JPS607012B2 - 強度および耐食性の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の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。金属は一般に強度級性
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るば
かりでなく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錨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
度及び延靭性の点で極めて不十分であった。ところが最
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、延鞠性とも
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質状態を得ることは成分系及び冷却
条件に多大に依存し、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周期律表第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、半金属元素に隣接する
窒素、アルミニウム、錫の一種または二種以上、さらに
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鞠性を
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
ているとはいえこれらの性質が更に改善されれば用途拡
大のうえで更に効果的である。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、タングステンの周期律表第筋族元素
の添加がこの目的にたい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質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。本発明における第筋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族元素のうち特に鉄と、添加される半金属元素
の隣接元素または半金属元素のいずれかとの二元合金の
共晶温度のうちトもっとも高い温度からプラス１５００
０以内になる様にすることが有効であることを見出した
。

また本発明者らは冷却条件は合金を溶融状態から３００
℃までを毎秒１『００以上の速さで急冷することが必要
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
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
の種類について周期律麦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に隣
接する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筋族元素を添加
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１こ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らについても広範囲な研究を行
ない、半金属元素のほかに周期律表上でこれに隣接する
窒素、錫、アルミニウムの添加もまた広範囲に有効なこ
とを見出しさらにこれに周期律表第舷族の元素をある限
度まで添加しても非晶質が確保されることを見出したも
のである。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２
０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つみ重ねた結果、合
金の融点が一つの基準となり」かつそれは第８族元素と
添加される窒素、アルミニウム、錫あるいは半金属元素
のいずれかとの二元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、添加される窒素、錫、アルミニウムのいずれか
あるいは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１５０００以下のぞまし
くは１００００以下になるように「第鉄族をふくめて成
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
十分遠く凝固、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３００ｑｏ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袷凝
固合金とくらべてすぐれた強度および延鞠性を備えてい
る。

従って用途としてはワイヤーロープ、スチールコード、
フィルター「繊維強化複合材料素材、コンクリート強化
素材、メッシュ、防音防嬢材などがあり、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 ６５原子％Ｆ−１０原子％Ｐ−１０原子％Ｃ−５原子％
ＡＩ−１０原子％Ｃｒ合金の融点は１１３０００でこれ
は鉄と窒素、アルミニウム、すず等および半金属元素と
の２元素の共晶温度のうち高い方のＦｅ−ＡＩ系の共晶
温度の１１６６０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。その特性を下表に記す
。また下記の組成からなる合金を熔融し、１び℃／秒の
冷却速度で急冷凝固させたものは非晶質．状態を示し、
その特性は下記のとおりであった。

なお耐食性も良好であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鉄−１０原子％Ｐ−１０原子％Ｃ−５原子％
ＡＩ−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−アルミニウム２元合金の状態図である。
鉄−１０原子％りん−１０原子％炭素−５原子％アルミ
ニウム−１０原子％Ｃｒ合金の融点１１３０００は、鉄
とアルミニウムの２元素の共晶温度１１６５００より１
５０００高い１３１５ｏｏ以内（斜線部分）にあること
を示す。多ｌ図茅之図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄に、コバルトおよびニツケルの一種以上、窒素お
   よびアルミニウムの一種または二種および半金属元素と
   してほう素、炭素、りんおよびけい素の二種以上とクロ
   ム、モリブデンおよびタングステンの一種または二種以
   上を、その合金の融点が、合金を構成する鉄、コバルト
   およびニツケルの一種または二種以上と、添加された窒
   素およびアルミニウム、および前記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
   よび耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法。