JPS601376B2 - 強度および耐食性にすぐれた非晶質合金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は強度および耐食性にすぐれた非晶質合金に関す
るものである。

最近繊維強化あるいは積層複合材料が進歩しつつありそ
の素材としての金属繊維及び箔については高品質化と安
価な提供が強く要望されている。

金属は一般に強度靭性などの面ですぐれた材料であるが
繊維または箔状にすることは多くの工程を必要とし多額
の製造費用を要する。たとえば金属ひげ結晶は高い強度
を有する理想的な繊維材料であるが、溶液からの析出、
還元、蒸気の凝集など化学反応や相変化によって作られ
るために高価であり、また量産も困難である。また金属
細線たとえばピアノ線は冷間伸線と中間焼鈍をくりかえ
す工程をとるため価格は極めて高い。

金属箔についても同様である。そこで溶融金属から直接
金属繊維や金属箔を作る手法がこれらの安価な製造手段
として研究されてきた。

しかし従来の手法によって製造された金属繊維や箔は強
度及び延鋤性の点で極めて不十分であった。最近にいた
り、鉄またはニッケルに十数％のリンと数％の炭素ある
いはさらに数％のクロムを含有させた合金を溶融状態か
ら熱伝導のよい金属導体上に吹きつけて急冷凝固させ、
非晶質化することによって強度、延籾性ともにすぐれた
材料が得られることが見出された。しかしながらこのよ
うな非晶賀状態を得ることは成分系及び冷却条件に多分
に依存し、従来発表されている成分系は経験的に上記の
範囲に限られていた。そこで本発明者らは非晶質状態を
得るための成分系及び製造条件について広範囲な研究を
行ない、さきに基本成分として週期律表第８族遷移元素
の鉄、コバルト、ニッケルのいずれかあるいはこれらの
混合成分をベースに、半金属元素の二種以上を添加すれ
ばよいことを見出した。

このようにして得られた非晶質金属は従来の結晶質の急
冷凝固金属とくらべると格段にすぐれた強度と延靭性を
備えている。しかしこれらの大部分は結晶化温度が低く
、そのため強度、耐食性の点で従来のものに比べすぐれ
ているとはいいながらこれらの性質が更に改善されれば
用途拡大のうえで非常に有効である。

そこで本発明者らは上記の基本成分をもとに種々の合金
添加の効果を検討し、クロム、モリブデン、タングステ
ンの適期律表第飴族元素の添加がこの目的に対して有効
であることを見出した。すなわちクロム、モリブデン、
タングステンの添加は結晶化温度を高めて非晶賞として
の使用温度の上限を高めるとともに強度も高く、さらに
耐食性でもすぐれることを見出した。本発明における第
飴族元素の添加量は合金全体を非晶質化するという観点
から定められるべきであって、そのためには合金全体の
融点がその合金を構成する第８族元素のいずれかと、添
加される半金属元素のいずれかとの二元合金の共晶温度
のうち、もっとも高い温度からプラス１５０ｏｏ以内に
なるようにすることが有効である。

また本発明者らは冷却条件は合金を熔融状態から３００
００までを毎秒１ぴ℃以上速さで急冷することが必面な
ことを見出した。

なおこ）で非晶質構造とは通常のＸ線回折では金属結晶
に特有な回折線が認められない状態をいう。

また半金属元素とはほう素、炭素、けし、素、りんを指
す。本発明においては合金の母体をなす第８族遷移元素
としては鉄、コバルト、ニッケルの３元素を対象とした
が、他の第８族元素も同様の効果を持ち得るであろうこ
とは容易に考えられる。また成分として不可避不純物が
ふくまれてし、ても差支えないことはいうまでもない。
上記の成分の組合せが非晶質金属合金をつくり易いうえ
に結晶化温度が高く、強度、耐食性にすぐれる理論的根
拠は現在明らかではない。

本発明は非晶質構造形成傾向と添加元素の種類及び冷却
速度との関係を系統的に実験した結果得られたものであ
る。すなわち本発明者らの研究によって添加元素の種類
について週期律表上の規則性が明らかになった。本発明
の要′点の一つは第８族遷移元素と半金属元素とを組合
せることによって非晶質状態を確保し、その特性改善の
ために第舷族元素を添加することにある。従来鉄、ニッ
ケルあるいはパラジウムをベースとした非晶質金属が発
表されているが、本発明者はベースになる鉄を他元素で
おきかえる一連の研究の結果、ニッケルのみならずコバ
ルトで置換しても非晶質金属が得られるが、第８族から
はずれたマンガン、銅による置換は非晶質になりにくい
ことを見出した。一方、これらのベース成分と組合され
る元素としては、従来りん十数％、炭素数％の同時添加
が知られていた。

しかし本発明者らはこれについても広範囲な研究を行い
、りんとほう素、りんとけし、素、あるいはほう素と炭
素とげい素の組合せのような半金属元素の組合せが広範
囲に有効であることを見出し、さらにこれに周期律表第
鉾族の元素をある限度まで添加しても非晶質が確保され
ることを見出した。これらの添加量については従来の研
究では鉄あるいはニッケル以外の添加元素はそれらの総
量が約２０原子％に限られていて成分設計上の規則的な
指針は得られていなかった。

そこで本発明者らは広範囲な実験をっみ重ねた結果、合
金の融点が一つの基準となり、かつそれはベースとなる
第８族元素と添加される半金属元素のいずれかとの二九
合金の共晶温度との関係で定められることを明らかにし
たものである。すなわち前にのべたように、合金の融点
をある程度以上低くすることが必要で「それはベースと
なる鉄、コバルト、ニッケルのいずれかと「添加される
半金属元素のいずれかとの二元合金の共晶温度のもっと
も高いものよりプラス１５０ｑｏ以下のぞましくは１０
０００以下になるように第稗族元素をふくめて成分を調
整することが有効であることを見出した。もちろんこの
ように合金成分を調整しても冷却速度によっては非晶質
金属を得ることは不可能であって、溶融状態から十分速
く凝固、冷却することが必要である。

急冷が必要な領域は第一には凝固時であるが、凝固後高
温状態に長く保持される時は原子拡散によって結晶化す
るので凝固後も十分な冷却速度をとることが必要である
。厳密には凝固時と凝固後とで必要な冷却速度が異なる
ことが考えられるが実際に分離して制御することは困難
である。本発明者らは冷却速度を種々変えた実験と理論
的な予想から結晶化が停止する約３００００までを１び
℃／秒以上の速さで冷却することが必要であることを見
出した。このようにして得られた非晶質合金は通常の結
晶質の急冷凝固合金と〈らべてすぐれた強度および延靭
・性および耐食性を備えていて用途としてはワイヤーロ
ープ、スチールコード、フイルター、繊維強化複合材料
素材、コンクリート強化素材、メッシュ、防音防震材な
どがあり、とくに高温用、耐食用に適切である。

本発明は非晶質合金を設計するに際して従来の限定され
た経験から脱した法則性を見出したものできわめて有意
義なものである。

＊実施例 ６２原子％Ｆｅ一１８原子％Ｐ−１０原子％Ｓｊ−１０
原子％Ｃｒ合金の融点は１０８０ｏ０でこれは鉄と半金
属元素との２元素の共晶温度のうち高い方のＦｅ−Ｓｉ
系の共晶温度の１２００００より低い（第２図参照）。

これを溶融状態から１び℃／秒の冷速で急冷凝固させた
金属繊維は非晶質状態を示した。その特性を次の表に記
す。また下記の組成の合金を溶融状態から１び℃／秒の
冷却速度で急冷凝固させたものは非晶賞状態※・を示し
、その特性は下記のとおりであった。

なお上記各組成の非晶質合金はいずれもすぐれた耐食性
を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により製造した鉄一１８原子％Ｐ−
１０原子％Ｓｉ−１０原子％Ｃｒ非晶質合金のＸ線回折
写真で、非晶質状態を示す写真である。 第２図は鉄−珪素２元合金の状態図である。鉄一１８原
子％りん−１０原子％珪素一１０原子％クロム合金の融
点１０８０００は、鉄と珪素の２元素の共晶温度１２０
０００より１５０ｏｏ高い１３５０ｑ０以内（斜線部分
）にあることを示す。髪′ １ 図 労７ 之 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基本成分として、鉄、コバルトおよびニツケルの１
   種または２種以上と、半金属元素としてほう素、りん、
   炭素およびけい素の２種以上にクロム、モリブデンおよ
   びタングステンの１種または２種以上を、その合金の融
   点が合金を構成する前記基本成分と半金属元素のいずれ
   かとの二元系の共晶温度のうち、もっとも高い温度から
   プラス１５０℃以内になるように含有させ、該合金を溶
   融状態から３００℃までの温度範囲を１０＾５℃／秒以
   上の冷却速度で急冷凝固させることを特徴とする強度お
   よび耐食性にすぐれた非晶質合金の製造方法。