(57)【要約】本発明の課題は、チタン合金からなる高張力で、室温で塑性の変形可能な成形体を製造することであり、これは前記金属ガラスに対して、室温での変形工程において、巨視的可塑性および変形硬化を有し、これにより他の特性に大きな影響を与えない。  本発明による成形体は、この成形体がその組成において、式    ＴｉａＥ１ｂＥ２ｃＥ３ｄＥ４ｅに相当する材料からなり、かつ場合により製造に起因する少量の添加物および不純物を含有する。この成形体は、均質なミクロ構造を有する組織を有し、これは主にガラス様またはナノ結晶質のマトリックスからなり、その中に埋め込まれた延性の樹枝状体心立方相からなる。最高１０％の僅かな体積割合で第三の相の出現は可能である。  この種の成形体は高負荷の部材として使用可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン合金からなる高張力で、室温で塑性の変形可能な成形体において、この成形体がその組成において、式
ＴｉａＥ１ｂＥ２ｃＥ３ｄＥ４ｅ
［式中、Ｅ１は元素Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｚｒ、Ｖ、ＨｆおよびＹからなる群から選択される元素１種以上からなり、
Ｅ２は元素Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、ＰｄおよびＰｔからなる群から選択される元素１種以上からなり、
Ｅ３は元素Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＺｎおよびＭｎからなる群から選択される元素１種以上からなり、かつ
Ｅ４は元素Ｓｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｂ、ＰｂおよびＳｂからなる群から選択される元素１種以上からなり、
ａ＝１００−（ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、
ｂ＝０〜２０、
ｃ＝５〜３０、
ｄ＝５〜３０、
ｅ＝１〜１５
（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは原子％である）］に相当する材料からなり、かつ場合により製造法に起因する少量の添加物および不純物を有し、かつこの成形体は均質なミクロ構造を有する組織を有し、これは主にガラス様またはナノ結晶質のマトリックスからなり、そのマトリックス中に埋め込まれた延性の樹枝状体心立方相を有し、その際最高１０％の僅かな体積割合で第三の相を含有していてよいことを特徴とする、チタン合金からなる高張力で、室温で塑性の変形可能な成形体。
【請求項２】
材料がｂ＝０〜１５、ｃ＝２０〜２５、ｄ＝１５〜２５およびｅ＝５〜１０（原子％）を有する組成を示す、請求項１記載の成形体。
【請求項３】
マトリックス中の生じた樹枝状体心立方相の体積割合が、２０〜９０％、有利に５０〜７０％である、請求項１記載の成形体。
【請求項４】
一次樹枝状物の軸の長さが１〜１００μｍの範囲であり、一次樹枝状物の半径が０.２〜２μｍである、請求項１記載の成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はチタン合金からなる高張力で、室温で塑性の変形可能な成形体に関する。この種の成形体は高負荷の部材として、例えば飛行機産業、宇宙航空学および自動車産業において、更に、医学の分野における医療用機器およびインプラントのための部材としても、機械的負荷、腐蝕安定性および表面負荷に対する高い要求が、特に複雑な形態の部材において設定される際に、使用可能である。
【０００２】
従来技術
有利な（例えば軟磁性、機械的、触媒的）特性を得るために、一定の多成分系金属材料を迅速に硬化することにより、ガラス様準安定状態（金属ガラス）にすることができることは公知である。多くの場合、溶融物の必要な冷却速度のために、この材料は少なくとも１つの次元において短い寸法でのみ、例えば薄い帯状物または粉体を製造可能である。こうして、これは大きな構造材料としては好適ではない（例えば、T. Masumoto, Mater. Sci. Eng. A179/180 (1994) 8-16を参照）。
【０００３】
一定の組成範囲の多成分系合金は公知であり、そのような金属ガラスを大きな成形体、例えば寸法＞１ｍｍを有する成形体に、鋳込み成形法により製造することができる。そのような合金は例えば、Ｐｄ−Ｃｕ−Ｓｉ、Ｐｄ４０Ｎｉ４０Ｐ２０、Ｚｒ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ、Ｌａ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕである（例えば、T. Masumoto, Mater. Sci. Eng. A179/180 (1994) 8-16およびW.L. Johnson in Mater. Sci. Forum Vol. 225-227, p 35-50, Transtec Publications 1996, スイス参照）。特に、化学式Ｔｉ５０Ｎｉ２５Ｃｕ２５、Ｔｉ−Ｂｅ−Ｚｒ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−ＡｌおよびＴｉ−Ｚｒ−Ｎｉ−Ｃｕの組成を有し、＞１ｍｍに製造することができる金属ガラスは公知である（A. Inoue等著、Mater. Lett. 19,131 (1994), K. Amiya 等著, Mater. Sci. Eng. A179/180, 692 (1994), L.E. Tanner等著,Scr. Met. 11, 1727 (1977)およびD.V. Louzguine等著、J. Mater. Res. 14, 4426 (1999)）。
【０００４】
更に、４成分系Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金の一定組成において特にその寸法が＞１ｍｍである、金属ガラス−成形体は公知である（T. Zhang およびA. Inoue, Mater. Trans., JIM 39, 1001 (1998)）。
【０００５】
化学式（Ｚｒ１００−ａ−ｂＴｉａＮｂｂ）７５（ＢｅｘＣｕｙＮｉｚ）２５を有する多成分系ベリリウム含有合金に関する組成は公知である。その際、係数ａ、ｂはａ＝１８.３４；ｂ＝６.６６での原子％における元素の割合を示し、かつ係数ｘ、ｙ、ｚはｘ：ｙ：ｚ＝９：５：４の原子％の比を示す。この合金は二相であり、１つは高張力の脆性のガラス様マトリックスであり、かつ１つは延性で可塑性の変形可能な樹枝状体心立方相（dendritische kubisch-raumzentrierter (kzr)-Phase）を有する。これにより、室温での機械特性が著しく改善され、特に巨視的な延伸の範囲で、改善を示す（C.C. Hays, C.P. KimおよびW.L. Johson, Phys. Rev. Lett. 84, 13, p2901-2904 (2000)）。
【０００６】
高張力のガラス様マトリックスおよびその中に埋め込まれた延性で可塑性の変形可能な樹枝状体心立方相を有する二相チタン合金は従来製造することができなかった。
【０００７】
詳細な説明
本発明の課題は、チタン合金からなる高張力で、室温で塑性の変形可能な成形体を製造することであり、これは前記金属ガラスに対して、室温での変形工程において、巨視的可塑性（makroskopische Plastizitaet）および変形硬化（Verformungsverfestigung）を有し、これにより他の特性、例えば張力（Festigkeit）、弾性伸びまたは腐蝕挙動に大きな影響を与えない。
【０００８】
この課題は、請求項中に記載した高張力（hochfest）の成形体により解決する。
【０００９】
本発明による成形体は、この成形体がその組成において、式
ＴｉａＥ１ｂＥ２ｃＥ３ｄＥ４ｅ
［式中、Ｅ１は元素Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｚｒ、Ｖ、ＨｆおよびＹからなる群から選択される元素１種以上からなり、
Ｅ２は元素Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、ＰｄおよびＰｔからなる群から選択される元素１種以上からなり、
Ｅ３は元素Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＺｎおよびＭｎからなる群から選択される元素１種以上からなり、かつ
Ｅ４は元素Ｓｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｂ、ＰｂおよびＳｂからなる群から選択される元素１種以上からなり、
ａ＝１００−（ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）、
ｂ＝０〜２０、
ｃ＝５〜３０、
ｄ＝５〜３０、
ｅ＝１〜１５
（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは原子％である）］に相当する材料からなり、かつ場合により製造に起因する少量の添加物および不純物を含有する。
【００１０】
この際、この成形体は、均質なミクロ構造を有する組織を有し、これは主にガラス様またはナノ結晶質のマトリックスからなり、そのマトリックス中に埋め込まれた延性の樹枝状体心立方相からなる。最高１０％の僅かな体積割合で第三の相の出現は可能である。
【００１１】
特に有利な特性を実現化するために、材料が組成ＴｉａＣｕｃＮｉｄＳｎｅ（ａ＝４５〜５５、ｃ＝２０〜２５、ｄ＝１５〜２５およびｅ＝５〜１０（原子％での割合））に相当するべきである。
【００１２】
マトリックス中の生じた樹枝状体心立方相の体積割合は、本発明により２０〜９０％、有利に５０〜７０％である。一次樹枝状物の軸（primaer-Dendritenachse）の長さは１〜１００μｍの範囲であり、一次樹枝状物の半径が０.２〜２μｍである。
【００１３】
成形体の製造のためにはチタン合金溶融物の鋳込み成形により、銅製金型中で完成した鋳込み部材が製造される。
【００１４】
ガラス様またはナノ結晶質のマトリックス中の樹枝状体心立方相の検出および樹枝状析出物の大きさおよび体積割合はＸ線回折法、走査型電子顕微鏡法または透過型電子顕微鏡法により実施することができる。
【実施例】
【００１５】
本発明を次の実施例につき詳細に説明する。
【００１６】
例１
組成Ｔｉ５０Ｃｕ２３Ｎｉ２０Ｓｎ７（数値の記載は原子％である）を有する合金を、内径３ｍｍを有する円筒状銅製金型中に流し込む。得られた成形体は一部ガラス様、一部ナノ結晶質のマトリックス、およびその中に埋め込まれた延性の体心立方相からなる。この樹脂状相の体積割合は５０％に評価される。これにより、２０１０ＭＰａの破壊強さで破断点伸び７.５％が得られる。技術的弾性限界（technische Streckgrenze）（０.２％耐力）での弾性伸びは１１９０ＭＰａの張力で２.５％である。弾性率は８５.８ＧＰａであった。
【００１７】
例２
組成Ｔｉ６０Ｔａ１０Ｃｕ１４Ｎｉ１２Ｓｎ４（数値の記載は原子％である）を有する合金を、内径３ｍｍを有する円筒状銅製金型中に流し込む。得られた成形体は一部ガラス様、一部ナノ結晶質のマトリックス、およびその中に埋め込まれた延性の体心立方相からなる。この樹脂状相の体積割合は６０％に評価される。これにより、２２００ＭＰａの破壊強さで破断点伸び３.０％が得られる。技術的弾性限界（０.２％耐力）での弾性伸びは１９００ＭＰａの張力で１.０％である。弾性率は９５.５ＧＰａである。
【国際調査報告】
2005528524.tif 000002
2005528524.tif 000003
2005528524.tif 000004
2005528524.tif 000005
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