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JPS6028899B2 - 高い結晶化温度および高い硬度を有する非晶質金属合金 - Google Patents

高い結晶化温度および高い硬度を有する非晶質金属合金

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Publication number
JPS6028899B2
JPS6028899B2 JP19070082A JP19070082A JPS6028899B2 JP S6028899 B2 JPS6028899 B2 JP S6028899B2 JP 19070082 A JP19070082 A JP 19070082A JP 19070082 A JP19070082 A JP 19070082A JP S6028899 B2 JPS6028899 B2 JP S6028899B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
amorphous
range
hardness
metal
crystallization temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP19070082A
Other languages
English (en)
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JPS5891144A (ja
Inventor
ランジヤン・レイ
リ−・エリオツト・タナ−
カ−ル・フランクリン・クライン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell International Inc
Original Assignee
Allied Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Allied Corp filed Critical Allied Corp
Publication of JPS5891144A publication Critical patent/JPS5891144A/ja
Publication of JPS6028899B2 publication Critical patent/JPS6028899B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C45/00Amorphous alloys
    • C22C45/10Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Golf Clubs (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非晶質金属合金組成物、特に実質量の元素Ta
,Nb及びWの一又はそれ以上を含む組成物に関し、こ
れは高い結晶化温度、高い硬度値の両方を示す。
研究によれば或る種の合金組成物について固体非晶資金
属を得ることの可能であることが示されており、ここに
用語「非晶質」とは「固体の非晶質」を意味する。
非晶買物質は一般に非結晶質またはガラス買物質を特徴
とする。即ちその物質は実質的に何らの長範囲の秩序を
持たない。非晶質物質と結晶質物質との区別では一般に
X線回折測定を使うのが適当である。更に透過電子顕微
鏡写真法および電子回折を非晶質および結晶状態の区別
に使うことができる。非晶質金属はX線回折像でその強
さが回折角と共にゆるやかに変る。
この様な液体や通常の窓ガラスの回折像に定性的に類似
している。一方結晶質金属では回折像の強さが回折角と
共に急速に変る。これらの非晶質金属は準安定状態にあ
る。
充分高温度に加熱するとそれは結晶化熱の発生と共に結
晶化し、そして回折像はガラス状または非晶質特性をも
つものから結晶質特性をもつものへ変る。非晶質および
結晶質の二相混合物である金属を造ることは可能であり
、その相対割合は全部結晶質のものから全部非晶質のも
のへ変り得る。
ここで使う様な非晶質金属とは、主として非晶質である
金属をいう、即ち少くとも50%が非晶質であって然し
介在するクリスタリツトとして存在する少部分の材料を
もってもよい。適当な組成物に対しては適当な処理で非
晶質状態の金属を生じるだろう。
一つの代表的な操作は溶融合金を銅またはアルミニウム
の様な固体金属基質と接触させて薄く拡がらせて溶融金
属の熱を急速に基質の方に失わせることである。合金が
厚さ約0.002ィンチに拡げられると1ぴ℃/秒程度
の冷却温度が達成されるであろう。
例えばR.C.ルール(マテリアルズ・サイエンス・ア
ンド.エンジニアリング、第1巻、313−319ペー
ジ、1967年)が冷却速度の溶融金属の処理条件への
依存性を論じているのを参照されたい。適当な組成の合
金に対しかつ充分高い冷却速度に対してはこの様な処理
が非晶質金属を生じる。適当な高冷却速度を与える任意
の方法を使うことができる。非晶質金属を造るのに使え
る操作の例示的な例には日.S.チヤン及びC.E.ミ
ラー(レビュー・オブ・サイエンテイフイク・インスト
ルメンツ、1237一1238ページ、197の王)が
書いている様な回転二重ローフー、R・ポンド・ジュニ
ア及びR.マデイン(トランサクションズ・オブ・ザ・
メタル・ソサェティ、AIME、第249蓋、2475
−2476ページ、196g王)が書いている様な回転
円柱法がある。実質量のFe,Ni,Co,V及びCら
元素の1またはそれ以上を含む非晶質合金が日.S.チ
ャンとC.E.ミラーの1972年12月26日付米国
特許出願第318146号に記載されている。
この様な合金は種々の用途に対し全く有用である。然し
その様な合金は約425o 〜550qoの結晶化温度
および約600〜75皿PH(ダィャモンド角錐硬度)
の硬度により特徴づけられる。本発明によれば、約65
0o 〜975午0の範囲の結晶化温度の高い熱安定性
と、約800〜140皿PHの範囲の値の高い硬度とを
もつ非晶質合金が記載される。
下記の一般的組成を有する合金がこれらの性質を有して
いる。すなわち金属−金属系と呼ぶことのできる、一般
式RrNisTtまたはRrNisで表わされる組成を
有する耐火性金属基礎のガラス質金属である。
式中Rは元素タンタル、ニオブ及びタングステンの少く
とも一つであり、Tは元素チタン及びジルコニウムの少
くとも一つであり、そしてrは35〜65原子%の範囲
にあり、sは25〜65原子%の範囲にあり、tは原子
%以下の範囲にある。式中RrNisで表わされる好ま
しい組成はTa$NjsW65‐sからTa45NiS
W55‐s(式中sは約35〜45原子%)までで包囲
される組成範囲、及び組成Tarnis(式中rは約3
5〜50原子%、sは約0〜65原子%)を含む。金属
−金属組成物の結晶化温度は約650o〜80000の
範囲にあり硬度は約800〜112のPHの範囲にある
。このような金属ガラスは、高温(約500o〜600
℃)における耐熱用途に特に有用である。
可能性ある用途としてはこれらの材料の或る種の高温電
解槽における電極として及び複合建造材料における強化
繊維としての使用がある。本発明の非晶質合金、即ち金
属ガラスは示差熱解析(DTA)検査で明かにされる様
に高い熱安定性を保持する。
最高結晶化に対する温度Tcはガラス試料をゆるやかに
加熱して特殊な温度(結晶化温度)で過剰の熱が発生す
るか否か或は特殊な温度範囲(ガラス転移温度)を越え
ると過剰の熱が吸収されるか否かに注目することにより
DTAから正確に決定することができる。一般的にいっ
て、あまりよく限定されないガラス転移温度は最低の則
ち第1の結晶化最高点Tclより約50o以内下にある
と考えられ、そして慣用の様にそれ以上の温度では粘度
が約1び3〜1び4ポィズの範囲になる温度範囲を包括
する。金属ガラスは溶融物を約1『〜1び℃/分の割合
で冷却することによって形成される。
平板急冷の箔や急袷連結リボン、針金等を造るためには
当技術で周知の様に種々の方法が利用できる。高いTg
I性質を示す金属ガラスはまた高い結晶質または部分的
結晶質試料に比べ高い延性と高い耐蝕性を示す。
その上これらの非晶質合金はかなり高い硬度値をもつ。
金属−金属組成物 また本発明に従えば、一貫したガラス形成挙動に加えて
高い熱安定性を与える金属にはTa−Ni,Nb−Ni
の二成分系、およびW,Ti及び/又はZrでの三相改
質系がある。
ここで関0ある組成は一般式RrNistまたはRrN
isで記述され、RはTa,Nb及び/又はWでTはT
i及び/又はZrである。この様な組成物は650o
〜800qoの範囲で結晶化温度をもつ。Ta−Ni二
成分系金属ガラスは7600〜7800Cの範囲で結晶
し、Nb−Ni系金属ガラスのそれより約1000C高
い。Taの代りに一部をWで置換すればTcはほんの僅
か(約15〜20o0)上るだけでW含量を増加しても
評価できる様な変化はない。一方TiまたはZrの部分
的添加はTcを低下する傾向がある。Tarnjsおよ
びNbrNisの二成分系についてはrが約35〜65
原子%でsが残りの範囲則ち35〜65原子%の時にガ
ラス金属を形成する。
最適の性質はTarnisの系でrが約35〜50原子
%、sが約50〜65原子%の範囲の時に得られる。T
a35NisW筋‐s〜Ta45NiSW55‐sの三
成分系の範囲については一貫して高いTgと高い硬度を
もつガラス形成範囲は第1図に示してありこれはTa−
W−Niの三元組成図である。
a−b−c−d−aで示した多角形は最適ガラス形成区
域を包含する。この組成区域の外部は実質程度の非晶質
性が得られないか或は有利な性質が許容できない程度に
減少するかである。第1図でsは約35〜45原子%の
範囲にある。TiまたはZrはTcを低下する傾向があ
るからこの様な添加は高いTg及び高い硬度を保持する
ためには約15原子%を越ゆべきでなく、そして好まし
くは10%を趣ゆべきでない。
一般的にいって前記の系の硬度は約800〜112印P
Hの範囲にある。
実施例 金属−金属組成物 高温度反応性合金の溶融および液体急冷用の空気電弧−
平板装置を使った。
この装置は従釆の雷弧溶融ボタン式炉を不活性雰囲気下
での合金の「ハンマーと金敷」型平板急冷ができるよう
に改造したものであるが、これは4インチの拡散ポンプ
系に連結した不銭鋼室を包含する。急冷は、その室の床
上に平面状の水冷された鋼製炉床と熔融合金上に構えた
空気駆動の銅塊製ハンマーとを備えることにより遂行さ
れる。慣用の様に蚤弧溶融は室の頂部を貫通して挿入さ
れたタングステンの先端を備えた銅製鞠を負にバイアス
しかつ室の底を正にバイアスすることにより完遂される
。Pを含有する合金は粉成分を暁結し次いで軍弧溶融し
て均一化することにより造られた。すべての他の合金は
成分元素の反復電弧溶融により直接造られた。唯一個の
合金ボタン(約200のc)が再熔融されそれから溶融
池の直上に置かれたハンマーで厚さ約0.004インチ
の箔に「衝撃−急冷」された。この方法で得られた冷却
速度は約1び〜1び℃/秒であった。箔はX線廻折とD
TAで非晶質度が試験された。ハンマーの直下の衝撃急
冷された箔は固化後可塑性変形を受けているかも知れな
い。
然しハンマーからはみ出した溶融物から形成された一部
の箔は変形されてなく従って硬度その他関連試験のため
に通した。硬度は対向面間に136oの角度を含む底面
正方形の角錐形のダイヤモンドよりなるピツカース形圧
子を使ってダイヤモンド角錐法によって測定した。種々
の金属−金属組成物についての結晶化温度および硬度値
を第1表に示す。第1表
【図面の簡単な説明】
第1図は金属−金属系Ta−W−Niの原子%で表わし
た三元組成図である。 鉾′図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 式 R_rNi_s (ただし、Rはタンタル、ニオブおよびタングステン
    からなる群より選ばれる少くとも1つの元素であり、r
    は35〜65原子%であり、sは5〜65原子%であり
    、rとsとの合計は100である。 )で表わされる組成を有し、かつ、650℃〜800℃
    の範囲内の結晶化温度と800〜1125DPHの範囲
    内の硬度を有することを特徴とする、少くとも50%が
    非晶結であり、高い結晶化温度および高い硬度を有する
    非晶質金属合金。2 式 R_rNi_sT_t (ただし、Rはタンタル、ニオブおよびタングステン
    からなる群より選ばれる少くとも1つの元素であり、T
    はチタンおよびジルコニウムからなる群から選ばれる少
    なくとも1つの元素であり、rは35〜65原子%であ
    り、sは25〜65原子%であり、tは15原子%以下
    であり、r,sおよびtの合計は100である。 )で表わされる組成を有し、かつ650℃〜800℃の
    範囲内の結晶化温度と800〜1125DPHの範囲内
    の硬度を有することを特徴とする、少なくとも50%が
    非晶質であり高い結晶化温度および高い硬度を有する非
    晶質金属合金。
JP19070082A 1974-08-07 1982-10-29 高い結晶化温度および高い硬度を有する非晶質金属合金 Expired JPS6028899B2 (ja)

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JP19070082A Expired JPS6028899B2 (ja) 1974-08-07 1982-10-29 高い結晶化温度および高い硬度を有する非晶質金属合金

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FR (1) FR2281434A1 (ja)
GB (1) GB1476589A (ja)
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