JP6370925B2 - Method for manufacturing a part made of a metal alloy having an amorphous phase - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも部分的に非晶質の金属合金からなる部品を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a part made of at least partially amorphous metal alloy.
さらに、本発明は、非晶質相を有する金属合金から製造された部品及びそのような部品の使用に関する。 Furthermore, the invention relates to parts made from metal alloys having an amorphous phase and the use of such parts.
非晶質金属及びその合金は、数十年にわたって知られている。薄層及びその製造は、例えば、DE3524018A1に開示されており、溶融相のクレンチ冷却(焼き入れ)により、支持体上に、薄い金属ガラスが生成される。さらに、例えば、特許出願EP2430205B1には、非晶質合金からなる複合材料が記載されており、その製造には、102K/sの冷却速度が必要である。そのような既知の方法の欠点は、数ミリメートルの断面を有する薄い層又は非常に小型の部品を製造することしかできないということである。 Amorphous metals and their alloys have been known for decades. The thin layers and their manufacture are disclosed, for example, in DE 352 018 A1 and a thin metallic glass is produced on the support by means of crench cooling (quenching) of the molten phase. Furthermore, for example, patent application EP2430205B1 describes a composite material made of an amorphous alloy, which requires a cooling rate of 102 K / s. The disadvantage of such known methods is that only thin layers or very small parts with a cross section of a few millimeters can be produced.
従って、非晶質構造を有する複雑な形状を有する大型の部品を製造することが課題となる。大容量の複雑な部品や半製品に対して必要とされる冷却速度は、技術的に不可能である。WO2008/039134A1により、非晶質金属粉末からより大型の部品を製造する方法が知られている。すなわち、部品は3Dプリント技術により層状に構築され、上記層部分を電子ビームにより溶融する。 Therefore, it is a problem to manufacture a large component having a complicated shape having an amorphous structure. The cooling rate required for large volumes of complex parts and semi-finished products is technically impossible. From WO 2008/039134 A1, a method for producing larger parts from amorphous metal powder is known. That is, the parts are constructed in layers by 3D printing technology, and the layer portions are melted by an electron beam.
この方法の欠陥は、非常に複雑で、かつ高価になることである。さらに、このような方法では、製造された部品の物理的特性が十分に均一にはならない。溶融物の冷却速度が小さすぎる場合には、粉末の局所的な溶融及び再冷却により、合金の結晶化温度の限定的な超過及び結晶化が生じる。より正確には、表面近傍の粉末の局所的な溶融の際の熱入力及び再冷却により、深部に存在するすでに凝固した非晶質層における、結晶化温度の限定的な超過及び合金の結晶化が生じ得る。これにより、部品中に望ましくない量の結晶相が生じ、部品中の結晶相の分布が不均一となる。 The drawback of this method is that it is very complex and expensive. Furthermore, such a method does not make the physical properties of the manufactured parts sufficiently uniform. If the cooling rate of the melt is too low, localized melting and recooling of the powder results in a limited over-crystallization and crystallization of the alloy. More precisely, due to the heat input and recooling during the local melting of the powder near the surface, a limited excess of crystallization temperature and crystallization of the alloy in the already solidified amorphous layer in the deep. Can occur. This creates an undesirable amount of crystalline phase in the part, resulting in a non-uniform distribution of the crystalline phase in the part.
従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服することにある。具体的には、簡便で安価に実施することができる方法を開発することであり、その方法によれば、容積を0.1cm3又はそれより大きく、好ましくは1cm3又はそれより大きくすることができ、かつ、様々な、そしてまた複雑な形状で製造することができる、非晶質部分を有する金属合金からなる部品を製造することができる。製造された部品は、物理的特性及び非晶質の分布に関して非常に高い均一性をも有するべきである。本発明の目的はまた、そのような部品を提供することである。上記方法は、簡便に実施することができ、良好な再現性を有するべきである。製造された部品は、非常に高い割合で非晶質金属相を有するべきである。さらに、製造された部品は、できるだけ密で、わずかな孔部のみを有することが好ましい。さらなる目的は、本方法が、非晶質相を有するできるだけ多数の異なる合金で実施できることである。さらに、本方法は、できるだけ簡易な、実験室に普通に存在する機器及びツールを用いて実施できることが好ましい。 The object of the present invention is therefore to overcome the drawbacks of the prior art. Specifically, it is to develop a method that can be carried out simply and inexpensively, and according to the method, the volume may be 0.1 cm 3 or larger, preferably 1 cm 3 or larger. It is possible to produce parts made of metal alloys with amorphous parts that can and can be produced in various and also complex shapes. The manufactured parts should also have very high uniformity with respect to physical properties and amorphous distribution. The object of the present invention is also to provide such a part. The above method should be simple to carry out and have good reproducibility. The manufactured parts should have a very high proportion of amorphous metal phase. Furthermore, the manufactured parts are preferably as dense as possible and have only a few holes. A further object is that the method can be carried out with as many different alloys as possible having an amorphous phase. Furthermore, it is preferred that the method can be carried out using equipment and tools that normally exist in the laboratory, as simple as possible.
本発明の目的は、下記の工程を有する、少なくとも部分的に非晶質の金属合金からなる部品の製造方法により達成される:
A) 少なくとも部分的に非晶質の金属合金からなる粉末であって、球状粉末粒子からなり、前記粉末粒子が125μm未満の直径を有する、粉末を提供する工程;
B) 前記粉末を圧縮して、製造する部品の所望の形状にする工程;
C) 前記圧縮の間、又は前記圧縮の後に、金属合金の非晶質相の転移温度と結晶化温度の間の温度にて、前記粉末を温度処理することにより、前記粉末を圧縮し、焼結する工程であって、前記部品が温度処理後に焼結され、少なくとも85パーセントの非晶質部分を有するように温度処理の長さが選択される、工程。
The object of the present invention is achieved by a method for producing a part consisting of an at least partially amorphous metal alloy having the following steps:
A) providing a powder comprising a powder of at least partly amorphous metal alloy, comprising spherical powder particles, the powder particles having a diameter of less than 125 μm;
B) compressing the powder into the desired shape of the part to be manufactured;
C) During or after the compression, the powder is compressed and sintered by subjecting the powder to a temperature treatment at a temperature between the transition temperature of the amorphous phase of the metal alloy and the crystallization temperature. The step of sintering, wherein the part is sintered after the temperature treatment and the length of the temperature treatment is selected such that it has at least 85 percent amorphous parts.
好ましくは、前記温度処理の長さは、短くとも、温度処理後に前記粉末が焼結されており、かつ、長くとも、前記部品が、温度処理後に少なくとも85パーセントの非晶質部分をなお有するように選択される。 Preferably, the length of the temperature treatment is short, the powder is sintered after the temperature treatment, and at the longest, the part still has at least 85 percent amorphous parts after the temperature treatment. Selected.
好ましくは、前記粉末は、125μm未満の直径を有する粉末粒子100%からなる。このような粒子寸法又は粒径分布は、しばしばD100=125μmとも呼ばれる。 Preferably, the powder consists of 100% powder particles having a diameter of less than 125 μm. Such particle size or particle size distribution is often referred to as D 100 = 125 μm.
物理学及び化学においては、原子が、秩序のある構造ではなく、不規則なパターンを形成し、長距離秩序を有さず、短距離秩序のみを有する物質を非晶質物質と呼ぶ。非晶質に対し、規則的な構造を有する物質を結晶と呼ぶ。 In physics and chemistry, a substance in which atoms do not have an ordered structure but forms an irregular pattern, does not have long-range order, and has only short-range order is called an amorphous substance. A substance having a regular structure with respect to amorphous is called a crystal.
球状粒子は、本発明においては、幾何学的に完全な球体である必要はなく、球形から逸脱しているものであってもよい。好ましい球状粉末粒子は、丸みを帯びた、少なくともほぼ球形の形状を有し、最短断面に対する最長断面の比率が大きくとも2:1である。従って、本発明においては、球体幾何学による厳密な幾何学的又は数学的球体を意味しない。前記断面は、粉末粒子内を走る極値寸法を意味する。特に好ましい球状粉末粒子は、最短断面に対する最長断面の比率が大きくとも1.5:1であり、又は、特に最も好ましくは球形である。直径として、本発明においては、粉末粒子の最大断面が採用される。 Spherical particles need not be geometrically perfect spheres in the present invention, and may deviate from spheres. Preferred spherical powder particles have a rounded, at least approximately spherical shape and a ratio of the longest cross section to the shortest cross section of at most 2: 1. Therefore, in the present invention, a strict geometric or mathematical sphere by sphere geometry is not meant. The cross section means an extreme value dimension that runs through the powder particles. Particularly preferred spherical powder particles have a ratio of the longest cross section to the shortest cross section of at most 1.5: 1, or most particularly preferably spherical. In the present invention, the maximum cross section of the powder particle is adopted as the diameter.
粉末粒子の球状形状は下記の利点を有する:
球状粒子は流動性の粉末を形成し、これは、特に、粉末タンク及びドクターブレード(Rakel)での層状処理の際に好ましい;
粉末のかさ密度を大きくすることができる;
粉末粒子は同様な曲面を有しており、同じ条件(温度や時間、及び同じ熱エネルギー入力)での温度処理により軟化し−又は、少なくとも同じ条件と近い条件下で軟化する。これにより、これらは隣接する粉末粒子と結合し、それぞれ短時間で、既知の時点に、そして既知の時間間隔で特に良好に焼結する。大きなかさ密度のさらなる利点は、焼結時の部品の収縮が小さいことである。これにより、最終形状に近い加工が可能となる。
The spherical shape of the powder particles has the following advantages:
The spherical particles form a flowable powder, which is particularly preferred during stratification with a powder tank and a doctor blade (Rakel);
Increase the bulk density of the powder;
The powder particles have similar curved surfaces and soften by temperature treatment under the same conditions (temperature, time, and the same thermal energy input)-or at least soften under conditions close to the same conditions. Thereby, they combine with adjacent powder particles and sinter particularly well in a short time, at known time points and at known time intervals. A further advantage of a large bulk density is that the shrinkage of the parts during sintering is small. Thereby, processing close to the final shape is possible.
本発明の好ましい実施形態によれば、前記部品は、完全な非晶質金属合金の理論密度の少なくとも97%の密度を有する場合に、焼結したものとみなすことができる。 According to a preferred embodiment of the invention, the part can be considered sintered if it has a density of at least 97% of the theoretical density of the complete amorphous metal alloy.
焼結(Sinterung)又は焼成(Sintern)とは、本発明の文脈において、粉末粒子が表面において軟化し、互いに結合し、冷却後に結合したままでいるプロセスと理解される。このようにして、前記粉末から、一体となった物体又は一体となった部品が製造される。 Sintering or sintering is understood in the context of the present invention as a process in which the powder particles soften at the surface, bond together and remain bonded after cooling. In this way, an integrated object or an integrated part is manufactured from the powder.
非晶質相の転移温度は、しばしばガラス転移温度又は転移点又はガラス転移点とも呼ばれ、これらが転移温度と同義の用語であることを明確にしておく。 The transition temperature of the amorphous phase is often referred to as the glass transition temperature or transition point or glass transition point, and it is clarified that these are terms synonymous with the transition temperature.
好ましくは、粉末は成形型又は金型内に充填され、次いで、成形型又は金型内の粉末は圧縮され、又は金型を用いて圧縮されることにより、成形される。 Preferably, the powder is filled into a mold or mold and then the powder in the mold or mold is compacted or compacted using a mold.
本発明において、転移温度に到達するまでの加熱及び冷却は、できるだけ速く行うべきである。なぜならば、転移温度の下方の温度においても、粉末の焼結を導く粉末粒子の軟化が未だ起こらないうちに、必然的に存在する結晶シードにおいて、結晶化が起こるからである。本発明においては、粉末粒子の塑性変形が達成されるべきであり、これにより粉末の圧縮、ひいては粉末の加速的な焼結が起こる。所望の設定温度又は最終温度を超える温度のオーバーシュートは、最小限に抑えるべきである。 In the present invention, heating and cooling until reaching the transition temperature should be as fast as possible. This is because, even at temperatures below the transition temperature, crystallization occurs in the crystal seeds that inevitably exist before softening of the powder particles leading to powder sintering has not yet occurred. In the present invention, plastic deformation of the powder particles should be achieved, which results in compression of the powder and thus accelerated sintering of the powder. Temperature overshoot beyond the desired set point temperature or final temperature should be minimized.
粉末の粉末粒子寸法及び粉末の粉末粒子径分布は、製造工程及び原料粉末のふるい分けにより達成することができる。従って、本発明において提供される粉末は、本発明の方法に提供され又は使用される前に、原料粉末のふるい分けにより準備される。これは、原料粉末は、準備工程の後に、既に所望の特性を有しているからである。さらに、ふるい分けにより、多くの粉末粒子の焼結により生じ(いわゆる衛星形成(Satellitenbildung))、そして原料粉末中に含まれる、球状形状から大きく逸脱した形態を有する粉末粒子の数を確実に減らし、又は最小限にすることもできる。 The powder particle size of the powder and the powder particle size distribution of the powder can be achieved by the production process and the screening of the raw material powder. Accordingly, the powder provided in the present invention is prepared by sieving the raw powder before being provided or used in the method of the present invention. This is because the raw material powder already has the desired characteristics after the preparation step. Furthermore, sieving ensures that the number of powder particles produced by sintering many powder particles (so-called satellite formation) and contained in the raw powder and having a shape greatly deviating from the spherical shape, or It can also be minimized.
本発明により、本方法の好ましい構成として、温度処理を真空下で行い、その際、好ましくは、粉末を、少なくとも10−3mbarの真空下で、温度処理により圧縮することも提案される。 According to the invention, it is also proposed as a preferred configuration of the method that the temperature treatment is carried out under vacuum, preferably compressing the powder by temperature treatment under a vacuum of at least 10 −3 mbar.
これにより、粉末の表面が、周囲の気体とあまり強く反応できないようにすることができる。すなわち、金属酸化物及び他の反応生成物は、製造される部品中の非晶質相の純度に対して負の影響を与える結晶相の核剤として作用する。 This can prevent the powder surface from reacting very strongly with the surrounding gas. That is, the metal oxide and other reaction products act as a nucleating agent for the crystalline phase that has a negative impact on the purity of the amorphous phase in the part being produced.
これに加え、又はこれに替えて、同じ理由から、本発明においては、温度処理を保護ガス下で行うこともでき、好ましくは少なくとも99.99%の純度の、特に好ましくは、少なくとも99.999%の純度の、例えばアルゴンのような希ガス下で特に行うことができる。好ましくは、このような実施形態において、圧縮及び温度処理又は温度処理のみを行う雰囲気を、希ガス、特にアルゴンで繰り返し脱気及びパージすることにより、残留ガスの大部分を除去することができる。 In addition or alternatively, for the same reasons, in the present invention, the temperature treatment can also be carried out under protective gas, preferably at least 99.99% pure, particularly preferably at least 99.999. It can be carried out in particular under a noble gas such as argon with a purity of%. Preferably, in such an embodiment, most of the residual gas can be removed by repeatedly degassing and purging the atmosphere in which compression and temperature treatment or only temperature treatment is performed with a rare gas, particularly argon.
これに替えて、本発明においては、有害な金属酸化物を最小限に維持するために、温度処理を還元ガス下、特にフォーミングガス下で行うこともできる。 Alternatively, in the present invention, the temperature treatment can be performed under a reducing gas, particularly a forming gas, in order to keep harmful metal oxides to a minimum.
部品内の金属酸化物量を削減するさらなる方策は、酸素ゲッターの使用により、粉末の温度処理の際及び/又は粉末の製造の際に行うことができる。 A further measure to reduce the amount of metal oxide in the part can be taken during the temperature treatment of the powder and / or during the production of the powder by using an oxygen getter.
さらに、本発明においては、粉末を、熱間静水圧加圧又はホットプレスにより圧縮することができる。 Furthermore, in the present invention, the powder can be compressed by hot isostatic pressing or hot pressing.
圧縮と温度処理の組み合わせにより、より密度の高い部品が得られる。さらに、粉末粒子相互の塑性変形により結合が強まり、焼結が促進されるため、温度処理時間を短くすることができ、部品の結晶相の割合が減少する。 The combination of compression and temperature treatment results in a more dense part. Furthermore, since the bonding is strengthened by the plastic deformation between the powder particles and the sintering is promoted, the temperature treatment time can be shortened and the proportion of the crystal phase of the part is reduced.
発明のさらなるさらなる実施形態によれば、温度処理時間は、前記部品が、少なくとも90パーセント、好ましくは95パーセントより多く、特に好ましくは98パーセントより多くの非晶質部分を有するように選択することができる。 According to a further further embodiment of the invention, the temperature treatment time is selected such that said part has at least 90 percent, preferably more than 95 percent, particularly preferably more than 98 percent amorphous parts. it can.
前記部品中の非晶質相の割合が大きいほど、完全に非晶質相からなる部品の所望の物理的特性により近ずくことになる。 The greater the proportion of amorphous phase in the part, the closer it is to the desired physical properties of the part that is completely amorphous.
本発明の好ましい構成において、少なくとも50重量パーセントのジルコニウムを有する非晶質金属合金又は少なくとも部分的に非晶質の金属合金からなる粉末を使用することができる。 In a preferred configuration of the invention, a powder comprising an amorphous metal alloy having at least 50 weight percent zirconium or an at least partially amorphous metal alloy can be used.
ジルコニウム含有非晶質金属合金は、本発明の方法の実施に特に好適である。なぜならば、このような合金の多くでは、転移温度と結晶化温度の差が大きく、そのため、本方法の実施がより容易となるからである。 Zirconium-containing amorphous metal alloys are particularly suitable for carrying out the method of the invention. This is because many of these alloys have a large difference between the transition temperature and the crystallization temperature, which makes the method easier to implement.
本発明の非常に好ましい構成において、非晶質金属合金又は少なくとも部分的に非晶質の金属合金からなる粉末は、
a) 58から77重量パーセントのジルコニウム、
b) 0から3重量パーセントのハフニウム、
c) 20から30重量パーセントの銅、
d) 2から6重量パーセントのアルミニウム、及び
e) 1から3重量パーセントのニオブから構成されるものであってよい。
In a highly preferred configuration of the invention, the powder comprising an amorphous metal alloy or at least partially amorphous metal alloy is
a) 58 to 77 weight percent zirconium,
b) 0 to 3 weight percent hafnium,
c) 20 to 30 weight percent copper,
d) 2 to 6 weight percent aluminum, and e) 1 to 3 weight percent niobium.
100重量パーセントに達するまでの残りの部分はジルコニウムである。前記合金には、一般的な不純物が含まれていてもよい。このジルコニウム含有非晶質金属合金は、本発明の方法の実施に特に好適である。 The remainder until reaching 100 weight percent is zirconium. The alloy may contain general impurities. This zirconium-containing amorphous metal alloy is particularly suitable for carrying out the method of the invention.
前記球状非晶質金属合金粉末は、溶融霧化(Schmelzverduesung)により、好ましくは、希ガス、特にアルゴン中での溶融霧化により、特に好ましくは、純度99.99%、99.999%又はより高い純度の希ガス中での溶融霧化により製造してもよい。本発明において、金属合金が、少なくとも85体積パーセントの非晶質相部分を有する場合には、非晶質金属合金にも言及しているものとする。 The spherical amorphous metal alloy powder is preferably melted by atomization, preferably by atomization in a noble gas, in particular argon, particularly preferably with a purity of 99.99%, 99.999% or more. It may be produced by melt atomization in a high purity noble gas. In the present invention, when the metal alloy has an amorphous phase portion of at least 85 volume percent, the amorphous metal alloy is also referred to.
粉末の製造は、当然のことながら、粉末の提供の前に行われる。溶融霧化により、球状形状の粉末粒子が、容易にかつ低コストで製造される。溶融霧化の際に、希ガス、特にアルゴン又は高純度のアルゴンを使用することにより、前記粉末中の金属酸化物などの有害な不純物が可能な限り少なくなる。 The production of the powder is, of course, performed before the powder is provided. By melt atomization, spherical powder particles are easily produced at low cost. By using a rare gas, particularly argon or high-purity argon, during the melt atomization, harmful impurities such as metal oxides in the powder are reduced as much as possible.
本発明のさらなる実施形態によれば、前記粉末は、5μmより小さい直径の粒子を1重量パーセント未満含有してもよく、又は前記粉末が、5μmより小さい直径の粒子を1重量パーセント未満含有するように、ふるいにかけるか又は風力選別(Windsichten)処理を行ってもよい。 According to a further embodiment of the invention, the powder may contain less than 1 weight percent of particles with a diameter of less than 5 μm, or the powder contains less than 1 weight percent of particles with a diameter of less than 5 μm. In addition, sieving or wind simpling processing may be performed.
本発明においては、好ましくは、5μm未満の直径を有する粉末粒子は風力選別により除かれ、又は、より正確には、5μm未満の直径を有する粉末粒子部分は、風力選別により減少する。 In the present invention, preferably, powder particles having a diameter of less than 5 μm are removed by wind sorting, or more precisely, powder particle portions having a diameter of less than 5 μm are reduced by wind sorting.
5μmより小さい直径の粉末粒子部分の減少により、粉末粒子の周囲の気体による酸化又はそのような気体との他の有害な化学反応に対して反応性の高い粉末表面(すべての粉末粒子表面の和)が限定される。さらに、粉末の粒径を限定することにより、粉末粒子の軟化が(温度及び時間、ひいては生じたエネルギー入力に関して)同様の条件で起こることが確実になる。なぜならば、粉末粒子の表面の曲率及び体積の類似するため、圧縮により、粉末の密な充填が達成されるからである。少量の微細粉末粒子(5μm未満)は悪影響を及ぼさない。というのは、そのような粉末粒子は、より大きな粒子の間に入り込むことができるため、未焼結粉末の密度を高めるからである。しかしながら、あまりに多量の微細粉末粒子は、粉末の流動性に悪影響を与えるため、除かれることが好ましい。すなわち、微細な(小さい)粉末粒子は、より大きな粒子と凝集する傾向がある。 The reduction of powder particle parts with a diameter of less than 5 μm allows the powder surface to be more reactive to oxidation by the gas surrounding the powder particle or other harmful chemical reactions with such gas (sum of all powder particle surfaces). ) Is limited. Furthermore, limiting the particle size of the powder ensures that the softening of the powder particles occurs under similar conditions (with respect to temperature and time and thus the energy input generated). This is because compaction of the powder is achieved by compression because of the similar curvature and volume of the surface of the powder particles. A small amount of fine powder particles (less than 5 μm) has no adverse effect. This is because such powder particles can penetrate between larger particles, thus increasing the density of the unsintered powder. However, too much fine powder particles are preferably removed because they adversely affect the flowability of the powder. That is, fine (small) powder particles tend to aggregate with larger particles.
本発明の方法の好ましい実施形態の1つにおいては、粉末の温度処理を、転移温度と最大温度の間の温度(T)で行い、最大温度が、転移温度(TT)に対し、金属合金の非晶質相の転移温度(TT)と結晶化温度(TK)の間の温度差の30%上方にあり、好ましくは、最大温度が、転移温度(TT)に対し、金属合金の非晶質相の転移温度(TT)と結晶化温度(TK)の間の温度差の20%又は10%上方にある。 In one preferred embodiment of the method of the present invention, the temperature treatment of the powder is performed at a temperature (T) between the transition temperature and the maximum temperature, the maximum temperature being relative to the transition temperature (T T ). 30% above the temperature difference between the transition temperature (T T ) and the crystallization temperature (T K ) of the amorphous phase of the metal alloy, preferably the maximum temperature is relative to the transition temperature (T T ) 20% or 10% above the temperature difference between the transition temperature (T T ) and the crystallization temperature (T K ) of the amorphous phase.
温度処理が、厳密に転移温度において、又は転移温度の上方で行われる場合には、結晶相の形成及び成長は相対的にわずかであり、前記部品中の非晶質相の純度(非晶質相の割合)は高い。式で表すと、粉末の温度処理を行う温度Tは、金属合金の非晶質相の転移温度TT及び結晶化温度TKに対し、下記の条件を満たすべきである:
TT<T<TT+(30/100)*(TK−TT)、又は
好ましくはTT<T<TT+(20/100)*(TK−TT)、又は、特に好ましくはTT<T<TT+(10/100)*(TK−TT)。
If the temperature treatment is carried out strictly at or above the transition temperature, the formation and growth of the crystalline phase is relatively slight and the purity of the amorphous phase in the part (amorphous) The phase ratio) is high. Expressed by the equation, the temperature T at which the powder is subjected to the temperature treatment should satisfy the following conditions with respect to the transition temperature T T and the crystallization temperature T K of the amorphous phase of the metal alloy:
T T <T <T T + (30/100) * (T K −T T ), or preferably T T <T <T T + (20/100) * (T K −T T ), or in particular Preferably T T <T <T T + (10/100) * (T K −T T ).
上記の数式で特定する温度範囲で温度処理を行えば、前記部品中の結晶相の形成を少なくして、焼結が行われる。 If the temperature treatment is performed in the temperature range specified by the above mathematical formula, the formation of the crystal phase in the part is reduced and the sintering is performed.
本発明の方法の特に有利な構成において、温度処理の時間は、製造される部品の幾何学的形状、特に厚さに応じて選択され、好ましくは、製造される部品の最大関連直径に応じて選択される。 In a particularly advantageous configuration of the method according to the invention, the temperature treatment time is selected according to the geometry of the part to be produced, in particular the thickness, and preferably according to the maximum relevant diameter of the part to be produced. Selected.
製造される部品の幾何学的形状あるいは厚さは、それぞれ成形される粉末及び成形する部品内に熱伝導がくまなく行われ、それぞれ部品内部の粉末及び部品内部をも、転移温度又は転移温度の上方まで加熱するように考慮される。これにより、部品内部においても粉末の焼結が行われる。 The geometrical shape or thickness of the manufactured part is such that heat conduction is performed in the powder to be molded and the part to be molded, respectively. Consider heating up. Thereby, the powder is also sintered inside the component.
前記部品の最大関連直径は、部品内部に幾何学的に収容することができる最大球体により幾何学的に決定することができる。最大関連直径の決定に際しては、物体内の溝又は隙間を無視することができる。これらは、周囲の気体及び/又は他の熱源による入熱に全く又はほとんど貢献しない(例えば、総和で5%未満)。 The maximum associated diameter of the part can be determined geometrically by the largest sphere that can be geometrically accommodated within the part. In determining the maximum associated diameter, grooves or gaps in the object can be ignored. They contribute nothing or little to the heat input by the surrounding gas and / or other heat source (eg less than 5% in total).
好ましくは、温度処理の長さは、前記部品の厚さ若しくは壁厚又は製造される部品の最大関連直径のミリメートル当たり3秒から、製造される部品の厚さ又は最大関連直径のミリメートル当たり900秒までの時間範囲であり、その際、好ましくは、温度処理の長さは、前記部品の厚さ若しくは壁厚又は製造される部品の最大関連直径のミリメートル当たり5秒から、製造される部品の厚さ又は最大関連直径のミリメートル当たり600秒までの時間範囲である。 Preferably, the length of the temperature treatment ranges from 3 seconds per millimeter of the part thickness or wall thickness or the maximum associated diameter of the manufactured part to 900 seconds per millimeter of the manufactured part thickness or maximum associated diameter. The temperature treatment length is preferably from 5 seconds per millimeter of the part thickness or wall thickness or the maximum relevant diameter of the part to be produced, to the thickness of the part to be produced. Or a time range of up to 600 seconds per millimeter of maximum associated diameter.
前記部品の形状、厚さ若しくは壁厚及び/又は前記部品の最大関連直径の検討により、温度処理の長さは、粉末の十分な焼結が行われ、同時に前記部品中の結晶相の形成をできるだけ小さくするように、あるいは理想的には結晶相の形成を最小限にするように選択される。特定の部品及び使用に対しては、部品の周縁部のみが完全に焼結されていれば十分であり、部品の内部に未だ未焼結の粉末が存在していてもよい。しかしながら、前記部品が完全に(内部も)焼結されていることが好ましい。 By studying the shape, thickness or wall thickness of the part and / or the maximum associated diameter of the part, the length of the temperature treatment is such that sufficient sintering of the powder takes place and at the same time the formation of crystalline phases in the part. It is chosen to be as small as possible or ideally to minimize the formation of crystalline phases. For a specific part and use, it is sufficient that only the peripheral part of the part is completely sintered, and unsintered powder may still be present inside the part. However, it is preferred that the part is completely (and internally) sintered.
本発明の基本的な課題は、少なくとも85パーセントの非晶質部分を有する圧縮され焼結された球状非晶質金属合金粉末からなる部品によっても解決される。 The basic problem of the present invention is also solved by a part consisting of a compacted and sintered spherical amorphous metal alloy powder having at least 85 percent amorphous parts.
前記部品は、本発明の方法を用いて製造してもよい。本発明のそのような方法は前記した通りである。 The part may be manufactured using the method of the present invention. Such a method of the present invention is as described above.
本発明の基本的な課題は、そのような部品の、歯車、摩擦車、耐摩耗性部品、ハウジング、時計ハウジング、変速機の部品又は半製品としての使用によっても解決される。 The basic problem of the present invention is also solved by the use of such parts as gears, friction wheels, wear resistant parts, housings, watch housings, transmission parts or semi-finished products.
本発明は、適宜な大きさの球状粉末粒子の使用及び適宜な短時間に渡る適宜な温度での温度処理により、非晶質金属合金の粉末から、より大きな及び/又は複雑な部品をも製造することができ、上記部品は、大部分(少なくとも85体積パーセント)が非晶質相からなり、そのため非晶質金属合金の好ましい物理的特性を有するという、驚くべき知見に基づくものである。従って、本発明は、非晶質金属合金又は少なくとも85%の非晶質相からなる金属合金から、粉末の焼結により、部品を製造することができる方法を初めて記述するものであり、本方法において、大部分の非晶質相は維持されたままである。好ましくは、粉末の焼結の際に、できるだけ多くの非晶質相を維持し、あるいは、金属合金中の結晶相部分をできるだけ少なく維持するために、製造される部品の大きさにより、温度処理の長さが調整される。同じ目的のために、温度処理を保護ガス下又は真空下で行い、粉末中に、従って部品中に生成する金属酸化物又は空気との他の反応生成物をできるだけ少なくすることが好ましい。そのような金属酸化物及び他の反応生成物は、特に、結晶化の核として作用し、従って、前記部品中の非晶質相の量を減少させる。 The present invention produces larger and / or more complex parts from amorphous metal alloy powders by using spherical powder particles of an appropriate size and temperature treatment at an appropriate temperature for an appropriate short time. The part is based on the surprising finding that the majority (at least 85 volume percent) consists of the amorphous phase and thus has the favorable physical properties of the amorphous metal alloy. Accordingly, the present invention describes for the first time a method by which a part can be produced by sintering powder from an amorphous metal alloy or a metal alloy comprising at least 85% amorphous phase. In, most of the amorphous phase remains maintained. Preferably, during the sintering of the powder, the temperature treatment depends on the size of the part to be manufactured in order to maintain as much amorphous phase as possible, or to keep as little crystalline phase part in the metal alloy as possible. The length of is adjusted. For the same purpose, it is preferred that the temperature treatment is carried out under protective gas or under vacuum to minimize as much as possible other reaction products with metal oxides or air formed in the powder and thus in the part. Such metal oxides and other reaction products in particular act as crystallization nuclei, thus reducing the amount of amorphous phase in the part.
本発明の方法において、前記部品の製造のための非晶質金属粉末を溶融霧化で製造し、上記粉末がX線非晶質(roentgenamorph)である場合に特に良好な結果が得られることが見いだされ、その場合において、上記粉末粒子は125μm未満であることが好ましい。溶融霧化においては、得られた合金の溶融液滴は、プロセスガス流(アルゴン)により急激に冷却されるため、非晶質粉末画分の存在に寄与する。本発明のさらなる変形によれば、この粉末から、細塵(5μm未満の粒子)及び125μmより大きい粗粒の大部分が分離され、例えば、粉末のふるい分け及び/又は風力選別により除かれる。そのような粉末画分は、圧縮及び温度処理により、複雑な非晶質部品を製造するための最適な原料(調整粉末)であり、順次行われ又は組み合わせて行われる圧力及び温度工程は、前記部品の非晶質の挙動に関して非常に良好な結果をもたらす。このように調製した粉末を用いることにより、非晶質金属相を特に多く有する部品が得られる。同時に、このように得られ、このような粉末から製造された部品は、焼結粉末粒子の度合いが高く、小さい孔隙率、好ましくは5%未満の孔隙率を有する。粒子寸法の上記の限定により、得られた層よりも大きな断面を有するそのような粒子が、その後、ドクターブレードによって取り除かれ得る状況、すなわち層が不完全になるのが防止される。 In the method of the present invention, particularly good results can be obtained when an amorphous metal powder for the production of the part is produced by melt atomization and the powder is X-ray amorphous. In that case, the powder particles are preferably less than 125 μm. In melt atomization, the molten droplets of the resulting alloy are cooled rapidly by the process gas stream (argon), thus contributing to the presence of an amorphous powder fraction. According to a further variant of the invention, from this powder most of the fine dust (particles smaller than 5 μm) and coarse particles larger than 125 μm are separated and removed, for example, by powder sieving and / or wind sorting. Such powder fraction is an optimal raw material (conditioning powder) for producing complex amorphous parts by compression and temperature treatment, and the pressure and temperature steps performed sequentially or in combination are It gives very good results regarding the amorphous behavior of the part. By using the powder thus prepared, a part having a particularly large amount of the amorphous metal phase can be obtained. At the same time, the parts thus obtained and produced from such powders have a high degree of sintered powder particles and a low porosity, preferably less than 5%. The above limitation of particle size prevents situations where such particles having a larger cross section than the resulting layer can then be removed by a doctor blade, i.e. the layer is incomplete.
その際に重要なことは、上記方法において、非晶質粉末を、結晶化温度まで、又はそれを超えて加熱しないことである。さもなければ、結晶化が起こり、合金の非晶質特性が失われるからである。他方、物質を、少なくとも転移温度、すなわち、冷却中に、金属合金の非晶質相が、塑性領域から剛性状態に変化する温度、に加熱することが必要である。この温度領域において、粉末粒子は、結晶化することなく結合する。転移温度はガラス転移温度と呼ばれることも多い。 What is important here is that in the above method, the amorphous powder is not heated to or beyond the crystallization temperature. Otherwise, crystallization occurs and the amorphous properties of the alloy are lost. On the other hand, it is necessary to heat the material to at least the transition temperature, ie the temperature at which the amorphous phase of the metal alloy changes from a plastic region to a rigid state during cooling. In this temperature region, the powder particles are bonded without crystallizing. The transition temperature is often called the glass transition temperature.
しかしながら、完全に不純物フリーとし、特に酸素フリーとすることは、技術的にほとんど不可能であり、コスト面でも意味がないため、微細結晶性介在物を回避することはできない。二桁のppm範囲の少ない酸素量が、合金の酸素親和性成分の対応酸化物の形成を引き起こす。これらは、その後、小さな結晶化の核として存在し、粒状の小さな酸化物系介在物になる場合があり、これは顕微鏡画像において1000倍の倍率で、又はX線回折試験においてピークとして検知することができる。同様の作用が、原料中の他の不純物又は例えば窒素等のさらなる元素によっても起こることがある。 However, it is almost impossible technically to make impurities completely free, especially oxygen free, and there is no point in terms of cost, so it is impossible to avoid fine crystalline inclusions. A small amount of oxygen in the double-digit ppm range causes the formation of the corresponding oxide of the oxygen affinity component of the alloy. These then exist as small crystallization nuclei and may become granular small oxide inclusions, which can be detected at 1000X magnification in the microscopic image or as a peak in the X-ray diffraction test. Can do. Similar effects may be caused by other impurities in the feedstock or additional elements such as nitrogen.
温度処理の長さは、主として前記部品の体積に依存し、原則として、あまり長くするべきではない。なぜならば、未だ小さな各結晶核がシード結晶となり、結晶が成長することがあり、望ましくない結晶相が前記部品内に広がるからである。ジルコン系合金を用いた試験では、部品断面1mm当たり最大400秒の長さの本発明に従う温度範囲における温度処理が、特に良好な結果をもたらすことが示された。転移温度の下方50ケルビンで、望ましくない結晶成長が既に部分的に起こるので、加熱相もできるだけ速く行うべきである。 The length of the temperature treatment depends mainly on the volume of the part and as a rule should not be too long. This is because each small crystal nucleus still becomes a seed crystal, and the crystal may grow, and an undesirable crystal phase spreads in the part. Tests with zircon-based alloys have shown that temperature treatment in the temperature range according to the invention with a length of up to 400 seconds per 1 mm section of the part gives particularly good results. At 50 Kelvin below the transition temperature, undesirable crystal growth already occurs in part, so the heating phase should also occur as fast as possible.
以下に、本発明のさらなる実施形態を、模式的に示したフローチャートを用いて説明するが、それらにより本発明が限定されるものではない。
非晶質金属粉末は、組成が非晶質相の形成に向いているか、又は、既に非晶質相からなる金属合金から製造される。次いで、粉末分画が行われ、小さすぎ及び大きすぎる粉末粒子(Pulver−Teilchen)又は粉末粒子(Pulverpartikel)が、特に、ふるい分け及び風力選別により除かれる。前記粉末は、温度入力を伴い又は伴わずに、所望の形状に圧縮することができる。粉末が温度入力なしで圧縮成形される場合には、その後に、本発明において焼結と呼ばれ、又は焼結を起こす温度処理が行われる。圧縮中の又は圧縮後の温度処理は、使用する金属合金の非晶質相の転移温度TTより高く、かつ結晶化温度TKより低い温度にて、部品断面1mm当たり最大900秒の間行われる。 Amorphous metal powder is produced from a metal alloy whose composition is suitable for the formation of an amorphous phase or which already consists of an amorphous phase. Powder fractionation is then carried out, and too small and too large powder particles (Pulver-Teilchen) or powder particles (Pulverpartiquel) are removed, in particular by sieving and wind sorting. The powder can be compressed into a desired shape with or without temperature input. When the powder is compression molded without temperature input, it is subsequently referred to as sintering in the present invention or is subjected to a temperature treatment that causes sintering. The temperature treatment during or after compression is performed for a maximum of 900 seconds per 1 mm of the cross section of the component at a temperature higher than the transition temperature T T of the amorphous phase of the metal alloy used and lower than the crystallization temperature T K. Is called.
下記の実施例において、本発明の方法を具体的に記述するとともに、それにより得られた結果の評価を行う。 In the following examples, the method of the present invention is specifically described, and the results obtained thereby are evaluated.
実施例1:
70.5重量パーセントのジルコニウム(Haines&Maassen Metallhandelsgesellschaft mbH ボン、Zr−201−Zirkon Crystalbar)、0.2重量パーセントのハフニウム(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Hafnium Crystal Bar milled chips 99.7%、商品番号10204)、23.9重量パーセントの銅(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Copper plate、Oxygen free、High Conductivity(OFCH)、商品番号45210)、3.6重量パーセントのアルミニウム(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Alminium Ingot 99.999%、商品番号10571)及び1.8重量パーセントのニオブ(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Niob Folie 99.97%、商品番号00238)からなる合金を、誘導溶融プラント(VSG、induktiv beheizte Vakuum−、Schmelz−und Giessanlage、Nuermont、フライブルク)内で、800mbarのアルゴン(アルゴン6.0、Linde AG、プラハ)下にて溶融し、水冷式銅鋳型中に注いだ。そのようして得られた合金から、例えば、WO99/30858A1において知られているような方法を用いて、Nanoval溶融霧化装置(Nanoval GmbH&Co.KG、ベルリン)内で、アルゴンを用いて溶融物を噴霧化して、微細な粉末を製造した。
Example 1:
70.5 weight percent zirconium (Haines & Maassen Metalhandsgesellschaft mbH Bonn, Zr-201-Zirkon Crystalbar), 0.2 weight percent hafnium (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Hafnum 99, Hafnum. 23.9 weight percent copper (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Copper plate, Oxygen free, High Conductivity (OFCH), item number 45210), 3.6 weight percent aluminum (Alpha Aesar GmbH H & Co Kul An alloy consisting of Ium Ingot 99.999%, Item No. 10571) and 1.8 weight percent niobium (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Niob Folie 99.97%, Item No.00238) was introduced into an induction melting plant (VSG, Inductiv beheizte). It was melted under 800 mbar of argon (Argon 6.0, Linde AG, Prague) in Vakuum-, Schmelz-und Giessanage, Nuermont, Freiburg) and poured into a water-cooled copper mold. From the alloy thus obtained, for example, using a method as known in WO 99/30858 A1, a melt is melted with argon in a Nanoval melt atomizer (Nanoval GmbH & Co. KG, Berlin). Nebulization produced a fine powder.
Condux−Feinstsichter CFS(Netsch−Feinmahltechnik GmbH ゼルプ、ドイツ連邦共和国)を用いた風力選別による分離により、細粒を分離すると、粒子の0.1%未満が5μm未満の大きさであり、すなわち粒子の少なくとも99.9%が5μm又はそれより大きい直径又は大きさを有する。また、125μmメッシュの分析用ふるい(Retsch GmbH、ハーン、ドイツ連邦共和国、商品番号60.131.000125)によるふるい分けを用いて、125μmより大きい粉末粒子をすべて除く。このようにして得られた粉末をX線回折で検査すると、95%より多くの非晶質部分を有する。 When separating fines by wind separation using Condux-Feinstichter CFS (Netsch-Feinhahltechnik GmbH, Germany), less than 0.1% of the particles are less than 5 μm in size, ie at least 99.9% have a diameter or size of 5 μm or greater. Also, all powder particles larger than 125 μm are removed using a 125 μm mesh analytical sieve (Retsch GmbH, Hahn, Germany, product no. 60.131.000125). When the powder thus obtained is examined by X-ray diffraction, it has more than 95% amorphous parts.
このようにして得られた粉末画分を5.0グラム毎に、Laborpresse 54MP250D(mssiencetific Chromatographie−Handel GmbH、ベルリン)内で、圧縮器(32mm、P0764、mssiencetific Chromatographie−Handel GmbH、ベルリン)を用いて、15トンの圧力で圧縮する。次いで、圧縮物を、真空焼結器(Gero Hochtemperatur−Vakuumtemperofen LHTW 100−200/22、ノイハウゼン)内で、410℃にて、約10−5mbarの圧力で120秒間圧縮する。その後、圧縮された圧縮物を、熱間静水圧圧縮により、200メガパスカル(200MPa)の圧力、高純度アルゴン(アルゴン6.0、Linde AG、プラハ)下、400℃の温度で90秒間、最終圧縮する。 The powder fraction obtained in this manner is subjected to a compressor (32 mm, P0764, sensitive Chromatography-Handel Berlin, Berlin-type) in a Laborpresse 54MP250D (Msscientific Chromatography-Handel GmbH, Berlin) every 5.0 grams. Compress with a pressure of 15 tons. The compact is then compressed for 120 seconds at 410 ° C. at a pressure of about 10 −5 mbar in a vacuum sinter (Gero Hochtemperatur-Vakuumtemperofen LHTW 100-200 / 22, Neuhausen). Thereafter, the compressed product is subjected to a final pressure of 90 MPa at a temperature of 400 ° C. under high-purity argon (Argon 6.0, Linde AG, Prague) by hot isostatic pressing at 200 MPa. Compress.
このように製造した15個の部品を、金属組織顕微鏡画像を用いて、組織内の非晶質表面の割合について分析した。その結果、平均して表面の92%が非晶質であることが示された。 The 15 parts thus produced were analyzed for the proportion of amorphous surface in the tissue using metallographic microscope images. As a result, it was shown that 92% of the surface was amorphous on average.
実施例2:
70.5重量パーセントのジルコニウム(Haines&Maassen Metallhandelsgesellschaft mbH ボン、Zr−201−Zirkon Crystalbar)、0.2重量パーセントのハフニウム(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Hafnium Crystal Bar milled chips 99.7%、商品番号10204)、23.9重量パーセントの銅(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Copper plate、Oxygen free、High Conductivity(OFCH)、商品番号 45210)、3.6重量パーセントのアルミニウム(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Alminium Ingot 99.999%、商品番号 10571)及び1.8重量パーセントのニオブ(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Niob Folie 99.97%、商品番号00238)からなる合金を、誘導溶融プラント(VSG、induktiv beheizte Vakuum−,Schmelz−und Giessanlage、Nuermont、フライブルク)内で、800mbarのアルゴン(アルゴン6.0、Linde AG、プラハ)下にて溶融し 、水冷式銅鋳型中に注いだ。そのようして得られた合金から、例えば、WO99/30858A1において知られているような方法を用いて、Nanoval溶融霧化装置(Nanoval GmbH&Co.KG、ベルリン)内で、アルゴンを用いて溶融物を噴霧化して、微細な粉末を製造した。
Example 2:
70.5 weight percent zirconium (Haines & Maassen Metalhandsgesellschaft mbH Bonn, Zr-201-Zirkon Crystalbar), 0.2 weight percent hafnium (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Hafnum 99, Hafnum. 23.9 weight percent copper (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Copper plate, Oxygen free, High Conductivity (OFCH), Item No. 45210), 3.6 weight percent aluminum (Alpha Aesar GmbH, Co., Ltd.) an alloy consisting of Nium Ingot 99.999%, Item No. 10571) and 1.8 weight percent niobium (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Niob Folie 99.97%, Item No. 00288) was introduced into an induction melting plant (VSG, inductive beheitze). It was melted under 800 mbar of argon (Argon 6.0, Linde AG, Prague) in Vakuum-, Schmelz-und Giessanlage, Nuermont, Freiburg and poured into a water-cooled copper mold. From the alloy thus obtained, for example, using a method as known in WO 99/30858 A1, a melt is melted with argon in a Nanoval melt atomizer (Nanoval GmbH & Co. KG, Berlin). Nebulization produced a fine powder.
Condux−Feinstsichter CFS(Netsch−Feinmahltechnik GmbH ゼルプ、ドイツ連邦共和国)を用いた風力選別による分離により、細粒を分離すると、粒子の0.1%未満が5μm未満の大きさである。また、125μmメッシュの分析用ふるい(Retsch GmbH、ハーン、ドイツ連邦共和国、商品番号60.131.000125)によるふるい分けを用いて、125μmより大きい粉末粒子をすべて除いた。このようにして得られた粉末をX線回折で検査すると、95%より多くの非晶質部分を有する。 When separating fines by separation with wind sorting using Condux-Feinstichter CFS (Netsch-Feinhahltechnik GmbH, Germany), less than 0.1% of the particles are less than 5 μm in size. Also, all powder particles larger than 125 μm were removed using a 125 μm mesh analytical sieve (Retsch GmbH, Hahn, Germany, product no. 60.131.000125). When the powder thus obtained is examined by X-ray diffraction, it has more than 95% amorphous parts.
このようにして得られた粉末画分を15.0グラム毎に、ホットプレスにより、200メガパスカル(200MPa)の圧力を用いて400℃の温度で3分間、焼結した。 The powder fraction thus obtained was sintered every 15.0 grams at a temperature of 400 ° C. for 3 minutes by hot pressing using a pressure of 200 megapascals (200 MPa).
このように製造した15個の部品を、金属組織顕微鏡画像を用いて、組織内の非晶質表面の割合について分析した。その結果、平均して表面の85%が非晶質であることが示された。 The 15 parts thus produced were analyzed for the proportion of amorphous surface in the tissue using metallographic microscope images. As a result, it was shown that 85% of the surface was amorphous on average.
実施例3:
70.6重量パーセントのジルコニウム(Haines&Maassen Metallhandelsgesellschaft mbH ボン、Zr−201−Zirkon Crystalbar)、23.9重量パーセントの銅(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Copper plate、Oxygen free、High Conductivity(OFCH)、商品番号45210)、3.7重量パーセントのアルミニウム(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Alminium Ingot 99.999%、商品番号10571)及び1.8重量パーセントのニオブ(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Niob Folie 99.97%、商品番号00238)からなる合金を、誘導溶融プラント(VSG、induktiv beheizte Vakuum−、Schmelz−und Giessanlage、Nuermont、フライブルク)内で、800mbarのアルゴン(アルゴン6.0、Linde AG、プラハ)下にて溶融し、水冷式銅鋳型中に注いだ。そのようして得られた合金から、例えば、WO99/30858A1において知られているような方法を用いて、Nanoval溶融霧化装置(Nanoval GmbH&Co.KG、ベルリン)内で、アルゴンを用いて溶融物を噴霧化して、微細な粉末を製造した。
Example 3:
70.6 weight percent zirconium (Haines & Maassen Metalhandsgesellschaft mbH Bonn, Zr-201-Zirkon Crystalbar, 23.9 weight percent copper (Alpha Aesar GmbH H & Co KG Karlsruhe, CopperOpel H ) 3.7 weight percent aluminum (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Aluminum Ingot 99.999%, product no. 10571) and 1.8 weight percent niobium (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Niob Folie 99.97%). No. 28368) is melted under 800 mbar of argon (Argon 6.0, Linde AG, Prague) in an induction melting plant (VSG, inductive beheizte Vakuum-, Schmelz-und Giessurage, Nuermont, Freiburg). It was poured into a water-cooled copper mold. From the alloy thus obtained, for example, using a method as known in WO 99/30858 A1, a melt is melted with argon in a Nanoval melt atomizer (Nanoval GmbH & Co. KG, Berlin). Nebulization produced a fine powder.
Condux−Feinstsichter CFS(Netsch−Feinmahltechnik GmbH ゼルプ、ドイツ連邦共和国)を用いた風力選別による分離により、細粒を分離すると、粒子の0.1%未満が5μm未満の大きさである。また、125μmメッシュの分析用ふるい(Analysensieb)(Retsch GmbH、ハーン、ドイツ連邦共和国、商品番号60.131.000125)によるふるい分けを用いて、125μmより大きい粉末粒子をすべて除いた。このようにして得られた粉末をX線回折で検査すると、95%より多くの非晶質部分を有する。 When separating fines by separation with wind sorting using Condux-Feinstichter CFS (Netsch-Feinhahltechnik GmbH, Germany), less than 0.1% of the particles are less than 5 μm in size. Also, all powder particles larger than 125 μm were removed using sieving with a 125 μm mesh analytical sieve (Retsch GmbH, Hahn, Germany, product no. 60.131.000125). When the powder thus obtained is examined by X-ray diffraction, it has more than 95% amorphous parts.
このようにして得られた粉末画分を15.0グラム毎に、200メガパスカル(200MPa)の圧力下で圧縮し、400℃の温度で3分間、焼結した。 The powder fraction thus obtained was compressed every 15.0 grams under a pressure of 200 megapascal (200 MPa) and sintered at a temperature of 400 ° C. for 3 minutes.
このように製造した15個の部品を、金属組織顕微鏡画像を用いて、組織内の非晶質表面の割合について分析した。その結果、平均して表面の87%が非晶質であることが示された。 The 15 parts thus produced were analyzed for the proportion of amorphous surface in the tissue using metallographic microscope images. As a result, it was shown that 87% of the surface was amorphous on average.
実施例4:
70.6重量パーセントのジルコニウム(Haines&Maassen Metallhandelsgesellschaft mbH ボン、Zr−201−Zirkon Crystalbar)、23.9重量パーセントの銅(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Copper plate、Oxygen free、High Conductivity(OFCH)、商品番号45210)、3.7重量パーセントのアルミニウム(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Alminium Ingot 99.999%、商品番号10571)及び1.8重量パーセントのニオブ(Alpha Aesar GmbH&Co KG カールスルーエ、Niob Folie 99.97%、商品番号00238)からなる合金を、誘導溶融プラント(VSG、induktiv beheizte Vakuum−,Schmelz−und Giessanlage、Nuermont、フライブルク)内で、800mbarのアルゴン(アルゴン6.0、Linde AG、プラハ)下にて溶融し、水冷式銅鋳型中に注いだ。そのようして得られた合金から、例えば、WO99/30858A1において知られているような方法を用いて、Nanoval溶融霧化装置(Nanoval GmbH&Co.KG、ベルリン)内で、アルゴンを用いて溶融物を噴霧化して、微細な粉末を製造した。
Example 4:
70.6 weight percent zirconium (Haines & Maassen Metalhandsgesellschaft mbH Bonn, Zr-201-Zirkon Crystalbar, 23.9 weight percent copper (Alpha Aesar GmbH H & Co KG Karlsruhe, CopperOpel H ) 3.7 weight percent aluminum (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Aluminum Ingot 99.999%, product no. 10571) and 1.8 weight percent niobium (Alpha Aesar GmbH & Co KG Karlsruhe, Niob Folie 99.97%). No. 28388) is melted under 800 mbar of argon (Argon 6.0, Linde AG, Prague) in an induction melting plant (VSG, inductive beheizte Vakuum-, Schmelz-und Giessurage, Nuermont, Freiburg). It was poured into a water-cooled copper mold. From the alloy thus obtained, for example, using a method as known in WO 99/30858 A1, a melt is melted with argon in a Nanoval melt atomizer (Nanoval GmbH & Co. KG, Berlin). Nebulization produced a fine powder.
Condux−Feinstsichter CFS(Netsch−Feinmahltechnik GmbH ゼルプ、ドイツ連邦共和国)を用いた風力選別による分離により、細粒を分離すると、粒子の0.1%未満が5μm未満の大きさである。また、125μmメッシュの分析用ふるい(Retsch GmbH、ハーン、ドイツ連邦共和国、商品番号60.131.000125)によるふるい分けを用いて、125μmより大きい粉末粒子をすべて除いた。このようにして得られた粉末をX線回折で検査すると、95%より多くの非晶質部分を有する。 When separating fines by separation with wind sorting using Condux-Feinstichter CFS (Netsch-Feinhahltechnik GmbH, Germany), less than 0.1% of the particles are less than 5 μm in size. Also, all powder particles larger than 125 μm were removed using a 125 μm mesh analytical sieve (Retsch GmbH, Hahn, Germany, product no. 60.131.000125). When the powder thus obtained is examined by X-ray diffraction, it has more than 95% amorphous parts.
このようにして得られた粉末画分の50グラムを、Laborpresse 54MP250D(mssiencetific Chromatographie−Handel GmbH、ベルリン)内で、圧縮器(32mm、P0764、mssiencetific Chromatographie−Handel GmbH、ベルリン)を用いて、25トンの最大圧力で圧縮し、高純度アルゴン(アルゴン6.0、Linde AG、プラハ)下、410℃の温度で5分間焼結した。 50 grams of the powder fraction obtained in this way was transferred into a compressor (32 mm, P0764, massimetric Chromatography-Handel Berlin, 25 g) in a Laborpresse 54MP250D (Msscientific Chromatography-Handel GmbH, Berlin) And sintered under a high purity argon (Argon 6.0, Linde AG, Prague) at a temperature of 410 ° C. for 5 minutes.
このように製造した部品を、金属組織顕微鏡画像を用いて、組織内の非晶質表面の割合について分析した。その結果、平均して表面の90%が非晶質であることが示された。 The parts thus produced were analyzed for the proportion of the amorphous surface in the tissue using metallographic microscope images. As a result, it was shown that 90% of the surface was amorphous on average.
下記の表に、実施例1〜4に対する測定結果を、参照の測定値との関連で示す。
試験及び測定方法
1) 金属合金粉末の粒子寸法の測定方法:
無機粉末の粒子寸法は、振動供給装置(Schwingrinnendosierer) VIBRIを有するRODOS/M乾式分散システム(Sympatec GmbH)を備えたSympatec Helos BR/R3(Sympatec GmbH)を用いたレーザー光散乱(Laserlichtstreuung)により測定した。少なくとも10gの試料を乾燥して加え、1barの一次圧で分散し、測定を開始した。1.9%から2.1%の光学濃度を開始基準とした。測定時間は10秒であった。評価はMIE理論に従って行い、粒子寸法の尺度としてd50を用いた。
Test and measuring method 1) Measuring method of particle size of metal alloy powder:
The particle size of the inorganic powders was measured by laser light scattering (Laserligtst) using a Sympatec Helos BR / R3 (Sympatec GmbH) equipped with a RODOS / M dry dispersion system (Sympatec GmbH) with a vibration supply device (VIBRI). . At least 10 g of sample was added dry and dispersed at 1 bar primary pressure and the measurement started. An optical density of 1.9% to 2.1% was used as the starting standard. The measurement time was 10 seconds. Evaluation was performed according to the MIE theory, and d50 was used as a measure of particle size.
2) 密度の測定のための試験方法:
密度の測定のためには、表面の研磨により幾何学的に正確な立方体を作成することにより、デジタル外側マイクロメータ(Buegelmessschraube)(PR1367、Mitutoyo Messgeraete Leonberg GmbH、レオンベルク)を用いて正確に測定することができる。まず、数学的に体積を決定する。次に、分析用天秤(Mettler−Toledo GmbH製XPE−分析用天秤)で、正確な重量が決定される。測定された重量及び算出された体積の関係から密度が得られる。
2) Test method for density measurement:
For the measurement of density, it is accurately measured using a digital outer micrometer (Buegelmesscherubube) (PR1367, Mitutoyo Messgeraete Leonberg GmbH, Leonberg) by creating a geometrically accurate cube by polishing the surface. be able to. First, the volume is determined mathematically. Next, the exact weight is determined with an analytical balance (XPE-analytical balance manufactured by Mettler-Toledo GmbH). The density is obtained from the relationship between the measured weight and the calculated volume.
非晶質合金の理論的密度は融点における密度に対応する。 The theoretical density of the amorphous alloy corresponds to the density at the melting point.
3) 部品中の非晶質表面比率の測定のための試験方法:
上記の目的のために、DIN EN ISO 1463に従って、15の金属組織研削物を製造する。その際、SiC−Folie 1200(Struers GmbH、ヴィリッヒ)、次いで6μm、3μm及び1μmのダイヤモンド研磨手段(Struers GmbH、ヴィリッヒ)、次いで、化学機械的酸化物研磨用懸濁液OP−S(Struers GmbH、ヴィリッヒ)を用いた研磨工程により研磨を行う。このようにして製造した研削表面を、光学顕微鏡(Leica DM 4000M、Leica DM 6000M)下、1000倍の倍率で、顕微鏡画像中の結晶表面比率を分析する。この目的のために、ソフトウェア、Leica Phase Expertを用いて、画像の全面積に対する結晶部分の面積パーセントについて評価し、その際、暗い領域は結晶であり、明るい部分は非晶質であると判定した。非晶質マトリクスを基準相と定義し、全測定面積の百分率として表す。10個の異なる試料表面を測定し、平均した。
3) Test method for measuring the amorphous surface ratio in a part:
For the above purpose, according to DIN EN ISO 1463, 15 metallized structures are produced. At that time, SiC-Folie 1200 (Struers GmbH, Willich), then 6 μm, 3 μm and 1 μm diamond polishing means (Struers GmbH, Willich), then chemical mechanical oxide polishing suspension OP-S (Struers GmbH, Polishing is performed by a polishing process using Willich). The ground surface thus produced is analyzed for the crystal surface ratio in the microscope image at a magnification of 1000 times under an optical microscope (Leica DM 4000M, Leica DM 6000M). For this purpose, the software, Leica Phase Expert, was used to evaluate the area percentage of the crystalline part relative to the total area of the image, with the dark area being crystallized and the bright part being amorphous. . An amorphous matrix is defined as the reference phase and expressed as a percentage of the total measured area. Ten different sample surfaces were measured and averaged.
4) 転移温度の測定のための試験方法:
上記の目的のために、Rh−蛇行加熱器(Rh−Maeanderheizer)、一体となった制御熱電対(Regelthermoelement)S型、DSC404F1A72試料搬送システム及びAl2O3製蓋つきるつぼを有する高温管状オーヴン、測定中に微量の酸素を除去するための3個のゲッターリングを有するOTS−システム並びに二段回転ポンプを有する自動運転減圧システムを備えた熱量計、Netzsch DSC 404 F1 Pegasus(Erich NETZSCH GmbH&Co.Holding KG)を使用した。測定はすべて50ml/minの流量の保護ガス(アルゴン6.0、Linde AG)下で行った。評価はソフトウェア、Proteus 6.1を用いて行った。TTの測定には、380℃から420℃の間の範囲において、接線法(「ガラス転移」)を用いた(開始、中点、変曲点、終了)。TKの測定には、450−500℃の温度範囲における「Complex Peak」評価を用い(面積、ピーク、開始、終了、幅、高さ)、Tmに対しては、875−930℃の温度範囲における「Complex Peak」評価を用いた(面積、ピーク、開始、終了、幅、高さ)。測定のために、25mg+/−0.5mgの試料をるつぼ中に秤量し、下記の加熱速度及び温度範囲で測定を行った。
20−375℃:加熱速度 20K/min
375−500℃:加熱速度 1K/min
500−850℃:加熱速度 20K/min
850℃より高温:加熱速度 10K/min
4) Test method for measuring transition temperature:
For the above purpose, a Rh-Maeanderheizer, integrated control thermocouple S-type, DSC404F1A72 sample transport system and a high temperature tubular oven with a crucible with an Al 2 O 3 lid, Calorimeter with an OTS-system with three getter rings to remove trace amounts of oxygen during the measurement and an automatically operated vacuum system with a two-stage rotary pump, Netzsch DSC 404 F1 Pegasus (Erich NETZSCH GmbH & Co. Holding KG )It was used. All measurements were performed under protective gas (Argon 6.0, Linde AG) at a flow rate of 50 ml / min. The evaluation was performed using software, Proteus 6.1. For the measurement of TT, the tangent method (“glass transition”) was used in the range between 380 ° C. and 420 ° C. (start, midpoint, inflection point, end). For measurement of TK, “Complex Peak” evaluation in the temperature range of 450-500 ° C. is used (area, peak, start, end, width, height), and for Tm, in the temperature range of 875-930 ° C. A “Complex Peak” rating was used (area, peak, start, end, width, height). For measurement, a 25 mg +/− 0.5 mg sample was weighed into a crucible and measured at the following heating rate and temperature range.
20-375 ° C .: heating rate 20 K / min
375-500 ° C .: Heating rate 1 K / min
500-850 ° C .: heating rate 20 K / min
Higher than 850 ° C: heating rate 10K / min
部品の非晶質部分の決定のために、「Complex Peak」法を用いて結晶化エンタルピーを決定した。その際、−47.0J/gの結晶化エンタルピーを有する(溶融紡糸により得た)100%非晶質試料を参照として使用した。 For the determination of the amorphous part of the part, the crystallization enthalpy was determined using the “Complex Peak” method. In that case, a 100% amorphous sample (obtained by melt spinning) having a crystallization enthalpy of −47.0 J / g was used as a reference.
参照の結晶化エンタルピーに対する部品の結晶化エンタルピーの比率が、非晶質相の割合を与える。 The ratio of the crystallization enthalpy of the part to the reference crystallization enthalpy gives the ratio of the amorphous phase.
5) 発光分光分析(ICP)による元素組成の測定:
発光分光計、Varian Vista−MPX(Varian lnc.社)を使用した。王水媒体(3:1の比率の濃塩酸と濃硝酸)中に既知の金属含有量(例えば、1000mg/I)を有する標準溶液から、2種の金属用較正試料を調製し、測定した。
5) Measurement of elemental composition by emission spectral analysis (ICP):
An emission spectrometer, Varian Vista-MPX (Varian Inc.) was used. Two metal calibration samples were prepared and measured from a standard solution having a known metal content (eg, 1000 mg / I) in aqua regia medium (3: 1 concentrated hydrochloric acid and concentrated nitric acid).
ICP−機器のパラメータは下記の通りであった:
出力:1.25kW
プラズマガス:15.0l/min(アルゴン)
補助ガス:1.50l/min(アルゴン)
ネブライザーガス圧:220kPa(アルゴン)
反復:20s
平衡化時間:45s
観察高(Beobachtungshoehe):10mm
試料の吸引:45s
洗浄時間:10s
ポンプ速度:20Upm
反復回数:3
The ICP-instrument parameters were as follows:
Output: 1.25kW
Plasma gas: 15.0 l / min (argon)
Auxiliary gas: 1.50 l / min (argon)
Nebulizer gas pressure: 220 kPa (argon)
Iteration: 20s
Equilibration time: 45s
Observation height (Beobachungshohe): 10 mm
Sample aspiration: 45s
Cleaning time: 10s
Pump speed: 20Upm
Number of iterations: 3
試料の測定について:上記のように、3mlの硝酸と9mlの塩酸を試料0.10g+/−0.02gに加え、マイクロ波(Anton Paar社製の装置:Multiwave 3000)中、800−1200Wで60min以内に処理する。処理した試料を、50体積%の塩酸とともに100mlフラスコに移し、測定を行う。 About measurement of sample: As described above, 3 ml of nitric acid and 9 ml of hydrochloric acid were added to 0.10 g +/− 0.02 g of sample, and in microwave (Anton Paar apparatus: Multiwave 3000) at 800-1200 W for 60 min. Process within. The treated sample is transferred to a 100 ml flask with 50% by volume hydrochloric acid and measured.
上記の記述並びに請求項、フローチャート及び実施形態に開示された本発明の特徴は、本発明の様々な実施形態において、本発明の実施のために、個別に及び任意の組み合わせで用いることができる。 The features of the invention disclosed in the above description and in the claims, flowcharts and embodiments can be used individually and in any combination for the implementation of the invention in various embodiments of the invention.
Claims (11)
少なくとも部分的に非晶質の金属合金からなる粉末であって、球状粉末粒子からなり、前記粉末粒子が125μm未満の直径を有する、粉末を提供する工程;前記粉末が、5μmより小さい直径の粒子を1重量パーセント未満含有し、又は5μmより小さい直径の粒子を1重量パーセント未満含有するように、前記粉末をふるいにかけるか若しくは風力選別処理を行う工程;前記粉末を圧縮して、製造される部品の所望の形状にする工程;前記圧縮の間、又は前記圧縮の後に、金属合金の非晶質相の転移温度と結晶化温度の間の温度にて、前記粉末を温度処理することにより、前記粉末を圧縮し、焼結する工程であって、前記部品が温度処理後に焼結され、少なくとも85パーセントの非晶質部分を有するように温度処理の長さが選択され、前記部品の非晶質部分が、100%非晶質試料の結晶化エンタルピーに対する前記部品の結晶化エンタルピーの比率として決定され、前記結晶化エンタルピーが示差走査熱量測定により測定される、工程。 A method for producing a part comprising at least a partially amorphous metal alloy having the following steps:
Providing a powder comprising a powder of at least partly amorphous metal alloy, comprising spherical powder particles, the powder particles having a diameter of less than 125 μm; the powder having a diameter of less than 5 μm Sieving the powder or subjecting it to wind sorting so that it contains less than 1 weight percent of particles or less than 1 weight percent of particles with a diameter of less than 5 μm; Forming the desired shape of the part; by temperature treating the powder at a temperature between the transition temperature of the amorphous phase of the metal alloy and the crystallization temperature during or after the compression, the powder was pressed and a step of sintering, the part is sintered after temperature treatment, the length of temperature treatment so as to have an amorphous portion of at least 85 percent are selected, pre Amorphous portion of the component is determined as the ratio of the crystallization enthalpy of the component relative crystallization enthalpy of 100% amorphous sample, the crystallization enthalpy is measured by differential scanning calorimetry, process.
a) 58から77重量パーセントのジルコニウム、
b) 0から3重量パーセントのハフニウム、
c) 20から30重量パーセントの銅、
d) 2から6重量パーセントのアルミニウム、及び
e) 1から3重量パーセントのニオブ、
から構成される、
請求項1〜5の1項に記載の方法。 A powder made of an amorphous metal alloy
a) 58 to 77 weight percent zirconium,
b) 0 to 3 weight percent hafnium,
c) 20 to 30 weight percent copper,
d) 2 to 6 weight percent aluminum, and e) 1 to 3 weight percent niobium,
Composed of,
The method according to claim 1.
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