(57)【要約】溶射方式などによるコーティングが行われた後にも、純度の高いアモルファス構造を維持するだけでなく、多様な物性が改善された鉄系合金用組成物および鉄系アモルファス合金粉末が開示される。前記鉄系アモルファス合金粉末は、鉄、クロム、モリブデンを含む合金用組成物であって、前記鉄１００重量部に対して、前記クロム２５．４〜５５．３重量部、および前記モリブデン３５．６〜８４．２重量部を含み、炭素およびホウ素の中から選ばれた少なくとも１種をさらに含む。
2021529892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄、クロム、モリブデンを含む合金用組成物であって、
前記鉄１００重量部に対して、
前記クロム２５．４〜５５．３重量部、および
前記モリブデン３５．６〜８４．２重量部を含み、
炭素およびホウ素の中から選ばれた少なくとも１種をさらに含む、鉄系合金用組成物。
【請求項２】
前記合金用組成物を溶融させた後、溶融点からガラス転移温度まで１０１〜１０４度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度で冷却して形成する合金内のアモルファス相の比率が９０〜１００％である、請求項１に記載の鉄系合金用組成物。
【請求項３】
前記合金用組成物で製造する合金は、粉末、リボン、シート、ワイヤーおよび立体成形体よりなる群から選択される１つである、請求項１に記載の鉄系合金用組成物。
【請求項４】
鉄、クロム、モリブデンを含む鉄系アモルファス合金粉末であって、
前記鉄１００重量部に対して、
前記クロム２５．４〜５５．３重量部、および
前記モリブデン３５．６〜８４．２重量部を含み、
炭素およびホウ素の中から選ばれた少なくとも１種をさらに含む、鉄系アモルファス合金粉末。
【請求項５】
前記合金粉末内のアモルファス相の比率が９０〜１００体積％である、請求項４に記載の鉄系アモルファス合金粉末。
【請求項６】
前記合金粉末は、合金用組成物を溶融点からガラス転移温度まで１０１〜１０４度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度で冷却して形成された、請求項５に記載の鉄系アモルファス合金粉末。
【請求項７】
前記合金粉末の平均粒度が１０μｍ〜１００μｍである、請求項６に記載の鉄系アモルファス合金粉末。
【請求項８】
前記合金粉末がアトマイザー工法で製造された、請求項７に記載の鉄系アモルファス合金粉末。
【請求項９】
前記合金粉末は、コーティング物形成工程、金属粉末射出成形（Ｍｅｔａｌ  ｐｏｗｄｅｒ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ；ＭＩＭ）工程、３Ｄプリンティング工程、および粉末冶金（Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、Ｐ／Ｍ）工程よりなる群から選ばれた少なくとも一つの工程の材料として使用される、請求項４に記載の鉄系アモルファス合金粉末。
【請求項１０】
前記合金粉末を原料として溶射工程で成形体を形成する場合、前記成形体のアモルファス相の比率が９０〜１００体積％である、請求項４に記載の鉄系アモルファス合金粉末。
【請求項１１】
前記溶射工程をＨＶＯＦ（高速フレーム溶射；Ｈｉｇｈ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｆｕｅｌ）装置によって下記の噴射条件で行う場合、製造される成形体のアモルファス相の比率が９５〜１００体積％である、請求項１０に記載の鉄系アモルファス合金粉末。
［条件］
Ｇｕｎ  ｔｙｐｅ：ハイブリッド（Ｈｙｂｒｉｄ）、エアキャップ：２７０１、ＬＰＧ流量（ＬＰＧ  Ｆｌｏｗ）１６０ＳＣＦＨ、ＬＰＧ圧（ＬＰＧ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）９０ＰＳＩ、酸素流量（Ｏｘｙｇｅｎ  ｆｌｏｗ）５５０ＳＣＦＨ、酸素圧（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）１５０ＰＳＩ、気流量（Ａｉｒ  ｆｌｏｗ）９００ＳＣＦＨ、気流圧（Ａｉｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）１００ＰＳＩ、窒素流量（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｆｌｏｗ）２８ＳＣＦＨ、窒素圧（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）１５０ＰＳＩ、Ｇｕｎ  ｓｐｅｅｄ：１００ｍ／ｍｉｎ、Ｇｕｎ  ｐｉｔｃｈ：３．０ｍｍ、フィーダ速度（Ｆｅｅｄｅｒ  ｒａｔｅ）４５ｇ／ｍｉｎ、スタンドオフ距離（Ｓｔａｎｄ−ｏｆｆ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）：２５０ｍｍ
【請求項１２】
前記成形体のビッカース硬さは７００〜１，２００Ｈｖ（０．２）であり、摩擦係数は、0.2Ｎの荷重で０．００１μｍ〜０．０８μｍであり、１，０００Ｎの荷重で０．０６μｍ〜０．１２μｍである、請求項１１に記載の鉄系アモルファス合金粉末。
【請求項１３】
鉄、クロム、モリブデンを含み、炭素およびホウ素の中から選ばれた少なくとも１種をさらに含む合金用組成物を溶融させた後、溶融点からガラス転移温度まで１０１〜１０４度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度で冷却して形成する合金粉末内のアモルファス相の比率（ａ）と、前記合金粉末を再び溶融させた後、溶融点からガラス転移温度まで１０１〜１０４度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度で製造された合金内のアモルファス相の比率（ｂ）が、０．９≦ｂ／ａ≦１を満たす、鉄系アモルファス合金粉末。
【請求項１４】
請求項４〜８の合金粉末を材料として３Ｄプリンティングした成形体であって、
前記成形体内の合金のアモルファス相の比率が９０〜１００％である、鉄系合金成形体。
【請求項１５】
請求項４の合金粉末を材料として焼結した成形体であって、
前記成形体内には、ホウ化物または炭化物が含まれるか、または、ホウ化物および炭化物の両方ともが含まれ、前記のホウ化物及び炭化物の総量は前記鉄１００重量部に対して３〜８重量部である、成形体。
【請求項１６】
前記ホウ化物と前記炭化物は、前記合金粉末のホウ素と炭素に由来するものである、請求項１５に記載の成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄系合金粉末に関するものであり、さらに詳細には、アモルファス形成能の高い鉄系合金粉末、およびこれを用いた成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
アモルファス合金は、原子構造が結晶ではなく無秩序な混沌構造の合金であって、化学的、電気的および機械的性質に優れる。アモルファス相は、溶融スピニング工程やアトマイズ工程などでもって、粉末状、リボン状、ワイヤー状、パウダー状、箔（Ｆｏｉｌ）状、繊維状に作られている。
【０００３】
アモルファス合金材料を製造するためには、２つの条件が満たされなければならないのであり、アモルファス形成能の大きい合金組成が必要で、また、溶融した合金の急激な冷却速度が必要である。つまり、溶融した合金材料の急激な冷却が必要であり、また、冷却が急激に行われたとしても、組成自体のアモルファス形成能が低い場合にはアモルファス相に形成されないことが多い。
【０００４】
さらには、アモルファス相の合金材料を作った場合にも、その溶融製品は、アモルファス相に形成するのは難しいため、その適用に多くの制限がある。つまり、アモルファス相に製造された合金材料を、高温で溶融させた後、再び溶融製品に製造する場合、その溶射コーティング物は、再び、結晶化された材料となるという問題点が生じる。
【０００５】
例えば、合金粉末は、アトマイズ法（ａｔｏｍｉｚｉｎｇ）によって製造できるが、この際、アモルファス相に作るために、通常のアトマイズの温度よりも急激な冷却速度の条件を満たさなければならないという困難がある。また、アモルファスに作った合金粉末でもって応用製品を形成する場合、例えばアモルファス合金粉末でもって溶射によってコーティング体を形成する場合、合金粉末が溶融した後、前述したアトマイズの際のような急激な冷却条件を満たさないので、非結晶化ではなく、結晶化が行われることにより、アモルファスが持つ特性を生かした応用製品を製造するのが難しくなる。この際、溶融製品のコーティングの密度が優れておらず、耐腐食用途に使用する場合に異物質が浸透するという問題点を持つこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国登録特許第５，２８８，３４４号公報
【特許文献２】米国登録特許第５，３６８，６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一の側面にしたがう目的は、アモルファス形成能が高い鉄系合金組成物を提供することにある。
【０００８】
本発明の一の側面にしたがう目的は、高いアモルファス相の比率を有する鉄系合金粉末を提供することにある。
【０００９】
本発明の一の側面にしたがう目的は、成形体を製造しても、製造された成形体内での高いアモルファス相を維持する、アモルファス鉄系合金粉末を提供することにある。
【００１０】
本発明の一の側面にしたがう目的は、成形体の製造時に低い冷却速度でも、製造された成形体内での高いアモルファス相を維持するアモルファス鉄系合金粉末を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、
鉄、クロム、モリブデンを含む合金用組成物であって、
前記鉄１００重量部に対して、
前記クロム２５．４〜５５．３重量部、および
前記モリブデン３５．６〜８４．２重量部を含み、
炭素およびホウ素の中から選ばれた少なくとも１種をさらに含む、鉄系合金用組成物を提供する。
【００１２】
また、本発明は、
鉄、クロム、モリブデンを含む鉄系アモルファス合金粉末であって、
前記鉄１００重量部に対して、
前記クロム２５．４〜５５．３重量部、および
前記モリブデン３５．６〜８４．２重量部を含み、
炭素およびホウ素の中から選ばれた少なくとも１種をさらに含む、鉄系アモルファス合金粉末を提供する。
【００１３】
また、本発明は、
鉄、クロム、モリブデンを含み、炭素およびホウ素の中から選ばれた少なくとも１種をさらに含む合金用組成物を溶融させた後、溶融点からガラス転移温度まで１０１〜１０４度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度で冷却して形成する合金粉末内のアモルファス相の比率（ａ）と、前記合金粉末を再び溶融させた後、溶融点からガラス転移温度まで１０１〜１０４度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度で製造された合金内のアモルファス相の比率（ｂ）とが、０．９≦ｂ／ａ≦１を満たす、鉄系アモルファス合金粉末を提供する。
【００１４】
また、本発明は、
前述した合金粉末を材料として３Ｄプリンティングした成形体であって、
前記成形体内の合金のアモルファス相の比率が９０〜１００％である、鉄系合金成形体を提供する。
【００１５】
また、本発明は、
前述した合金粉末を材料として焼結した成形体であって、
前記成形体内には、ホウ化物、炭化物がそれぞれ単独で、または、ホウ化物および炭化物の両方ともが含まれ、前記のホウ化物、炭化物の総量は、前記鉄１００重量部に対して３〜８重量部である、成形体を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実施例に係る鉄系合金の組成は、高いアモルファス形成能を持っており、アモルファス相の比率が高い鉄系アモルファス合金粉末を製造することができる。
【００１７】
また、本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金で成形体を形成する場合、鉄系アモルファス合金が高温に晒されて溶融または部分溶融したとしても、再冷却時に、低い冷却速度条件でも結晶化が進まず、高いアモルファス相を維持することで、製造される成形体内での高いアモルファス相を維持することができる。
【００１８】
したがって、溶射コーティング、３Ｄプリンティングおよび冶金などの様々な工程で成形体を製造しても、高いアモルファス相の維持が可能であって、成形体の密度、強度、耐摩耗性、耐摩擦性および耐食性などの物性に優れるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末のＸＲＤ(Ｘ線回折)グラフであって、（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、実施例１、３、６、７、８の鉄系アモルファス合金粉末に対するグラフである。
【図２】比較例に係る鉄系合金粉末のＸＲＤグラフであって、（ａ）〜（ｃ）は、比較例１、５、７の鉄系合金粉末に対するグラフである。
【図３】本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末（ａ）およびその断面（ｂ）と、比較例７による鉄系合金粉末（ｃ）およびその断面（ｄ）をＳＥＭ(走査電子顕微鏡)分析した写真である。
【図４】本発明によるコーティング物試験片のＸＲＤグラフであって、（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、実施例１、３、６、７、８の鉄系アモルファス合金粉末を適用したコーティング物である実施例９、１１、１４、１５、１６の試験片のＸＲＤグラフである。
【図５】比較例のコーティング物試験片のＸＲＤグラフであって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、比較例１、５、７の鉄系合金粉末を適用したコーティング物である比較例８、１２、１４の試験片のＸＲＤグラフである。
【図６】本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物、及び比較例の合金粉末を用いた溶射コーティング物の表面画像であって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例１、７、８のアモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物の表面画像であり、（ｄ）〜（ｇ）は、それぞれ比較例１、３、５、７の合金粉末を用いた溶射コーティング物の表面画像である。
【図７】本発明に係る実施例１、３、６、８の鉄系アモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片の断面を光学顕微鏡で観察した画像（倍率２００倍）であって、（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ実施例９、１１、１４、１６の試験片の断面を観察した画像である。
【図８】比較例１、４、７の合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片の断面を光学顕微鏡で観察した画像（倍率２００倍）であって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例８、１１、１４の試験片の断面を観察した画像である。
【図９】本発明に係る実施例２、４、７の鉄系アモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片についての非腐食の断面／腐食した断面を、光学顕微鏡で観察した画像（倍率２００倍）であり、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例１０、１２、１５の試験片の観察画像である。
【図１０】比較例２、４、６の合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片についての非腐食の断面／腐食した断面を光学顕微鏡で観察した画像（倍率２００倍）であり、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例８、１１、１３の試験片の観察画像である。
【図１１】本発明の実施例１、６、７の鉄系アモルファス合金粉末のコーティング物である実施例９、１４、１５の試験片と比較例１、３、５の合金粉末のコーティング物である比較例８、１０、１２の試験片との摩擦力の測定結果を対比して示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いたプラズマコーティング物試験片（ａ）、ＨＶＯＦ(高速フレーム溶射)コーティング物試験片（ｂ）、およびＶＰＳ(真空プラズマ溶射)コーティング物試験片（ｃ）についての断面を光学顕微鏡で観察した画像である。
【図１３】本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いた、プラズマコーティング物試験片（ａ）、ＨＶＯＦコーティング物試験片（ｂ）、およびＶＰＳコーティング物試験片（ｃ）についてのＸＲＤグラフである。
【図１４】本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いたＨＶＯＦコーティング物試験片についての、ＴＥＭ(透過型電子顕微鏡)分析イメージと、一部の、ＳＡＥＤ(制限視野電子回折)パターンの拡大図を示す。
【図１５】比較例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いたＨＶＯＦコーティング物試験片についての、ＴＥＭ分析イメージと、一部の、ＳＡＥＤパターンの拡大図を示す。
【図１６】本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いた、ＭＩＭ(金属粉末射出成形)製品の写真と、３Ｄプリンティング製品の写真であって、（ａ）はＭＩＭでもって複雑な形状に製作した製品の写真、（ｂ）は３Ｄプリンティングを用いて製作した製品の写真、（ｃ）は３Ｄプリンティングを用いて立体彫刻像を製作した製品の写真である。
【図１７】本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いて３Ｄプリンティングで冷却速度を異ならせて合計４種の、１ｃｍ３の立方体状(キューブ)に製造した製品の写真、および製造された各立方体(キューブ)のＸＲＤグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２１】
本明細書において、アモルファスとは、通常の非結晶質で、アモルファス相としても使用される、固体内結晶が行われていない、すなわち規則的な構造を持たない相をいう。
【００２２】
また、本明細書において、成形体とは、鉄系アモルファス合金粉末を用いて作られる溶融製品を総称するものであって、コーティング膜、コーティング層、成形体、成形品を含むものであり、これらは主に溶射コーティング、粉末射出（ＭＩＭ）、３Ｄプリンティングおよび冶金などによって作られる。
【００２３】
また、本明細書において、鉄系アモルファス合金粉末とは、鉄が最も多くの重量比で含まれるとともに、粉末内にアモルファスが単純に含まれたというのではなく、実質的に大部分を占めるものであって、例えばアモルファスの比率が９０％以上であるものをいう。
【００２４】
＜鉄系アモルファス合金粉末の製造のための合金組成＞
本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末を作るための第１実施例の合金組成は、第１成分、第２成分、第３成分および第４成分を含む。
【００２５】
第１成分は、鉄（Ｆｅ）であって、鉄（Ｆｅ）は、合金粉末コーティング物の剛性を向上させるために使用される成分であり、目的とする合金コーティング物の強度に適合するように、適切に可変させることができる。
【００２６】
第２成分は、クロム（Ｃｒ）であって、第２成分は、合金粉末コーティング物の物理化学的特性、例えば、耐摩耗性および耐食性などの物性を向上させるために使用される成分である。
【００２７】
第２成分は、第１成分１００重量部に対して、５５．３重量部以下、好ましくは２５．４重量部〜５５．３重量部で含まれるのが好ましい。上記の範囲から外れると、アモルファス形成能が低下するのであり、成形体の耐摩耗性および耐食性などが低下するという問題点がある。
【００２８】
第３成分は、モリブデン（Ｍｏ）であって、第３成分は、合金粉末コーティング物の物理化学的特性、例えば耐摩耗性、耐食性および耐摩擦性を与えるために使用される成分である。
【００２９】
第３成分は、第１成分１００重量部に対して、８４．２重量部以下、好ましくは３５．６重量部〜８４．２重量部で含まれるのが好ましい。上記の範囲から外れると、アモルファス形成能が低下し、成形体の耐摩擦性、耐摩耗性および耐食性などが低下し、製造コストが上昇し、環境的な側面で望ましくないなどの問題点がある。
【００３０】
ここで、第２成分及び第３成分は、第１成分を１００重量部としたとき、両方の成分を合わせた重量部が１００を超えないことが好ましい。
【００３１】
第４成分には、炭素（Ｃ）およびホウ素（Ｂ）の中の少なくとも１種または２種を使用し、第４成分は、残りの構成成分との原子サイズ不整合（ａｔｏｍｉｃ  ｓｉｚｅ  ｍｉｓｍａｔｃｈ）またはパッキング効率（ｐａｃｋｉｎｇ  ｒａｔｉｏ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）などによってアモルファス形成能を向上させる。
【００３２】
第４成分は、第１成分１００重量部に対して、２３．７重量部以下、１．７重量部〜２３．７重量部、３．４重量部〜２３．７重量部、または３．４重量部〜１５重量部で含まれることが好ましい。前記第４成分が上記の範囲から外れると、合金粉末コーティング物の硬さや、アモルファス形成能が低下したり、脆性が弱くなったりするという問題点がある。
【００３３】
第４成分において、炭素およびホウ素の中の少なくとも１種を用いても、優れたアモルファス形成能を示すが、両者ともを使用することがより好ましい。但し、ホウ素の含有量は、少なくとも３．４重量部、好ましくは３．４重量部〜１０．５重量部であるのが良い。
【００３４】
このようなアモルファス形成能は、それぞれの元素の原子サイズ（ａｔｏｍｉｃ  ｓｉｚｅ）の差、パッキング比（ｐａｃｋｉｎｇ  ｒａｔｉｏ）、深共晶（ｄｅｅｐ  ｅｕｔｅｃｔｉｃ）および反応エントロピー（ｅｎｔｒｏｐｙ）の差に起因して持つものと判断される。
【００３５】
前述した成分の他に、前記鉄系アモルファス合金の組成で、タングステン、コバルト、イットリウム、マンガン、シリコン、アルミニウム、ニオブ、ジルコニウム、リン、ニッケル、スカンジウムおよびこれらの混合物よりなる群から選択される追加成分を、意図的または非意図的にさらに含むことができる。含量においての追加成分は、総和として（トータル）の重量部が、鉄１００重量部に対して、１．１２５重量部未満、１．０００重量部以下、または０．０８３重量部以下である。すなわち、第１成分、第２成分、第３成分、第４成分、および追加成分の含有量が、前述の重量比率に合致する場合、本発明の実施例に係る鉄系合金組成であると認められる。
【００３６】
また、各追加成分は、０．９重量部以下、好ましくは０．０５重量部以下で使用される。上記の範囲から外れる追加成分が含まれると、アモルファス形成能が著しく減少するからである。
【００３７】
＜鉄系アモルファス合金粉末の製造＞
本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末は、周知の方法、例えばアトマイズ法によって製造できる。
【００３８】
アトマイズ法は、溶融した合金溶液を落下させる際に、ガスまたは水を噴射して分裂させ、分裂した液滴状態の合金粉末を急速冷却して合金粉末に製造する方法である。アトマイズ法は、金属粉末を製造する周知の技術なので、詳細な説明は省略する。
【００３９】
アトマイズ法でアモルファス粉末を製造するためには、分裂した液滴を急速に冷却しなければならないが、これは、合金溶液が結晶化される時間を与えずに固化されることにより、アモルファス化されるのに有利であるからである。
【００４０】
したがって、アトマイズ法で、よりアモルファス相の比率が高い合金粉末を製造するために、冷却速度を高めることができる特殊な冷却設備を備えなければならない。
【００４１】
本発明の一態様による合金組成であると、通常のアトマイズ法を用いても、合金組成自体で、アモルファス相を高い比率で生成するアモルファス形成能に優れるため、高い比率のアモルファス相の粉末を製造することができる。
【００４２】
つまり、特殊な冷却設備を備えない通常のアトマイズ法の場合の、１０２〜１０３または１０１〜１０４度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度下でも、本実施例の合金組成でもって、アモルファス相の粉末を製造することができる。ここで、１０１〜２度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）は、実質的に空冷に近い冷却速度で、合金溶液を空気中に噴出する場合の冷却速度である。
【００４３】
＜鉄系アモルファス合金粉末＞
本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末は、前述したアトマイズ法によって合金粉末に製造するとき、アモルファス相の比率が９０％以上、９５％以上、９９％以上、９９．９％以上、実質的に１００％含まれる、アモルファス相の比率が高い粉末である。つまり、冷却速度に応じて、前述したような高い比率のアモルファス相を有する鉄系アモルファス合金粉末が製造される。
【００４４】
本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、様々な形状と直径に製造することができるため、それらの制限がないのであり、前述した鉄系アモルファス合金を作るための第１成分、第２成分、第３成分および第４成分を含む。
【００４５】
第１成分は、鉄（Ｆｅ）であって、鉄（Ｆｅ）は、合金粉末コーティング物の剛性を向上させるために使用される成分であり、第２成分は、クロム（Ｃｒ）であって、合金粉末コーティング物の物理化学的特性、例えば、耐摩耗性および耐食性などの物性を向上させるために使用される成分であり、第２成分は、第１成分を１００重量部としたとき、５５．３重量部以下、好ましくは２５．４重量部〜５５．３重量部で含まれるのが好ましい。
【００４６】
第３成分は、モリブデン（Ｍｏ）であって、耐摩耗性および耐食性だけでなく、耐摩擦性を与えるために使用される成分であり、第１成分を１００重量部としたとき、８４．２重量部以下、好ましくは３５．６重量部〜８４．２重量部で含まれるのが好ましい。
【００４７】
第４成分は、炭素（Ｃ）およびホウ素（Ｂ）からの少なくとも１種または２種を使用するのであって、第４成分は、残りの構成成分との原子サイズ不整合（ａｔｏｍｉｃ  ｓｉｚｅ  ｍｉｓｍａｔｃｈ）またはパッキング効率（ｐａｃｋｉｎｇ  ｒａｔｉｏ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）などによってアモルファス形成能を向上させるのであり、第４成分は、第１成分を１００重量部としたとき、２３．７重量部以下、１．７重量部〜２３．７重量部、３．４重量部〜２３．７重量部、または３．４重量部〜１５重量部で含まれることが好ましい。
【００４８】
前述した成分の他に、前記鉄系アモルファス合金粉末は、タングステン、コバルト、イットリウム、マンガン、シリコン、アルミニウム、ニオブ、ジルコニウム、リン、ニッケル、スカンジウムおよびこれらの混合物よりなる群から選択される追加成分を意図的または非意図的にさらに含むことができる。全追加成分は、総和としての重量部が、鉄重量部を１００としたとき、１．１２５重量部未満、１．０００重量部以下、または０．０８３重量部以下である。すなわち、第１成分、第２成分、第３成分、第４成分、および追加成分の含有量が前述の重量比率に合致する場合、本発明の実施例に係る鉄系合金粉末であると認められる。
【００４９】
また、各追加成分は、０．９重量部以下、好ましくは０．０５重量部以下で使用される。上記の範囲から外れる追加成分が含まれると、アモルファス形成能が著しく減少するからである。本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、高いアモルファス相の比率によって、それ自体でも、密度、強度、耐摩耗性、耐摩擦性および耐食性などの特性に優れる。
【００５０】
本発明の実施例によって製造される鉄系アモルファス合金粉末は、平均粒度が１μｍ〜１５０μｍの範囲内であり得るが、これに限定されるものではなく、用途に応じてふるい分け（Ｓｉｅｖｉｎｇ）処理によって粉末サイズを調節することができる。
【００５１】
一例として、溶射コーティングを行おうとする場合、対象である鉄系アモルファス合金粉末は、ふるい分け処理によって粉末サイズを１６μｍ〜５４μｍの範囲に調節して使用することができるのであり、ＭＩＭ（金属粉末射出成形）を行おうとする場合、対象である鉄系アモルファス合金粉末は、ふるい分け処理によって粉末サイズを２０μｍ以下に調節して使用することができる。
【００５２】
３Ｄプリンティングを行おうとする場合、対象である鉄系アモルファス合金粉末も、方式ごとに粉末サイズを調節することができる。例えば、粉末床溶融結合（ｐｏｗｄｅｒ  ｂｅｄ  ｆｕｓｉｏｎ）方式に基づいて３Ｄプリンティングを行おうとする場合には、粉末サイズを２０μｍ以下に調節するのであり、指向性エネルギー堆積（ｄｉｒｅｃｔ  ｅｎｅｒｇｙ  ｄｅｐｏｓｉｔ）方式によって３Ｄプリンティングを行おうとする場合には、粉末サイズを５４μｍ〜１５０μｍの範囲に調節して使用することができる。
【００５３】
本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、一例として、密度が略７±０．５ｇ／ｃｃの範囲内であり得るが、これに限定されるものではない。
【００５４】
本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、粉末硬さが略８００Ｈｖ〜１５００Ｈｖの範囲内であり得るが、これに限定されるものではない。
【００５５】
本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、再溶融または高温に晒されるため、再び冷却されて固化しても、前述したアモルファスの比率を維持する。ここで、アトマイズ方法によって製造された鉄系アモルファス合金粉末内のアモルファスの比率（ａ）と、鉄系アモルファス合金粉末を、その合金の溶融点以上に溶融させた後に再冷却して作られた合金における比率（ｂ）は、次の式を満足する。
【００５６】
［式１］
０．９≦ｂ／ａ≦１
【００５７】
ここで、前記（ｂ）を導出するために、鉄系アモルファス合金粉末を、その合金の溶融点以上に溶融させた後に再冷却して合金を製造する方式としては、例えば、溶射コーティング、３Ｄプリンティング、冶金などを始めとする通常の鋳造方式が該当しうる。
【００５８】
また、前記［式１］のｂ／ａ比率は、好ましくは０．９５〜１、さらに好ましくは０．９８〜１、よりさらに好ましくは０．９９〜１であり得る。
【００５９】
また、本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末は、電気的物性にも優れるため、軟磁性粉末に製造することもできる。
【００６０】
＜鉄系アモルファス合金粉末を用いたコーティング物の形成＞
本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、前述したように溶射コーティング、３Ｄプリンティング、または冶金などの一般なコーティングまたは鋳造工程に適用して成形体（コーティング物）を製造することができる。
【００６１】
一例として、鉄系アモルファス合金粉末は、溶射コーティング工程に適用されて、被溶射体上のコーティング物となる。
【００６２】
溶射（ｓｐｒａｙ）は、金属または金属化合物を加熱して微細な溶滴の形状にして、加工物の表面に噴霧させて密着させる方法であって、超高速フレーム(火炎)溶射コーティング（ＨＶＯＦ）、プラズマコーティング、レーザークラッディングコーティング、一般のフレーム(火炎)溶射コーティング、ディフュージョンコーティングおよびコールドスプレーコーティング、真空プラズマコーティング（ＶＰＳ、ｖａｃｕｕｍ  ｐｌａｓｍａ  ｓｐｒａｙ）、低圧プラズマコーティング（ＬＰＰＳ、ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｐｌａｓｍａ  ｓｐｒａｙ）などがこれに属する。
【００６３】
溶射は、鉄系アモルファス合金粉末を溶融させて溶滴化して成形体を作る工程であって、高温に晒されて溶融したアモルファス合金粉末が、急激に冷却されないため、工程中、全部または一部が結晶化されてアモルファスの比率が著しく減少する。
【００６４】
したがって、従来、アモルファス金属粉末はアモルファス比率が高いが、製造された成形品ではアモルファスの優れた性質を確保できなくなる。
【００６５】
しかし、本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、急激な冷却速度を確保しなくても、アモルファスを形成するアモルファス形成能に優れるので、前述した成形体を作る工程を経たとしても、アモルファスの比率が成形体にて低くならない。
【００６６】
つまり、アモルファス相の比率が、９０％以上、９９％以上、９９．９％以上、実質的に１００％と高い粉末である本発明の鉄系アモルファス合金粉末が溶射の材料として使用される場合、コーティング物は、アモルファス相を全体構造に対して９０％以上、９５％以上、９９％以上、９９．９％以上、実質的に１００体積％で含むので、物性に非常に優れる。特に、本発明の合金粉末でもって超高速フレーム(火炎)溶射コーティングを行う場合には、アモルファスの比率が実質的にそのまま維持されるため、物性の向上の程度が極大化される。
【００６７】
また、本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、測定の際にコーティング密度（ｃｏａｔｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）が９８〜９９．９％と非常に高いため、気孔を通じた腐食物の浸透が抑制される。
【００６８】
溶射コーティング用として使用される合金粉末の粒度は、１０μｍ〜１００μｍ、好ましくは１５μｍ〜５５μｍであって、前記合金粉末の粒度が１０μｍ未満である場合、溶射コーティング工程上、小さい粒子が溶射コーティングガン（ｇｕｎ）にくっ付いて作業効率性が低下するおそれがあり、前記合金粉末の粒度が１００μｍを超える場合には、完全に溶融せずに母材にぶつかって（つまり、コーティング物を形成せずに床に落ちて）コーティングの生産性および効率が低下するおそれがある。
【００６９】
一方、本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末を含む成形体のビッカース硬さは、７００〜１，２００Ｈｖ（０．２）、好ましくは８００〜１，０００Ｈｖ（０．２）であり、摩擦係数（耐摩擦性）は、１００Ｎの荷重で０．００１μｍ〜０．０８μｍ、好ましくは０．０５μｍ以下であり、１，０００Ｎの荷重で０．０６μｍ〜０．１２μｍ、好ましくは０．１０μｍ以下である。
【００７０】
特に超高速フレーム(火炎)溶射によるコーティング物の場合は、従来とは異なり、断面積（ｃｒｏｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎ）に気孔が殆ど存在しないため、最大の密度（ｆｕｌｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を示すのであり、気孔が存在しても、約０．１〜１．０％に過ぎない気孔率を示すのでありうる。
【００７１】
つまり、超高速フレーム溶射コーティングが行われると、複数回のパス（ｐａｔｈ）が積み重なる構造が形成され、具体的には、各層をなすように酸化物（黒色）が積み重なり、波のような形状に多数の層が積層される。通常の場合は、これにより、コーティング物の性質が低下し且つ脆弱になるが、本発明の場合は、コーティング物に気孔／酸化膜がないため超高密度を示し、コーティングの性能向上が可能である。その他に、前記鉄系アモルファス合金粉末を含むコーティング物または成形体の耐摩耗性、耐食性および弾性度も、従来の合金粉末を用いる場合に比べて非常に優れる。
【００７２】
＜鉄系アモルファス合金粉末を用いた粉末冶金などの成形体の形成＞
本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、前述したように、金属粉末射出成形（Ｍｅｔａｌ  ｐｏｗｄｅｒ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ；ＭＩＭ）工程、粉末冶金（Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、Ｐ／Ｍ）などの工程に適用して成形体を製造することができる。
【００７３】
具体的には、金属粉末射出成形工程、および粉末冶金よりなる群から選ばれる工程に適用されて成形体になることができる。
【００７４】
金属粉末射出は、金属粉末に樹脂、ワックスなどを配合して、射出成形機を用いて３７０〜５２０℃でモールドに射出して成形させることにより、バインダーを加熱、除去した後、焼結して金属の精密部品を作る方法である。
【００７５】
粉末冶金は、金属粉末または合金粉末を製造し、これらの粉末を用いて圧縮成形（ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ）した後、溶融温度以下で焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）して金属製品或いは金属塊を作ることをいう。
【００７６】
本発明に係る、炭素および／またはホウ素を含む合金粉末を用いて、射出成形または粉末冶金を行う場合、焼結時に成形体が一部結晶化されて純度の高いアモルファス相の形成は容易でないのであるが、本発明の実施例に係る組成は、ホウ素と炭素を含んでおり、メタル自体だけでは実現できない優れた相（ｐｈａｓｅ）の形成、およびホウ化物（ｂｏｒｉｄｅ）と炭化物（ｃａｒｂｉｄｅ）の高硬度析出相の形成が可能な、複合材料（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の製造が可能であるという利点を持っている。
【００７７】
したがって、本実施例に係る合金粉末を用いて射出成形または粉末冶金を行う場合、金属の固有の特性をよく生かした金属母材に、高硬度のセラミック析出物（ホウ化物（ｂｏｒｉｄｅ）／炭化物（ｃａｒｂｉｄｅ））が混在した独特の複合材料を作ることができる。
【００７８】
ここで、成形体に含まれるセラミック析出物であるホウ化物（ｂｏｒｉｄｅ）と炭化物（ｃａｒｂｉｄｅ）は、鉄１００重量部に対して、３〜８重量部で含まれることが好ましい。３重量部未満である場合には、十分な硬さ、摩耗改善効果を発揮することができないおそれがあり、８重量部を超える場合には、脆性が弱くなるという問題がある。
【００７９】
＜鉄系アモルファス合金粉末を用いた３Ｄプリンティング成形体の形成＞
本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末は、前述したように、金属３Ｄプリンティング工程に適用して成形体を製造することができる。
【００８０】
前記金属３Ｄプリンティングは、特に断りのない限り、設計図をコンピュータに入力すると、設計に基づいて３次元（３Ｄ）の立体的固体物質を、原料金属粉末層の溶融によって使用して形成することを指す。ここで、原料として使用する金属粉末として、本発明の実施例に係る鉄系アモルファス合金粉末を使用することができる。
【００８１】
つまり、金属３Ｄプリンティングは、金属粉末をレーザーなどで瞬間的に溶融させて成形体を製造する方式であるが、溶融した金属を別途冷却する方法がないため、空冷に近い冷却速度を持つので、従来の他の粉末であると、アモルファス形成能が大きく低下してアモルファス相を維持するのは難しいが、本発明による合金粉末を用いて３Ｄプリンティング成形体を製造する場合、低い冷却速度下でも高いアモルファス相を得ることができる（図２〜５参照）。
【００８２】
以下、本発明の理解を助けるために好適な実施例を提示するのであるが、下記の実施例は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範疇および技術思想の範囲内で、様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明白であり、それらの変更および修正も添付された特許請求の範囲に属するのは当然だろう。
【実施例】
【００８３】
［実施例１〜実施例８：鉄系アモルファス合金粉末の製造］
下記表１のような成分と重量比（ｗｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｏ）の組成で、窒素ガス雰囲気下のアトマイザー内に供給した後、溶融状態でアトマイズさせ、下記表１に示した冷却速度で冷却して実施例１〜実施例８の鉄系アモルファス合金粉末を製造した。
【００８４】
【表１】
2021529892.tif 000003
＊Ｄ５０（単位：μｍ）
【００８５】
前記表１に示すように、本発明に係る実施例は、第１成分乃至第４成分を特定の含有量の範囲で含むことにより、１０１〜１０４度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度で冷却して粉末平均直径５μｍ〜５０μｍの合金粉末を製造した。
【００８６】
［実施例９〜実施例１６：鉄系アモルファス合金粉末を用いたコーティング物の形成］
実施例１〜８の鉄系アモルファス合金粉末を用い、「Ｏｅｒｌｉｋｏｎ  Ｍｅｔｃｏ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｊｅｔ  ｓｅｒｉｅｓ  ＨＶＯＦ  ｇａｓ  ｆｕｅｌ  ｓｐｒａｙ  ｓｙｓｔｅｍ」の名前の装備を使用し、燃料は酸素とプロパンガスを使用し、スプレー距離を３０ｃｍにして、超高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ、Ｈｉｇｈ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｆｕｅｌ）で厚さ０．３ｍｍのコーティング物を形成した。この際に使用された装置および具体的な条件は、次の通りである。
【００８７】
ＤＪ  Ｇｕｎ  ＨＶＯＦ
［条件］Ｇｕｎ  ｔｙｐｅ：ハイブリッド（Ｈｙｂｒｉｄ）、エアキャップ：２７０１、ＬＰＧ流量（ＬＰＧ  Ｆｌｏｗ）１６０ＳＣＦＨ、ＬＰＧ圧（ＬＰＧ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）９０ＰＳＩ、酸素流量（Ｏｘｙｇｅｎ  ｆｌｏｗ）５５０ＳＣＦＨ、酸素圧（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）１５０ＰＳＩ、気流量（Ａｉｒ  ｆｌｏｗ）９００ＳＣＦＨ、気流圧（Ａｉｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）１００ＰＳＩ、窒素流量（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｆｌｏｗ）２８ＳＣＦＨ、窒素圧（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）１５０ＰＳＩ、Ｇｕｎ  ｓｐｅｅｄ：１００ｍ／ｍｉｎ、Ｇｕｎ  ｐｉｔｃｈ：３．０ｍｍ、フィーダー速度（Ｆｅｅｄｅｒ  ｒａｔｅ）４５ｇ／ｍｉｎ、スタンドオフ距離（Ｓｔａｎｄ−ｏｆｆ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）：２５０ｍｍ
【００８８】
［比較例１〜比較例７：鉄系合金粉末の製造］
下記表２のような成分および重量比の組成で、窒素ガス雰囲気下のアトマイザー内に供給した後、溶融状態でアトマイズさせ、表２に示す冷却速度で冷却して比較例１〜比較例７の鉄系合金粉末を製造した。
【００８９】
【表２】
2021529892.tif 000004
＊Ｄ５０（単位：μｍ）
【００９０】
前記表２に示すように、本発明に係る比較例は、第１成分乃至第４成分を特定の含有量の範囲で含むことにより、１０１〜１０４度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度で冷却して粉末平均直径５μｍ〜５０μｍの合金粉末を製造した。
【００９１】
［比較例８〜比較例１４：鉄系合金粉末を用いたコーティング物の形成］
比較例１〜比較例７の合金粉末を用いて、実施例と同様の方法で、比較例８〜比較例１４のコーティング物を形成した。
【００９２】
［実験例１：合金粉末のアモルファス度の評価］
実施例の鉄系アモルファス合金粉末に対するＸＲＤ(Ｘ線回折)測定結果を図１に示した。図１は、本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末のＸＲＤ(Ｘ線回折)グラフであって、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ実施例１、３、６、７、８の鉄系アモルファス合金粉末に対するグラフである。図１によれば、実施例１、３、６、７、８のいずれも、２シータ（２θ）の値が４０〜５０度（ｄｅｇｒｅｅ）でブロードなピークを示すことから、すべて、アモルファス相を形成することが分かる。
【００９３】
また、比較例の鉄系アモルファス合金粉末に対するＸＲＤ測定結果を図２に示した。図２は、比較例に係る鉄系合金粉末のＸＲＤグラフであって、（ａ）〜（ｃ）は比較例１、５、７の鉄系合金粉末に対するグラフである。図２によれば、比較例１、５、７のいずれも、２シータ（２θ）の値が４０〜５０度（ｄｅｇｒｅｅ）でシャープ（急激）な第１ピークを示し、６５〜７０度（ｄｅｇｒｅｅ）で追加の第２ピークを少なくとも示すことから、アモルファス相と共に、一部に結晶相を形成していることが分かる。
【００９４】
特に、第２ピークの高さを考慮すると、比較例７から比較例５を経て比較例１に行くほど、すなわち図２（ｃ）から図２（ａ）に行くほど、結晶質が相当数形成されることが確認された。
【００９５】
［実験例２：コーティング物のアモルファス度の評価］
実施例７による鉄系アモルファス合金粉末（アトマイズされたもの；ａｓ  ａｔｏｍｉｚｅｄ）およびその断面と、比較例７による鉄系合金粉末（アトマイズされたもの；ａｓ  ａｔｏｍｉｚｅｄ）およびその断面をＳＥＭ分析した写真を図３に示した。図３における、（ａ）と（ｂ）は実施例７の鉄系アモルファス合金粉末（アトマイズされたもの；ａｓ  ａｔｏｍｉｚｅｄ）およびその断面に該当し、（ｃ）と（ｄ）は比較例７の鉄系合金粉末（アトマイズされたもの；ａｓ  ａｔｏｍｉｚｅｄ）およびその断面に該当する。
【００９６】
図３によれば、（ｂ）に示すように、実施例の場合は、組織が観察されなかったため、実質的に０％の気孔率を示すことが分かる。一方、（ｄ）に示すように、比較例の場合は多数の組織が観察された。
【００９７】
また、実施例９〜１６で製造された鉄系アモルファス合金粉末コーティング物試験片についてのアモルファスＸＲＤ(Ｘ線回折)グラフを図４に示した。図４は、本発明によるコーティング物試験片のＸＲＤグラフであって、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ実施例１、３、６、７、８の鉄系アモルファス合金粉末を適用したコーティング物である実施例９、１１、１４、１５、１６の試験片のＸＲＤグラフである。図４によれば、実施例の場合は、ブロードなＸＲＤ第１ピークと共に、追加のピークが確認されないので、本発明に係る粉末はアモルファス構造を持っていることが分かった。
【００９８】
また、比較例で製造された鉄系合金粉末コーティング物試験片に対するＸＲＤグラフを図５に示した。図５は、比較例のコーティング物試験片のＸＲＤグラフであって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例１、５、７の鉄系合金粉末を適用したコーティング物である比較例８、１２、１４の試験片のＸＲＤグラフである。図５によれば、比較例の場合は、シャープ(急激)な第１ピークと共に、追加のピークを示すことから、アモルファス相がない構造の結晶性粉末であることを確認することができた。
【００９９】
つまり、これにより、本発明の合金粉末は、比較例の合金粉末に比べて、遥かに高いアモルファス形成能を有することが分かる。
【０１００】
図１のＸＲＤグラフと図３のＸＲＤグラフとを比較した結果、図１の実施例のいずれも、図３に示すように、粉末であるときのアモルファス構造がコーティング物においてもそのまま維持されることを確認することができた。
【０１０１】
特に、本実験例の場合、ＨＶＯＦ方式でコーティングして、実質的に全体がアモルファス相（９５体積％以上）であるコーティング物が形成されることが確認することができる。
【０１０２】
［実験例３：合金粉末を用いた溶射コーティング物の巨視的品質評価］
図６は、本発明に係る鉄系アモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物と比較例の合金粉末を用いた溶射コーティング物の表面画像であって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例１、７、８のアモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物である実施例９、１５、１６の表面画像であり、（ｄ）〜（ｇ）は、それぞれ比較例１、３、５、７の合金粉末を用いた溶射コーティング物である比較例８、１０、１２、１４の表面画像である。
【０１０３】
これによれば、比較例１４のコーティング物は、コーティング物の表面品質が良くなかった（図６（ｇ）参照）が、これに対し、残りの、実施例および比較例のコーティング物はいずれも、コーティング物の表面品質が秀れているか、または良好であった。
【０１０４】
［実験例４：合金粉末を用いた溶射コーティング物の微視的品質評価］
図７は、本発明に係る実施例１、３、６、８の鉄系アモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片の断面を光学顕微鏡（Ｌｅｉｃａ  ＤＭ４  Ｍ）で観察した画像であって、（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ実施例９、１１、１４、１６の試験片の断面を観察した画像である。図８は、比較例１、４、７の合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片の断面を光学顕微鏡で観察した画像であって、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例８、１１、１４の試験片の断面を観察した画像である。実施例９、１１、１４、１６のコーティング物の断面が、すべて高い密度を示すことを確認することができた。
【０１０５】
一方、図８に示すように、比較例８、１１、１４のコーティング物の断面は、多数の、溶融していない粒子を含んでいるだけでなく、灰色の相（ｇｒｅｙ  ｐｈａｓｅ）が多く含まれていることが観察されたのであり、レイヤ（ｌａｙｅｒ）−レイヤ（ｌａｙｅｒ）特性が現れた。
【０１０６】
［実験例５：合金粉末を用いた溶射コーティング物の硬さ評価］
前記の実施例１１、実施例１４、実施例１６の溶射コーティング物と比較例８、比較例１０、比較例１２、比較例１４の溶射コーティング物に対して、ＨＶＳ−１０デジタル低負荷ビッカース硬さ試験機（ＨＶＳ−１０  ｄｉｇｉｔａｌ  ｌｏｗ  ｌｏａｄ  Ｖｉｃｋｅｒｓ  Ｈａｒｄｎｅｓｓ  Ｔｅｓｔｅｒ  Ｍａｃｈｉｎｅ）を用いて、コーティング物試験片の断面に対する微小硬さ（Ｍｉｃｒｏ−ｈａｒｄｎｅｓｓ）試験を行った。その結果を下記表３に示す。
【０１０７】
【表３】
2021529892.tif 000005
【０１０８】
前記表３に示すように、断面における実施例１６の合金粉末を適用した試験片の平均硬さが最も優れており、残りの実施例の場合は、比較例と類似の硬さ値を示した。
【０１０９】
［実験例６：合金粉末を用いた溶射コーティング物の耐食性評価］
図９は、本発明に係る実施例２、４、７の鉄系アモルファス合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片についての非腐食の断面／腐食した断面を光学顕微鏡で観察した画像であって、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ実施例１０、１２、１５の試験片の観察画像であり、図１０は、比較例２、４、６の合金粉末を用いた溶射コーティング物試験片についての非腐食の断面／腐食した断面を光学顕微鏡で観察した画像であって、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ比較例８、１１、１３の試験片の観察画像である。
【０１１０】
具体的には、それぞれの溶射コーティング物試験片を室温下で濃度９５〜９８％の硫酸（Ｈ２ＳＯ４）溶液に５分間浸した後、光学顕微鏡（Ｌｅｉｃａ  ＤＭ４  Ｍ）を用いて、腐食していないコーティング物試験片と、腐食したコーティング物試験片との断面（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）及び表面（ｓｕｒｆａｃｅ）を観察したのであり、図９および図１０における左側は非腐食物、右側は腐食物をそれぞれ示した。
【０１１１】
観察の結果、実施例１０、１２、１５のコーティング物試験片を用いた場合、図９に示すように、硫酸に浸漬した前と後の様子にあまり差異がないため、耐食性に最も優れることを確認することができた。
【０１１２】
一方、比較例８、１１、１３のコーティング物試験片を用いた場合、図１０に示すように、腐食が強く進んで非常に良くない耐食性を示した。
【０１１３】
これは、コーティング物がアモルファスであるか否かに起因したものであり、実施例の場合には、コーティング物が強酸性の腐食物に全く反応していないのに対し、結晶質を含む比較例の場合には、コーティング物が腐食物に反応して腐食することにより、良くない耐食性を示した。
【０１１４】
［実験例７：合金粉末を用いた溶射コーティング物の摩擦力の評価］
摩擦力（摩擦係数）を評価するために、前記の実施例１４〜実施例１６、比較例１１〜比較例１４で製造された合金粉末コーティング物試験片を、潤滑油条件下の金属リング−ランプ（ｒｉｎｇ−ｌｕｍｐ）テストによって摩耗幅（ｗｅａｒ  ｗｉｄｔｈ）を得た。具体的には、リング−ランプテストは、Ｌ−ＭＭ４６抵抗摩擦ハイドロマンティック（ｈｙｄｒｏｍａｎｔｉｃ）の潤滑油があるＭＲ−Ｈ３Ａ高速リング−ランプ摩耗機械を用いて、テストパラメータ（ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）を５０Ｎ、５ｍｉｎ→１００Ｎ、２５ｍｉｎ→１０００Ｎ、５５ｍｉｎの順に行った。
【０１１５】
図１１は、本発明の実施例１、６、７の鉄系アモルファス合金粉末のコーティング物である実施例９、１４、１５の試験片と、比較例１、３、５の合金粉末のコーティング物である比較例８、１０、１２の試験片との耐摩耗性を確認するためのグラフである。図１１と下記表４および表５より、摩耗幅と摩擦係数（ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を確認することができる（パラメータ１００Ｎ、２５ｍｉｎおよび１０００Ｎ、５５ｍｉｎのサンプルの摩擦係数を下記表４に示し、摩耗幅の測定結果を下記表５に示す）。
【０１１６】
【表４】
2021529892.tif 000006
【０１１７】
【表５】
2021529892.tif 000007
【０１１８】
前記表４および表５の結果をまとめると、平均的に、実施例９、１４のコーティング物は摩擦係数が低く、比較例８、１０の場合は摩擦係数が非常に高いことが分かる。また、図１１と前記表５からは、実施例が狭い幅を有し、残りの、比較例は相対的に広い幅を有することを確認することができた。
【０１１９】
［実験例８：合金粉末を用いたプラズマコーティング、ＨＶＯＦコーティング、ＶＰＳコーティング物の評価］
図１２は、本発明に係る実施例７の鉄系アモルファス合金粉末を用いたプラズマコーティング物試験片（ａ）、ＨＶＯＦコーティング物試験片（ｂ）、ＶＰＳコーティング物試験片（ｃ）の断面を光学顕微鏡（Ｌｅｉｃａ  ＤＭ４  Ｍ）で観察した画像であって、図１２と下記表６から厚さと気孔率を確認することができる。
【０１２０】
【表６】
2021529892.tif 000008
【０１２１】
前記表６に示すように、本発明の鉄系アモルファス合金粉末を適用した様々なコーティング物において、コーティング密度が高く、品質に優れるうえ、気孔率が著しく低いことが分かる。
【０１２２】
また、本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いたプラズマコーティング物試験片（ａ）、ＨＶＯＦコーティング物試験片（ｂ）、ＶＰＳコーティング物試験片（ｃ）のＸＲＤグラフを図１３に示した。
【０１２３】
図１３によれば、プラズマコーティング、ＨＶＯＦコーティング、ＶＰＳコーティングの様々なコーティングを行った結果、粉末であるときのアモルファス構造がそのまま維持されることを確認することができた。ちなみに、プラズマ溶射コーティングの場合には、非常に優れたアモルファス形成能を持たない合金は、結晶質のコーティング物になることが広く知られている。
【０１２４】
また、図１４は、本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いたＨＶＯＦコーティング物試験片に対するＴＥＭ分析イメージと、一部のＳＡＥＤパターン拡大図を示し、図１５は、比較例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いたＨＶＯＦコーティング物試験片のＴＥＭ分イメージと、一部のＳＡＥＤパターン拡大図を示す。
【０１２５】
図１４によれば、ＳＡＥＤパターンにおいてブロードなハローリング（ｂｒｏａｄ  ｈａｌｏ  ｒｉｎｇ）を示し、このことから、本発明の鉄系アモルファス合金粉末を用いてＨＶＯＦコーティングを適用してもアモルファス構造を持つことが分かる。
【０１２６】
一方、図１５に示すように、比較例の鉄系合金粉末を用いてＨＶＯＦコーティング物を製造する場合、ＳＡＥＤパターンで点パターンを示し、このことから結晶質構造を形成することを確認することができた。
【０１２７】
［実験例９：合金粉末を用いたＭＩＭ（金属粉末射出）、３Ｄプリンティングの製作例］
図１６は本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いたＭＩＭ製品の写真と３Ｄプリンティング製品の写真である。
【０１２８】
図１６の（ａ）に示すように、本発明の鉄系合金粉末を用いてＭＩＭによって複雑な形状に製品を製作することができた。図１６の（ｂ）に示すように、３Ｄプリンティングを用いて多数のＮ字が結合された複雑な形状に製品を作製することができた。特に、図１６の（ｃ）に示すように、３Ｄプリンティングを用いて立体彫刻像を製作することができた。
【０１２９】
さらに、図１７は本発明の実施例７による鉄系アモルファス合金粉末を用いて３Ｄプリンティングで合計４種の１ｃｍ３のキューブ(立方体状)に製造した製品の写真、および製造された各キューブのＸＲＤグラフである。具体的には、選択的レーザー溶融（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｍｅｌｔｉｎｇ）工程を用いて鉄系バルク金属ガラスを製作したものであって、スキャニングスピードに応じて４種のキューブを製造した。前述したように、３Ｄプリンティングでキューブを製造する場合、別の冷却装置がない状態なので、レーザーによって溶融した金属が冷却される速度は、実質的に空冷される状態（１０１度／秒（ｄｅｇｒｅｅ／ｓｅｃ）の冷却速度に近い速度）であるにも拘らず、アモルファス相に形成されたことを確認することができる（図１７（ｅ））。
【０１３０】
また、前記４種のキューブに対してＨＶＳ−１０デジタル低負荷ビッカース硬さ試験機（ＨＶＳ−１０  ｄｉｇｉｔａｌ  ｌｏｗ  ｌｏａｄ  Ｖｉｃｋｅｒｓ  Ｈａｒｄｎｅｓｓ  Ｔｅｓｔｅｒ  Ｍａｃｈｉｎｅ）を用いて、コーティング物試験片の断面に対する微小硬さ（Ｍｉｃｒｏ−ｈａｒｄｎｅｓｓ）試験を行った。その結果を下記表７に示した。
【０１３１】
【表７】
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【０１３２】
前記表７に示すように、本発明の鉄系アモルファス合金粉末を用いた場合、硬さにおいてもいずれも優れた硬さ値を示すことを確認した。
【０１３３】
以上、本発明に係る実施例を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、これらの実施例から様々な変形および均等な範囲の実施例が可能であるという点を理解するだろう。例えば、本明細書において実施例に係る合金粉末に例示された組成比は、その組成が使用されたときのその組成間の比率であって、その比率を維持した状態で他の金属やその他の工程上の不純物がさらに含まれることを排除しない。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められるべきであろう。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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