試料と
についてのDSC曲線を示したものである。いずれのも
のも、ガラス遷移温(Tg)が732K、結晶化開始温
度(Tx)が785Kであって、過冷却液体の温度間隔
(△Tx)は、53Kであることがわかる。図7は、ヒ
ステリシスB−H曲線を示したものである。そして、磁
性特性は実施例1と同等のものとして確認された。
何ら限定されるものではない。その組成、製造法、アニ
ール処理、形状等について様々な態様が可能であること
は言うまでもない。
従来のアモルファス合金薄帯の厚み等の制約を克服し、
バルク状体として提供可能であって、しかも磁性特性を
有するものとして応用が期待されるFe系金属ガラス合
金が提供される。
ーン写真である。
Claims (10)
- 【請求項1】 次式で表わされる過冷却液体の温度間隔
△Tx 【数1】 (Txは、結晶化開始温度を、Tgはガラス遷移温度を
示す。)が40K以上のFe系合金からなることを特徴
とするFe系金属ガラス合金。 - 【請求項2】 その組成に、Feとともに、他の金属と
半金属元素とを含有する請求項1のFe系金属ガラス合
金。 - 【請求項3】 半金属元素が、P,C,BおよびGeの
少くとも1種以上である請求項2のFe系金属ガラス合
金。 - 【請求項4】 他の金属元素が、第III B族および第IV
B族の金属元素の少くとも1種以上である請求項2また
は3のFe系金属ガラス合金。 - 【請求項5】 他の金属元素として、AlおよびGa、
InもしくはSnの少くとも1種が含有されている請求
項2ないし4のいずれかのFe系金属ガラス合金。 - 【請求項6】 その組成が、原子百分率として、 Al: 1〜10% Ga:0.5〜 4% P: 9〜15% C: 5〜 7% B: 2〜10% Fe: 残部 であって、不可避的不純物が含有されてもよい請求項1
ないし5のいずれかのFe系金属ガラス合金。 - 【請求項7】 その組成に、原子百分率で、Ge0.5
〜4%が含有されている請求項6のFe系金属ガラス合
金。 - 【請求項8】 その組成に、原子百分率で、Nb,M
o,Hf,Ta,WおよびCrの少くとも1種以上が7
%以下含有されている請求項1ないし7のいずれかのF
e系金属ガラス合金。 - 【請求項9】 その組成に、原子百分率で10%以下の
Niおよび/または30%以下のCoが含有されている
請求項1ないし8のいずれかのFe系金属ガラス合金。 - 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれかの合金を
アニール処理してなるFe系金属ガラス合金。
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