JPH07103439B2

JPH07103439B2 - 非晶質金属細線

Info

Publication number: JPH07103439B2
Application number: JP13087087A
Authority: JP
Inventors: 道明萩原; 彰氈受; 紘八野村; 賢片岡; 良尚山田; みゆり佐々木
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1995-11-08
Anticipated expiration: 2010-11-08
Also published as: JPS63145742A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は,Fe−Cr−Si−Ｂからなる非晶質合金が有する
疲労特性又は耐蝕性に優れた性質を維持しながら,Coを
添加することによって靭性が改良された断面が円形な非
晶質金属細線に関するものである。

（従来の技術）非晶質金属材料は，その材質の優れた電磁気特性，機械
的特性から種々の実用化研究が進められている。その中
でも，断面が円形なFe系非晶質金属細線については特開
昭56−165016号公報に記載されており，また，疲労特性
に優れたものは特開昭58−213857号公報に，さらに，疲
労特性と靭性に優れたものは特開昭60−106949号公報に
それぞれ記載されている。そして，特に特開昭60−1069
49号公報記載のものは，冷間加工性が改良され，撚り線
への加工が可能であるまでに改良されてきている。

一方，耐蝕性に優れたFe系非晶質合金については，特開
昭59−193248号公報，特開昭59−13056号公報に記載さ
れているが，耐蝕性と靭性に優れた非晶質金属細線につ
いての提案はない。

（発明が解決しようとする問題点）前記の金属細線は，適当な径の線に伸線加工されたり，
あるいは伸線される以前の素線の状態や伸線された状態
で撚り加工されたり又は織ったり，編んだりして用いら
れることが非常に多い。これらの加工を行うためには，
疲労特性又は耐蝕性が優れていることは勿論のこと，靭
性にも優れていることが必要であり，靭性に優れていな
いと，上記の加工の途中で金属細線が切断することにな
る。従来の金属細線を，例えばダイヤモンドダイスを用
いて線引すると，原線2000m当り数回から数十回切断す
ることがある。そのため，金属細線の長さは短くなって
商品価値を減ずるとともに，上記の作業効率を低下させ
ることになる。また，撚ったり，織ったり，編んだりす
るような応力のかかる加工を行うと，これも原線2000m
当り数回から数十回切断することがある。

（問題点を解決するための手段）そこで，本発明者らは，これらの現状に鑑み,Fe−Cr−S
i−Ｂからなる非晶質合金が有する疲労特性又は耐蝕性
に優れた性質を維持しながら，靭性に優れた非晶質合金
材料を提供することを目的として鋭意研究した結果，特
定のFe−Cr−Si−Ｂの合金組成に特定量のCoを添加する
ことにより上記の目的が達成され，断面が円形な非晶質
金属細線が得られるという事実及び得られた細線が加工
の途中で切断をほとんど生じないという事実を見い出
し，本発明に到達したものである。

すなわち，本発明は，組成式 Fe_aCo_bCr_cSi_xB_y （53原子％≦ａ＋ｂ≦80原子％で,3原子％≦ｃ≦20原子
％で，かつ0.025c＋0.25≦b/（ａ＋ｂ）≦0.012c＋0.73
を満足し,5原子％≦ｘ≦15原子％で,5原子％≦ｙ≦15原
子％で,17原子％≦ｘ＋ｙ≦27原子％である。）で示さ
れる組成よりなり，靭性に優れた，断面が円形な非晶質
金属細線を要旨とするものである。

本発明の非晶質金属細線は，疲労特性又は耐蝕性に優
れ，靭性の改良された材料であり，その合金組成は，上
記の特性を満足するために以下のように限定することが
必要である。

すなわち，靭性を向上させるためには,FeとCoの和は53
原子％以上,80原子％以下で,Cr量は３原子％以上,20原
子％以下で，かつFe,Co,Cr量は0.025c＋0.25≦b/（ａ＋
ｂ）≦0.012c＋0.73（a:Feの添加原子％,b:Coの添加原
子％,c:Crの添加原子％）なる関係式を満足することが
必要で,FeとCoの和は57原子％以上,76原子％以下で,Cr
量は５原子％以上,18原子％以下で，かつFe,Co,Cr量は
0.025c＋0.27≦b/（ａ＋ｂ）≦0.012c＋0.68なる関係式
を満足することがより好ましい。

疲労特性は,Crの添加量の増大とともに向上し，約10原
子％以上ではほぼ平衡に達し，また，耐蝕性は,Cr添加
量とともに向上するが,10原子％より少ない添加量で
は，例えば1N濃度の塩酸，硫酸，硝酸中又は海水中では
まだ不十分で,10原子％以上添加することにより，ほぼS
US304並又はそれ以上の耐蝕性を示すが,20原子％より多
く添加すると,Coを最適量添加しても非晶質形成能が大
幅に低下し，靭性の優れた非晶質金属細線は得られな
い。

すなわち，疲労特性又は耐蝕性を向上させるためにCrを
添加するのであるが，優れた靭性を維持するためには,C
rの添加量に対応したFeとCoとの添加比率が重要で,Crの
添加量が少ないときは,Feに対するCoの添加量は少なく,
Crの添加量が増大するに従ってCoの添加量を増大させる
ことが必要である。特に，疲労特性に優れた性質を維持
しながら靭性を向上させるには,Crは３原子％以上,12原
子％以下であって,5原子％以上,10原子％以下が好まし
く，そのときのFeは20原子％以上,40原子％以下であっ
て,25原子％以上,35原子％以下であることが好ましく,C
oは30原子％以上,60原子％以下であって,35原子％以上,
55原子％以下であることが好ましい。

また,Si及びＢは５原子％以上,15原子％以下であること
が必要で,7原子％以上,15原子％以下であることが好ま
しい。さらに,SiとＢの総和は17原子％以上,27原子％以
下であることが必要で,19原子％以上,25原子％以下であ
ることが好ましい。

本発明において，前記のFe−Co−Cr−Si−Ｂ系の組成に
より耐蝕性を向上させる目的で,Niを30原子％以下，好
ましくは0.1原子％以上,30原子％以下,Ti,Al及びCuのう
ち少なくとも１種を10原子％以下，好ましくは0.1原子
％以上,10原子％以下，耐熱性，耐蝕性及び機械的特性
を向上させる目的で,Ta,Nb,Mo及びＷのうち少なくとも
１種を10原子％以下，好ましくは0.1原子％以上,10原子
％以下，耐熱性及び機械的特性を向上させる目的で,V,M
n及びZrのうち少なくとも１種を10原子％以下，好まし
くは0.1原子％以上,10原子％以下，それぞれ添加するこ
とができる。また，非晶質形成能，強度及び疲労特性を
向上させる目的で,Cを２原子％以下，好ましくは0.1原
子％以上,2原子％以下添加することができる。特にこれ
らの添加元素の中で耐蝕性を向上させるには,Niを１〜2
0原子％,Moを0.5〜５原子％添加することが好ましい。

本発明の細線を製造するのには，前記合金組成を用い，
製造法として特に好ましい回転液中紡糸法により急冷固
化させればよい。回転液中紡糸法としては，特開昭56−
165016号公報に記載されているように，回転ドラムの中
に水を入れ，遠心力でドラム内壁に水膜を形成させ，こ
の水膜中に溶融した合金を約80〜200μｍ径の紡糸ノズ
ルより噴出し，円形断面を有する細線を得る方法があげ
られる。特に，均一な連続細線を得るには，回転ドラム
の周速度を紡糸ノズルより噴出される溶融金属流の速度
と同速度にするか又はそれ以上にすることが望まれ，特
に，回転ドラムの周速度を紡糸ノズルより噴出される溶
融金属流の速度よりも５〜30％速くすることが好まし
い。また，紡糸ノズルより噴出される溶融金属流とドラ
ム内壁に形成された水膜との角度は,20゜以上が好まし
い。

また，本発明の細線を製造するに好ましい他の方法とし
て，特開昭58−173059号公報に記載されているように，
走行している溝付コンベアベルト上に形成された冷却液
体層に，前記合金組成からなる溶融した合金を約80〜20
0μｍ径の紡糸ノズルより噴出し，円形断面を有する細
線を得る方法もある。

本発明の細線は，線径が約50〜250μｍであり，しかも,
60％以上，好ましくは80％以上，特に好ましくは90％以
上の真円度を有し，好ましくは線径斑が４％以下の均一
な形状を有する細線である。

（実施例）以下，本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。

なお，実施例中における引張破断強度，疲労特性，耐蝕
性，靭性及び形状は次のようにして評価した。

（１）疲労限（λｅ）第１図に示すごとく，水平移動スライダー４及び回転円
板５を有するモデル屈曲疲労試験機（一方向の繰り返し
曲げ試験機）を用い，一定荷重Ｗ（単位断面積当り一定
荷重:4kg/mm²）1,一定サイクル数100回／分のもとで，
プーリー２の径を変更して試料３の表面歪（λ）を調整
し，第２図に示すごとく,S−Ｎ曲線（試料表面歪（λ）
を縦軸，繰り返し数Ｎを横軸とする。）を求め,S−Ｎ曲
線が水平になるところの試料表面歪をこの試料の疲労限
（λｅ）とした。

また，試料表面歪（λ）は，次式より求めた。

（ただし,tは試料の直径,rはプーリーのの半径を表
す。）（２）耐蝕性重量減量法により測定した。

すなわち,20℃で1Nの塩酸，硫酸，硝酸中に８時間浸漬
し，次式より試料の重量残存量（％）を求めた。

（ただし，ω_０は処理前の試料重量，ωは処理後の試料
重量を表す。）（３）試料の引張破断強度インストロン型引張試験機を用いて，試料長12cm,歪速
度4.17×10^-4/sで測定したＳ−Ｓ曲線より求めた。

（４）靭性（切/2000m）金属細線（測定試料３）を，第３図に示すプーリー２
（このときの細線にかかる表面歪を2.2％となるよう
に，細線の直径に応じてプーリーの径を変更する。）に
１回巻きつけ，細線に背応力（40kg/mm²）をかけなが
ら，連続的に送り出しローラ６から試料３を走行させて
巻取ローラ７で巻取ったとき，原線2000m当たりに破断
した数を測定し，評価した。細線にかかる表面歪は，疲
労試験の場合と同様の式で算出した。

ここでの評価は，撚ったり，織ったり，編んだりするよ
うな応力のかかる加工を行うときの目安になるものであ
る。

（５）靭性（切/2000m） 0.130mmφの直径を有する非晶質金属細線を,0.150mmφ
〜0.10mmφまで0.005mmピツチでダイヤモンドダイスを
複数個並べ，金属細線を直列に通すタイプの極細線伸線
機にて,100m/分の速度で0.10mmφまで伸線加工を行っ
た。このときの原線2000m当りの切断数を求め，評価し
た。

ここでの評価は，伸線加工を行うときの目安になるもの
である。

（６）形状真円度は，同一断面の最長軸直径R_maxと最短軸直径R_min
の比とした。また，長さ方向の太さ斑の測定は,10m試料
長中ランダム10点直径を測定し，直径の最大と最小との
差を平均直径で割り，それを100倍して求めた。

実施例１〜14,比較例１〜13 表−１に示す種々の組成からなる合金をアルゴン雰囲気
中で溶融した後，アルゴンガス噴出圧4.5kg/cm²で，孔
径0.135mmφのルビー製紡糸ノズルより320r.p.mで回転
している内径600mmφの円筒ドラム内に形成された，温
度４℃，深さ3.0cmの冷却液体中に噴出して急冷固化さ
せ，平均直径1.13mmφの円形断面を有する均一な非晶質
金属細線を得た。

このときの紡糸ノズル先端と回転冷却液体表面との距離
を1mmに保持し，紡糸ノズルより噴出された溶融金属流
とその回転冷却液表面とのなす角は70゜とした。

なお，溶融金属流の紡糸ノズルからの噴出速度は，大気
中に一定の時間噴出して集められた金属重量から測定
し，約570m/分になるように噴出アルゴンガス圧を調整
した。

得られた非晶質金属細線の引張破断強度，疲労特性及び
靭性を，温度20℃，相対湿度65％大気中で測定した。

その結果を表−１にまとめて示す。

また，得られた代表的な非晶質金属細線の耐蝕性を,20
℃で1N濃度の塩酸，硫酸又は硝酸液中に８時間浸漬させ
る重量減量法で測定した。

その結果を表−２にまとめて示す。

なお，比較のため，一般に現在使用されている耐蝕線材
SUS304（130μｍφ）について同一方法で測定した結果
も示す。

表−１及び表−２より，比較例１はCrの添加量が０であ
るため，疲労性能及び耐蝕性が低く，靭性も十分でな
く，比較例2,3はCoを含有しないため，靭性が十分でな
いことが明らかである。

また，比較例４はCrの添加量の割にはCoの添加量が多
く，従って,Feの添加量が少ないため,0.025c＋0.25≦b/
（ａ＋ｂ）≦0.012c＋0.73を満足していないため（ａ＝
6,b＝65,c＝７より,b/（ａ＋ｂ）＝0.92,0.012c＋0.73
＝0.81となり，上式を満足しない。），靭性は十分でな
い。これに対して比較例５及び比較例７は，逆にCrの添
加量の割にはFeの添加量が多すぎ，従って,Co含量が少
ないため,0.025c＋0.25≦b/（ａ＋ｂ）≦0.012c＋0.73
を満足していないため（比較例５においては,a＝60,b＝
11,c＝７より,0.025c＋0.25＝0.43,b/（ａ＋ｂ）＝0.15
となり，上式を満足しない。また，比較例７において
は,a＝30,b＝34,c＝14より,0.025c＋0.25＝0.60,b/（ａ
＋ｂ）＝0.53となり，上式を満足しない。），靭性は十
分でない。比較例６はCrの添加量が少ないため，疲労特
性及び靭性が十分でなく，比較例８はCrの添加量が多す
ぎるため，靭性が十分でない。

さらに，比較例９はSiの添加量が少なすぎ，比較例10は
逆にSiの添加量が多すぎ，比較例11はSiとＢの和が多す
ぎ，比較例12はＢの添加量が少なすぎるので，いずれも
連続した（約2000m）金属細線が得られなかった。比較
例13はＢの添加量が多いため，靭性が十分ではない。

これに対して実施例１〜14は，靭性が優れていることが
明らかである。そして，表−１及び表−２より明らかな
ごとく，疲労限及び耐蝕性はCrの添加量とともに向上傾
向を示している。しかし，疲労限はCr量が約９原子％程
度（実施例３で疲労限1.20）でほぼ平衡となり，それ以
上添加しても（実施例８で疲労限は1.30），それほど疲
労限の向上は期待できない。

一方，耐蝕性はCr7原子％程度（実施例２）の添加量で
は十分でなく,Cr9原子％にMo2原子％（実施例12）併用
添加又はCr12.5原子％（実施例６）以上添加することに
より,SUS304位上の優れた耐蝕性を示し,Cr12.5原子％に
Mo2原子％併用添加した実施例13で，非常に耐蝕性の優
れた非晶質金属細線が得られた。

すなわち，疲労特性と耐蝕性を同時に満足させるために
は,Crを10原子％以上添加することがわかった。

次に，実施例４で得られた非晶質金属細線をプラネタリ
ー型撚線機を用い,7本撚の撚線を50cm/分の速度で1000m
作製したところ，加工中の切断は０であった。このとき
の撚数は195ターン/mであった。

また，比較のため，比較例１及び３で得られた非晶質金
属細線で上記と同様に撚加工を試みたが，切断が多発し
てできなかった。

（発明の効果）本発明の非晶質金属細線は，疲労特性又は耐蝕性に優れ
ているとともに，靭性が改良されているので，加工の途
中で切断がほとんど生じず，伸線加工などあらゆる加工
が工業的な規模で効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は疲労特性を測定するためのモデル屈曲疲労試験
機の概略図，第２図は第１図の装置を用いて測定したＳ
−Ｎ曲線を示す図，第３図は靭性を測定するモデル試験
機の概略図である。 1:単位断面積（mm²）当り一定荷重（4kg/mm²）をかける
ための荷重 2:試料の表面歪を調整するためのプーリー 3:測定試料 4:水平移動スライダー 5:回転円板 6:送り出しローラ 7:巻取りローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田良尚京都府宇治市宇治小桜23番地ユニチカ株式会社中央研究所内 (72)発明者佐々木みゆり京都府宇治市宇治小桜23番地ユニチカ株式会社中央研究所内審査官前田仁志

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組成式 Fe_aCo_bCr_cSi_xB_y （53原子％≦ａ＋ｂ≦80原子％で,3原子％≦ｃ≦20原子
％で，かつ0.025c＋0.25≦b/（ａ＋ｂ）≦0.012c＋0.73
を満足し,5原子％≦ｘ≦15原子％で,5原子％≦ｙ≦15原
子％で,17原子％≦ｘ＋ｙ≦27原子％である。）で示さ
れる組成よりなり，靭性に優れた，断面が円形な非晶質
金属細線。