KR20210152925A

KR20210152925A - 지르코늄기 금속 유리 합금

Info

Publication number: KR20210152925A
Application number: KR1020200180287A
Authority: KR
Inventors: 아키히사 이노우에; 판리 콩; 에이이치 마카베
Original assignee: 가부시키가이샤 비엠지; 광저우 로콘테크 코., 엘티디
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-12-16
Also published as: CN113774294A; US20210381083A1; JP2021195569A

Abstract

고 유리 형성능, 고 강도, 고 연성, 고 내식성, 고 점성 가공성, 정밀 주조성, 및 고 휘성 등의 우수한 특성을 겸비하는 지르코늄(Zr)기 금속 유리 합금을 제공하기 위해, Zr기 금속 유리 합금은 원자퍼센트로, 62% 이상 67% 이하의 지르코늄(Zr), 1% 이상 5% 이하의 니오브(Nb), 0.5% 이상 2% 이하의 티탄(Ti), 12% 이상 15% 이하의 동, 8% 이상 10% 이하의 니켈(Ni), 및 7.5% 이상 8.5% 이하의 알루미늄(Al)을 함유하고, Zr₆₂ _- ₆₇Nb₁ _-5Ti_0.5-2Cu_12-15Ni_8-10Al_7.5-8.5로 나타나는 조성을 갖는다.

Description

지르코늄기 금속 유리 합금{ZIRCONIUM-BASED METAL GLASS ALLOY}

본 발명은 고 유리 형성능, 고 강도, 고 연성, 고 내식성, 고 점성 가공성, 정밀 주조성, 및 고 휘성을 겸비하는 지르코늄(Zr)기 금속 유리 합금에 관한 것이다.

현재, 금속 유리 합금은 용융된 액체 형상의 합금을 급속히 냉각하는 것에 의해서, 주기적인 구조를 갖지 않는 유리 상태로 되는 과 냉각 액체 영역이 넓은 비정질 합금으로서 알려져 있다. 이들 금속 유리 합금은 우수한 유리 형성능, 높은 반발 계수, 고 강도, 우수한 주조성, 우수한 부식 특성 등을 갖고 있기 때문에, 골프 클럽, 휴대전화의 프레임, 미소 기계용 기어, 손목시계의 케이싱 등으로의 응용이 확대되고 있다.

이러한 금속 유리 합금으로서, 지르코늄기 벌크 금속 유리 합금(Zr기 BMG 합금(ZIRCONIUM(Zr)-based Bulk Metallic Glass Alloy))이 제안되고 있다(특허문헌 1, 2 및 3 참조)

특허문헌 1은 원자퍼센트로, 50% 이상 70% 이하의 지르코늄(Zr), 15% 이상 30% 이하의 동(Cu), 5% 이상 15% 이하의 알루미늄(Al), 2% 이상 20% 이하의 철(Fe), 및 0.01% 초과, 0.2% 이하의 질소(N)를 주요 성분으로 하는 Zr기 금속 유리 합금을 개시하고 있다.

특허문헌 1에 개시된 Zr기 금속 유리 합금은 아몰퍼스상의 형성능이 높고, 고 강도, 저 영률을 가지며, 경제적으로 제조할 수 있다고 하고 있다.

특허문헌 2는 원자퍼센트로, Zr₇₅ _-x-y- _zAl_xNi_y _- _aM_zB_a(x는 10≤x≤19, y는 15≤y≤28, M은 Nb 또는 Ta이며, z는 0≤z≤8, B는 Fe 또는 Co이고, a는 0≤a≤8)로 나타나는 조성을 갖고 있는 Cu를 포함하지 않는 Zr기 금속 유리 합금을 개시하고 있다.

특허문헌 2에 개시된 Zr기 금속 유리 합금은 큰 비정질 형성능을 가지며, 우수한 기계적 성질, 가공성 및 내식성을 겸비하고 있다고 하고 있다.

특허문헌 3은 원자퍼센트로, Zr₇₀ _- ₈₀Be₀ _.8- ₅Cu₁ _- ₁₅Ni₁ _- ₁₅Al₁ _-5(Nb_yTi₁ _-y)_0.5-3(원자분율 y=0.1∼1) 또는 Zr₇₀ _- ₈₀Be₀ _.8-5(Cu_xNi₁ _-x)_10- ₂₅Al₁ _-5(Nb_yTi₁ _-y)_0.5- ₃(원자분율 x=0.1∼0.9, y=0.1∼1)로 나타나는 조성을 갖고 있는 지르코늄계 합금 금속 유리를 개시하고 있다.

특허문헌 3에 개시된 지르코늄계 합금 금속 유리는 결정화 온도(Tx)와 유리 전이 온도(Tg)간의 온도차(DT=△Tx)가 70K이상, 예를 들면 120K 초과이고, 큰 유리 형성능을 가지며, 5㎜ 초과, 예를 들면 8㎜∼20㎜의 두께를 가진다고 하고 있다.

특허문헌 4는 Zr_aNi_bCu_cAl_d(식 중의 a, b, c, d는 원자퍼센트로, a는 60∼75원자퍼센트, b는 1∼30원자퍼센트, c는 1∼30원자퍼센트, d는 5∼20원자퍼센트이다]로 나타나는 조성을 갖는 고 연성 금속 유리 합금을 개시하고 있다.

특허문헌 4에 개시된 고 연성 금속 유리 합금은 소성 가공성이 우수하고, 냉간 프레스 가공 등의 금속 가공 프로세스에 적용 가능한 고 연성 금속 유리 합금이라고 하고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 제2010-144245호 특허문헌 2: 일본 특허공개공보 제2012-158794호 특허문헌 3: 일본 특허공고공보 제2016-534227호 특허문헌 4; 일본 특허공고공보 제2009-215610호

그런데, 특허문헌 1, 2 및 3에 개시된 Zr기 금속 유리 합금은 각각에는 유리 형성능(비정질 형성능)이 우수하거나, 강도 등의 기계적 성질이 우수하거나, 가공성, 및 내식성 등이 우수하거나, 소성 가공성이 우수하고, 냉간 프레스 가공 등의 금속 가공 프로세스에 적용 가능한 고 연성이기는 하지만, 고 유리 형성능, 고 강도, 고 연성, 고 내식성, 고 점성 가공성, 정밀 주조성 및 고 휘성을 겸비하는 것은 아니라는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해소하고, 고 유리 형성능, 고 강도, 고 연성, 고 내식성, 고 점성 가공성, 정밀 주조성, 및 고 휘성 등의 우수한 특성을 겸비하는 지르코늄(Zr)기 금속 유리 합금을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 원자퍼센트로, 62% 이상 67% 이하의 지르코늄(Zr), 1% 이상 5% 이하의 니오브(Nb), 0.5% 이상 2% 이하의 티탄(Ti), 12% 이상 15% 이하의 동(Cu), 8% 이상 10% 이하의 니켈(Ni), 및 7.5% 이상 8.5% 이하의 알루미늄(Al)을 함유하고, Zr₆₂ _- ₆₇Nb₁ _- ₅Ti₀ _.5- ₂Cu₁₂ _- ₁₅Ni₈ _- ₁₀Al₇ _.5-8.5로 나타나는 조성을 갖는 지르코늄(Zr)기 금속 유리 합금을 개발하고, 제공하는 것이다.

여기서, 원자퍼센트로, Zr, Nb, 및 Ti의 함유량의 합(Zr+Nb+Ti)은 65% 이상 70% 이하인 것이 바람직하다.

또, 원자퍼센트로, Nb 및 Ti의 함유량의 합(Nb+Ti)은 5% 이하이고, Nb 및 Ti의 함유량의 비(Nb/Ti)는 1.0 이상 8.0 이하인 것이 바람직하다.

또, 결정화 개시 온도 Tx와 유리 전이 온도 Tg의 차(결정화 개시 온도 Tx-유리 전이 온도 Tg)로 구해지는 과 냉각 액체 영역(△Tx)은 85K 이상인 것이 바람직하다.

또, 소성 왜곡(ε_f)은 10퍼센트 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 고 유리 형성능, 고 강도, 고 연성, 고 내식성, 고 점성 가공성, 정밀 주조성, 및 고 휘성을 겸비하는 지르코늄(Zr)기 금속 유리 합금을 제공할 수 있다.

이하에, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금을 상세하게 설명한다.

본 발명에 관한 지르코늄(Zr)기 금속 유리 합금은 원자퍼센트로, 62% 이상 67% 이하의 지르코늄(Zr), 1% 이상 5% 이하의 니오브(Nb), 0.5% 이상 2% 이하의 티탄(Ti), 12% 이상 15% 이하의 동(Cu), 8% 이상 10% 이하의 니켈(Ni), 및 7.5% 이상 8.5% 이하의 알루미늄(Al)을 함유하고, 따라서, Zr₆₂ _- ₆₇Nb₁ _- ₅Ti₀ _.5- ₂Cu₁₂ _- ₁₅Ni₈ _- ₁₀Al₇ _.5-8.5로 나타나는 조성을 갖는 것이다.

본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 상술한 각 성분 금속을 용해한 후, 임계 냉각 속도 이상에서 냉각하는 것에 의해 얻어지는 것이다.

본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 고 유리 형성능, 고 강도, 고 연성, 고 내식성, 고 점성 가공성, 정밀 주조성, 및 고 휘성이라는 우위의 특징을 겸비하는 것이지만, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금을 구성하는 각 성분 금속 원소는 상기 소정 비율로 배합되는 것에 의해서 일체로 되어, 상기 특징에 기여하고 있는 것이다.

본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 결정화 개시 온도(이하, 결정화 온도라고 함) Tx와 유리 전이 온도 Tg의 차(결정화 온도 Tx-유리 전이 온도 Tg)로서 구해지는 과 냉각 액체 영역(그 온도 폭)(△Tx)이 넓고, 85K 이상인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 과 냉각 액체의 고 안정에 의한 높은 유리 형성능과 고 점성 가공성을 갖는다.

여기서, 높은 유리 형성능은 과 냉각 액체 영역(△Tx)이 85K 이상이고, 넓은 것에 의한 유리상 생성이 용이한 것을 말한다. 또, 고 점성 가공성을 갖는다고 하는 것은 유리 전이 온도 Tg와 결정화 온도 Tx 사이의 과 냉각 액체 영역 △Tx에서는 점성이 10¹³Poise(포와즈) 이하로 되고, 물엿과 같이 가공할 수 있는 성질을 갖는 것을 말한다.

또, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 소성 왜곡(ε_f)이 크고, 10% 이상(ε_f≥10%)인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 고 연성이라는 특징을 갖는다.

또, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 예를 들면 1500MPa 이상이라는 합금의 강도와 약 2%의 고 탄성 왜곡을 실용상 필요하게 되는 높은 강도와 높은 휨성을 갖는다는 특징도 갖는다.

또한, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 고 휘성이라는 특징도 갖는다. 여기서, 고 휘성을 갖는다는 것은 금속 유리는 원자가 균일하게 섞이고 또한 무질서하게 배열되어 있고, 결정 합금에 있는 결정립계나 결정 방위 차이를 포함하지 않기 때문에, 표면이 원자 레벨에서 평활하게 되고, 그 결과, 정밀한 주조 반전성, 높은 광휘성, 광반사성을 나타내는 성질을 갖는 것을 말한다.

본 발명의 Zr기 금속 유리 합금의 주요한 성분 금속에 대해 설명한다.

Zr은 금속 유리 합금의 베이스로 되는 원소로서, 상술한 바와 같이, 그 함유량은 원자퍼센트로, 62% 이상이고 또한 67% 이하일 필요가 있다. 그 결과, Zr은 과냉각 액체 영역 △Tx를 확대하는 효과가 있고, 유리 형성능을 높이며, 아몰퍼스상(비정질상)을 형성하기 쉽게 하는 동시에, 높은 연성을 나타내는 효과가 있다. 또, 공기 중에서 산화 피막이나 부동태 피막을 형성하는 것에 의해 합금에 내식성을 주는 원소이다.

Cu는 금속 유리 합금의 기계적 특성을 향상시키는 효과가 있다. Cu의 함유량은 상술한 바와 같이, 원자퍼센트로, 12% 이상이고 또한 15% 이하인 것이 필요하다. 그 이유는 Cu의 함유량이 12% 미만인 경우 혹은 15%를 넘는 경우에는 과 냉각 액체 영역 △Tx가 좁아지고, 합금의 유리 형성능이 저하하는 동시에, 합금의 강도를 실용상 필요하게 되는 강도, 예를 들면 1500MPa 이상으로 높일 수 없기 때문이다. 또한, 15% 이상의 고 왜곡 특성이 얻어지지 않기 때문이기도 하다.

Al은 금속 유리 합금의 형성을 위한 불가결한 원소이고, 또한 내식성을 향상시키는 효과가 있다. Al의 함유량은 상술한 바와 같이, 원자퍼센트로, 7.5% 이상이고 또한 8.5% 이하인 것이 필요하다. 그 이유는 Al의 함유량이 7.5% 미만의 경우 혹은 8.5%를 넘는 경우에는 과 냉각 액체 영역 △Tx가 좁아지고, 합금의 유리 형성능이 저하하게 되기 때문이다. 또, Al의 함유량이 8.5%를 넘는 경우에는 소성 왜곡(ε_f)이 작아지고, 연성이 저하하기 때문이다.

Ni는 과 냉각 액체 영역 △Tx를 확대하고, 유리 형성능을 높이는 효과가 있다. Ni의 함유량은 상술한 바와 같이, 원자퍼센트로, 8% 이상이고 또한 10% 이하인 것이 필요하다. 그 이유는 Ni의 함유량이, 8% 미만인 경우 혹은 10%를 넘는 경우에는 과 냉각 액체 영역 △Tx가 좁아지고, 합금의 유리 형성능이 저하하는 동시에, 15% 이상의 고 왜곡이 얻어지지 않기 때문이다.

Nb는 과 냉각 액체 영역 △Tx를 확대하고, 유리 형성능을 높이고, 기계적인 강도 및 내식성을 증대시키는 효과가 있다. Nb의 함유량은 상술한 바와 같이, 원자퍼센트로, 1% 이상이고 또한 5% 이하인 것이 필요하다. 그 이유는 Nb의 함유량이 1% 미만인 경우 혹은 5%를 넘는 경우에는 과 냉각 액체 영역 △Tx가 좁아지고, 합금의 유리 형성능이 저하하기 때문이다.

Ti는 Nb와 공존하는 것에 의해, 과 냉각 액체 영역 △Tx를 확대하고, 유리 형성능을 높이고, 기계적 강도, 연성 및 내식성을 증대시키는 효과가 있다. Ti의 함유량은 상술한 바와 같이, 원자퍼센트로, 0.5% 이상이고 또한 2% 이하인 것이 필요하다. 그 이유는 Ti의 함유량이 0.5% 미만의 경우 혹은 2%를 넘는 경우에는 과 냉각 액체 영역 △Tx가 좁아지고, 합금의 유리 형성능이 저하하기 때문이다.

본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 상기의 조성을 갖는 것이지만, 그 새로운 특징은 Nb와 Ti의 공존이 필수인 점에 있다. 여기서, 원자퍼센트로, Nb 및 Ti의 함유량의 합(Nb+Ti)이 5% 이하인 것이 바람직하고, Nb 및 Ti의 함유량의 비(Nb/Ti)가 1.0 이상 8.0 이하인 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금에서는 주기율표에서 IV족 및 V족의 천이 금속인 Zr, Nb, 및 Ti의 3원소가 필수이고, Zr, Nb 및 Ti의 3원소의 총량이 많은 것이 특징이며, 3원소의 총량은 원자퍼센트로, 65% 이상 70% 이하(65%∼70%)인 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금에 있어서는 Zr, Nb 및 Ti의 3원소가 필수이고, 다성분화로 되어 있는 것, 또한 총량이 65원자퍼센트 이상인 것, Al량이 8.5원자퍼센트 이하인 것 등의 상승효과에 의해, 과 냉각 액체 영역이 85K 이상인 것, 및 소성 왜곡이 10% 이상인 것의 바람직한 특성이 나타난다.

그 결과, 상술한 바와 같이, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 고 유리 형성능이고, 고 연성이며, 또한, 고 강도, 고 내식성, 고 점성 가공성, 정밀 주조성, 및 고 휘성인 특징도 갖지만, 이들에 부가하여, 합금 중량의 경감화, 융점의 저하, 내식성의 향상, 내산화성의 향상, 재료 코스트의 저하, 및 합금 제작의 용이화를 도모할 수 있다는 특징도 갖는다.

본 발명의 Zr기 금속 유리 합금을 제조할 때에는 각 성분 금속의 작은 덩어리 혹은 분말을 용해하여, 각 성분 금속의 모합금의 용융물을 제작한 후, 이 모합금의 용융물을, 과 냉각 액체 상태를 유지한 채 냉각하고 고화할 필요가 있다. 금속 유리 합금을 냉각하여 제조하는 방법으로서는 구리 주형 차압 주조법, 사출 주조법, 단조 주조법, 체결 주조법, 경각 주조법, 또는 주조 주형 용액 분출법 등이 있다.

따라서, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 아크 용해법 등에 의해, 상술한 함유량의 각 성분 금속으로부터 모합금을 제작한 후, 주로 구리 주형 차압 주조법, 구리 주형 사출 주조법, 구리 주형 체결 주조법, 구리 주형 경각 주조법, 구리 주형 단조 주조법, 또는 주조 주형 용액 분출법 등에 의해, 직경 2∼5㎜의 원기둥 형상 봉재, 혹은 두께 2∼4㎜의 판재로서 제작할 수 있다.

아크 용해에 있어서는 전류를 일정한 값으로 하여 용해하는 게 아니라, 출력을 컨트롤하면서, 예를 들면 당초 30%∼40%(전류 100A∼200A)에서 스타트하고, 서서히 전류 전압을 상승시킨다. 용해 중의 최대 전류 출력 60∼75%(전류 300A∼400A 정도)의 사이에서 조정하고, 용해 종료시는 40%∼60%(200A∼300A)로 되도록 실행하는 것, 및 피 용해물과 전극 선단의 거리가 변화하는 것 등에 의해, 전압 및 전류가 함께 변화한다. 따라서, 초기 상태에서 용해 종료까지의 전압 및 전류의 변동은 예를 들면, 20g의 시료 용해일 때에는 전압 20V∼40V, 전류 100A∼400A로 된다.

즉, 아크 용해에 의한 모합금 제작에서는 1회의 각 성분 금속의 총합량을 소정량, 예를 들면 20g으로 해서, 감압 아르곤 가스 분위기하에서, 전압 20V∼40V, 전류 100A∼400A의 조건하에서의 아크 용해를 적어도 4회 이상 반복하여 모합금을 제작한다.

구리 주형 차압 주조법에 있어서는 일본 특허공개공보 평성 08-109419호에 기재되어 있는 바와 같이, 수냉 주형상에 금속 재료를 충전하고, 이 금속 재료를 급격히 용융 가능한 상기 아크 용해를 이용하여 금속 재료를 용해 후, 얻어진 용융 금속을, 가스의 차압 혹은 중력을 이용하여 주형 하부로부터 아래쪽에 마련된 세로형의 수냉 주형에 순시에 주입하고, 금속 용탕의 이동 속도를 빠르게 하고, 큰 냉각 속도를 얻어, 대형의 금속 유리를 제조한다.

또, 구리 주형 체결 주조법에 있어서는 일본 특허공개공보 평성11-254196호에 기재되어 있는 바와 같이, 노변(hearth)상에 금속 재료를 충전하고, 이 금속 재료를 용융 가능한 고에너지 열원을 이용하여 금속 재료를 용해 후, 얻어진 융점 이상의 용융 금속을, 냉각 계면끼리를 중첩시키는 일 없이 압압하여, 융점 이상의 용융 금속에 압축 응력 및 전단 응력 중의 적어도 한쪽을 부여하여 원하는 형상으로 변형하고, 변형 후 혹은 변형과 동시에 용융 금속을 임계 냉각 속도 이상으로 냉각하여, 원하는 형상의 벌크 형상의 금속 유리를 제조한다.

또, 구리 주형 경각 주조법에 있어서는 일본 특허공개공보 제2009-068101호에 기재되어 있는 바와 같이, 상면이 개방된 용해로에서 합금 재료를 용해하고, 성형용의 캐비티를 갖는 강제 냉각 금형 내에, 합금 재료의 용탕을 재용해시키면서 경동시켜 주입하는 경각 주조를 실행하는 동시에, 강제 냉각 금형의 캐비티 내 탕면의 상면을 대략 덮는 크기의 냉각 촉진을 겸한 상부 펀치로, 가압 냉각하여, 금속 유리를 제조한다.

또, 주조 주형 용액 분출법에 있어서는 환(φ1㎜∼φ4㎜) 또는 각 등의 임의의 형상을 갖는 2분할의 주조용 구리 주형의 주입구 중앙부에, 압축 가스에 의한 압력(0.01∼0.03MPa)을 이용하여 고주파 전원 등에 접속된 고주파 코일 등을 이용하여 석영관, 또는 석영 도가니 중에서 용융된 모합금 시료를 분사한다. 용융된 모합금 시료는 고속으로 구리 주형으로 이동하고 급랭되어 고화되고, 즉 주조되어, 비정질 구조로 된다.

이와 같이 제작된 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금의 유리 합금 구조는 X선 회절, 광학 현미경 관찰, 또는 투과 전자현미경 관찰 등에 의해 확인할 수 있다.

또, 소성 왜곡(ε_f)은 인스트론 시험기 또는 인스트론형 시험기를 이용하여, 압축 응력-왜곡 곡선을 측정하고, 그 곡선으로부터 평가할 수 있다.

이상, 본 발명의 Zr기 금속 유리 합금에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 이탈하지 않는 범위에 있어서, 각종 개량 또는 변경을 해도 좋은 것은 물론이다.

[실시예]

이하, 본 발명에 관한 Zr기 금속 유리 합금의 실시예에 대해 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명은 이 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1∼10, 비교예 1∼7)

하기 표 1에 나타내는 함유량의 각 성분 금속의 분말을, 당초 20%에서, 용해 종료시 45%로 되도록 출력(전압값 및 전류값)을 컨트롤하면서 아크 용해로 용해하고, 모합금의 용융물을 작성 후, 구리 주형 흡인 주조법에 의해, 상술한 바와 같이, 과냉각 액체 상태를 유지한 채 냉각하고 고화하여, 시료 직경 2㎜(최대 직경 3㎜이상)의 원기둥형상 봉재의 Zr기 금속 유리 합금의 시료를 제작하였다.

이와 같이 제작한 이들 각 시료(합금)를 이용하여, 합금 구조를 검사하고, 최대 직경(㎜), 유리 전이 온도 Tg(K), 결정화 온도 Tx(K), 과 냉각 액체 영역 △Tx(K), 항복 강도(MPa), 파괴 강도(MPa), 및 소성 왜곡 ε_f(%)의 각 항목에 대해 측정하고, 평가하였다.

그 결과를, 표 1에 나타낸다.

여기서, 합금 구조는 X선 회절에 의해서 검사하고, 확인하였다. 표 1 중, 「유리상」은 유리(아몰퍼스)만의 층인 것을 나타내고, 「혼상」은 유리(아몰퍼스)와 결정의 혼상인 것을 나타낸다.

또, 과 냉각 액체 영역 △Tx(K)는 결정화 온도 Tx와 유리 전이 온도 Tg의 차(결정화 온도 Tx-유리 전이 온도 Tg)로서 구하였다.

또, 소성 왜곡 ε_f는 인스트론 시험기를 이용하여, 압축 응력-왜곡 곡선을 측정하고, 그 곡선으로부터 평가하였다.

[표 1]

표 1에 나타내는 바와 같이, 각 원소의 함유량이 본 발명의 범위에 들어가는 실시예 1∼10에 나타내는 시료는 모두, 시료 직경이 2㎜이고, 최대 직경은 3㎜ 이상, 또는 4㎜ 이상으로 크고, 합금 구조는 유리층인 것이 확인되었다.

또, 과 냉각 액체 영역 △Tx는 어느 시료도 85K 이상이며, 고 유리 형성능을 갖는 것을 알 수 있었다.

또, 항복 강도는 어느 시료도 1500MPa 이상이며, 파괴 강도는 어느 시료도 1600MPa 이상이고, 고 강도인 것을 알 수 있었다.

또, 소성 왜곡 ε_f는 어느 시료도 10% 이상이며, 고 연성인 것을 알 수 있었다.

한편, 표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명 범위를 이탈하는 비교예 1∼7은 본 발명 효과를 얻을 수 없었다.

즉, 비교예 4∼7은 합금 구조가 유리층과 결정층의 혼상이며, 금속 유리 합금으로 되어 있지 않은 것이었다. 비교예 4∼7에서는 주 구성상이 결정으로 되고, 명료한 유리 전이 온도 Tg, 및 결정화 온도 Tx를 검출할 수 없어, 과 냉각 액체 영역 △Tx를 산출할 수 없었다.

또, 비교예 1∼7은 모두, 소성 왜곡 ε_f가 10% 미만이며, 연성이 낮은 것을 알 수 있었다.

이상으로부터, 본 발명의 효과는 명백하다.

본 발명의 Zr기 금속 유리 합금은 전자기 기기 프레임, 스프링재, 핀재, 기어재, 센서재, 미러재, 시계 케이스, 시계 문자반, 시계 바늘, 광학 소자재, 및 칼날 등의 용도에 적용할 수 있다.

Claims

원자퍼센트로, 62% 이상 67% 이하의 지르코늄(Zr), 1% 이상 5% 이하의 니오브(Nb), 0.5% 이상 2% 이하의 티탄(Ti), 12% 이상 15% 이하의 동(Cu), 8% 이상 10% 이하의 니켈(Ni), 및 7.5% 이상 8.5% 이하의 알루미늄(Al)을 함유하고, Zr₆₂ _- ₆₇Nb₁ _- ₅Ti₀ _.5- ₂Cu₁₂ _-15Ni_8-10Al_7.5-8.5로 나타나는 조성을 갖는 지르코늄기 금속 유리 합금.
제 1 항에 있어서,
원자퍼센트로, Zr, Nb 및 Ti의 함유량의 총합(Zr+Nb+Ti)은 65% 이상 70% 이하인 지르코늄기 금속 유리 합금.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
원자퍼센트로, Nb 및 Ti의 함유량의 합(Nb+Ti)은 5% 이하이고, Nb 및 Ti의 함유량의 비(Nb/Ti)는 1.0 이상 8.0 이하인 지르코늄기 금속 유리 합금.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
결정화 온도 Tx와 유리 전이 온도 Tg의 차(결정화 온도 Tx-유리 전이 온도 Tg)로 구해지는 과 냉각 액체 영역(△Tx)은 85K 이상인 지르코늄기 금속 유리 합금.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
소성 왜곡(ε_f)은 10% 이상인 지르코늄기 금속 유리 합금.