JPS6128736B2 - - Google Patents

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JPS6128736B2
JPS6128736B2 JP52084640A JP8464077A JPS6128736B2 JP S6128736 B2 JPS6128736 B2 JP S6128736B2 JP 52084640 A JP52084640 A JP 52084640A JP 8464077 A JP8464077 A JP 8464077A JP S6128736 B2 JPS6128736 B2 JP S6128736B2
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JP
Japan
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range
amorphous
atom
amorphous metal
cobalt
Prior art date
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Expired
Application number
JP52084640A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5420918A (en
Inventor
Iihooku Donarudo
Rei Ranjan
Ei Deibisu Ransu
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Allied Corp
Original Assignee
Allied Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Allied Corp filed Critical Allied Corp
Priority to JP8464077A priority Critical patent/JPS5420918A/en
Publication of JPS5420918A publication Critical patent/JPS5420918A/en
Publication of JPS6128736B2 publication Critical patent/JPS6128736B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は無定形金属合金組成に関し、特に
鉄、ニツケル及び/又はコバルトを含有し熱処理
時の脆化に対する改良された耐性を有する無定形
金属合金に関する。 これまでの研究によつて或る種の合金組成につ
いては固体の無定形金属を得られることが明らか
にされている。無定形物質は一般に非結晶性或は
ガラス状物質としての特質をもち、即ち実質的に
如何なる長範囲の規則正しさをも有しない物質と
して特徴づけられる。無定形物質を結晶性物質と
区別するためにはX線回折試験が一般に使われる
のが適当である。更に透過電子顕微鏡及び電子回
折も無定形状態と結晶状態とを区別するために使
うことができる。 無定形金属は強度が回折角と共に緩かに変るX
線回折像を生じる。この様な像は液体又は普通の
窓ガラスの回折像と定性的に類似する。他方結晶
質金属は強度が回折角と共に急速に変る回折像を
与える。 これらの無定形金属は準安定状態で存在する。
十分な高温に加熱した時これらは結晶化熱を発生
して結晶化し、そしてX線回折像はガラス質即ち
無定形特性を有する像から結晶質特性を有する像
へ変る。 全体的に無定形であるか或は無定形状態と結晶
質状態との二相混合物よりなる金属を造ることは
可能である。ここで使用する用語「無定形金属」
とは少くとも50%無定形、好ましくは80%無定
形、である金属を指し、介在微結晶として存在す
る若干の小部分の物質を有してもよい。 適当な処理により、無定形状態の金属合金を得
ることができる。その一つの代表的な方法として
は溶融合金を銅又はアルミニウムの様な固体金属
基体と接触させて薄く延展させ溶融合金の熱を基
体に逃げさせるものである。溶融金属を厚さ
0.005センチ(0.002インチ)に延展させると106
℃/秒程度の冷却速度が達成される。例えばR.
C.ルール「マテリアル・サイエンス・アンド・
エンジニアリング」第1巻、313−319ページ
(1967)には冷却速度と溶融金属の処理条件との
関係が論じられている。105〜106℃/秒程度のご
とき適当な高い冷却速度を与える任意の方法を使
うことができる。無定形合金を造るために使うこ
とができる例示的な例はH.S.チエン及びC.E.ミ
ラーがレビユー・オブ・サイエンテイフイク・イ
ンストルメンツ.41巻、1237−1238ページ
(1970)に記載した回転二重ロール法、及びR・
ポンド・ジユニア及びR・マデインがトランサク
シヨンズ・オブ・ザ・メタラジカル・ソサイエテ
イ、AIMM、245巻、2475−2476ページ(1969
年)に記載した回転シリンダー法である。 新規な無定形金属合金チエン及びD.E.ポーク
の米国特許第3856513号(1974年12月24日)に開
示され、特許請求されている。これら無定形金属
合金は式MaYbZcを有し、ここにMは鉄、ニツケ
ル、コバルト、クロム及びバナジウムよりなる群
から選ばれた少くも一種の金属であり、Yはり
ん、ほう素及び炭素よりなる群から選ばれた少く
も一種の元素であり、Zはアルミニウム、アンチ
モン、ベリリウム、ゲルマニウム、インジウム、
すず及びけい素よりなる群から選ばれた少くも一
種の元素であり、aは約60〜90原子%の範囲にあ
り、bは約10〜30原子%の範囲にありそしてcは
約0.1〜15原子%の範囲にある。これらの合金は
リボン、シート、ワイヤ、粉末等を含む広い種類
の用途に適していることが見出されている。式
TiXjを有する無定形合金もまた開示され特許請
求されており、ここにTは少くも一種の遷移金属
であり、Xはアルミニウム、アンチモン、ベリリ
ウム、ほう素、ゲルマニウム、炭素、インジウ
ム、りん、けい素及びすずよりなる群から選ばれ
た少くも一種の元素であり、iは約70〜87原子%
の範囲にありそしてjは約13〜30原子%の範囲に
あぬ。これらの合金はワイヤ用に適していること
が見出されている。 延性は一般に機械的応用を可能にするために、
或は製品の取扱及び加工を容易にするために望ま
しい。無定形金属合金は結晶開始の起る温度(晶
化温度)に近い温度まで熱された時には曲げにお
ける延性を失い易いことが知られている。しばし
ばあることだが低温における長時間の加熱も脆化
を起すに十分である。当技術で知られている鉄、
ニツケル、コバルト及び/又はクロムを含有する
無定形合金の多くは、ガラス形成の助剤としてり
んを含有するが、約200゜〜350゜の温度範囲で加
熱した際脆化し易い。これらの無定形合金を包含
する多くの応用はこの様な熱処理を必要としない
だろうが、この様な加熱を必要としまたこの様な
合金を利用することが望ましい特定の例があり、
後者の場合これら合金の多くは比較的安価な成分
である。 本発明によれば、本質的に鉄、ニツケル及びコ
バルトよりなる群から選ばれた少くも一元素から
なる無定形金属合金を約200゜〜350℃の温度範囲
で熱処理した際の脆化に対する耐性の向上が、ほ
う素と、炭素、及びアルミニウムよりなる群から
選ばれた少くも一種の元素とを全量で合金組成の
17〜22原子%含有することによつて達成される。
本発明の無定形金属合金は本質的に組成MaXbよ
りなり、ここにMは鉄、ニツケル及びコバルトの
少くとも一種であり、Xはほう素と、炭素、及び
アルミニウムの少くも一元素とであり、aは78〜
83原子%でありそしてbは17〜22原子%である。
好ましくは、Xの60〜80%がほう素である。これ
らの合金組成はコバルトを15〜25原子%程度の如
く、30原子%まで含有することができる。 又本発明によれば、熱処理時の脆化に対する耐
性の改良が本質的に組成M′aBbよりなる合金にお
いても得られ、ここにM′は鉄、ニツケル、コバ
ルト及びクロムよりなる群から選ばれる少くも三
元素であり、鉄、ニツケル及びコバルトののそれ
ぞれの量は20〜35原子%、好ましくは20〜30原子
%の範囲にあり、クロムの量は5〜20原子%、好
ましくは5〜15原子%の範囲にあり、またaは75
〜85原子%の範囲にあり、bは15〜25原子%の範
囲にある。好ましくはbは17〜22原子%の範囲に
ある。 本発明の合金は後続の処理で典型的に使われる
温度に加熱した際に曲げに対し脆くならない。こ
れらの合金はまた機械的強度を増すことにより特
徴づけられる。 本発明の無定形金属合金は、所望の組成の溶融
体を形成し、次に溶融合金を急冷ホイール上に鋳
込み又は急冷液中に注入して約105〜106℃/秒の
速さで急冷することを含む方法で造られる。向上
した物理的及び機械的性質、及びより高度の無定
形性が絶対圧力約5.5cmHgより小さい部分真空内
で溶融合金を急冷ホイール上に鋳込むことにより
達成される。 無定形金属合金の熱安定性はある種の用途にお
いては重要な性質である。熱安定性は合金の時間
−温度変態挙動により特徴づけられ、DTA(示
差熱解析)により部分的に決定される。ここで考
慮するように、相対的熱安定性は又熱処理後の曲
げにおける延性の保持によつても示される。
DTAで観察した所では類似の結晶化挙動を示す
無定形金属合金が同一の熱処理サイクルにさらし
た時に違つた脆性挙動を現わすことがある。
DTA測定では、結晶化温度Tcは無定形金属合金
を徐々に加熱し(約20゜〜50℃/分の速さ)そし
て制限された温度範囲(結晶化温度)にわたつて
過剰の熱が発生するか或は特異な温度範囲(ガラ
ス転移温度)にわたつて過剰の熱が吸収されるか
どうかを記録することにより正確に決定できる。
一般的につて、ガラス転移点Tgは最低又は第一
結晶化温度Tclに近く、そして普通よくあるよう
に、粘度が約1013〜1014ポイズの範囲にある温度
である。 鉄、ニツケル、コバルト及び/又はクロムを含
有し、他の半金属の中でりんを含有する無定形金
属合金組成物は一般に約18650−24610Kg/cm2
265000〜350000psi)の極限引張強度及び400゜〜
460℃の結晶化温度を示す。例えば組成
Fe76P16C4Si2Al2(下付け数字は原子%を示す)
の無定形金属合金は約21800Kg/cm2(310000psi)
の極限引張強度及び約460℃の結晶化温度をも
ち、また組成Fe30Ni30Co20P13B5Si2を有する無定
形金属合金は極限引張強度約Kg/cm2(265000psi)
及び結晶化温度415℃をもち、そして組成
Fe74.3Cr4.5P15.9C5B0.3は極限引張強度約24610Kg/
cm2(350000psi)及び結晶化温度446℃をもつ。こ
れらの組成物の温度範囲約200〜350℃における熱
安定性は低い。例えばかみそり刃端にポリテトラ
フルオロエチレンを被覆する場合の硬化に当つて
必要とされる熱処理のように、特定の用途におい
て330℃で5分間の熱処理が必要になることがあ
るが、この熱処理を行つた後脆化の傾向を示。 本発明によれば、りんをほう素、又はほう素と
炭素及びアルミニウムの少くも一種の半金属元素
とで置換えることにより、これら金属の、約200
〜350℃の温度範囲で熱処理した時の脆性に対す
る耐性を改良することができる。 特定的にいえば、本発明の無定形金属合金は本
質的に組成MaXbよりなり、ここにMは鉄、ニツ
ケル及びコバルトより成る群から選ばれた少くと
も一種の元素であり、Xはほう素と、炭素、及び
アルミニウムより成る群から選ばれた少くも一種
の元素とであり、aは78〜83原子%の範囲にあ
り、bは17〜22原子%の範囲にある。 これらの無定形金属合金についていえば、ガラ
ス形成の容易さはbが17〜22原子%の範囲にある
もので起る。最適熱安定性はXの60〜80%がほう
素である組成において達成される。従つてこのよ
うな組成が好ましい。 ガラス形成はこれら無定形金属合金では30原子
%までのコバルトを含有させることによつて助け
られる。コバルトが全合金組成の15〜25原子%の
量で存在する場合、ガラス成形はもつとも容易で
あり、好ましい。 本発明の無定形金属合金は、また本質的に組成
M′aBbよりなり、ここにM′は鉄、ニツケル、コ
バルト及びクロムよりなる群から選ばれた少くも
三元素であり、鉄、ニツケル及びコバルトのそれ
ぞれの量は20〜35原子%、好ましくは20〜30原子
%の範囲にあり、クロムの量は5〜20原子%、好
ましくは5〜15原子%の範囲にあり、そしてaは
75〜85原子%の範囲にあり、bは15〜25原子%の
範囲にある。好ましくはbは17〜22原子%の範囲
にある。この合金の実例としては、
Fe30Ni30Co20B20、Fe30Ni32Cr20B18及び
Fe25Ni25Co20Cr10B20などが含まれる。 ほう素を含有するこれらの無定形金属合金はり
んを含有する組成物に勝る優れた強度を示す。例
えば組成Fe25Ni25Co20Cr10B8P12をもつ無定形金
属合金は極限引張強度23200Kg/cm2(330000psi)
を示す。ところが、この合金において、半金属成
分を−B16P4に変えると極限引張強度が27800Kg/
cm2(395000psi)に増大する。半金属成分が−B20
の場合は、極限引張強度は35150Kg/cm2
(500000psi)に増大する。結晶化温度も又
Fe25Ni25Co20Cr10B8P12の場合は461℃であるが、
Fe25Ni25Co20Cr10B20では485℃に上る。ほう素が
唯一の半金属元素であるこれらの無定形金属合金
はまた高い硬度値でも特徴づけられそれは代表的
には約1000DPHである。 無定形金属合金は溶融体を約105〜106℃/秒の
速さで冷却することにより形成される。そのため
には、現在、この分野の技術においてよく知られ
ている、たとえば薄板急冷による箔
(splatquenched foils)製造、急速冷却による連
続的リボン、ワイヤ、シート等製造のための種々
な方法が利用できる。代表的なものとしては、特
定の組成を選択し、その必要な元素又はフエロボ
ロン、などのような分解して所要の元素となるよ
うな材料の粉末を所望の割合で溶融して均一化
し、そして溶融合金を回転シリンダーの様な冷表
面上で、或は冷ブライン溶液の様な適当な流体媒
体中で急速に冷却する。無定形金属合金は空気中
で形成される。しかしすぐれた物理的及び機械的
性質は、1975年2月24日出願のR.レイらの米国
特許出願番号第552673号中に開示されているよう
に、約5.5cmHgより小さく、好ましくは約100μ
m〜1cmHgである絶対圧力の部分真空中でこれ
らの無定形金属合金を形成させることによつて達
成される。すべての材料の純度は通常商業的に利
用されている程度のものである。 先に述べたようにこの無定形金属合金は少くと
も50%無定形、好ましくは80%無定形であるが、
事実上、100%無定形に近い無定形のものもこれ
らの無定形金属合金を部分真空中で形成すること
によつて得ることができる。この場合、延性がさ
らに改良されるので、従つて事実上に無定形性を
有するこのような合金は好ましい。 本発明の無定形金属合金は従来技術に比べすぐ
れた製造可能性を示す。本発明の無定形金属合金
はこれら合金は、熱処理時における改良された脆
化耐性に加えて、一般に、従来技術の組成物より
も酸化及び腐蝕に対するすぐれた耐性をもつ。 これらの合金組成物は、りん含有無定形合金が
脆化する様な熱処理条件下でも無定形のままであ
る。これらの合金のリボンは比較的高い熱安定性
と増大した機械的強度とを要求する用途において
使用される。 実施例 高温溶融(約1100゜〜1600℃)の反応性合金か
らの一様な巾の厚さと無定形リボン片の急冷及び
形成が真空下で完成される。真空の適用は溶融又
は噴出中の合金の酸化及び汚染を最小にしまた1
気圧の空気又は不活性ガス中で処理したストリツ
プで普通観察される表面損傷(ブリスター、泡な
ど)も無くする。銅製シリンダーが真空回転供給
路の軸上に鉛直にのせられそしてステンレススチ
ールの真空室内に置かれる。真空室は2個の側孔
と両端で接合されたシリンダーであつて拡散ポン
プ系に連結される。銅製シリンダーは供給路を経
て変速電気モーター等により回転される。誘導コ
イル群で取巻かれたつぼが室内の回転シリンダー
の上方に位置する。誘導動力源が、溶融石英、窒
化ほう素、アルミナ、ジルコニア又はベリリアか
ら造つたるつぼ中の合金を溶融するために使われ
た。無定形リボンが合金を適当な非反応性るつぼ
内で溶融し、そしてアンゴンの重圧によりるつぼ
の底の出口から回転中(約1500〜2000rpm)のシ
リンダーの表面上にその溶融体を射出することに
より造られる。溶融及び噴出は真空度を調節する
ためにアルゴンなどの不活性ガスを使つて、約
10-4μmの部分真空中で行われる。無定形リボン
は次に極限引張強度を試験される。 上記の真空溶融鋳込装置を使つて多くの種々な
ガラス形成金属合金を実質的一様の厚さと巾をも
つ連続リボンとして冷間鋳造した。代表的にはそ
の厚さは0.0025〜0.0076cm(0.001〜0.003イン
チ)の範囲にあり、その巾は0.12〜0.31cm(0.05
〜0.12インチ)の範囲にあつた。 本発明による組成をもつ無定形金属合金の熱処
理条件の関数としての機械的挙動をりん含有無定
形金属合金のそれと比較した。すべての合金は上
に与えた方法によつて製造した。本発明の合金の
無定形リボンは急冷のまゝの状態ではすべて延性
があり、そして約200゜〜350℃の範囲で数分間の
熱処理した時もそのままであつた。これは半金属
元素としてりんを含有した無定形合金のリボンと
は対照的であつた。これらの合金は同じ熱処理条
件の下で脆性を示した。急冷のまま及び熱処理し
た状態でのリボンの延性は次の様にして測定し
た。リボンの端と端を重ねて輪をつくつた。輪の
直径をマイクロメーターの足の間で順次小さくし
た。もしリボンが約0.0127cm(0.005インチ)よ
り小さい曲率半径まで折れることなく曲げられた
らそれを延性があるとした。もしリボンが破損し
たらそれは脆いとした。第1表にその試験の結果
を示す。
This invention relates to amorphous metal alloy compositions, and in particular to amorphous metal alloys containing iron, nickel and/or cobalt and having improved resistance to embrittlement during heat treatment. Previous studies have shown that solid amorphous metals can be obtained for certain alloy compositions. Amorphous materials are generally characterized as having non-crystalline or glassy characteristics, ie, without substantially any long-range order. X-ray diffraction tests are generally suitable for distinguishing amorphous materials from crystalline materials. Additionally, transmission electron microscopy and electron diffraction can also be used to distinguish between amorphous and crystalline states. The strength of amorphous metals changes slowly with the diffraction angle.
Produces a line diffraction image. Such images are qualitatively similar to diffraction images of liquids or ordinary window glass. Crystalline metals, on the other hand, give diffraction patterns whose intensity changes rapidly with the diffraction angle. These amorphous metals exist in a metastable state.
When heated to a sufficiently high temperature they generate a heat of crystallization and crystallize, and the X-ray diffraction pattern changes from having a glassy or amorphous character to having a crystalline character. It is possible to produce metals that are entirely amorphous or consist of a two-phase mixture of amorphous and crystalline states. The term “amorphous metal” used here
refers to a metal that is at least 50% amorphous, preferably 80% amorphous, and may have some minor fraction of material present as intervening crystallites. By appropriate processing, metal alloys can be obtained in an amorphous state. One typical method is to bring the molten alloy into contact with a solid metal substrate such as copper or aluminum and spread it thinly, allowing the heat of the molten alloy to escape to the substrate. Thick molten metal
10 6 when expanded to 0.005 cm (0.002 inch)
Cooling rates on the order of °C/sec are achieved. For example, R.
C. Rule “Material Science and
Engineering, Volume 1, pp. 313-319 (1967) discusses the relationship between cooling rate and processing conditions for molten metal. Any method that provides a suitably high cooling rate, such as on the order of 10 <5> to 10<6> C/sec, can be used. Illustrative examples that can be used to create amorphous alloys are HS Chain and CE Miller in the Review of Scientific Instruments. 41, pages 1237-1238 (1970), and the R.
Pound Giunia and R. Madein, Transactions of the Metaradical Society, AIMM, vol. 245, pages 2475-2476 (1969).
This is the rotating cylinder method described in 2010). A novel amorphous metal alloy is disclosed and claimed in U.S. Pat. No. 3,856,513 (December 24, 1974) to Chen and DE Polk. These amorphous metal alloys have the formula MaYbZc, where M is at least one metal selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, chromium and vanadium, and Y consists of phosphorus, boron and carbon. At least one element selected from the group, Z is aluminum, antimony, beryllium, germanium, indium,
at least one element selected from the group consisting of tin and silicon, a in the range of about 60 to 90 atomic percent, b in the range of about 10 to 30 atom percent, and c in the range of about 0.1 to 90 atom percent; It is in the range of 15 atom%. These alloys have been found suitable for a wide variety of applications including ribbons, sheets, wires, powders, and the like. formula
Also disclosed and claimed are amorphous alloys having TiXj, where T is at least one transition metal and X is aluminum, antimony, beryllium, boron, germanium, carbon, indium, phosphorous, silicon and at least one element selected from the group consisting of tin, where i is approximately 70 to 87 atomic%
and j is in the range of about 13 to 30 atomic percent. These alloys have been found suitable for wire applications. Ductility is generally used to enable mechanical applications.
Alternatively, it may be desirable to facilitate product handling and processing. It is known that amorphous metal alloys tend to lose ductility in bending when heated to temperatures close to the temperature at which crystallization occurs (crystallization temperature). Prolonged heating at low temperatures, as is often the case, is also sufficient to cause embrittlement. Iron known in the art,
Many amorphous alloys containing nickel, cobalt and/or chromium contain phosphorus as a glass-forming aid, but are susceptible to embrittlement when heated at temperatures in the range of about 200° to 350°. Although many applications involving these amorphous alloys will not require such heat treatment, there are certain instances where such heating is necessary and where it is desirable to utilize such alloys.
In the latter case, many of these alloys are relatively inexpensive components. According to the present invention, an amorphous metal alloy consisting essentially of at least one element selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt is resistant to embrittlement when heat treated in a temperature range of about 200° to 350°C. improvement of the alloy composition by adding the entire amount of boron and at least one element selected from the group consisting of carbon and aluminum.
This is achieved by containing 17 to 22 atomic percent.
The amorphous metal alloy of the present invention consists essentially of the composition MaXb, where M is at least one of iron, nickel and cobalt, and X is boron and at least one of carbon and aluminum. , a is 78~
83 atom % and b is 17 to 22 atom %.
Preferably, 60-80% of X is boron. These alloy compositions can contain up to 30 atomic percent cobalt, such as on the order of 15 to 25 atomic percent. According to the invention, an improved resistance to embrittlement during heat treatment is also obtained in alloys consisting essentially of the composition M'aBb, where M' is selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt and chromium. The amount of each of iron, nickel and cobalt is in the range of 20 to 35 at.%, preferably 20 to 30 at.%, and the amount of chromium is in the range of 5 to 20 at.%, preferably 5 to 30 at.%. in the range of 15 atom%, and a is 75
~85 atom %, and b is in the range 15 to 25 atom %. Preferably b is in the range of 17 to 22 atom %. The alloys of the present invention do not become brittle in bending when heated to temperatures typically used in subsequent processing. These alloys are also characterized by increased mechanical strength. The amorphous metal alloys of the present invention are prepared by forming a melt of the desired composition and then casting the molten alloy onto a quench wheel or injecting it into a quench liquid at a rate of about 10 5 -10 6 °C/sec. Made by a method that involves rapid cooling. Improved physical and mechanical properties and a higher degree of amorphism are achieved by casting the molten alloy onto a quench wheel in a partial vacuum at less than about 5.5 cm Hg absolute pressure. Thermal stability of amorphous metal alloys is an important property in certain applications. Thermal stability is characterized by the time-temperature transformation behavior of the alloy and is determined in part by DTA (Differential Thermal Analysis). As considered herein, relative thermal stability is also indicated by the retention of ductility in bending after heat treatment.
Amorphous metal alloys with similar crystallization behavior as observed by DTA can exhibit different brittle behavior when exposed to the same heat treatment cycle.
In DTA measurements, the crystallization temperature Tc gradually heats the amorphous metal alloy (at a rate of about 20° to 50°C/min) and over a limited temperature range (crystallization temperature) excess heat is generated. It can be accurately determined by noting whether or not excess heat is absorbed over a specific temperature range (glass transition temperature).
Generally, the glass transition temperature Tg is close to the minimum or first crystallization temperature Tcl and, as is usually the case, the temperature at which the viscosity is in the range of about 10 13 to 10 14 poise. Amorphous metal alloy compositions containing iron, nickel, cobalt and/or chromium and containing phosphorus among other metalloids generally have a weight of about 18650-24610 Kg/cm 2
Ultimate tensile strength of 265000~350000psi) and 400°~
Shows a crystallization temperature of 460°C. For example composition
Fe 76 P 16 C 4 Si 2 Al 2 (Subscript numbers indicate atomic percent)
The amorphous metal alloy is approximately 21800Kg/cm 2 (310000psi)
An amorphous metal alloy with an ultimate tensile strength of about Kg/cm 2 (265000 psi) and a crystallization temperature of about 460°C and a composition Fe 30 Ni 30 Co 20 P 13 B 5 Si 2
and has a crystallization temperature of 415℃, and a composition of
Fe 74.3 Cr 4.5 P 15.9 C 5 B 0.3 has an ultimate tensile strength of about 24610Kg /
cm 2 (350,000 psi) and crystallization temperature of 446°C. These compositions have poor thermal stability in the temperature range of about 200-350°C. For example, heat treatment required for curing the edge of a razor blade with polytetrafluoroethylene may require heat treatment at 330°C for 5 minutes. It shows a tendency of embrittlement after aging. According to the invention, by replacing phosphorus with boron, or with boron and at least one metalloid element of carbon and aluminum, about 200
The resistance to brittleness when heat treated in the temperature range of ~350°C can be improved. Specifically, the amorphous metal alloy of the present invention consists essentially of the composition MaXb, where M is at least one element selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt, and X is boron. and at least one element selected from the group consisting of carbon and aluminum, where a is in the range of 78 to 83 atom % and b is in the range of 17 to 22 atom %. Regarding these amorphous metal alloys, ease of glass formation occurs with b ranging from 17 to 22 atomic percent. Optimum thermal stability is achieved in compositions where 60-80% of X is boron. Therefore, such a composition is preferred. Glass formation is aided in these amorphous metal alloys by the inclusion of up to 30 atomic percent cobalt. Glass forming is easier and preferred when cobalt is present in an amount of 15 to 25 atomic percent of the total alloy composition. The amorphous metal alloys of the present invention also have a composition essentially
M′aBb, where M′ is at least three elements selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, and chromium, and the amount of each of iron, nickel, and cobalt is preferably 20 to 35 at%, preferably the amount of chromium is in the range 5 to 20 atom %, preferably 5 to 15 atom %, and a is in the range 20 to 30 atom %;
It is in the range of 75 to 85 atom %, and b is in the range of 15 to 25 atom %. Preferably b is in the range of 17 to 22 atom %. Examples of this alloy include:
Fe 30 Ni 30 Co 20 B 20 , Fe 30 Ni 32 Cr 20 B 18 and
Includes Fe 25 Ni 25 Co 20 Cr 10 B 20 , etc. These amorphous metal alloys containing boron exhibit superior strength over compositions containing phosphorus. For example, an amorphous metal alloy with the composition Fe 25 Ni 25 Co 20 Cr 10 B 8 P 12 has an ultimate tensile strength of 23200 Kg/cm 2 (330000 psi)
shows. However, in this alloy, when the semimetal component is changed to −B 16 P 4 , the ultimate tensile strength becomes 27,800 Kg/
cm 2 (395000psi). The metalloid component is −B 20
For , the ultimate tensile strength is 35150Kg/cm 2
(500000psi). The crystallization temperature is also
In the case of Fe 25 Ni 25 Co 20 Cr 10 B 8 P 12 , the temperature is 461℃,
For Fe 25 Ni 25 Co 20 Cr 10 B 20 , the temperature rises to 485℃. These amorphous metal alloys in which boron is the only metalloid element are also characterized by high hardness values, typically around 1000 DPH. Amorphous metal alloys are formed by cooling the melt at a rate of about 10 5 -10 6 °C/sec. For this purpose, various methods are currently available which are well known in the art, such as for the production of splatquenched foils, rapid cooling of continuous ribbons, wires, sheets, etc. Typically, a specific composition is selected, the necessary element or powder of a material that can be decomposed into the required element, such as ferroboron, is melted and homogenized in a desired ratio, and then The molten alloy is rapidly cooled on a cold surface, such as a rotating cylinder, or in a suitable fluid medium, such as a cold brine solution. Amorphous metal alloys are formed in air. However, superior physical and mechanical properties may be less than about 5.5 cmHg, preferably about 100 μm, as disclosed in U.S. Patent Application No. 552,673 to R. Ray et al.
This is accomplished by forming these amorphous metal alloys in a partial vacuum at an absolute pressure of m to 1 cm Hg. All materials are of typically commercially available purity. As mentioned above, this amorphous metal alloy is at least 50% amorphous, preferably 80% amorphous;
Virtually 100% amorphous materials can also be obtained by forming these amorphous metal alloys in a partial vacuum. In this case, such alloys which are virtually amorphous are therefore preferred, since the ductility is further improved. The amorphous metal alloys of the present invention exhibit superior manufacturability compared to the prior art. In addition to improved embrittlement resistance during heat treatment, the amorphous metal alloys of the present invention generally have better resistance to oxidation and corrosion than prior art compositions. These alloy compositions remain amorphous even under heat treatment conditions that cause phosphorus-containing amorphous alloys to become brittle. Ribbons of these alloys are used in applications requiring relatively high thermal stability and increased mechanical strength. EXAMPLE The quenching and formation of uniform width thickness and amorphous ribbon pieces from high temperature melting (approximately 1100 DEG -1600 DEG C.) reactive alloys is completed under vacuum. Application of vacuum minimizes oxidation and contamination of the alloy during melting or ejection and also
It also eliminates surface damage (blisters, bubbles, etc.) commonly observed in strips treated in pressurized air or inert gas. A copper cylinder is mounted vertically on the axis of a vacuum rotary supply channel and placed within a stainless steel vacuum chamber. The vacuum chamber is a cylinder joined at both ends with two side holes and is connected to a diffusion pump system. The copper cylinder is rotated by a variable speed electric motor or the like via a supply path. A pot surrounded by a group of induction coils is located above a rotating cylinder in the chamber. An inductive power source was used to melt the alloy in a crucible made from fused silica, boron nitride, alumina, zirconia, or beryllia. An amorphous ribbon melts the alloy in a suitable non-reactive crucible and injects the melt from an outlet at the bottom of the crucible onto the surface of a rotating (approximately 1500-2000 rpm) cylinder under heavy pressure of angone. built. Melting and spouting are carried out using an inert gas such as argon to adjust the degree of vacuum.
It is carried out in a partial vacuum of 10 -4 μm. The amorphous ribbon is then tested for ultimate tensile strength. The vacuum melt casting apparatus described above was used to cold cast a number of different glass forming metal alloys into continuous ribbons of substantially uniform thickness and width. Typically, its thickness ranges from 0.0025 to 0.0076 cm (0.001 to 0.003 inch), and its width ranges from 0.12 to 0.31 cm (0.05 inch).
~0.12 inch). The mechanical behavior of an amorphous metal alloy with a composition according to the invention as a function of heat treatment conditions was compared with that of a phosphorus-containing amorphous metal alloy. All alloys were manufactured by the method given above. The amorphous ribbons of the alloys of this invention were all ductile in the as-quenched state and remained so when heat treated in the range of about 200 DEG to 350 DEG C. for several minutes. This was in contrast to ribbons of amorphous alloys containing phosphorus as a metalloid element. These alloys exhibited brittleness under the same heat treatment conditions. The ductility of the ribbon in the as-quenched state and in the heat-treated state was measured as follows. I made a loop by overlapping the ends of the ribbon. The diameter of the ring was progressively reduced between the micrometer legs. A ribbon is said to be ductile if it can be bent to a radius of curvature less than about 0.005 inch without breaking. If the ribbon breaks, it is considered brittle. Table 1 shows the results of the test.

【表】 本発明による若干の代表的な無定形金属合金の
機械的及び熱的性質(極限引張強度Kg/cm2
(psi)、結晶化温度℃)についてのデータを下の
第2表に示す。
[Table] Mechanical and thermal properties (ultimate tensile strength Kg/cm 2 ) of some representative amorphous metal alloys according to the present invention
(psi), crystallization temperature °C) are shown in Table 2 below.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 本質的に組成MaXbよりなり、ここにMは
鉄、ニツケル及びコバルトよりなる群から選ばれ
た少くとも1種の元素であり、Xはほう素と、炭
素及びアルミニウムよりなる群から選ばれた少く
とも1種の元素とであり、aは78〜83原子%の範
囲にあり、bは17〜22原子%の範囲にある、温度
範囲約200〜350℃の熱処理時の脆化に対する改良
された耐性を有する少くとも50%無定形の無定形
金属合金。 2 Xの60〜80%がほう素である特許請求の範囲
第1項記載の無定形金属合金。 3 全合金組成の30原子%までがコバルトよりな
る特許請求の範囲第1項記載の無定形金属合金。 4 本質的に組成M′aBbよりなり、ここにM′は
鉄、ニツケル、コバルト及びクロムよりなる群か
ら選ばれた少くも三元素であり、鉄、ニツケル及
びコバルトのそれぞれの量は20〜35原子%の範囲
にありまたクロムの量は5〜20原子%の範囲にあ
り、かつaは75〜85原子%の範囲にあり、bは15
〜25原子%の範囲にある、温度範囲約200〜350℃
の熱処理時の脆化に対する改良された耐性を有す
る少くとも50%無定形の無定形金属合金。 5 鉄、ニツケル及びコバルトのそれぞれの量が
20〜30原子%の範囲にありまたクロムの量が5〜
15原子%の範囲にあり、かつbは17〜22原子%の
範囲にある特許請求の範囲第5項記載の無定形金
属合金。 6 温度範囲200〜350℃の熱処理時の脆化に対す
る改良された耐性を有する少くとも50%無定形の
無定形金属合金の製造方法であつて、 (a) 材料を加熱して組成MaXbを有する溶融体を
形成し、ここにMは鉄、ニツケル、及びコバル
トよりなる群から選ばれた少くも一種の元素で
あり、Xはほう素と、炭素及びアルミニウムよ
りなる群から選ばれた少くも一元素とであり、
aは78〜83原子%の範囲にあり、bは17〜22原
子%の範囲にあり、次に (b) これを約105〜106℃/秒の速さで急冷する ことを特徴とする無定形金属合金の製造方法。 7 温度範囲200〜350℃の熱処理時の脆化に対す
る改良された耐性を有する少くとも50%無定形の
無定形金属合金の製造方法であつて (a) 材料を加熱して組成M′aBbを有する溶融体を
形成し、ここにM′は鉄、ニツケル、コバルト
及びクロムよりなる群から選ばれた少くとも三
元素であり、鉄、ニツケル及びコバルトのそれ
ぞれの量は20〜35原子%の範囲にありまたクロ
ムの量は5〜20原子%の範囲にあり、かつaは
75〜85原子%の範囲にあり、bは15〜25原子%
の範囲にあり、次に (b) これを約105〜106℃/秒の速さで急冷する ことを特徴とする無定形金属合金の製造方法。
[Claims] 1. Consisting essentially of the composition MaXb, where M is at least one element selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt, and At least one element selected from the group consisting of: a is in the range of 78 to 83 atom%, b is in the range of 17 to 22 atom%, and when heat treated at a temperature range of about 200 to 350 ° C. Amorphous metal alloys that are at least 50% amorphous with improved resistance to embrittlement. 2. The amorphous metal alloy according to claim 1, wherein 60 to 80% of X is boron. 3. The amorphous metal alloy according to claim 1, wherein up to 30 atomic percent of the total alloy composition is cobalt. 4 Consisting essentially of the composition M'aBb, where M' is at least three elements selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt and chromium, the amounts of each of iron, nickel and cobalt being between 20 and 35 and the amount of chromium is in the range of 5 to 20 atom%, and a is in the range of 75 to 85 atom%, and b is 15 atom%.
Temperature range approximately 200-350℃, in the range of ~25 atomic%
An amorphous metal alloy that is at least 50% amorphous with improved resistance to embrittlement during heat treatment. 5 The amounts of each of iron, nickel, and cobalt are
The amount of chromium is in the range of 20 to 30 at% and the amount of chromium is 5 to 30%.
6. The amorphous metal alloy according to claim 5, wherein b is in the range of 15 atomic %, and b is in the range of 17 to 22 atomic %. 6. A method for producing an amorphous metal alloy of at least 50% amorphous having improved resistance to embrittlement during heat treatment in the temperature range 200-350°C, comprising: (a) heating the material to have the composition MaXb; forming a molten body, where M is at least one element selected from the group consisting of iron, nickel, and cobalt, and X is at least one element selected from the group consisting of boron, carbon, and aluminum. and the elements,
a is in the range of 78 to 83 atom%, b is in the range of 17 to 22 atom%, and then (b) this is rapidly cooled at a rate of about 105 to 106 °C/sec A method for producing an amorphous metal alloy. 7. A method for producing an amorphous metal alloy of at least 50% amorphous having improved resistance to embrittlement during heat treatment in the temperature range 200-350°C, comprising: (a) heating the material to obtain a composition M′aBb; forming a melt with M' being at least three elements selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt and chromium, the amounts of each of iron, nickel and cobalt ranging from 20 to 35 at.%; and the amount of chromium is in the range of 5 to 20 at%, and a is
It is in the range of 75 to 85 atom%, and b is 15 to 25 atom%
and (b) rapidly cooling the amorphous metal alloy at a rate of about 10 5 to 10 6 °C/sec.
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JPS6332851U (en) * 1986-08-13 1988-03-03
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