JPS5830383B2 - 超高強度ガラス状合金 - Google Patents

超高強度ガラス状合金

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JPS5830383B2
JPS5830383B2 JP53164643A JP16464378A JPS5830383B2 JP S5830383 B2 JPS5830383 B2 JP S5830383B2 JP 53164643 A JP53164643 A JP 53164643A JP 16464378 A JP16464378 A JP 16464378A JP S5830383 B2 JPS5830383 B2 JP S5830383B2
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glassy alloy
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ランジヤン・レイ
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ARAIDO CORP
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C45/00Amorphous alloys
    • C22C45/02Amorphous alloys with iron as the major constituent

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  • Metallurgy (AREA)
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  • Continuous Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガラス質合金、特に超高強度を示す鉄−クロム
−モリブデン−ボロン系のガラス質合金に関する。
復合材料の強度増加にフィラメント状の超高強度合金が
必要とされている。
従来、結晶性合金のフィラメントは複合材料に充分な強
度を与えてきた。
しかし最近の工業材料には、以前必要とされたよりも高
い強度が求められている。
最近チェノ等の米国特許3856513号中に開示され
たようなガラス状合金ハ35155kg/CrrI2(
500kpsi)かそれ以上の最大引っ張り強度を有す
ることが証明されている。
マスモト等の米国特許3986867号は鉄−クロム基
体ガラス質合金を開示している。
これらの合金は優れた機械的特性、耐腐触性、熱抵抗を
持つと発表されている。
ボロン含有量が15〜20原子パーセントであるような
鉄−クロム−ボロンガラス状合金の中のあるものは最大
引っ張り強度26015〜30936kg/cm2(3
70〜440kpsi )を持つと開示されている。
ボロン含有量が5原子パーセントであるような鉄−クロ
ム−Mo−リン−炭素−ボロン系ガラス質合金について
は最大引っ張り強度が33749〜40780に9/c
Ir12 (480〜580kpsi)であると開示さ
れている。
ボロン含有量が25〜30原子パーセントであるような
鉄−クロム−リン−炭素−ボロン系のガラス質合金につ
いては最大引っ張り強度は約36913に9/crrF
(525kpsi )と開示されている。
しかしながらリンが含まれるとガラス質合金の熱的安定
性が劣化することも知られている。
(例えば、Luborsky等、J、 Appl、 p
hys、 47.364850(1976)及びPo1
k等による1977年10月4日の米国特許40522
01等参照。
)マスモト等によるリンを含む合金の結晶化温度は典型
的には約370〜515℃である。
本発明によれば、56〜68原子パーセントの鉄、4〜
9原子パーセントのクロム、1〜6原子パーセントのモ
リブデンおよび27〜29原子パーセントのボロン等よ
り実質的なる超高強度ガラス質合金が提供される。
これらの合金は少くとも38671kg/CIf12(
550kpsi )の最大引っ張り強度を示し、多くの
ものが49217kg/Cm2(700kpsi)に近
い値を示す。
又、これらのガラス状合金は、リンを含む同様な組成の
ガラス質合金よりも優れた熱的安定性を示す。
本発明のガラス質合金は主として56〜68原子パーセ
ント(69,7〜86.4重量パーセント)の鉄、4〜
9原子パーセント(4,7〜10.4重量パーセント)
のクロム、1〜6原子パーセント(2,2〜12,8重
量パーセント)のモリブデンおよび27〜29原子パー
セント(6,6〜7.0重量パーセント)のボロン及び
付随的な不純物よりなる。
本発明のガラス質合金の例には、Fe60Cr6Mo6
B2g、Fe64Cr4Mo5B27 #及びF e
67Cr4Mot 132g (数字は原子パーセン
ト。
)が含まれる。
本発明のガラス質合金は少くとも38671に9/am
2(550kpsi )の最大引っ張り強度(UTS)
を示し、多くの組成が49217に9/cm2(700
kpsi )の値を示す。
例えばFe 60Cr 6 Mo 6 B2Bは489
36に9/Crf12(696kpsi)のUTSを示
す。
さらに本発明のガラス質合金は500°C以上の結晶化
湿度(Tc)を示し、多くの組成が600℃近辺の値を
示す。
例えばFe64Cr4Mo5B27 は603℃のT
cを示す。
元素の種類及び量が前記した場合とずれるとかなり特性
が劣化する。
例えば、クロムの含有量が4原子パーセント以下に減少
した場合即ちFe64Cr4Mo3B2g からFe
66 Cr 3Mo 382Bになった場合UTSは4
3592ky/cfn” (620kpsi)から36
069に9/Cm2(513kpsi )(173パー
セントの減少)となる。
モリブデン含有量が6原子数以上に増加した場合、即ち
Fe 5g Cr6Mo682gからFe 53 Cr
5Mo 16 B27になった場合UTSは4183
4ky/Crr12(595kpsi)から30803
に9/Crri2 (495kpsi:(16,9パー
セントの減少)となる。
鉄、クロムモリブデン及びボロン等についてもその含有
量が前記した範囲より多いか少ない場合には同様なUT
Sの減少が起る。
ここで用いられる。
「ガラス質−1という言葉の意味は構成原子が不規則な
配列をしている状態を意味する。
即ち長距離規則性がない。このようなガラス状物質は波
長がO,,01〜50大のX線領域の電磁気放射線に当
てられると広い。
ぼんやりした回折ピークを示す。
これは構成原子が規則的配列をなし、鋭い回折ピークを
示す結晶性物質と対照的である。
ここで用いられる「フィラメント1という言葉の意味は
その断面寸法がその長さより非常に小さい細長い物体で
例えばリボン、針金、スト−リップ(細長い小片)、シ
ート及び類似のもので規則的又は不規則的な断面を有す
るものを意味する。
ここで述べられているすべての物質の純度は正規の市販
品の水準である。
しかし少量の(数原子数パーセント以下)合金化する元
素が加わったとしても最大引っ張り強度が低下すること
はない。
そのような元素は最初の構成要素に含まれているか、後
に添加することにより(合金中に)存在する。
そのような添加は、例えば、ガラス形成能力を改良する
ために加えられる。
適切な添加の例としては、■Bから■B及び■までの遷
移金属元素(もちろん本発明に用いられるものを除く)
及び非金属元素即ち炭素、シリ′コン、アルミニウム、
リン等がある。
成る応用においてはガラス質合金の熱的安定性は重要な
特性である。
熱的安定性は合金の温度一時間転移挙動により特性ずけ
られ部分的には熱分析(DTA)により決定されろ。
DTAの観察により同一の結晶化温度を有するとされた
ガラス質合金も同一の熱処理サイクルにさらされた場合
界る脆化挙動を示すことがある。
DTA測定により結晶化温度Tcはガラス質合金を加熱
しく約20〜b 1・ておける熱の放出があるか否かを調べ又一定の湿度
範囲(ガラス転移温度)における熱の吸収があるか否か
を調べること等により正確に決定される。
一般には、ガラス転移温度は最も低いか又は最初の結晶
化温度Tcに近く、粘度範囲が約101”〜1014ホ
イズの温度である。
本発明のガラス質合金は望ましい組成の溶融物を少くと
も約10”C/秒の速度で冷却することにより得られる
文献により知られているように板状に冷却された箔や、
急速冷却されたほとんど連続的なフィラメントの製造方
法は多種にわたる。
典型的な例としては先ず一定組成が選択され適切な比率
の元素の粉又は粒が溶融され均一化され、溶融した合金
は高速回転する筒のような低温の表面上で急速に冷却さ
れる。
本発明におけるガラス質合金のフィラメントは高い強度
と熱安定性を有し、高温で使用される複合材料の補強材
に有用である。
実施例 例、■ 高純度(99,9パーセント)の構成元素から
合金を製造した。
全重量30.9の元素を1O−3Torrの真空中で石
英ルツボに入れ誘導加熱により溶融した。
溶融した合金を液相線温度より150°〜200°高温
に10分間保持した後室湛において、ゆっくりと冷却固
化する前に完全に均一化した。
合金を粉砕し完全に均一であることを調べた。
約io、yの合金を、底に254□(0,010インチ
)の直径の穴を有する石英ルツボ中に入れ、10”To
rrの真空下で、液相線湿度以上150℃に溶融した。
本実験で用いられた低温の基板は適切な高い強度と熱伝
導率を有する熱処理されたベリリウム銅合金である。
基板物質は04〜07重量パーセントのベリリウム、2
.4〜2.7重量パーセントのコバルトおよび残りは銅
である。
該基板はその表面速度1219771/分(4000f
t/rnin )で回転している。
該基板とルツボは1O−3Torrの、真空槽内にある
溶融物はその上から0.351<g/cm2(5psi
)のアルゴンガス圧力を加えることにより溶融した糸状
の噴出物にされた。
この溶融した噴出物は、回転する基板の内側表面に垂直
に衝突する。
低温鋳造されたリボンは基板の表面に向ってリボンに働
く遠心力によって基板と良く接触している。
リボンは、噴出物が衝突した点から円周の2/3離れた
点で圧力2.1ky/Cln2(30psi )のアル
ゴンガスにより基板から離される。
金属性のガラスリボンを鋳造する工程中、真空槽を20
Torrの真空下に保持した。
鋳造工程に先立ち基板を320番のエメリー紙で研磨し
アセトンを用いて洗浄、乾燥した。
鋳造直後のリボンは良い端部と表面を持ちその寸法は厚
さ25.4〜30,5μ(0,001〜0.00121
nch)で幅381〜508μ(0,015〜0.02
1nch)である。
最大引っ張り強度は、鋳造直後の状態で端部を研磨して
いない試料を用い、インストロン(lN5TRON)試
験機により測定した。
ゲージ長は25.4mπ(11nch ) でありク
ロスヘッドスピードはo、 508mm1分(0,02
i n/min ) であった。
結晶化温度はDTAを用い昇温速度約20’C/分で測
定した。
次に示す表−1の値は、本発明の(組成)範囲にあるい
くつかの組成の最大引っ張り強度(kg/α、kpst
)及び結晶化温度(℃)である。
表1に見られるように、最大引っ張り強度は、3867
1ゆ7crr?’ (550kpsi )以下であり
イくツかの組成では49217に9/cfrI2 (7
00kp s i )に近い。
さらに結晶化温度は非常に高く、530℃であり、いく
つかの組成では600℃に*近い。
*例、2 本発明の(組成)範囲を外れろいくつかの組
成のガラス質合金の連続したリボンを例1と同様に製造
した。
表−2にこれらの組成の最大引っ張り強度な示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 156〜68原子パーセントの鉄、4〜9原子パーセン
    トのクロム、1〜6原子パーセントのモリブデン及び2
    7〜29原子パーセントのボロン並びに付随的な不純物
    よりなる組成を有する実質上完全にガラス質の合金。 2 前記ガラス質合金の形態がフィラメント状である特
    許請求の範囲第1項に記載のガラス質合金。 3 前記組成が実質上F”e60 Cr6 MO6B2
    s pFe64 Cr4 Mo5 B27及びFe67
    Cr4 MolB28よりなる群から選択されるひと
    つの組成である特許請求の範囲第1項に記載のガラス質
    合金。
JP53164643A 1978-01-03 1978-12-26 超高強度ガラス状合金 Expired JPS5830383B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

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JPS5497526A JPS5497526A (en) 1979-08-01
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EP (1) EP0002909B1 (ja)
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