JPH11189855A - ジルコニウム系非晶質合金 - Google Patents
ジルコニウム系非晶質合金Info
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- JPH11189855A JPH11189855A JP9367626A JP36762697A JPH11189855A JP H11189855 A JPH11189855 A JP H11189855A JP 9367626 A JP9367626 A JP 9367626A JP 36762697 A JP36762697 A JP 36762697A JP H11189855 A JPH11189855 A JP H11189855A
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Abstract
造材として利用することができるバルク状のジルコニウ
ム系非晶質合金を提供することにある。 【解決手段】 一般式:Zr100-X-Y-a-b TiX AlY
Cua Nib (ただし、式中のa,b,X ,Y は原子比
率であり、X <10,Y >5,Y <−(1/2)X+35/2,15≦
a≦25,5≦b≦15を満足する)で表される組成を有す
る。また、50体積%以上の非晶質相から成る。
Description
するジルコニウム系非晶質合金に関する。
べて、磁気的性質や機械的性質及び化学的性質等におい
て優れた特性を有することが知られており、この非晶質
相を形成できる合金組成もFe系、Ni系、Co系、A
l系、Zr系あるいはTi系と多く開発されている。ま
た、非晶質合金は一般に溶融状態の合金を急冷すること
により得られるが、その製法としては、薄帯を得る単ロ
ール法や双ロール法、細線を得る回転液中紡糸法、粉末
を得るアトマイズ法やキャビテーション法、などが種々
提案されている。
従来の方法によって得られる非晶質合金は、小さい質量
のものがほとんどであり、バルク材を得ることは困難で
あった。従って、優れた機械特性を有する非晶質合金が
構造材として殆ど応用(利用)されることがなかった。
そのため、大型のバルク材を得る方法として、過冷却液
体領域を有する非晶質粉末を押出し加工する方法や、銅
鋳型などに鋳造する方法も試みられているが、押出し加
工する方法では、一気に作製される薄帯の強度を得ると
ころには至っていないことや、製造工程が多く、また製
造設備が大規模である等の欠点があった。鋳造する方法
では、溶融金属を銅鋳型に順次流し込むことになり、結
果として溶融金属の融点以下の冷却界面どうしを重ね合
わせることになって、湯境が生じたり、非晶質の領域が
後に供給される溶湯の熱によって結晶化してしまい、多
くの欠陥を含有するという欠点があり、この欠陥に大き
く依存する強度の点で問題があってバルク材(構造材)
として利用することができなかった。
て得られるというものではなく、ある特定の合金組成に
おいて良好な非晶質の形成能を示したり(非晶質が得ら
れる)、良好な機械的特性などを示すが、ある製法にお
いて最も良好な非晶質が得られた組成比が、他の製法に
おける最も良好な非晶質が得られる組成比に必ずしも一
致しないということが、本発明者による多大な試行錯誤
を繰り返した実験によって判明した。
し、強度特性に優れると共に、加工性が良く、構造材と
して利用することができるバルク状のジルコニウム系非
晶質合金を提供することを目的とする。
めに、本発明に係るジルコニウム系非晶質合金は、一般
式:Zr100-X-Y-a-b TiX AlY Cua Nib (ただ
し、式中のa,b,X,Y は原子比率であり、X <10,Y
>5,Y <−(1/2)X+35/2,15≦a≦25,5≦b≦15
を満足する)で表される組成を有し、かつ、50体積%以
上の非晶質相から成るものである。
た、比強度が2.38×106 cm以上である。また、溶解可能
な高エネルギー源を用いて溶解された溶融金属を、該溶
融金属の融点以下の冷却界面どうしを重ね合わせること
なく押圧して、融点以上の上記溶融金属に圧縮応力及び
剪断応力の少なくとも一方を与えて所定形状に変形し、
変形と同時にもしくは変形後に上記溶融金属を臨界冷却
速度以上で冷却して、上記所定形状に形成したものであ
る。
溶解された溶融金属を、該溶融金属の融点以下の冷却界
面どうしを重ね合わせることなくプレス金型にて押圧し
て、所定形状に変形し、変形と同時にもしくは変形後に
上記溶融金属を臨界冷却速度以上で冷却して、上記所定
形状に形成したものである。
づき、本発明を詳説する。
金は、一般式:Zr100-X-Y-a-b TiX AlY Cua N
ib で表される組成を有し、かつ、体積率が50%以上の
非晶質相から成ることを特徴としている。ただし、式中
のa,b,X ,Y は原子比率であり、X <10,Y >5,
Y <-(1/2)X +35/2,15≦a≦25,5≦b≦15を満足し
ている。
する製造方法によって作製されたものであることを特徴
としている。
を作製することができる装置Fを示している。この製造
装置Fは、上型4・下型5から成るプレス金型6と、下
型5のキャビティ部7に設置した金属材料26をアーク溶
解するためのアーク電極(タングステン電極)8と、プ
レス金型6の上型4・下型5及びアーク電極8に冷水を
循環供給する冷却水供給装置9と、プレス金型6及びア
ーク電極8等を収納する真空チャンバー10と、モータ13
にて駆動されると共に下型5を水平方向へ移動させる下
型移動機構11と、モータ14にて駆動されると共に上型4
を上下方向に移動させる上型移動機構12と、を備えてい
る。
状である。具体的に説明すると、上型4の下面は平面状
であると共に、下型5は平面状のキャビティ部7を有
し、上型4の下面と下型5の上面とが相互に重なり合う
パーティング面とされている。
の製造方法を説明すると、図1と図2(イ)に示すよう
に、先ず、下型5のキャビティ部7に、金属材料26を設
置する。なお、この金属材料26───即ち、上記一般式
で表される合金組成の材料───としては、高エネルギ
ー熱源(図例ではアーク電極8及びアーク電源)による
急激な溶融がより容易なように、粉末状やペレット状の
ものが好ましいが、急激な溶融が可能であれば線状や帯
状や棒状や塊状などの形状のものでもよい。
く、モータ13にて下型移動機構11を駆動して下型5を水
平方向(矢印A方向)に移動させ、アーク電極8の下方
位置にて停止させる。そして、アーク電源をONにして
アーク電極8の先端から金属材料26との間にプラズマア
ーク27を発生させ、金属材料26を完全に溶解して溶融金
属28を形成させる。
如く、アーク電源をOFFにしてプラズマアーク27を消
す。そして、速やかに下型5を上型4の下方位置(矢印
B方向)に移動させると共に、モータ14及び上型移動機
構12にて上型4を下降(矢印C方向)させて、得られた
融点以上の溶融金属28を上型4・下型5にて押圧して所
定の形状に変形する。即ち、溶融金属28に圧縮応力と剪
断応力が付加される。変形と同時にもしくは変形後、冷
却されているプレス金型6にて溶融金属28を臨界冷却速
度以上で冷却し、それによって溶融金属28が急速に固化
して所定形状のZr系非晶質合金1が作製される。
もっている間、即ち凝固するまでの間常に圧力をもって
溶湯とプレス金型6が接している───即ち、上型4と
下型5とで溶融金属28を押圧する───ことから、熱伝
導率が極めて高く、効果的に溶湯を冷却することができ
る。この点が、冷却媒体(例えば回転ロール)と溶湯の
接触時間が短い薄帯の製造手段と大きく異なる点であ
り、また、鋳型に溶湯を鋳込む鋳造法における、急冷さ
れた溶湯が凝固する際に生じる収縮により長時間に渡る
十分な鋳型との接触が保たれない点とも大きく異なる点
である。これらの相違点により、本合金組成は、特に、
図1及び図2で説明した製造方法において、融点Tm
(°K)に対するガラス転移温度Tg(°K)の比率Tg
/Tmが大きくなって優れた非晶質形成能を示すと共に、
大型な成型品を得ることができる。
1は、優れた機械的特性(ビッカース硬度、引張強度
等)を有している。また、結晶化温度Tx とガラス転移
温度Tg との差で表される過冷却液体領域の温度幅ΔT
=Tx −Tg が大きく、非晶質状態のまま塑性変形が可
能なものとなる。つまり、優れた強度特性を有すると共
に、塑性加工も行うことができ、優れた構造材料として
応用することができる。
X AlY Cua Nib (式中のX ,Y ,a,bは原子比
率)で表される組成を有し、かつ、50体積%以上の非晶
質相から成る本発明のZr系非晶質合金は、X <10,Y
>5,Y <-(1/2)X +35/2,15≦a≦25 ,5≦b≦15
を満足するものであるが、望ましくは、X ≦7.5、か
つ、Y ≧7.5 、かつ、Y ≦-(1/2)X +65/4である。特
に、X ≦7.5 とすることによって、過冷却液体領域の温
度幅ΔTが40K以上となる。これによって、得られる非
晶質合金の温度を過冷却液体領域の温度幅内にコントロ
ールしやすくなり、塑性加工が容易となる。なお、X ≧
10、Y ≦5、Y ≧-(1/2)X +35/2であると、Zr系非晶
質合金中の非晶質相が(50体積%以上であったとして
も)その50体積%近傍の値であり、乃至、50体積%未満
となる。よって、強度的に問題を生じてしまう。
iX AlY Cu20Ni10)を、図1及び図2で説明した
如く、アーク放電により加熱溶融し、プレス成型を行っ
て、厚み寸法t=2.5mm のZr系非晶質合金から成るプ
レート状試料を作製した。そして、得られた各試料につ
いて、密度、ビッカース硬度(Hv)、引張強度(σ
f)、過冷却液体の領域の温度幅(ΔT)、融点(T
m)に対するガラス転移温度(Tg)の比率(Tg/T
m)、比強度(σf/ρ)、非晶質相の体積率を測定
し、その結果を表1及び図3〜図7に示した。なお、表
2に、本発明の合金組成の範囲から逸脱した組成域の試
料を、比較例として示す。
む範囲M内(グラフ線30, 31, 32上の境界は含まない)
に、本発明のZr系非晶質合金から成る各試料の結果を
表している。グラフ線30は X=10を表し、グラフ線31は
Y=5を表し、グラフ線32はY =−(1/2)X+35/2を表
す。図3から明らかなように、この範囲M内のもの(◎
のもの)は非晶質相が50体積%以上の組成をもち、その
うちグラフ線33,34,35で囲む範囲M1 内(グラフ線3
3, 34, 35上も含む)のもの(◎のもの)はさらに引張
試験における破断面にねばさを示す脈状模様が現れてお
り、引張強度が1500MPa 以上、比強度が2.38×106 cm以
上と高い強度をもっている。なお、グラフ線33は X=7.
5 を表し、グラフ線34は Y=7.5 を表し、グラフ線35は
Y=−(1/2)X+65/4を表している。これに対し、比較例
のもの(○,●のもの)は、範囲M外に分布し、そのう
ち○のものは、非晶質相が約50体積%であるものの破断
面に脈状模様が現れておらず、◎のものに比べて強度が
若干低くなっている。また、●のものは、非晶質相が50
体積%未満であって○のものよりも小さく、不十分な強
度しか得られなかった。
本発明の合金組成のものよりも常に劣っていることが予
測される。なお、比強度はさらに、2.53×106 cm以上が
好ましく、 Y≧10とすることにより達成される。また、
範囲M内の非晶質合金の融点、密度、ビッカース硬度に
着目すると、 Xが大きいほど、融点が低い、密度が小さ
い、ビッカース硬度が大きい、となっており、よって、
X≧ 2.5、さらに X≧5が好ましい。
に記載する効果を奏する。
くても非晶質を得ることができる合金組成となる。つま
り、従来の冷却速度で得られる成型品(非晶質合金)の
大型化を行うことができる。そして、本発明のZr系非
晶質合金は、優れた強度特性(特に、比強度)を有し、
かつ、加工性に優れ、安定した形成能を有するものであ
るため、優れた構造材として応用(利用)することがで
きる。
度特性を有し、優れた構造材として、種々の広範囲の用
途に利用可能となる。 (請求項4又は5によれば)一気に簡単な工程で再現性
よく作製して、湯境などの欠陥のない強度特性に優れた
Zr系非晶質合金を得ることができる。
て溶融金属28を押圧変形し、上型4・下型5にて効果的
に溶融金属28を冷却することができるので、より大きい
Zr系非晶質合金を得ることができる。
置の構成説明図である。
示す説明図である。
を示すグラフ図である。
示すグラフ図である。
図である。
図である。
フ図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 一般式:Zr100-X-Y-a-b TiX AlY
Cua Nib (ただし、式中のa,b,X ,Y は原子比
率であり、X <10,Y >5,Y <−(1/2)X+35/2,15≦
a≦25,5≦b≦15を満足する)で表される組成を有
し、かつ、50体積%以上の非晶質相から成るジルコニウ
ム系非晶質合金。 - 【請求項2】 引張強度が1550MPa 以上である請求項1
記載のジルコニウム系非晶質合金。 - 【請求項3】 比強度が2.38×106 cm以上である請求項
2記載のジルコニウム系非晶質合金。 - 【請求項4】 溶解可能な高エネルギー源を用いて溶解
された溶融金属28を、該溶融金属28の融点以下の冷却界
面どうしを重ね合わせることなく押圧して、融点以上の
上記溶融金属28に圧縮応力及び剪断応力の少なくとも一
方を与えて所定形状に変形し、変形と同時にもしくは変
形後に上記溶融金属28を臨界冷却速度以上で冷却して、
上記所定形状に形成した請求項1記載のジルコニウム系
非晶質合金。 - 【請求項5】 溶解可能な高エネルギー源を用いて溶解
された溶融金属28を、該溶融金属28の融点以下の冷却界
面どうしを重ね合わせることなくプレス金型6にて押圧
して、所定形状に変形し、変形と同時にもしくは変形後
に上記溶融金属28を臨界冷却速度以上で冷却して、上記
所定形状に形成した請求項1記載のジルコニウム系非晶
質合金。
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