JPS5830383B2 - 超高強度ガラス状合金 - Google Patents
超高強度ガラス状合金Info
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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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- JP
- Japan
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- glassy
- atomic percent
- alloy
- glassy alloy
- alloys
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C45/00—Amorphous alloys
- C22C45/02—Amorphous alloys with iron as the major constituent
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- 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。
−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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
)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。
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。
.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。
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。
)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/866,676 US4140525A (en) | 1978-01-03 | 1978-01-03 | Ultra-high strength glassy alloys |
Publications (2)
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---|---|
JPS5497526A JPS5497526A (en) | 1979-08-01 |
JPS5830383B2 true JPS5830383B2 (ja) | 1983-06-29 |
Family
ID=25348142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP53164643A Expired JPS5830383B2 (ja) | 1978-01-03 | 1978-12-26 | 超高強度ガラス状合金 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4140525A (ja) |
EP (1) | EP0002909B1 (ja) |
JP (1) | JPS5830383B2 (ja) |
CA (1) | CA1093864A (ja) |
DE (1) | DE2860798D1 (ja) |
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Also Published As
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