(57)【要約】鉄ベースアモルファスのスチール合金は、高いマンガン成分を有し、外気温時に非強磁性を呈する。嵩凝固する鉄ベースのアモルファス合金は、主成分として約５０原子百分率の鉄を含むマルチコンポーネントシステムである。残りの成分は、メタロイド(グループｂ要素)および主としてマンガン、クロムおよび超硬合金から選ばれた他の要素との適切な混合物を組み合わせる。非強磁性鉄ベースの嵩アモルファス金属合金の様々なクラスが得られる。1つのクラスは、主要合金コンポーネントとしてマンガンとホウ素を含む、高マンガンクラスである。別のクラスは、主要合金コンポーネントとしてマンガン、モリブデンおよび炭素を含む高マンガン高モリブデンクラスである。これらの嵩凝固するアモルファス合金は、様々な用途および利用に様々な形式および形で得ることができる。これら合金の良好な加工性は、大きく低減されたガラス温度Trg（約０．６〜０．６３）および大きな過冷却液体領域ΔTx（例えば約５０〜１００℃）に起因し得る。
2005517808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金であって、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む：
（Ｆｅ1-a-b-cＭｎaＣｒｂＭｏc）100-d-e-fＺｒｄＮｂeＢf
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ、０．２９≧ａ≧０．２、０．１≧ｂ≧０、０．０５≧ｃ≧０、１０≧ｄ≧２、６≧ｅ≧０、２４≧ｆ≧１３の関係を満たす。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、以下の式によって決定される、少なくとも約60℃の温度間隔ΔＴｘを有する：
ΔＴｘ=Ｔx-Ｔg
但し、Ｔxは結晶開始温度、Ｔgはグラス遷移温度である。
【請求項３】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、以下の式によって決定される、少なくとも約０．６℃の低減されたガラス温度Ｔrgを有する：
Trg＝Ｔg／Ｔl、
但し、Tgはグラス遷移温度、Tlは液相線温度であり、いずれもケルビンの単位である。
【請求項４】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、約−１００℃未満のキュリー点を有する。
【請求項５】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、約−１００℃未満のスピン・グラス遷移温度を有する。
【請求項６】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、Ｂは、エレメントＣおよびＳｉのいずれか又は双方によって少なくとも部分的に代用される。
【請求項７】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、Ｆｅが、少なくともＮｉによって部分的に代用されている。
【請求項８】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、ｐＨ６．００１の０．６ＭのＮａＣｌ溶液に浸漬した時、前記鉄ベース合金は８ｘ１０−７ないし１ｘ１０−６Ａ／ｃｍ２の不動態化電流、約０．８Vの受動の領域および少なくとも約＋０．５Ｖのピッチング電圧を示す。
【請求項９】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約０．１ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項１０】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約０．５ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項１１】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約１．０ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項１２】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約１０．０ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項１３】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、以下の化学式によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ1-a-b-cＭｎaＣｒbＭｏc）100-d-e-fＺｒｄＮｂeＢf
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ０．２９≧ａ≧０．２、０．１≧ｂ≧０、０．０５≧ｃ≧０、１０≧ｄ≧２、６≧ｅ≧０、２４≧ｆ≧１３の関係を満たし、約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有する。
【請求項１４】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、以下の化学式によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ1-a-b-cＭｎaＣｒbＭｏc)100-d-e-fＺｒｄＮｂeＢf
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ０．２９≧ａ≧０．２、０．１≧ｂ≧０、０．０５≧ｃ≧０、１０≧ｄ≧２、６≧ｅ≧０、２４≧ｆ≧１３の関係を満たし、最小のディメンションで厚さが少なくとも約０．１ｍｍの嵩アモルファスサンプルに加工可能である。
【請求項１５】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、耐腐食コーティングに加工可能である。
【請求項１６】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、耐摩耗コーティングに加工可能である。
【請求項１７】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、前記鉄ベース合金は、船フレーム、潜水艦フレーム、乗り物フレーム、船部品、潜水艦部品および乗り物部品からなるグループから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項１８】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、装甲ペネトレータ、弾丸、保護装甲、棒、列車レール、ケーブル外装、パワー・シャフトおよびアクチュエーターからなるグループから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項１９】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、エンジニアリングおよび医用素材およびツールからなるグループから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項２０】
請求項１に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、携帯電話とPDAのケーシング、ハウジングおよびコンポーネント、エレクトロニクスおよびコンピューターケーシング、ハウジングおよびコンポーネントから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項２１】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、以下の化学式（原子百分率）によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ、Ｎｉ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｎｂ）b（Ｂ、Ｓｉ、Ｃ）ｃ
但し、４３≧ａ≧５０、２８≧ｂ≧３６、１８≧ｃ≧２５、かつ全合金成分中でＦｅ含量が少なくとも約４０%、Ｍｎ含量が少なくとも約１３%、Ｚｒ含量が少なくとも約３%、Ｂ含量が少なくとも約１２%の条件下で、a、bおよびcの合計が100である。
【請求項２２】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有し、以下の化学式（原子百分率）によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ、Ｎｉ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｎｂ）b（Ｂ、Ｓｉ、Ｃ）ｃ
但し、４３≧ａ≧５０、２８≧ｂ≧３６、１８≧ｃ≧２５、かつ、全合金成分中でＦｅ含量が少なくとも約４０%、Ｍｎ含量が少なくとも約１３%、Ｚｒ含量が少なくとも約３%、Ｂ含量が少なくとも約１２%の条件下で、a、bおよびcの合計が100である。
【請求項２３】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、少なくとも約０．１ｍｍの最小ディメンションを有し、以下の化学式（原子百分率）によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ、Ｎｉ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｎｂ）b（Ｂ、Ｓｉ、Ｃ）ｃ
但し、４３≧ａ≧５０、２８≧ｂ≧３６、１８≧ｃ≧２５、かつ、全合金成分中でＦｅ含量が少なくとも約４０%、Ｍｎ含量が少なくとも約１３%、Ｚｒ含量が少なくとも約３%、Ｂ含量が少なくとも約１２%の条件下で、a、bおよびcの合計が100である。
【請求項２４】
鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金であって、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む：
Ｆｅ100-a-b-c-d-eＭｎaＭｏbＣｒcＢdＣe
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、それぞれ１３≧ａ≧８、１７≧ｂ≧１２、５≧ｃ≧０、７≧ｄ≧４、１７≧ｅ≧１３の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示す。
【請求項２５】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、以下の式によって決定される、少なくとも約４５℃の温度間隔ΔＴｘを有する：
ΔＴｘ=Ｔx-Ｔg
但し、Ｔxは結晶開始温度、Ｔgはグラス遷移温度である。
【請求項２６】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、少なくとも約５３０℃のグラス遷移温度Ｔｇを有する。
【請求項２７】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、以下の式によって決定される、少なくとも約０．５９℃の低減されたガラス温度Ｔrgを有する：
Trg＝Ｔg／Ｔl、
但し、Tgはグラス遷移温度、Tlは液相線温度であり、いずれもケルビンの単位である。
【請求項２８】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、約−１００℃未満のキュリー点を有する。
【請求項２９】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、約−１００℃未満のスピン・グラス遷移温度を有する。
【請求項３０】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、更に、原子百分率が約１．０ないし約３．０％のＧａ、ＶおよびＷから選ばれた少なくとも１の要素を有する。
【請求項３１】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、下記化学式によって実質的に表される成分を有する。
Ｆｅ５１Ｍｎ１０Ｍｏ１４Ｃｒ４Ｂ６Ｃ１５
【請求項３２】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、ｐＨ６．００１の０．６ＭのＮａＣｌ溶液に浸漬した時、前記鉄ベース合金は８ｘ１０−７ないし１ｘ１０−６Ａ／ｃｍ２の不動態化電流、約０．８Vの受動の領域および少なくとも約＋０．５Ｖのピッチング電圧を示す。
【請求項３３】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約０．１ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項３４】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約０．５ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項３５】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約１．０ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項３６】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約１０．０ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項３７】
鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金であって、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む：
Ｆｅ100-a-b-c-d-eＭｎaＭｏbＣｒcＢdＣe
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、それぞれ１３≧ａ≧８、１７≧ｂ≧１２、５≧ｃ≧０、７≧ｄ≧４、１７≧ｅ≧１３の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示し、
該合金は約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有する。
【請求項３８】
鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金であって、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む：
Ｆｅ100-a-b-c-d-eＭｎaＭｏbＣｒcＢdＣe
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、それぞれ１３≧ａ≧８、１７≧ｂ≧１２、５≧ｃ≧０、７≧ｄ≧４、１７≧ｅ≧１３の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示し、
前記合金は、最小のディメンションで厚さが少なくとも約０．１ｍｍの嵩アモルファスサンプルに加工することができる。
【請求項３９】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、耐腐食コーティングに加工可能である。
【請求項４０】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、耐摩耗コーティングに加工可能である。
【請求項４１】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、前記鉄ベース合金は、船フレーム、潜水艦フレーム、乗り物フレーム、船部品、潜水艦部品および乗り物部品からなるグループから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項４２】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、装甲ペネトレータ、弾丸、保護装甲、棒、列車レール、ケーブル外装、パワー・シャフトおよびアクチュエーターからなるグループから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項４３】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、エンジニアリングおよび医用素材およびツールからなるグループから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項４４】
請求項２４に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、携帯電話とPDAのケーシング、ハウジングおよびコンポーネント、エレクトロニクスおよびコンピューターケーシング、ハウジングおよびコンポーネントから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項４５】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、以下の化学式（原子百分率）によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）b（Ｂ、Ｃ）ｃ
但し、４５≧ａ≧５５、２３≧ｂ≧３３、１８≧ｃ≧２４、かつ全合金成分中でＭｏ含量が少なくとも約１２%、Ｍｎ含量が少なくとも約７%、Ｃｒ含量が少なくとも約３%、Ｃ含量が少なくとも約１３%、Ｂ含量が少なくとも約４%の条件下で、a、bおよびcの合計が100である。
【請求項４６】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有し、以下の化学式（原子百分率）によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）b（Ｂ、Ｃ）ｃ
但し、４５≧ａ≧５５、２３≧ｂ≧３３、１８≧ｃ≧２４、かつ、全合金成分中でＭｏ含量が少なくとも約１２%、Ｍｎ含量が少なくとも約７%、Ｃｒ含量が少なくとも約３%、Ｃ含量が少なくとも約１３%、Ｂ含量が少なくとも約４%の条件下で、a、bおよびcの合計が100である。
【請求項４７】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、少なくとも約０．１ｍｍの最小ディメンションを有し、以下の化学式（原子百分率）によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）b（Ｂ、Ｃ）ｃ
但し、４５≧ａ≧５５、２３≧ｂ≧３３、１８≧ｃ≧２４、かつ、全合金成分中でＭｏ含量が少なくとも約１２%、Ｍｎ含量が少なくとも約７%、Ｃｒ含量が少なくとも約３%、Ｃ含量が少なくとも約１３%、Ｂ含量が少なくとも約４%の条件下で、a、bおよびcの合計が100である。
【請求項４８】
鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金であって、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む：
Ｆｅ100-a-b-c-d-e-fＭｎaＭｏbＣｒcＢdＰeＣｆ
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、それぞれ１５≧ａ≧５、１４≧ｂ≧８、１０≧ｃ≧４、８≧ｄ≧０、１２≧ｅ≧５、１６≧ｆ≧４の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示す。
【請求項４９】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、以下の式によって決定される、少なくとも約４５℃の温度間隔ΔＴｘを有する：
ΔＴｘ=Ｔx-Ｔg
但し、Ｔxは結晶開始温度、Ｔgはグラス遷移温度である。
【請求項５０】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、少なくとも約４８０℃のグラス遷移温度Ｔｇを有する。
【請求項５１】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、以下の式によって決定される、少なくとも約０．６０℃の低減されたガラス温度Ｔrgを有する：
Trg＝Ｔg／Ｔl、
但し、Tgはグラス遷移温度、Tlは液相線温度であり、いずれもケルビンの単位である。
【請求項５２】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、約−１００℃未満のキュリー点を有する。
【請求項５３】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、約−１００℃未満のスピン・グラス遷移温度を有する。
【請求項５４】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約０．１ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項５５】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約０．５ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項５６】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約１．０ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項５７】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、最小ディメンションで厚さが少なくとも約１０．０ｍｍの嵩アモルファス・サンプルに加工可能である。
【請求項５８】
鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金であって、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む：
Ｆｅ100-a-b-c-d-e-fＭｎaＭｏbＣｒcＢdＰeＣｆ
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ１５≧ａ≧５、１４≧ｂ≧８、１０≧ｃ≧４、８≧ｄ≧０、１２≧ｅ≧５、１６≧ｆ≧４の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示し、
該合金は約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有する。
【請求項５９】
鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金であって、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む：
Ｆｅ100-a-b-c-d-e-fＭｎaＭｏbＣｒcＢdＰeＣｆ
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ１５≧ａ≧５、１４≧ｂ≧８、１０≧ｃ≧４、８≧ｄ≧０、１２≧ｅ≧５、１６≧ｆ≧４の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示し、
前記合金は、最小のディメンションで厚さが少なくとも約０．１ｍｍの嵩アモルファスサンプルに加工することができる。
【請求項６０】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、耐腐食コーティングに加工可能である。
【請求項６１】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、耐摩耗コーティングに加工可能である。
【請求項６２】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、前記鉄ベース合金は、船フレーム、潜水艦フレーム、乗り物フレーム、船部品、潜水艦部品および乗り物部品からなるグループから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項６３】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、装甲ペネトレータ、弾丸、保護装甲、棒、列車レール、ケーブル外装、パワー・シャフトおよびアクチュエーターからなるグループから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項６４】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、エンジニアリングおよび医用素材およびツールからなるグループから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項６５】
請求項４８に記載の鉄ベース合金であって、前記鉄ベース合金は、携帯電話とPDAのケーシング、ハウジングおよびコンポーネント、エレクトロニクスおよびコンピューターケーシング、ハウジングおよびコンポーネントから選ばれた構造に加工可能である。
【請求項６６】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、以下の化学式（原子百分率）によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）b（Ｂ、Ｐ、Ｃ）z
但し、４７≧ａ≧５９、２０≧ｂ≧３２、１９≧ｃ≧２３、かつ全合金成分中でＭｏ含量が少なくとも約７%、Ｍｎ含量が少なくとも約４%、Ｃｒ含量が少なくとも約３%、Ｃ含量が少なくとも約３%、Ｐ含量が少なくとも約４%、Ｂ含量が少なくとも約４%の条件下で、a、bおよびcの合計が100である。
【請求項６７】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有し、以下の化学式（原子百分率）によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）b（Ｂ、Ｐ、Ｃ）z
但し、４７≧ａ≧５９、２０≧ｂ≧３２、１９≧ｃ≧２３、かつ、全合金成分中でＭｏ含量が少なくとも約７%、Ｍｎ含量が少なくとも約４%、Ｃｒ含量が少なくとも約３%、Ｃ含量が少なくとも約３%、Ｐ含量が少なくとも約４%、Ｂ含量が少なくとも約４%の条件で、a、bおよびcの合計が100である。
【請求項６８】
鉄ベースアモルファス・スチール合金であって、少なくとも約０．５ｍｍの最小ディメンションを有し、以下の化学式（原子百分率）によって表される成分で実質的に構成される：
（Ｆｅ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）b（Ｂ、Ｐ、Ｃ）z
但し、４７≧ａ≧５９、２０≧ｂ≧３２、１９≧ｃ≧２３、かつ、全合金成分中でＭｏ含量が少なくとも約７%、Ｍｎ含量が少なくとも約４%、Ｃｒ含量が少なくとも約３%、Ｃ含量が少なくとも約３%、Ｐ含量が少なくとも約４%、Ｂ含量が少なくとも約４%の条件下で、a、bおよびcの合計が100である。
【請求項６９】
請求項１、１３、１４、２４、３７、３８、４８、５８又は５９のいずれか１に記載の鉄ベース合金の製造方法であって、以下のステップを含む：
（ａ）少なくともＭｎを除く鉄ベース合金の少なくとも実質的に全ての要素成分を（好ましくは、アーク炉にて）少なくともＭｎのないインゴットを提供するように溶解させ、
（ｂ）少なくとも1つの前記ＭｎなしインゴットをＭｎと共に溶かして少なくとも1つの最終インゴットを形成し、そして
（ｃ）少なくとも1つの前記最終インゴットを従来のモールドキャスティングで嵩凝固させる。
【請求項７０】
請求項１、１３、１４、２４、３７、３８、４８、５８又は５９のいずれか１に記載の鉄ベース合金の製造方法であって、以下のステップを含む：
（ａ）Ｍｎ以外の鉄ベース合金の少なくとも実質的に全ての要素成分を溶かして少なくとも1つのＭｎなしのインゴットを提供する、そして
（ｂ）少なくとも1つの前記ＭｎなしインゴットをＭｎと共に溶かして少なくとも1つの最終インゴットを形成する。
【請求項７１】
請求項１、１３、１４、２４、３７、３８、４８、５８又は５９のいずれか１に記載の鉄ベース合金の製造方法であって、以下のステップを含む：
（ａ）Ｍｎを除く鉄ベース合金の少なくとも実質的に全ての要素成分を（好ましくは、アーク炉にて）少なくともＭｎのないインゴットを提供するように溶解させ、
（ｂ）Ｍｎを溶かして少なくとも１つのクリーンＭｎを得る、
（ｃ）少なくとも1つの前記Ｍｎなしインゴットを少なくとも１つの前記クリーンＭｎと共に溶かして最終インゴットを形成し、そして
（ｄ）少なくとも1つの前記最終インゴットをモールドキャスティングで嵩凝固させる。
【請求項７２】
請求項１、１３、１４、２４、３７、３８、４８、５８又は５９のいずれか１に記載の鉄ベース合金の製造方法であって、以下のステップを含む：
（ａ）Ｍｎを除く鉄ベース合金の実質的に全ての要素成分を少なくともＭｎのないインゴットを提供するように溶解させ、
（ｂ）Ｍｎを溶かして少なくとも１つのクリーンＭｎを得る、
（ｃ）少なくとも1つの前記Ｍｎなしインゴットを少なくとも１つの前記クリーンＭｎと共に溶かし、最終インゴットを生成する。
【請求項７３】
請求項２４、３７、又は３８いずれか１に記載の鉄ベース合金の製造方法であって、以下のステップを含む：
（ａ）Fe、C、Mo、Crを混合させて混合物を形成する、
（ｂ）前記混合物を加圧して少なくとも１つの固まりにする、
（ｃ）少なくとも1つの前記固まりを適切な炉中で溶かして少なくとも１つの予備インゴットを形成する、
（ｄ）少なくとも1つの前記予備インゴットをＭｎと共に溶かして、少なくとも1つの最終インゴットを形成する、そして
（ｅ）少なくとも1つの最終インゴットをモールドキャスティングで嵩凝固させる。
【請求項７４】
請求項７３に記載の方法であって、前記Ｃは黒鉛片あるいは黒鉛粉末を含む。
【請求項７５】
請求項７３に記載の方法であって、前記Ｆｅは、鉄粒を含む。
【請求項７６】
請求項７３に記載の方法であって、前記Ｍｏは、Ｍｏパウダーを含む。
【請求項７７】
請求項２４、３７および３８のいずれかに記載の鉄ベース合金用の均一に合金化された供給材料の製造方法であって、以下のステップを含む：
（ａ）Fe、C、Mo、CrおよびＢを混合させて混合物を形成する、
（ｂ）前記混合物を加圧して少なくとも１つの固まりにする、
（ｃ）少なくとも１つの前記固まりを炉中にて溶かし、少なくとも1つの予備インゴットを形成する、そして
（ｄ）少なくとも1つの前記予備インゴットをＭｎと共に溶かし、少なくとも１つの最終インゴットを形成する。
【請求項７８】
請求項４８、５８および５９のいずれかに記載の鉄ベース合金の製造方法であって、以下のステップを含む：
（ａ）Fe、C、Mo、Cr、BおよびＰを混合させて混合物を形成する、
（ｂ）前記混合物を加圧して少なくとも1つの固まりにする、
（ｃ）少なくとも1つの前記固まりを炉中にて溶かして、少なくとも1つの予備インゴットを形成する、
（ｄ）少なくとも1つの前記予備インゴットをＭｎと共に溶かして少なくとも1つの最終インゴットを形成する、そして
（ｅ）少なくとも1つの前記最終インゴットをモールドキャスティングで嵩凝固させる。
【請求項７９】
請求項４８、５８および５９のいずれかに記載の鉄ベース合金用の均一に合金化された供給材料の製造方法であって、以下のステップを含む：
（ａ）Fe、C、Mo、Cr、BおよびＰを混合させて混合物を生成せする、
（ｂ）前記混合物を加圧して少なくとも1つの固まりにする、
（ｃ）少なくとも1つの前記固まりを炉中にて溶かして少なくとも1つの予備インゴットを形成する、そして
（ｄ）少なくとも1つの前記予備インゴットをＭｎと共にを溶かして少なくとも1つの最終インゴットを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の表示）
この発明は、「嵩凝固する高マンガン高モリブデン・アモルファス・スチール合金」と題する2002年2月11日に出願された、第60/355,942号、「嵩凝固する高マンガン高モリブデン非強磁性アモルファス・スチール合金」と題する、2002年7月16日に出願された第60/396,349号、「非強磁性の嵩凝固する高マンガン非強磁性アモルファス・スチール合金」と題する、2002年10月15日に出願された第60/418,588号、および「嵩凝固する高マンガン非強磁性アモルファス・スチール合金」と題する、2002年11月4日に出願された第60/423,633号の米国仮特許出願の優先権の主張を伴うものであり、それらの全開示内容は、レファレンスとしてそっくりそのままここに組み込まれる.
【０００２】
(米国政府の権利)
この発明は、海軍の調査のディフェンス・アドバンスト・リサーチ・プロジェクト・エージェンシー／オフィスによって許された許可番号第N00014-01-1-0961号の下で米国政府の補助でなされたものである。アメリカ合衆国政府は本発明に一定の権利を所有している。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、高マンガン含有アモルファス・スチール合金、およびそれを用いたおよび製造する関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
嵩凝固するアモルファス金属合金(嵩金属ガラスとしても知られている）は、毎秒数百ケルビン度あるいはそれ以下の冷却速度で溶解から凝固すると同時にアモルファスの構造を組織することができる合金である。鉄をベースとするほとんどの先行アモルファス金属合金は、それらの柔軟な磁気性状、高周波での高透磁率および低飽和磁気歪（非特許文献１および２参照）によって特徴づけられる。そのキュリー温度は、通常、約200〜300℃の範囲にある。これらの合金は、また高強度スチール合金の２〜３倍の比強度およびビッカース硬さ有するもので、ある場合には、良好な耐腐食性が報告されている。いくつかのハード磁気用途が報告されているが、鉄ベースの金属ガラスは、主として変圧器、録音ヘッドおよびセンサーに使用されている。
【０００５】
嵩凝固する鉄ベースアモルファス合金は、主成分として50〜70の原子百分率の鉄を含むマルチコンポーネントシステムである。残りの成分は、メタロイド(グループb要素)およびコバルト、ニッケル、クロムおよび耐火材から選ばれた他の要素の好適な混合とランタニド元素(Ln)金属（非特許文献２および３参照）とを組み合わせる。嵩凝固するアモルファス合金は、直径が1〜6ミリメートルのシリンダ形の棒の形、および厚さ（非特許文献４参照）が1ミリメートル未満のシートとして得ることができる。これらの合金のよい進行可能は高い減じられた約0.6〜0.63のガラス温度Trg(液相線温度（ケルビン温度）Tl で割ったグラス遷移温度Tgとして定義される) および測定された少なくとも20℃の大きな過冷却液体領域ΔTx (グラス遷移温度を引いた結晶温度として定義される)に起因する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明に係るアモルファス・スチール合金は、従来の成分と比較して磁気を抑え、アモルファス金属合金の高い進行可能を達成しかつ優れた機械的性質および良好な耐蝕特性を維持する。
【０００７】
この発明は、嵩凝固する高マンガン非強磁性アモルファス・スチール合金、これを用いる方法、およびこれを用いた品物(例えば、システム、構造、コンポーネント)を作る方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本書類の全体にわたって議論されたステップは、様々な順序で、および／または与えられた適用にふさわしい修正済の手順あるいは成分で行われ得る。
【０００９】
1つの実施態様では、この発明は、以下の化学式によって表される成分を実質的にあるいは完全に含む鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金を特色とする。
(Ｆｅ1-a-b-c ＭｎaＣｒbＭｏc)100-d-e-fＺｒdＮｂeＢf
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ０．２９≧ａ≧０．２、０．１≧ｂ≧０、０．０５≧ｃ≧０、１０≧ｄ≧２、６≧ｅ≧０、２４≧ｆ≧１３の関係を満たす。
【００１０】
第２の実施態様では、この発明は、以下の化学式によって表される成分で実質的に構成され、
(Ｆｅ1-a-b-cＭｎaＣｒbＭｏc)100-d-e-fＺｒｄＮｂeＢf
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ０．２９≧ａ≧０．２、０．１≧ｂ≧０、０．０５≧ｃ≧０、１０≧ｄ≧２、６≧ｅ≧０、２４≧ｆ≧１３の関係を満たし、約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有する、鉄ベースアモルファス・スチール合金を特色とする。
【００１１】
第３の実施態様では、この発明は、以下の化学式によって表される成分で実質的に構成され、
(Ｆｅ1-a-b-cＭｎaＣｒbＭｏc)100-d-e-fＺｒｄＮｂeＢf
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ０．２９≧ａ≧０．２、０．１≧ｂ≧０、０．０５≧ｃ≧０、１０≧ｄ≧２、６≧ｅ≧０、２４≧ｆ≧１３の関係を満たし、（最小のディメンションで）厚さが少なくとも約０．１ｍｍの嵩アモルファスサンプルに加工することができる、鉄ベースアモルファス・スチール合金を特色とする。
【００１２】
第４の実施態様では、この発明は、以下の化学式によって表される成分を実質的にあるいは完全に含む鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金を特色とする。
Ｆｅ100-a-b-c-d-eＭｎaＭｏbＣｒcＢdＣe
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、それぞれ１３≧ａ≧８、１７≧ｂ≧１２、５≧ｃ≧０、７≧ｄ≧４、１７≧ｅ≧１３の関係を満たす（下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示す）。
【００１３】
第５の実施態様では、この発明は、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金を特色とする。
Ｆｅ100-a-b-c-d-eＭｎaＭｏbＣｒcＢdＣe
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、それぞれ１３≧ａ≧８、１７≧ｂ≧１２、５≧ｃ≧０、７≧ｄ≧４、１７≧ｅ≧１３の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示し、該合金は約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有する。
【００１４】
第６の実施態様では、この発明は、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金を特色とする。
Ｆｅ100-a-b-c-d-eＭｎaＭｏbＣｒcＢdＣe
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、それぞれ１３≧ａ≧８、１７≧ｂ≧１２、５≧ｃ≧０、７≧ｄ≧４、１７≧ｅ≧１３の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示し、前記合金は、最小のディメンションで厚さが少なくとも約０．１ｍｍの嵩アモルファスサンプルに加工することができる。
【００１５】
第７の実施態様では、この発明は、以下の化学式によって表される成分を実質的にあるいは完全に含む鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金を特色とする。
Ｆｅ100-a-b-c-d-e-fＭｎaＭｏbＣｒcＢdＰeＣf
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ１５≧ａ≧５、１４≧ｂ≧８、１０≧ｃ≧４、８≧ｄ≧０、１２≧ｅ≧５、１６≧ｆ≧４の関係を満たす（下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示す）。
【００１６】
第８の実施態様では、この発明は、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金を特色とする。
Ｆｅ100-a-b-c-d-e-fＭｎaＭｏbＣｒcＢdＰeＣf
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ１５≧ａ≧５、１４≧ｂ≧８、１０≧ｃ≧４、８≧ｄ≧０、１２≧ｅ≧５、１６≧ｆ≧４の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示し、該合金は約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有する。
【００１７】
第９の実施態様では、この発明は、以下の化学式によって表される成分を実質的に含む鉄ベース非磁性アモルファス・スチール合金を特色とする。
Ｆｅ100-a-b-c-d-e-fＭｎaＭｏbＣｒcＢdＰeＣf
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、それぞれ１５≧ａ≧５、１４≧ｂ≧８、１０≧ｃ≧４、８≧ｄ≧０、１２≧ｅ≧５、１６≧ｆ≧４の関係を満たし、下付数値は、成分の構成要素の原子百分率量を示し、該合金は最小のディメンションで厚さが少なくとも約０．１ｍｍの嵩アモルファスサンプルに加工することができる。
【００１８】
第１０実施態様では、この発明は、（ａ）少なくともＭｎを除く鉄ベース合金の少なくとも実質的に全ての要素成分を（好ましくは、アーク炉にて）少なくともＭｎのないインゴットを提供するように溶解させ、（ｂ）少なくとも1つの前記ＭｎなしインゴットをＭｎと共に溶かして少なくとも1つの最終インゴットを形成し、そして（ｃ）少なくとも1つの前記最終インゴットを従来のモールドキャスティングで嵩凝固させる、ステップを含む、鉄ベース合金の供給材料を生成する方法を特色とする。
【００１９】
第１１実施態様では、この発明は、鉄ベース合金用の「均質的に合金化された」供給材料を生成する方法を特色とし、該方法は以下のステップを含む。（ａ）Ｍｎ以外の鉄ベース合金の少なくとも実質的に全ての要素成分を溶かして少なくとも1つのＭｎなしのインゴットを提供する、そして（ｂ）少なくとも1つの前記ＭｎなしインゴットをＭｎと共に溶かして少なくとも1つの最終インゴットを形成する。
【００２０】
第１２実施態様では、この発明は、（ａ）Ｍｎを除く鉄ベース合金の少なくとも実質的に全ての要素成分を（好ましくは、アーク炉にて）少なくともＭｎのないインゴットを提供するように溶解させ、（ｂ）Ｍｎを溶かして少なくとも１つのクリーンＭｎを得る、（ｃ）少なくとも1つの前記Ｍｎなしインゴットを少なくとも１つの前記クリーンＭｎと共に溶かして最終インゴットを形成し、そして（ｄ）少なくとも1つの前記最終インゴットをモールドキャスティングで嵩凝固させる、ステップを含む、鉄ベース合金の供給材料を生成する方法を特色とする。
【００２１】
第１３実施態様では、この発明は、（ａ）Ｍｎを除く鉄ベース合金の実質的に全ての要素成分を少なくともＭｎのないインゴットを提供するように溶解させ、（ｂ）Ｍｎを溶かして少なくとも１つのクリーンＭｎを得る、（ｃ）少なくとも1つの前記Ｍｎなしインゴットを少なくとも１つの前記クリーンＭｎと共に溶かし、（ｃ）少なくとも1つの前記Ｍｎなし最終インゴットを少なくとも１つの前記クリーンＭｎと共に溶かし、最終インゴットを生成する、ステップを含む、鉄ベース合金用の「均質的に合金化された」供給材料を生成する方法を特色とする。
【００２２】
第１４実施態様では、この発明は、以下のステップを含む、鉄ベース合金を生成する方法を特色とする。（ａ）Fe、C、Mo、Crを混合させて混合物を形成する、（ｂ）前記混合物を加圧して少なくとも１つの固まりにする、（ｃ）少なくとも1つの前記固まりを適切な炉中で溶かして少なくとも１つの予備インゴットを形成する、（ｄ）少なくとも1つの前記予備インゴットをＭｎと共に溶かして、少なくとも1つの最終インゴットを形成する、そして（ｅ）少なくとも1つの最終インゴットをモールドキャスティングで嵩凝固させる
【００２３】
第１５実施態様では、この発明は、鉄ベース合金用の「均質的に合金になった」供給材料を生成する方法を特色とする。この方法は以下のステップを含む。（ａ）Fe、C、Mo、CrおよびＢを混合させて混合物を形成する、（ｂ）前記混合物を加圧して少なくとも１つの固まりにする、（ｃ）少なくとも１つの前記固まりを炉中にて溶かし、少なくとも1つの予備インゴットを形成する、そして（ｄ）少なくとも1つの前記予備インゴットをＭｎと共に溶かし、少なくとも１つの最終インゴットを形成する。
【００２４】
第１６実施態様では、この発明は、以下のステップを含む鉄ベース合金を生成する方法を特色とする。（ａ）Fe、C、Mo、Cr、BおよびＰを混合させて混合物を形成する、（ｂ）前記混合物を加圧して少なくとも1つの固まりにする、（ｃ）少なくとも1つの前記固まりを炉中にて溶かして、少なくとも1つの予備インゴットを形成する、（ｄ）少なくとも1つの前記予備インゴットをＭｎと共に溶かして少なくとも1つの最終インゴットを形成する、そして（ｅ）少なくとも1つの前記最終インゴットをモールドキャスティングで嵩凝固させる。
【００２５】
第１７実施態様では、この発明は、鉄ベース合金用の「均質的に合金になった」供給材料を生成する方法を特色とし、以下のステップを含む。（ａ）Fe、C、Mo、Cr、BおよびＰを混合させて混合物を生成せする、（ｂ）前記混合物を加圧して少なくとも1つの固まりにする、（ｃ）少なくとも1つの前記固まりを炉中にて溶かして少なくとも1つの予備インゴットを形成する、そして（ｄ）少なくとも1つの前記予備インゴットをＭｎと共に溶かして少なくとも1つの最終インゴットを形成する。
【００２６】
この発明は、外気温で非強磁性特性および有用な機械的な属性の双方を提供する。この発明は、非強磁性構造用途の鉄ベース嵩凝固するアモルファス金属合金の新しい種類である。而して、この発明合金は、周囲より低い磁気転移温度、従来のスチール合金より優れた機械的強度および良好な耐蝕性を示す。
【００２７】
この発明合金は、例えば、高モリブデンおよび炭素追加分と共に、高マンガン追加あるいは高マンガンのいずれかを含む。この発明合金は、従来の処理することができる磁気鉄ベース嵩金属ガラスに比較して高く減じられたガラス温度および大きな過冷却液体領域を示す。更に、この発明によって採用される合成処理方法は特別な材料処理手順を含んでいないので、廉価な産業加工技術に直接適応可能である。
【００２８】
メタロイドは、アモルファス鉄ベース合金に超硬合金を加えることによってそうでなければ抑えられるキュリー点を回復する傾向がある。マンガンの追加は強磁性を抑えるのに非常に有効である（非特許文献５参照）。この発明合金については、約１０原子百分率あるいはよれより高いマンガン成分の追加は、定量デザインＭＰＭＳシステムを使用した測定で、キュリー点を外気温以下に低減する。キュリー点およびスピン・グラス遷移温度は、約−１００℃未満であることが観察される。この発明は、鉄ベースの多重構成要素合金へマンガンを追加すると高流体粘性の大部分の原因となることを明らかにする。高流体粘性は、アモルファス合金の加工性を増進する。
【００２９】
この発明の成分は、モリブデンとクロムが加えられる場合、合金に高硬度および良好な耐蝕性を提供することを明らかにする。従って、この発明合金は、従来のスチール合金より比較可能あるいはそれより著しくより高いモリブデン成分を含有する。この発明の実施態様における予備測定では、約１２００〜１６００のＤＰＮの範囲におけるマイクロハードネスおよび少なくとも約３０００ＭＰａの引張破壊強度を示す。それら値は報告されている高強度スチール合金を遙かに越えるものである。酸性pH 6溶液での予備腐食試験は、約８ｘ１０−７ないし１ｘ１０−６Ａ／ｃｍ２の非常に低い不動態化電流によって特徴づけられた非常に良好な耐蝕性、約０．８Ｖの大きな受動領域および約＋０．５Ｖ以上のピッチング電圧を示す。このポテンティオダイナミック極性化特性は、従来のアモルファス鉄およびニッケル合金に関して報告された最良の結果に匹敵する（非特許文献６参照）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
この発明は、外気温時に新規な非強磁性を呈するガラス状合金、および該合金を用いる方法および物品（例えばシステム、構造、コンポーネント)を製造する関連方法を提供する。
【００３１】
この発明の実施態様では、合金インゴットは、アーク炉あるいは誘導炉におけるよい清浄要素の混合物を溶かすことによって準備される。マンガン、超硬合金およびメタロイドを特に炭素を含むコンプレックス合金の均質なインゴットを生成するために、２つの個別の段階（あるいはそれ以上）のアロイングを行なうことの必要性が見い出された。主成分として鉄、マンガンおよびホウ素を含む合金は、マンガン以外のすべての成分のコンポーネントの混合物は、アーク炉において最初にともに溶解された。その後、得られたインゴットは、マンガンと混合されて、最終インゴットを形成するためにともに溶解された。第２段階のアロイングでは、アーク炉中で第１の予め溶けたマンガン部分によって得られた清潔なマンガンを使用することが望ましいことが判明した。
【００３２】
主成分として鉄、マンガン、モリブデンおよび炭素を含む合金の場合には、鉄粉、黒鉛粉末（約−２００メッシュ)およびモリブデン・パウダー（約−２００〜−３７５メッシュ)プラス・クロム、ホウ素、およびリンの小片がともに混合され、ディスクあるいはシリンダ、あるいは所定の固まりに加圧された。あるいは、黒鉛粉末に代えて小さな黒鉛片を使用することもできる。その固まりはアーク炉あるいは誘導炉において溶かされてインゴットに形成される。その後、得られたインゴットは、マンガンと混合され、共に溶解されて最終インゴットに形成される。
【００３３】
次に、グラス成形性および加工性に関して、嵩凝固するサンプルは例えば、従来の銅モールドキャスティングを使用してあるいは他の適切な方法で得ることができる。1つの実例においては、銅ブロック(好ましくは、水冷式銅ブロック)の内部のシリンダ形の穴に溶湯を注入することによって得られる。熱の変形データは示差熱分析計(ＤＴＡ)を使用して得られた。計画的な鉄ベースの合金は、約０．５９〜０．６３の範囲において低減されたガラス温度Ｔｒｇ、および約４５〜１００℃の範囲において大きな過冷却液体領域ΔＴｘを呈することが判明した。また、合金インゴットの幾つかは溶解時にほとんど形状が変化せず、溶融状態において非常に粘着性であると推定される。本典型的実施態様において、本発明アモルファス・スチール合金は約４ミリメートル(mm)に達する直径のシリンダ状のアモルファス棒に鋳造された。様々な範囲の厚さ、サイズ、長さおよびボリュームが可能である。例えば、いくつかの実施態様では、この発明合金は、約０．１ｍｍ以上の範囲の厚さを有する嵩アモルファス・サンプルに処理することができる。当該棒のアモルファスの性質は、(図１、２および３に示されたような)Ｘ線および電子線回析および熱分析によって確認される。当該合金のうちのいくつかにおいて測定された高いＴｒｇおよび大きなΔＴｘが与えられると、高圧鋳造方法および／または他の強調された方法を利用すると、厚板を含む、所望のより厚いサンプルが得られる。
【００３４】
本合金はアモルファス結晶の微構造を組織するために奪われても良く、あるいは複合材料を形成するためにアモルファス合金の凝固中に他の展性のある相に混合されても良い。構造的用途の延性が向上された強固な製品となりうる。
【００３５】
従って、本発明アモルファスのスチール合金は、多くの用途領域において、現在のスチール合金より性能的に優れている。この発明が実施することができるの製品およびサービスには、制限されないが、1)船、サブマリン(例えば船)、および乗物(地上船および航空機)のフレームおよびパーツ、2)建築構造、3)装甲ペネトレータ、弾丸に浸透する装甲あるいは運動エネルギー弾丸、4)保護装甲、装甲合成物あるいはラミネート装甲、5) エンジニアリング、構造、および医用素材およびツール、および装置、6)耐食および耐摩耗性コーティング、7)携帯電話および携帯情報端末(PDA)包装、住宅供給とコンポーネント、8)エレクトロニクスおよびコンピューターケーシング、住宅供給とコンポーネント、9)磁気浮上レールおよび推進系、10)ケーブル外装、11)ハイブリッド船体、該船体の「金属の」部分は本発明の硬化された非磁性コーティングを有するスチールと取り替え得る、12)合成パワー・シャフト、13)本発明アモルファス・スチール合金によって実現可能な特定の特性のコンビネーションを要求するアクチュエーターおよび他の用途。
【００３６】
下にリストされた米国特許は、本発明方法の使用および製作方法を例示するものであり、参照としてそれらの開示内容をそっくりそのままここに組み入れる。
【００３７】
米国特許第4,676,168号、Cotton他、タイトル：「掃海あるいは船消磁のための磁気会議」
【００３８】
米国特許第5,820,963号、Lu他、タイトル：「低いMrT価値および高い保磁力がある薄膜磁気記録ミディアムを製造する方法」
【００３９】
米国特許第5,866,254号、Peker他、タイトル：「アモルファス金属/補強複合材料」
【００４０】
米国特許第6,446,558号、Peker他、タイトル：「アモルファスのマトリックス合成成型爆薬フィルタがある成型爆薬弾丸」
【００４１】
米国特許第5,896,642号、Peker他、タイトル：「ダイ成形アモルファスの金属部材およびそれらの製作」
【００４２】
米国特許第5,797,443号、Lin、JohnsonおよびPeker、タイトル：「嵩凝固するアモルファス合金の部品をキャスティング方法」
【００４３】
米国特許第4,061,815号、Poole、タイトル：「斬新な成分」
【００４４】
米国特許第4,353,305号、Moreau、タイトル：「運動エネルギープロジェクタイル」
【００４５】
米国特許第5,228,349号、Gee他、タイトル：「組込みパラメーター可測合成パワー・シャフト」
【００４６】
米国特許第5,728、968、Buzzett他、タイトル：「プロジェクタイルに浸透する装甲」
【００４７】
米国特許第5,732,771号、Moore、タイトル：「地下ウェルのための絶縁された心線用の複数を保護し分離するための保護鞘」
【００４８】
米国特許第5,868,077号、Kuznetsov、タイトル：「超伝導を示す分野で電気力のガイダンス用の軸ばね磁石における交流の使用のための方法および装置」
【００４９】
米国特許第6,357,332号、Vecchio、タイトル：「メタリック／インターメタリックコンポジット積層板材料および材料、特に軽量の装甲で使用するために非常に製造された材料」
【００５０】
米国特許第6,505、571号、Critchfield他、タイトル：「艦船のためのハイブリッド船体構造」
【００５１】
米国特許第6,515,382号、Ullakko、タイトル：「アクチュエーターおよび装置」
【００５２】
この発明のいくつかの実施態様については、非強磁性の鉄ベースの嵩アモルファス金属合金の2つのクラスが得られる。この２つのクラスの合金は、５０原子百分率の鉄を含む。まず、高マンガンクラス(ラベルが付けられたＭｎＢ)は、主要合金化コンポーネントとしてマンガンとホウ素とを含む。次に、高マンガンの高モリブデンクラス(ラベルが付けられたＭｎＭｏＣ)は、主要な合金化コンポーネントとしてマンガン、モリブデンおよび炭素を含む。図示目的で、前記２つのクラスのそれぞれの５０を越える成分がグラス成形性テストに選択される。
【００５３】
まず、高マンガンクラスに関して、ＭｎＢクラスアモルファス・スチール合金は、以下の化学式(原子百分率)で与えられる：
(Ｆｅ1-a-b-c ＭｎaＣｒbＭｏc)100-x-y-zＺｒxＮｂyＢz
但し、０．２９≧ａ≧０．２、０．１≧ｂ≧０、０．０５≧ｃ≧０、１０≧ｘ≧２、６≧ｙ≧０、２４≧ｚ≧１３の関係を満たす。
【００５４】
これらの合金は、約０．６〜０．６３（あるいはそれより大）の低減されたガラス温度Ｔｒｇおよび約６０〜１００℃(あるいはそれより大)の過冷却液体領域ΔＴｘを示すことが判明した。Ｔｒｇ〜0.63の２つの合金に関して示差熱分析(ＤＴＡ)からの結果を、図２に示す。サンプル厚さ、低減されたガラス温度、および他の嵩金属ガラス中で観察された過冷却液体領域の間の相関性に従って、ある実施態様における本発明合金のうちのいくつかは、少なくとも約５ｍｍの最大の厚さで嵩アモルファス・サンプルに処理することができる。高い粘性のために、溶解は銅モードキャスティングに必要な流動性を提供するために、液相線温度より相当高い温度に加熱されなければならない。その結果、熱除去での効果は著しく減じられ、それはこの実施態様におけるアモルファスの棒の直径を約２ｍｍだけに制限する。様々な厚さ範囲が可能である。例えば、いくつかの実施態様では、この発明合金は、約０．１ｍｍ以上の範囲の厚さで嵩アモルファス・サンプルに加工することができる。更に、高圧高圧鋳造法は、加工可能なアモルファス高マンガン鋼合金としてこれらの合金の十分な可能性を開発する。いくつかの炭素および／又はシリコンの原子百分率も上記合金におけるホウ素の代わりに用いられる。ニッケルも部分的に鉄を代用するために使用されている。代用された合金も、約０．６のＴｒｇおよび少なくとも約６０℃の大きな過冷却液体領域を示す。ＭｎＢクラス典型的な多くのアモルファス・スチール合金は、それらのＴｇ、ΔＴｘおよびＴｒｇの値と共に、表1に示される。表１は、1つの典型的な実施態様の高マンガン(ＭｎＢ)のアモルファス・スチール合金のＤＴＡ走査から得られた結果を要約している。これらの参考実施態様は、図示のみの目的で記載され、本発明の実施を制限するいかなる方法でも意図されるものではない。
【００５５】
【表１】
2005517808.tif 000003
【００５６】
図４は、０．６Ｍ、ｐＨ６．００１のＮａＣｌ溶液に浸漬された合金のうちの1つから得られたポテンシオダイナミック極性化跡を示す。低い不動態化電流、大きな受動領域および高ピッチング電圧が示される。
【００５７】
高マンガンクラス、ＭｎＢタイプのアモルファス・スチール合金の実施態様において、これらの合金の成分領域は、化学式(原子百分率)から以下のように与えられる：
（Fe,Ni）a(Mn,Cr, Mo, Zr, Nb)b(B,Si,C)c
但し、４３≧ａ≧５０、２８≧ｂ≧３６、１８≧ｃ≧２５、かつ全合金成分中でＦｅ含量が少なくとも約４０%、Ｍｎ含量が少なくとも約１３%、Ｚｒ含量が少なくとも約３%、Ｂ含量が少なくとも約１２%の条件下で、a、bおよびcの合計が100である。これらの合金は、典型的な非強磁性であり、約１，０００℃／秒未満の臨界冷却速度を有し、少なくとも約０．５ｍｍの最小ディメンジョンで嵩対象物にキャスト可能である。これらの合金も、約０．６０以上のＴｒｇおよび約５０℃以上の高いΔＴｘを有する。次に、高マンガン高モリブデンクラスに関して、ＭｎＭｏＣクラスのアモルファス・スチール合金は、下記の化学式(原子百分率)で与えられる。
Ｆｅ100-a-b-c-d-eＭｎaＭｏbＣｒcＢdＣe
但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、それぞれ１３≧ａ≧８、１７≧ｂ≧１２、５≧ｃ≧０、７≧ｄ≧４、１７≧ｅ≧１３の関係を満たす。
【００５８】
これらの合金は、約５３０〜５５０℃(あるいはそれ以上)のガラス温度Ｔｇ、Ｔｒｇ〜０．５９〜０．６１(あるいはそれ以上)、および約４５〜５５℃(あるいはそれ以上）の過冷却液体領域ΔＴｘを示す。典型的なサンプルから得られたＤＴＡ走査を、図３に示す。いくつかの合金は、さらにＧａ、ＶおよびＷの１〜３原子百分率を含む。厚さの様々な範囲が可能である。例えば、いくつかの実施態様では、この発明合金は、約０．１ｍｍ以上の範囲の厚さで嵩アモルファス・サンプルを加工することができる。ある実施態様では、ＭｎＢ合金への比較して、より低いＴｒｇおよびより小さなΔＴｘにもかかわらず、容易に４ｍｍ直径棒の回りにＭｎＭｏＣ合金にキャストすることとができる。２つのインジェクションキャストアモルファス棒のカメラ写真を図５に示す。合金溶解が、ＭｎＢ合金溶解ほど非常に粘着性でないのが観察される。更アロイングすると、より厚いサンプルを得ることができる。サンプル厚さと一緒に、ＭｎＭｏＣクラスの多くの典型的なアモルファス・スチール合金を代表する様々な実施態様を、表２においてリストする。表２は、アモルファスのスチール合金および嵩凝固するアモルファスのシリンダ形のサンプルの得られた最大部直径、代表的な高いマンガンの高モリブデン（ＭｎＭｏｃ）をリストする。現在、約１９原子%を結合した(B、C)メタロイド含量と同じくらい低く含んでいる合金が、3mm-直径のアモルファスの棒に関して凝固された嵩でありうることは1つの実施態様で見つかる。これらの見本になる実施態様は例示の目的でのみ用いられ、本発明の実施を制限するいかなる方法でも意図されない。
【００５９】
【表２】
2005517808.tif 000004
【００６０】
図６は、約０．６Ｍ、ｐＨ６．００１のＮａＣｌ溶液に浸漬されたアモルファスＦｅ52Ｍｎ10Ｍｏ14Ｃｒ4Ｂ6Ｃ14の直径３ｍｍのサンプルから得られた典型的なポテンシオダイナミックな極性化跡を示す。低不動態化電流、大受動領域および高ピッチング電圧が示されている。
【００６１】
高マンガン高モリブデンクラス、ＭｎＭｏＣクラスのアモルファスのスチール合金の実施形態において、これら合金の成分は、以下の化学式(原子百分率)で与えられる。
（Ｆｅ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）b（Ｂ、Ｃ）ｃ
但し、４５≧ａ≧５５、２３≧ｂ≧３３、１８≧ｃ≧２４、かつ全合金成分中でＭｏ含量が少なくとも約１２%、Ｍｎ含量が少なくとも約７%、Ｃｒ含量が少なくとも約３%、Ｃ含量が少なくとも約１３%、Ｂ含量が少なくとも約４%の条件下で、a、bおよびcの合計が１００である。これらの合金は典型的に非強磁性で、少なくとも約１０００℃／秒未満の低臨界冷却速度および少なくとも約０．５／ｍｍの最小ディメンションの嵩対象物にキャストしうる。これらの合金も、約０．６０以上のＴｒｇおよび約５０℃以上の高いΔＴｘを有する。
【００６２】
さらに、別の実施態様では、リンもMnMoC合金に組み入れられて、メタロイド含量を修正し、さらに耐蝕性の増強を図っている。厚さは様々な範囲が可能である。例えば、いくつかの実施態様では、この発明合金は、約０．１ｍｍ以上の範囲厚さで嵩アモルファス・サンプルに加工することができる。ある実施態様では、直径約３ｍｍ以内の嵩凝固された非強磁性のアモルファスのサンプルが得られた。後者の合金の一般式(原子百分率)は次のように与えられる。
Ｆｅ100-a-b-c-d-e-fＭｎaＭｏbＣｒcＢdＰeＣf
但し、１５≧ａ≧５、１４≧ｂ≧８、１０≧ｃ≧４、８≧ｄ≧０、１２≧ｅ≧５、１６≧ｆ≧４。
【００６３】
これらの合金は、約４８０〜５００℃(あるいはそれ以上)のガラス温度Ｔｇ、約０．６０(あるいはそれ以上)のＴｒｇおよび約４５〜５０℃(あるいはそれ以上)の過冷却液体領域ΔＴｘを示すことがわかる。サンプル厚さと共に、このリンを含むＭｎＭｏＣクラスの多くの典型的なアモルファスのスチール合金を代表する様々な実施形態を、表３にリストする。表３は、リンを含む代表的なＭｎＭｏＣアモルファスのスチール合金と得られた嵩サンプルの直径をリストしている。
【００６４】
【表３】
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【００６５】
リンを含むグループの実施形態では、アモルファス・スチール合金は、以下の化学式（原子百分率）によって表される：
（Ｆｅ）a（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ）b（Ｂ、Ｐ、Ｃ）ｃ
但し、４７≧ａ≧５９、２０≧ｂ≧３２、１９≧ｃ≧２３、かつ、全合金成分中でＭｏ含量が少なくとも約７%、Ｍｎ含量が少なくとも約４%、Ｃｒ含量が少なくとも約３%、Ｃ含量が少なくとも約３%、Ｐ含量が少なくとも約４%、Ｂ含量が少なくとも約４%の条件で、a、bおよびcの合計が１００である。これらの合金は典型的に非強磁性で、少なくとも約１０００℃／秒未満の低臨界冷却速度および少なくとも約０．５／ｍｍの最小ディメンションの嵩対象物にキャストしうる。これらの合金も、約０．６０以上のＴｒｇおよび約５０℃以上の高いΔＴｘを有する。
【００６６】
以下の米国特許が、参照によってそれらの内容がそっくりそのままここに組み入れられる。
米国特許第5,738,733号、Inoue A他
米国特許第5,961,745号、Inoue A他
米国特許第5,976,274号、Inoue A他
米国特許第6,172,589号、Fujita K他
米国特許第6,280,536号、Inoue A他
米国特許第6,284,061号、Inoue A他
米国特許第5,626,691号、Li, Poon, Shiflete
米国特許第6,057,766号、O’Handley他
【００６７】
高マンガン含有の本発明のアモルファス・スチール合金およびそれを用いるおよび製造する関連する方法は、様々な利点を提供する。まず、この発明は、外気温時に非強磁性の特性を示すとともに有用な機械的な属性の両方を提供する。
【００６８】
この発明の別の利点は、非強磁性の、非強磁性構造用途の鉄ベースの嵩凝固するアモルファス金属合金の新しいクラスを提供することにある。而して、この発明合金は、周囲温度より低い磁気転移温度、従来のスチール合金より優れた機械的強度および良好な耐蝕性を示す。
【００６９】
また、この発明の他の利点は、例えば嵩金属ガラス中で最も高い０．５ＭＰａ／（Ｋｇ／ｍ３）（あるいはそれ以上）の比強度を有する。
【００７０】
さらに、この発明の別の利点は、嵩金属ガラス中で最も高い熱的安定性を有するということである。
【００７１】
さらに、この発明の別の利点は、例えば現在の候補軍艦スチールと比較して低減されたクロム含量を有することである。
【００７２】
最後に、本発明の他の利点は、現在の加工し難い嵩金属ガラスと比較して、著しく所有権コスト(例えば、より低い定価の品物および製造コスト)が低いということである。
【００７３】
この発明はその精神あるいは本質的特質から外れずに、他の特定の形式で具体化され得る。前述の実施態様は、したがって、ここに記述された本発明の制限ではなくすべての例証となる点で考慮されるべきである。本発明の範囲は、前述の記載によってではなく添付クレームによって示される。したがって、クレームの同等の意味および範囲内の変更はすべて、ここに包含されるように意図されている。
【００７４】
（参照文献）
本書類の全体を通じて引用されたかつ以下に引用された参考文献は、参照としてそのままここに組み入れられる。
【非特許文献１】「強磁性嵩アモルファス合金の合成および特性」W.L.Johnson等によって編集された嵩金属ガラスにおける、A.Inoue、T.Zhang、H.YoshibaおよびT.Itoi、MaterialsResearch Society Proceedings,Vol. 554, (MRS Warrendale, PA, 1999), p. 251
【非特許文献２】「鉄ベース嵩ガラス質合金」A.Inoue、A.TakeuchiおよびB.Shen, Materials Transactions, JIM, Vol. 42, (2001),p970.
【非特許文献３】「高ガラス成形性および良好な耐食性を備えた新Fe-Cr-Mo-(Nb,Ta)-C-B合金」S. Pang, T. Zhang, K. Asami, and A. Inoue, Materials Transactions,JIM, Vol. 42, (2001), p. 376.
【非特許文献４】「(Fe, Co)-(Hf,Nb)-B 溶解クランプ鍛造方法によって準備ガラス質の厚いシート合金」H. Fukumura, A. Inoue, H. Koshiba, and T. Mizushima, MaterialsTransactions, JIM, Vol. 42, (2001), p. 1820.
【非特許文献５】「(Fe0.2Ni0.8)75P16B6Al3and (Fe0.68Mn0.32)75P16B6Al3アモルファスの低電界同時ACおよびDC磁化測定」Beckmann etal. , Physica Scripta, Vol. 25, (1982), p. 676.
【非特許文献６】「極めて耐腐食性に優れた嵩アモルファス合金」K. Hashimoto et al. , Materials Science Forum, Vol. 377, (2001), p.1.
【図面の簡単な説明】
【００７５】
本発明の前述したおよび他の目的、特徴および利点および本発明自体は、添付図面と参照されたとき、好ましい実施態様の次の記述からより完全に理解されるであろう。
【図１】図１は、この発明のMnMoCクラスのアモルファス鉄合金の4mm-直径としてキャスト棒を砕くことによって得られた1ｇｍの典型的なサンプル片のX線回折像を示す。
【図２】図２は、(矢印によって示された)ガラス転移、結晶を示すと共に、２つのこの発明においてＭｎＢクラスの典型的なアモルファス・スチール合金を溶かす、１０℃／分の走査速度で得られた示差熱分析を示す。
【図３】図３は、(矢印によって示された)ガラス転移、結晶を示すと共に、２つのこの発明においてＭｎＭｏＣクラスの典型的なアモルファス・スチール合金を溶かす、１０℃／分の走査速度で得られた示差熱分析を示す。部分的な跡は冷却と同時に得られる。
【図４】図４は、典型的なＭｎＢクラスのアモルファス合金サンプルが０．６ＭのｐＨが６．００１のＮａＣｌ溶液に浸したこの発明のうちの1つで得られたポテンシオダイナミックな極性化跡を示す。
【図５】図５は、インジェクションキャスティングによって得られた、直径３ｍｍ（Ｆｅ５０Ｍｎ１０Ｍｏ１４Ｃｒ４Ｃ１５Ｂ７、下のサンプル）および直径４ｍｍ（Ｆｅ５２Ｍｎ１０Ｍｏ１４Ｃｒ４Ｃ１５Ｂ６、上のサンプル）の２本の典型的なアモルファスの棒を示す。
【図６】図６は、アモルファスのＦｅ５２Ｍｎ１０Ｍｏ１４Ｃｒ４Ｂ６Ｃ１４の典型的な直径３ｍｍのサンプルで得られた典型的なポテンシャルダイナミックな極性化跡を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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