JPS6169932A - 格子欠陥を用いた化学反応による金属間化合物のアモルフアス化促進方法 - Google Patents

格子欠陥を用いた化学反応による金属間化合物のアモルフアス化促進方法

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JPS6169932A
JPS6169932A JP59191644A JP19164484A JPS6169932A JP S6169932 A JPS6169932 A JP S6169932A JP 59191644 A JP59191644 A JP 59191644A JP 19164484 A JP19164484 A JP 19164484A JP S6169932 A JPS6169932 A JP S6169932A
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    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/002Making metallic powder or suspensions thereof amorphous or microcrystalline
    • B22F9/004Making metallic powder or suspensions thereof amorphous or microcrystalline by diffusion, e.g. solid state reaction
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は材料工学における金属のアモルファス化促進方
法に関するものであり、特に格子欠陥を用いた化学反応
による金属間化合物のアモルファス化促進方法に関する
ものである。
(従来の技術) アモルファス金属は、その優れた物理的ならびに化学的
特性の故に、最近、工学の広範な分野で機能性に富んだ
新素材として注目されている。
これらアモルファス金属の製作法としては、これまでに
液体急冷法と蒸着法の2つの手法が確立されているが、
現在主流となっている前者は、対象とする金属を融体か
ら急速冷却してアモルファス金属を得るものである。ま
た、後者は、真空中で加熱溶解して生じた金属蒸気を液
体ヘリウムや液体窒素の温度に保った基板に蒸着させて
得るものである。
(発明が解決しようとする間型点) これらの手法のうち液体急冷法は、一般に(1)製品の
形状がリボン状または線状のものに制約され肉厚のもの
は勿論所要の部分だけをアモルファス化することができ
ない、(2)急冷速度を制御することが困難であるため
に、得られる製品の実用範囲が狭く限定されている。
また、蒸着法は、液体急冷法の場合よりも更に極薄の製
品しか製作できない上に、その価格も極めて高いものと
なる。
(間頌点を解決するための手段) 本発明は、通常強固な水素化物を形成する単一金属に他
の元素を加えて金属間化合物を形成させ、それに格子欠
陥を導入した後、水素を添加して化学反応によってアモ
ルファス化させるものである。
その際、水素は格子欠陥に沿って優先的に、かつ急速に
材料中に吸蔵および拡散するので、それを利用して予め
種々の格子欠陥を所定の条件で材料中に導入して、予定
通りの形状とか鼠のアモルファスを材料中に作製したり
、他の手法では不能な十分厚いアモルファス材を作製す
る。
すなわち、本発明は水素を吸蔵させ、化学反応によって
金属間化合物をアモルファス化させるもので、結晶中に
形成されるアモルファス領域において予め人為的に導入
した転位、結晶粒界、異相界面等の格子欠陥の密度と配
列を規定することによって、結晶中に任意の形状と密度
のアモルファス領域を直接形成すると同時に、十分厚い
アモルファスを作製できる方法である。
このために、本発明は金属としてZr −A1合金を用
い、人為的に格子欠陥を配置する処理を行い、次いで水
素ガス中で水素を吸蔵させ、アモルファス領域を形成す
ることを特徴とする。
以下本発明の構成を、ざらに図面に基づき説明する。
第11ffl (a)に示すように、まず、対象とする
金属間化合物の結晶1の所定の位置に粒界(a−b−b
’ −a/ 、 b −c −c’ −b’およびb−
d−d’−b/)、転位線(e−f)、微小欠陥(g)
および転位ループ(h)等の格子欠陥を人為的に配置す
る。この格子欠陥の配置には、例えば加工、熱処理、粒
子線照射などの手法を用いることができる。
次に、これらの結晶1を、第2図に示すように、電気炉
2において水素を含むガス中(純H2ガス、不活性ガス
+H2ガス等)で、所定の温度にて加熱処理を施す。罪
熱温度および加熱時間は、Zr−1合金および予め形成
した格子欠陥の種類・性質等によって変えることができ
る。例えば水素圧1気圧で、Zr 、Aノを900秒テ
350K 〜650に17)温度にて、またZr2Aj
を1800秒で400に〜700にの温度にて加熱処理
する。このような加熱処理により、予め導入した格子欠
陥の近くでは優先して水素吸蔵が行われ、アモルファス
相が形成される。
第1図(b)はこのようにして形成されたアモルファス
相を示すもので、上述の各格子欠陥にそれぞれ、板状(
a −b −b’ −a/ 、 b −a −c’ −
b’およヒb−d−d’−b’)、棒状(e−f)、球
状(g)およびリング状(h)のアモルファス領域が形
成された状態を示す。この中で、板状とか曲面状のアモ
ルファス領域は転位線を集団的に配列させたサブ・バウ
ンダリ°−あるいはセル壁等と呼ばれるものからも形成
することができる。また第1図(b)の各アモルファス
領域の厚さは、雰囲気ガスの水素圧とその吸蔵温度、吸
蔵時間を制御することによって、自由に制御することが
できる。
(実施例〉 実施例1 8Qat、%のアルミニウムをスポンジジルコンと共に
アーク溶接してZr −A4合金を作製した。
この合金の平衡状態図を第8図に示す。
次いで放電加工機により0.2酩厚ざに切り出すことに
よって加工し、酢酸:過塩素酸=9:1の混合液によっ
て電解研摩し、電顕用試料とした。
得られた試料の組織写真が第7図(a)であり、丸で囲
んだ領域に見られるような長く伸びた微細組織がすでに
所々観察される。このように予め人為的に格子欠陥を導
入した試料を0.1 MPaのIr +10%Hガスの
電気炉中で、温度および加熱時間を+11Q次778K
xO,9ks(第7図(b))、82aKx0.9ks
(第7図(C))、873KX0.6 ks (第7図
(d))の加熱処理を施して、試料の水素吸蔵を行った
。試料は上記の処理の都度、室温に炉冷して同一視野の
電顕観察を繰り返した。
第7図(b)では前述の微細組織の生じた所にフントラ
ストの鮮明な板状組織が生じ、同時に水素は熱処理によ
って生じた粒界および板状または転位線と思われる線状
欠陥に沿って吸蔵されていく。
第7図(C)および((1)と水素吸蔵が進むにつれて
Zr、Al(”印以外の部分)全体がアモルファス化し
ていることが判る。しかし、Zr2Aノの結晶(A印)
テは、試料エツジ部の極めて薄い所(第7図(C)下部
)はアモルファス化が進行しているが、試料がやや厚い
所(右中央部)ではまだである。
しかし、第7図((1)ではZr2Aノも完全にアモル
ファス化している。
実施例2 実施例1と同様の方法で格子欠陥を予め配置する処理を
行い、次いで得られた試料を1気圧のH,ガス雰凹気中
で温度470に〜871に、加熱時間0.9 ks −
1,8ksの範囲で〃0熱処理し、同一場所の電顕観察
を繰り返し行い、水素吸蔵による試料の変化を観察し、
アモルファス化を確認した。
これら実施例の結果を要約すると、■Zr −A7合金
の結晶において、水素は急速に板状組織や粒界など格子
欠陥に沿って優先して吸蔵される。O水素の吸蔵速度は
Zr2AjよりもZr3Alの結晶の方が速い。■Zr
 −A1合金は、いずれも水翼をg&蔵することにより
安定な水素化物を形成せず、アモルファス化する。■ア
モルファス化はZr 、A、l!の方がZr21よりも
容易である。■アモルファス化(ま試料エツジの薄い1
(;1から進行し、また、粒界、転位などの格子欠陥に
優先的に進行する。■アモルファス化したZr −pi
会金は、水素を吸蔵した熱処理温度より高い温度での具
空中単純灯−鈍では、何れも結晶化しなかった。
(発明の効果) 本発明は、水素吸蔵によって形成されるアモルファス相
が、吸蔵条件を適当に制御することにより結晶中の線状
ならびに面状格子欠陥に沿ってを先約に生成される現象
を利用したものである。この方法によれば、これらの格
子欠陥の配列を制御することによって、結晶中の所定の
位置に所定の形状のアモルファス領域を形成させること
ができるばかりか、格子欠陥に沿った水素の波数が容易
、に、かつ迅速に起ることから、十分水素を吸蔵させる
ことによって十分厚い(11またはそれ以上)アモルフ
ァス材を作製することが可能となる。
これらのアモルファスの核として働く格子欠陥のうち、
転位はこれを直径数nmのループにしたり、あるいは最
小でi nm間隔に並べたりすることが可能である。そ
こで、これを核として用いる場合には、例えば、直径数
nmの微小な球状のアモルファスを作ったり、あるいは
同径程度の円柱状アモルファスをa in単位あるいは
それ以上の間隔で分布させたりすることができる。
また、粒界や異相物体との界面は、これを最小m十nm
の間隔で配列させることができるので、これらを核とす
る場合には、結晶中に板状あるいは曲面状のアモルファ
ス領域を数十nm単位またはそれ以上の間隔で形成する
ことが可能である。
更にこれら各種の格子欠陥を組合わせて用いる場合には
、結晶中に所望の形状のアモルファス領域を作製するこ
とができる。この特長は従来のアモルファス作製法では
望み得ない本性独特のものである。
また拳法では■各アモルファス領域の厚さくあるいは太
さ)は水素の吸蔵条件を制御することにより任意に制御
できること、■アモルファス化が材料表面より進行する
ために、他の手法で予め製品化した極めて複雑な形状も
含めて如何なる形状の材料でもアモルファス化が可能で
あること、■合金の組成変化がないためにアモルファス
領域と母材とのつながりが極めて良好であること、■形
成されたアモルファスが広い温度範囲にわたって安定で
あること等、特筆すべき長所が多い。さらにアモルファ
ス相が極めて脆性に富むことを利用すればこれらアモル
ファス材を粉砕することによって極めて微細なアモルフ
ァス粉体を作製できるばかりか、結晶化温度以上に加熱
することによって水素を放出した微細な合金粉末を容易
に作製することができる。このアモルファスの結晶化温
度が一定していることを用いれば、アモルファス材を一
定温度で水素を放出させる水素吸蔵材としても繰り返し
利用できる。
従って本発明方法には次のような用途がある。
(1)  任意の大きさおよび形状のアモルファスを直
接母材の中に形成させた複合材料の作製、(2)−変能
の手法で製品となった複雑形状なものの表面層または全
体のアモルファス化、(3)  十分厚いアモルファス
材の作製、(4)超微細粉末の製造、 (5)  一定温度で放出される固体による水素吸蔵。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明に用いる金属間化合物結晶の格子
欠陥を示し、第1図(b)は本発明により形成されたア
モルファス相を示す図、 第2図は本発明実施例に用いる電気炉の概略図、第8図
は本発明実施例に用いるZr −At合金の平衡状態図
である。 第4図は本発明実施例によるZr −A1合金の水素吸
蔵前後における電子顕微鏡写真による結晶の組織図であ
る。尚、この図は金属組織の図面に代る写真である。 1・・・金属間化合物の結晶 2・・・電気炉C′ 第2図 Z、     10    20    30aノ1%
Aノ 手続補正書(方式) 昭和60年 2月 8日 1、事件の表示 昭和59年 特 許 願第191644号化合物のアモ
ルファス化促進方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 大阪大学長 5、補正命令の日付 ■、明細書第11頁第18〜19行を次のように訂正す
る。 「組織図である。第4図(勾は室温(R,T、 )での
水素吸蔵前の組織写真であり、丸で囲んだ領域には長く
伸びた微細組織を示す。第4図Φ)。 (C) 、 (d)は試料を0.1 MPaのAr +
 10%H2ガス雰囲気の寛気炉中で温度および加熱時
間を順次778Kx0.9ks 、823Kxo、9k
s、873KX O,6ksの条件で加熱処理した後の
組織写真でありAと印された結晶粒がZr2Alで、他
はZr3Azを示す。尚、この図は金属組織の図面に代
る写真である。」 手続補正書 昭和60年 2月 8 日 1、事件の表示 昭和59年特許 願第191644号 化合物のアモルファス化促進方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 大阪大学長 【、明細書第6頁第9行、第14行、第15行、第16
行、第7頁第a行、第6行および第9行のC「第7図」
を「第4図」にそれぞれ訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、水素を吸蔵させ、化学反応によつてZr−Al合金
    の金属間化合物をアモルファス化するに当り、 金属間化合物の結晶中にアモルファス領域を所定の形状
    ならびに位置に形成するように予め人為的に格子欠陥を
    配置することを特徴とする格子欠陥を用いた化学反応に
    よる金属間化合物のアモルファス化促進方法。
JP59191644A 1984-09-14 1984-09-14 格子欠陥を用いた化学反応による金属間化合物のアモルフアス化促進方法 Granted JPS6169932A (ja)

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US06/711,441 US4637927A (en) 1984-09-14 1985-03-12 Process for accelerating of amorphization of intermetallic compounds by a chemical reaction using lattice defects
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