(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
急冷凝固合金法により原料合金に粒子を分散させて合金のアモルファス化を促進させたバルク状のアモルファス合金複合材料を製造する方法であって、（１）原料合金に該原料合金よりも高い融点を有する粒子を添加し、複合化することにより、該粒子と合金金属を、急冷凝固体中に微細分散させる、（２）それにより、急冷凝固体中にアモルファス相を分散させ、アモルファス化率を向上させる、（３）形状がバルク状の急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料を製造する、ことを特徴とする、急冷凝固バルク材料の製造方法。
【請求項２】
添加粒子として、比重が溶融原料に近く、かつ溶融原料とのぬれ性が良好なものを用いる、請求項１に記載の、急冷凝固バルク材料の製造方法。
【請求項３】
急冷凝固法において、原料合金に粒子を分散させて合金のアモルファス化を向上させたバルク状のアモルファス合金複合材料であって、（１）原料合金より高い融点を有する粒子と合金結晶が、急冷凝固体中に微細に分散されている、（２）アモルファス化率が向上し、試料内部にまでアモルファス相が発現している、（３）形状がバルク状である、（４）原料合金がＬａ−Ａｌ−Ｎｉ系合金であり、粒子がＴｉＢ２またはＴｉＣである、あるいは原料合金がＬａ−Ａｌ−Ｃｕ系合金であり、粒子がＴｉＢ２またはＴｉＣである、ことを特徴とする、急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料。
【請求項４】
原料合金より高い融点を有する粒子がマトリックス中に分散し、急冷凝固体中に複合化することにより機械的特性を高めた、請求項３に記載の、急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料。
【請求項５】
試料中心部の断面のアモルファス化率が少なくとも６０％である、請求項３に記載の、急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料。
【請求項６】
原料合金より高い融点を有する粒子が１０〜４０μｍの粒径を有するＴｉＢ２またはＴｉＣである、請求項３に記載の、急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、急冷凝固バルク材料およびその製造法に関するものであり、急冷凝固工程を必要とするバルクアモルファス合金などの急冷凝固材料の製造に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファス合金は、その磁気特性を利用した磁性材料とか、硬度改善効果を利用した耐磨耗材料として利用されている。また、高強度材料、高靭性材料、高耐食材料としての応用も期待されている。
アモルファス合金の製造方法としては、溶融した合金を急速に冷却して過冷させ、その構造を凍結させてアモルファスとする急冷凝固法が最も一般的に利用されている。
【０００３】
従来、急冷凝固法によるアモルファス合金の製造方法としては、合金などの溶融原料を銅製水冷ロール等の固体冷却媒体で急冷し薄帯を得る方法、スプレー等で微粉化し冷却板あるいは液体の冷却媒体で急冷し粉末を得る方法、および液中紡糸により細線を得る方法が一般的である。したがって、得られるアモルファス合金は、薄帯状、粉末状、細線状に限られていた。
【０００４】
一部実験室規模であるが高圧ダイヤキャスト法、すなわち水冷銅の鋳型に高圧力で溶融試料を押し込み成形し、棒状のアモルファス合金を得る方法、が東北大学で試みられている。しかし、バルク状のアモルファス合金を得る方法は従来から存在していない。また、薄帯状または粉末状のアモルファス合金を低融点金属等のバインダーで固めて複合化しても良い特性は得られないのが現状である。
【０００５】
急冷凝固法によりアモルファス化が起こるかどうかは冷却速度に依存し、合金の種類によってアモルファス化に必要な臨界冷却速度が存在する。合金が完全にアモルファス化する大きさは、合金組成と冷却条件により決まる。アモルファス化する大きさを越えるバルク材を作製しようとすると、急冷凝固時に凝固材の内部伝熱律速および凝固に伴う潜熱開放により、表面をいかに急冷しても凝固材内部の冷却速度が低下し、アモルファス化される領域が限られてしまう。
【０００６】
また、別の観点から、急冷凝固材中に別種の粒子を添加した複合化急冷凝固材の研究が行なわれているが、これは粒子との複合効果により耐摩耗製改善等を狙ったもので、前記薄帯製造に関してのみ研究されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来得られなかったバルク状のアモルファス合金材料およびその製造方法を提供し、アモルファス合金の応用範囲を広げることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の事項をその要旨としている。
（１）急冷凝固合金法により原料合金に粒子を分散させて合金のアモルファス化を促進させたバルク状のアモルファス合金複合材料を製造する方法であって、１）原料合金に該原料合金よりも高い融点を有する粒子を添加し、複合化することにより、該粒子と合金金属を、急冷凝固体中に微細分散させる、２）それにより、急冷凝固体中にアモルファス相を分散させ、アモルファス化率を向上させる、３）形状がバルク状の急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料を製造する、ことを特徴とする、急冷凝固バルク材料の製造方法。
（２）添加粒子として、比重が溶融原料に近く、かつ溶融原料とのぬれ性が良好なものを用いる、前記（１）に記載の、急冷凝固バルク材料の製造方法。
（３）急冷凝固法において、原料合金に粒子を分散させて合金のアモルファス化を向上させたバルク状のアモルファス合金複合材料であって、１）原料合金より高い融点を有する粒子と合金結晶が、急冷凝固体中に微細に分散されている、２）アモルファス化率が向上し、試料内部にまでアモルファス相が発現している、３）形状がバルク状である、４）原料合金がＬａ−Ａｌ−Ｎｉ系合金であり、粒子がＴｉＢ２またはＴｉＣである、あるいは原料合金がＬａ−Ａｌ−Ｃｕ系合金であり、粒子がＴｉＢ２またはＴｉＣである、ことを特徴とする、急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料。
（４）原料合金より高い融点を有する粒子がマトリックス中に分散し、急冷凝固体中に複合化することにより機械的特性を高めた、前記（３）に記載の、急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料。
（５）試料中心部の断面のアモルファス化率が少なくとも６０％である、前記（３）に記載の、急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料。
（６）原料合金より高い融点を有する粒子が１０〜４０μｍの粒径を有するＴｉＢ２またはＴｉＣである、前記（３）に記載の、急冷凝固バルクアモルファス合金複合材料。
【０００９】
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明は、急冷時の表面冷却速度が同じでもアモルファス化する領域を内部まで分散し拡大することで、バルクアモルファス合金の製造を可能にする方法である。
【００１０】
本発明は、原料合金に該原料合金よりも融点が高く、かつ溶融原料合金と反応しない粒子を添加し、複合化させた急冷凝固体を作製することを特徴とするものである。
粒子を添加することによって奏される効果についてのメカニズムは不明であるが、本発明の方法により、粒子と合金結晶が微細分散したバルクアモルファス複合材料が得られる。すなわち、従来においては、ある急冷条件で粒子添加なしで急冷凝固バルク材試料を作製した際、試料の表面付近だけアモルファス化され、試料内部に完全な結晶相が残ってしまう。しかし、本発明のように、粒子を添加することにより同じ冷却条件においても試料内部にまでアモルファス相を発現させることができるので、大きい寸法のバルク材が得られる。
【００１１】
添加粒子としては、溶融原料中に容易に分散するように、比重が溶融原料に近く、かつ溶融原料とのぬれ性が良好なもの程望ましい。粒子の最適添加量は、粒子の種類、粒径により異る。添加量が少なすぎると十分なアモルファス化の促進効果が得られず、一方、多すぎると添加粒子が凝集する割合が大きくなり効果に限界がある。
【００１２】
以上説明した通り、本発明の方法により、粒子と結晶が微細に分散し、かつアモルファス化が向上したバルクアモルファス材が得られる。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明を実施例によりさらに説明する。
実施例１
素材として供したＬａ−Ａｌ−Ｎｉ系合金は、モル比で、Ｌａ５５％、Ａｌ２５％、Ｎｉ２０％になるように塊状Ｌａ、板状Ａｌ、粉末Ｎｉを調製して作った。試料としては、このＬａ−Ａｌ−Ｎｉ系合金４ｇに対し、１０〜４０μｍのＴｉＢ２粒子を、重量比で、０，２，５，１０％の割合で添加した４種の材料を用いた。
【００１４】
試料片は、直径１２ｍｍ×厚さ６ｍｍのものを、水急冷により得た。
【００１５】
得られた急冷凝固試料の試料中心部の断面のアモルファス化率の分布は、光学顕微鏡像の画像解析処理により得られた。図１は、試料片の形状を試料深さ方向のアモルファス相の分布を概略的に示したものであり、測定結果を、図２に示す。
【００１６】
図２から分るように、ＴｉＢ２粒子の添加がない場合は、試料の表面から約１．５ｍｍまでがアモルファス化し、中心部は完全に結晶化している。これに対し、ＴｉＢ２粒子を添加したものは、中心部までアモルファス相が存在しており、全体のアモルファス化率も向上している。
また、本実施例におけるＴｉＢ２粒子の添加量２〜１０重量％の範囲においては、ＴｉＢ２粒子添加量の増加に伴ってアモルファス化率も向上している。
【００１７】
得られた試料のビッカース硬度の測定結果を、図３に示す。
図３から分るように、ＴｉＢ２添加量の増加に伴って、ビッカース硬度が高くなっている。
【００１８】
実施例２
実施例１と同様に、モル比で、Ｌａ：Ａｌ：Ｎｉ＝５５：２５：２０になるように、塊状Ｌａ、板状Ａｌ、粉末Ｎｉを調整して、Ｌａ−Ａｌ−Ｎｉ系合金を作った。試料としては、このＬａ−Ａｌ−Ｎｉ系合金４ｇに対してＴｉＣ粒子を、重量比で、５％添加した材料を用いた。ＴｉＣ粒子の粒径は、１０〜４０μｍであった。
【００１９】
試料片は、直径１２ｍｍ×厚さ６ｍｍの寸法とし、水急冷により得られた。この試料中心部の断面のアモルファス化の分布およびビッカース硬度を測定した。その結果は、実施例１と同様に、ＴｉＣ粒子の添加によりアモルファス化率が向上し、硬度も高くなっている。
【００２０】
実施例３
モル比で、Ｌａ：Ａｌ：Ｃｕ＝５５：２５：２０になるように、塊状Ｌａ、板状Ａｌ、粉末Ｃｕを調整して、Ｌａ−Ａｌ−Ｃｕ系合金を作った。試料は、このＬａ−Ａｌ−Ｃｕ系合金４ｇに対してＴｉＢ２粒子（１０〜４０μｍ）を、重量比で、５％添加した材料を用いた。
【００２１】
試料中心部の断面のアモルファス化の分布および硬度の測定結果は、実施例２と同様の効果が得られた。すなわち、ＴｉＢ２粒子の添加によりアモルファス化率が向上し、硬度も増加した。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、従来得られなかったバルク状であって、粒子と結晶が微細に分散したアモルファス合金の作成が可能となり、これによりバルクアモルファス合金の大型化が計れるためアモルファス合金の応用範囲が格段に広がった。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料片の形状と試料深さ方向のアモルファス相の分布を概略的に示した図である。
【図２】本発明の急冷凝固材の断面のアモルファス化率を示したグラフである。
【図３】ＴｉＢ２粒子添加量と急冷凝固材断面のビッカース硬度との関係を示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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