JPS601374B2 - 強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法 - Google Patents
強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法Info
- Publication number
- JPS601374B2 JPS601374B2 JP49082743A JP8274374A JPS601374B2 JP S601374 B2 JPS601374 B2 JP S601374B2 JP 49082743 A JP49082743 A JP 49082743A JP 8274374 A JP8274374 A JP 8274374A JP S601374 B2 JPS601374 B2 JP S601374B2
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- Japan
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- alloy
- amorphous
- iron
- elements
- corrosion resistance
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- Expired
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Description
【発明の詳細な説明】
最近繊維強化あるいは積層複合材料が進歩しつつあり、
その素材としての金属繊維及び箔については高品質化と
安価な提供が強く要望されている。
その素材としての金属繊維及び箔については高品質化と
安価な提供が強く要望されている。
金属は一般に強度靭一性などの面ですぐれた材料である
が、繊維または箔状にすることは多くの工程を必要とし
多額の製造費用を要する。
が、繊維または箔状にすることは多くの工程を必要とし
多額の製造費用を要する。
たとえば金属ひげ結晶は高い強度を有する理想的な繊維
材料であるが、溶液からの析出、還元、蒸気の凝集など
化学反応や相変化によって作られるために高価であり、
また量産も困難である。また金属細線たとえばピアノ線
は冷間伸線と中間暁錨をくりかえす工程をとるため価格
は極めて高い。金属箔についても同様である。そこで溶
融金属から直接金属繊維や金属箔を作る手法がこれらの
安価な製造手段として研究されてきた。
材料であるが、溶液からの析出、還元、蒸気の凝集など
化学反応や相変化によって作られるために高価であり、
また量産も困難である。また金属細線たとえばピアノ線
は冷間伸線と中間暁錨をくりかえす工程をとるため価格
は極めて高い。金属箔についても同様である。そこで溶
融金属から直接金属繊維や金属箔を作る手法がこれらの
安価な製造手段として研究されてきた。
しかし従来の手法によって製造された金属繊維や箔は強
度及び延鰯‘性の点で極めて不十分であった。ところが
最近にいたり、鉄またはニッケルに十数％のリンと数％
の炭素あるいはさらに数％のクロムを含有させた合金を
溶融状態から熱伝導のよい金属導体上に吹きつけて急冷
凝固させ、非晶質化することによって強度、延軸性とも
にすぐれた材料が得られることが見出された。しかしな
がらこのような非晶質状態を得ることは成分系及び冷却
条件に多分に依存し、従来発表されている成分系は経験
的に上記の範囲に限られていた。そこで本発明者らは非
晶質状態を得るための成分系及び製造条件について広範
囲な研究を行ない、さきに基本成分として週期律表第８
族遷移元素の鉄、コバルト、ニッケルのいずれかあるい
はこれらの混合成分をベースに、半金属元素の二種以上
を添加すればよいことを見出した。このようにして得ら
れた非晶質金属は従来の結晶質の急冷凝固金属とくらべ
ると格段にすぐれた強度と延靭性を備えている。しかし
、これらのさらに強度を増加させることは用途拡大のう
えで極めて有効である。
度及び延鰯‘性の点で極めて不十分であった。ところが
最近にいたり、鉄またはニッケルに十数％のリンと数％
の炭素あるいはさらに数％のクロムを含有させた合金を
溶融状態から熱伝導のよい金属導体上に吹きつけて急冷
凝固させ、非晶質化することによって強度、延軸性とも
にすぐれた材料が得られることが見出された。しかしな
がらこのような非晶質状態を得ることは成分系及び冷却
条件に多分に依存し、従来発表されている成分系は経験
的に上記の範囲に限られていた。そこで本発明者らは非
晶質状態を得るための成分系及び製造条件について広範
囲な研究を行ない、さきに基本成分として週期律表第８
族遷移元素の鉄、コバルト、ニッケルのいずれかあるい
はこれらの混合成分をベースに、半金属元素の二種以上
を添加すればよいことを見出した。このようにして得ら
れた非晶質金属は従来の結晶質の急冷凝固金属とくらべ
ると格段にすぐれた強度と延靭性を備えている。しかし
、これらのさらに強度を増加させることは用途拡大のう
えで極めて有効である。
そこで本発明者らは上記の基本成分をもとに種々の合金
添加の効果を検討し、バナジウム、ニオブ、タンタルの
週期律表第弦族元素がこの目的にたいして有効であるこ
とを見出した。またこれらの第ｇ族元素が窒素酸化物の
還元分解反応に触媒となることはよく知られていること
であるが、本発明のように非晶質化した場合には結晶質
の場合に〈らべて構造欠陥が多いために反応性に富むこ
とが予想され、したがって本発明の非晶質合金はその強
度を利用した用途のみならず、触媒としての用途も期待
される。すなわち本発明はこのようなことを目的とする
ものである。本発明者の知見によれば第皮族元素の添加
量は合金全体を非晶質化するという観点から定められる
べきであって、そのためには合金全体の融点がその合金
を構成する第８族元素のいずれかと添加された半金属元
素のいずれかとの二元合金の共晶温度のうち、もっとも
高い温度からプラス１５０℃以内になるようにすること
が有効である。
添加の効果を検討し、バナジウム、ニオブ、タンタルの
週期律表第弦族元素がこの目的にたいして有効であるこ
とを見出した。またこれらの第ｇ族元素が窒素酸化物の
還元分解反応に触媒となることはよく知られていること
であるが、本発明のように非晶質化した場合には結晶質
の場合に〈らべて構造欠陥が多いために反応性に富むこ
とが予想され、したがって本発明の非晶質合金はその強
度を利用した用途のみならず、触媒としての用途も期待
される。すなわち本発明はこのようなことを目的とする
ものである。本発明者の知見によれば第皮族元素の添加
量は合金全体を非晶質化するという観点から定められる
べきであって、そのためには合金全体の融点がその合金
を構成する第８族元素のいずれかと添加された半金属元
素のいずれかとの二元合金の共晶温度のうち、もっとも
高い温度からプラス１５０℃以内になるようにすること
が有効である。
さらに冷却条件は合金を溶融状態から３００００までを
毎秒１『℃以上の速さで急冷することが必要である。な
おこ）で非晶質構造とは通常のＸ線回折では金属結晶に
特有な回折線が認められない状態をいう。また半金属元
素とはほう素、炭素、けし、素、りんを指す。本発明に
おいては合金の母体をなす第８族遷移元素としては鉄、
コバルト、ニッケルの３元素を対象としたが、他の第８
族元素も同機の効果を持ち得るであろうことは容易に考
えられる。また成分として不可避不純物がふくまれても
差支えないことはいうまでもない。上記の成分の組合せ
が非晶質金属合金をつくり易く、強度が高い理論的根拠
は現在明らかではない。
毎秒１『℃以上の速さで急冷することが必要である。な
おこ）で非晶質構造とは通常のＸ線回折では金属結晶に
特有な回折線が認められない状態をいう。また半金属元
素とはほう素、炭素、けし、素、りんを指す。本発明に
おいては合金の母体をなす第８族遷移元素としては鉄、
コバルト、ニッケルの３元素を対象としたが、他の第８
族元素も同機の効果を持ち得るであろうことは容易に考
えられる。また成分として不可避不純物がふくまれても
差支えないことはいうまでもない。上記の成分の組合せ
が非晶質金属合金をつくり易く、強度が高い理論的根拠
は現在明らかではない。
しかしながら本発明は非晶質構造形成傾向と添加元素の
種類及び冷却速度との関係を系統的に実験した結果得ら
れたものである。すなわち本発明者らの研究によって添
加元素の種類について週期律表上の規則性が明らかにな
った。本発明の要点の一つは第８族遷移元素と半金属元
素との組合せによって非晶質状態を確保し、その特性改
善のために第弦族元素を添加することにある。従来鉄、
ニッケルあるいはパラジウムをベースとした非晶質金属
が発表されているが、本発明者はべ一スになる鉄を池元
素でおきかえる一連の研究の結果、ニッケルのみならず
コバルトで置換しても非晶質金属が得られるが、第８族
からはずれたマンガン、銅による置換は非晶質になりに
くいことを見出した。一方、これらのベース成分と組合
される元素としては、従来、りん十数％、炭素数％の同
時添加が知られていた。
種類及び冷却速度との関係を系統的に実験した結果得ら
れたものである。すなわち本発明者らの研究によって添
加元素の種類について週期律表上の規則性が明らかにな
った。本発明の要点の一つは第８族遷移元素と半金属元
素との組合せによって非晶質状態を確保し、その特性改
善のために第弦族元素を添加することにある。従来鉄、
ニッケルあるいはパラジウムをベースとした非晶質金属
が発表されているが、本発明者はべ一スになる鉄を池元
素でおきかえる一連の研究の結果、ニッケルのみならず
コバルトで置換しても非晶質金属が得られるが、第８族
からはずれたマンガン、銅による置換は非晶質になりに
くいことを見出した。一方、これらのベース成分と組合
される元素としては、従来、りん十数％、炭素数％の同
時添加が知られていた。
しかし本発明者らはこれらについても広範囲な研究を行
い、りんとほう素、りんとけし、素あるし、はほう素と
けし、素、あるいはほう素と炭素とけし、素の組合せの
ような半金属の組合せが有効であることを見出し、さら
にこれに周期律表第稗族の元素をある限度まで添加して
も非晶質が確保されることを見出した。これらの添加量
については従来の研究では鉄あるいはニッケル以外の添
加元素はそれらの総量が約２０原子％に限られていて成
分設計上の規則的な指針は得られていなかった。
い、りんとほう素、りんとけし、素あるし、はほう素と
けし、素、あるいはほう素と炭素とけし、素の組合せの
ような半金属の組合せが有効であることを見出し、さら
にこれに周期律表第稗族の元素をある限度まで添加して
も非晶質が確保されることを見出した。これらの添加量
については従来の研究では鉄あるいはニッケル以外の添
加元素はそれらの総量が約２０原子％に限られていて成
分設計上の規則的な指針は得られていなかった。
そこで本発明者らは広範囲な実験をつみ重ねた結果、合
金の融点が一つの基準となり、かつそれはベースとなる
第８族元素と添加される半金属元素のいずれかとの二九
合金の共晶温度との関係で定められることを明らかにし
たものである。すなわち前にのべたように、合金の融点
をある程度以上低くすることが必要で、それはベースと
なる鉄、コバルト、ニッケルのいずれかと、添加される
半金属元素のいずれかとの二元合金の共晶温度のもっと
も高いものよりプラス１５０００以下のぞまし〈は１０
０ＣＯ以下になるように成分を調整することが有効であ
ることを見出した。もちろんこのように合金成分を調整
しても冷却速度によっては非晶質金属を得ることは不可
能であって、溶融状態から十分速く凝固、冷却すること
が必要である。
金の融点が一つの基準となり、かつそれはベースとなる
第８族元素と添加される半金属元素のいずれかとの二九
合金の共晶温度との関係で定められることを明らかにし
たものである。すなわち前にのべたように、合金の融点
をある程度以上低くすることが必要で、それはベースと
なる鉄、コバルト、ニッケルのいずれかと、添加される
半金属元素のいずれかとの二元合金の共晶温度のもっと
も高いものよりプラス１５０００以下のぞまし〈は１０
０ＣＯ以下になるように成分を調整することが有効であ
ることを見出した。もちろんこのように合金成分を調整
しても冷却速度によっては非晶質金属を得ることは不可
能であって、溶融状態から十分速く凝固、冷却すること
が必要である。
急冷が必要な領域は第一には凝固時であるが、凝固後高
温状態に長く保持される時は原子拡散によって結晶化す
るので、凝固後も十分な冷却速度をとることが必要であ
る。厳密には凝固時と凝固後とで必要な冷却速度が異な
ることが考えられるが実際に分離して制御することは困
難である。本発明者らは冷却速度を種々変えた実験と理
論的な予想から結晶化が停止する約３００℃までを１び
。０／秒以上の速さで、第挽族元素をふくめて冷却する
ことが必要であることを見出した。
温状態に長く保持される時は原子拡散によって結晶化す
るので、凝固後も十分な冷却速度をとることが必要であ
る。厳密には凝固時と凝固後とで必要な冷却速度が異な
ることが考えられるが実際に分離して制御することは困
難である。本発明者らは冷却速度を種々変えた実験と理
論的な予想から結晶化が停止する約３００℃までを１び
。０／秒以上の速さで、第挽族元素をふくめて冷却する
ことが必要であることを見出した。
このようにして得られた非晶質合金は通常の結晶質の急
冷凝固合金とくらべてすぐれた強度および延鞠性を備え
ていて、用途としてはワイヤロープ、スチールコード、
フィルター、繊維強化複合材料素材、コンクリート強化
素材、メッシュ、防音防震材などがあり、さらに窒素酸
化物除去のための触媒としての用途も考えられる。
冷凝固合金とくらべてすぐれた強度および延鞠性を備え
ていて、用途としてはワイヤロープ、スチールコード、
フィルター、繊維強化複合材料素材、コンクリート強化
素材、メッシュ、防音防震材などがあり、さらに窒素酸
化物除去のための触媒としての用途も考えられる。
本発明は非晶質合金を設計するに際して従来の限定され
た経験から脱した法則性を見出したものできわめて有意
義なものである。実施例 鉄に、りん１１原子％、桂素１０原子％、バナジウム２
０原子％を添加した合金は融点が１１８０午０で鉄とり
ん、鉄と珪素の２元素の共晶温度のうち高い方の鉄−珪
素系の１２００００よりも低い（第２図参照）。
た経験から脱した法則性を見出したものできわめて有意
義なものである。実施例 鉄に、りん１１原子％、桂素１０原子％、バナジウム２
０原子％を添加した合金は融点が１１８０午０で鉄とり
ん、鉄と珪素の２元素の共晶温度のうち高い方の鉄−珪
素系の１２００００よりも低い（第２図参照）。
この合金を溶融状態から１×１ぴ℃／秒の冷却速度で急
冷した試料は非晶質状態となり、引張り強度は２８０ｋ
９／ゆで鉄−りん１３原子％−珪素１０原子％系の２０
０ｋ９′後に〈らべてはるかに高く、１８０ｏ曲げても
破損しなかった。また下記の組成の合金を溶融状態から
１び。
冷した試料は非晶質状態となり、引張り強度は２８０ｋ
９／ゆで鉄−りん１３原子％−珪素１０原子％系の２０
０ｋ９′後に〈らべてはるかに高く、１８０ｏ曲げても
破損しなかった。また下記の組成の合金を溶融状態から
１び。
○ノ秒の冷却速度で急冷凝固したものは非晶質状態を示
し、その特性は以下のとおりであった。なお耐食性も良
好であった。
し、その特性は以下のとおりであった。なお耐食性も良
好であった。
第１図は本発明方法により製造した鉄−１１原子％Ｐ−
１０原子％Ｓｉ−２０原子％Ｖ非晶質合金のＸ線回折写
真で、非晶質状態を示す写真である。 第２図は鉄−珪素２元合金の状態図である。鉄一１１原
子％りん−１０原子％珪素−２０原子％バナジウム合金
の融点１１８０ｑｏは、鉄と珪素の２元系の共晶温度１
２００℃より１５０二０高い１３５０つ○以内（斜線部
分）にあることを示す。弟ー凶 多Ｚ図
１０原子％Ｓｉ−２０原子％Ｖ非晶質合金のＸ線回折写
真で、非晶質状態を示す写真である。 第２図は鉄−珪素２元合金の状態図である。鉄一１１原
子％りん−１０原子％珪素−２０原子％バナジウム合金
の融点１１８０ｑｏは、鉄と珪素の２元系の共晶温度１
２００℃より１５０二０高い１３５０つ○以内（斜線部
分）にあることを示す。弟ー凶 多Ｚ図
Claims (1)
- １ 基本成分として鉄、コバルトおよびニツケルの一種
または二種以上と、半金属元素として、ほう素、りんお
よびけい素の２種以上にバナジウム、ニオビウムおよび
タンタルの一種または二種以上を、その合金の融点が合
金を構成する基本成分と前記半金属元素のいずれかとの
二元系の共晶温度のうち、もっとも高い温度からプラス
１５０℃以内になるように含有させ、溶融状態から３０
０℃までの温度範囲を５℃／秒以上の冷却速度で急冷凝
固させることを特徴とする強度及び耐食性のすぐれた非
晶質合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49082743A JPS601374B2 (ja) | 1974-07-20 | 1974-07-20 | 強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49082743A JPS601374B2 (ja) | 1974-07-20 | 1974-07-20 | 強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5112309A JPS5112309A (en) | 1976-01-30 |
| JPS601374B2 true JPS601374B2 (ja) | 1985-01-14 |
Family
ID=13782890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49082743A Expired JPS601374B2 (ja) | 1974-07-20 | 1974-07-20 | 強度及び耐食性のすぐれた非晶質合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS601374B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5950743B2 (ja) * | 1976-11-05 | 1984-12-10 | 東北大学金属材料研究所長 | 耐熱性ならびに強度に優れる非晶質合金 |
| JPS58159847A (ja) * | 1982-03-19 | 1983-09-22 | Hiroyoshi Inoue | 還元反応用非晶質合金系触媒 |
-
1974
- 1974-07-20 JP JP49082743A patent/JPS601374B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5112309A (en) | 1976-01-30 |
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