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超高強度Fe-Co系バルク金属ガラス合金 コモンズ

国内特許コード P05P002559
整理番号 B37P04
掲載日 2005年10月4日
出願番号 特願2004-066680
公開番号 特開2005-256038
登録番号 特許第4044531号
出願日 平成16年3月10日(2004.3.10)
公開日 平成17年9月22日(2005.9.22)
登録日 平成19年11月22日(2007.11.22)
発明者
  • 井上 明久
  • 沈 宝龍
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 超高強度Fe-Co系バルク金属ガラス合金 コモンズ
発明の概要
【課題】ガラス相を100%含む直径2mm以上のバルク金属ガラスの作製は困難であった。実際に得られたバルク金属ガラス合金は結晶相が含まれているため強度が低く、軟磁性はまだ不十分であり、実用的に限界がある。
【構成】[(Fe1-aCoa)0.75SiXB0.25-X]100-YMY(ただし、MはNb, Zr, W, Cr, Mo, Hf, V及びTiの中から選ばれる少なくとも1種の元素であり、かつ0.1≦a≦0.6、0.03≦X≦0.07、1≦Y≦4(原子%)である)、又は[(Fe1-a-bCoaNib)0.75SiXB0.25-X]100-YMY(ただし、Mは同上、かつ0.1≦a≦0.6、0<b≦0.6、0.2≦a+b≦0.6、0.03≦X≦0.07、1≦Y≦4(原子%)である)で示され、過冷却液体の温度間隔ΔTxが40K以上で、換算ガラス化温度Tg/Tlが0.57以上である金属ガラス合金。室温で、圧縮強度が3850MPa以上で、ヤング率が185GPa以上の超高強度であり、飽和磁束密度が0.6T以上、保磁力が5A/m以下、1KHzでの透磁率(μe)が10,000以上の軟磁気特性を有する。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


多元素合金のある種のものは、組成物を溶融状態から急冷するとき、結晶化せず、一定の温度幅を有する過冷却液体状態を経過してガラス状固体に転移する性質を有していて、この種の非晶質合金は金属ガラス合金(glassy alloy)と呼ばれている。



薄帯やファイバーでしか得られなかったアモルファス合金をバルク状で作るという夢を実現したのが「金属ガラス合金」である。すなわち、ガラス形成能が非常に高い合金が1980年代にPd-Si-Cu合金で見出だされた。さらに、1990年になってから、実用的な合金組成でガラス形成能が非常に高い合金が見出された。一般に、「アモルファス合金」では加熱によりガラス転移点に到達する前に結晶化が進行してしまい、ガラス転移は実験的には観察できない。



これに対して、「金属ガラス合金」は加熱によって明瞭なガラス転位が観察され、結晶化開始温度までの過冷却液体領域の温度範囲が数十Kにも達する。この物性を備えることにより初めて、冷却速度の遅い銅金型等に鋳込む方法によってバルク状のアモルファス合金を作ることができるようになった。このようなアモルファス合金が、特に、「金属ガラス」と呼ばれているのは、金属でありながら、酸化物ガラスのように安定な非晶質で、高温で容易に塑性変形(粘性流動)できるためである。



「金属ガラス合金」は、ガラス形成能が高い、すなわち、ガラス相からなる、より寸法の大きな、いわゆるバルクの金属鋳造体を銅金型鋳造等により溶湯から過冷却液体状態において冷却凝固して製造できる特性を有するものであり、また、過冷却液体状態に加熱して塑性加工できる特性を有するものであり、これらの特性を有しない、従来のアモルファス合金薄帯やファイバーなどの「アモルファス合金」とは本質的に異なる材料であり、その有用性も非常に大きい。



高ガラス形成能を示す合金系とし、1988年~2002年にかけて、Ln-Al-TM、Mg-Ln-TM、Zr-Al-TM、Pd-Cu-Ni-P、(Fe,Co,Ni)-(Zr,Hf,Nb)-B、Fe-Ga-P-C-B、Fe-B-Si-Nb、Co-Fe-Si-B-Nb(ただし、Lnは希土類元素、TMは遷移金属を示す)系などの組成のものが本発明者らによって発見された。これらの合金系では、直径1mm以上のバルク金属ガラスが作製できる。



本発明者らは、先に、Co100-x-y-z-wTxMyLzBw(式中、Tは、Fe及びNiのうちの1種又は2種であり、Mは、Ti,Zr,Nb,Ta,Hf,Mo,Wのうちの1種又は2種以上であり、Lは、Cr,Mn,Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,Al,Ga,Si,Ge,C,Pのうちの1種又は2種以上であり、かつ0≦x≦30(原子%)、5≦y≦15(原子%)、0≦z≦10(原子%)、15≦w≦22(原子%)である)で表されるCo基軟磁性金属ガラス合金を発明し、特許出願した(特許文献1)。この合金において、Bはアモルファスを生成させるために有効な元素であり15原子%以上22原子%以下が好ましい。



また、(Fe1-a-bCoaNib)100-x-yMxBy(式中、Mは、Zr,Nb,Ta,Hf,Mo,W,Crのうちの1種又は2種以上であり、かつ0≦a≦0.29、0≦b≦0.43、5≦x≦15(原子%)、17≦y≦22(原子%))で表される高硬度金属ガラス合金を発明し、特許出願した(特許文献2)。また、(Fe0.75B0.15Si0.10)96Nb4金属ガラス合金が3250MPaの強度を有することを報告した
(非特許文献1)。



さらに、(Fe1-a-bCoaNib)100-y-zSiyBz又は(Fe1-a-bCoaNib)100-x-y-zMxSiyBz(式中、Mは、Zr,Nb,Ta,Hf,Mo,Ti,V,Cr,Wのうちの1種又は2種以上であり、かつ0.1≦a≦0.4、0.1≦b≦0.5、0.35≦a+b≦0.9, 0≦x≦5(原子%)、0≦y≦10(原子%)、10≦z≦20(原子%))で表される軟磁性、高強度Fe-Co-Ni基金属ガラス合金を発明し、特許出願した(特許文献3)。



また、本発明者らは、Ni:15~45at%、Si:5~15at%、B:10~25at%、Mo:0~5at%、Fe:残部の粒径が0.02~1.5mmの鉄系アモルファス球状粒子を発明し、特許出願した(特許文献4)。



また、本発明者らは、高価な特殊金属を用いなくても、汎用の鉄族元素などをベースとして、かつ、従来に比べて大きな断面のいわゆるアモルファス金属(合金)バルク材を容易に製造可能なアモルファス鉄族合金(Fe,Co,Ni)-Si-B-Mo (Si: 約4.5~11.5 at%, B: 10~23 at%, Mo: 約0.5~4.5 at%、残部前記鉄族成分)を発明し、特許出願した(特許文献5)。



また、本発明者らは、(Fe1-a-bBaSib)100-xMx(ただし、a,bは原子比であり、0.1≦a≦0.17、0.06≦b≦0.15、0.18≦a+b≦0.3、Mは、Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V, Cr, Pd, Wのうちの一種又は二種以上であり、1原子%≦x≦10原子%である。)の式で表され、過冷却液体の温度間隔ΔTxが40K以上を有し、直径1 mm以上、飽和磁化1.4 T以上であることを特徴とするガラス形成能が高い軟磁性Fe-B-Si系金属ガラス合金を発明し、特許出願した(特許文献6)。



また、本発明者らは、(Fe1-a-bBaSib)100-x-y-zMxByTz(ただし、a,bは原子比であり、0≦a≦0.29、0≦b≦0.43、5原子%≦x≦20原子%、10原子%≦y≦22原子%、0原子%≦z≦5原子%であり、Mは、Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V, Cr, Wのうちの一種又は二種以上からなる元素、TはRu, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Ai, Si, Ge, C, Pのうちの1種又は2種以上の元素である。)の式で表され、過冷却液体の温度間隔ΔTxが60K以上を有し、優れた軟磁気特性を有する金属ガラス合金を発明し、特許出願した(特許文献7)。



【特許文献1】
特開平10-324939号公報
【特許文献2】
特開平10-265917号公報
【特許文献3】
特開2002-194514号公報
【特許文献4】
特開2002-4015号公報
【特許文献5】
特開2002-80949号公報
【特許文献6】
特開2003-253408号公報
【特許文献7】
特開平11-131199号公報
【非特許文献1】
A.Inoue et al. Mechanical properties of Fe-based bulk glassy alloys in Fe-B-Si-Nb and Fe-Ga-P-C-B-Si systems,J.Mater.Rev.,Vol.18,No.6,pp.1487-1492,(2003)

産業上の利用分野


本発明は、ガラス形成能が高い超高強度Fe-Co系バルク金属ガラス合金に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
[(Fe1-aCoa)0.75SiXB0.25-X]100-YNbY(ただし、0.1≦a≦0.6、0.03≦X≦0.07、1≦Y≦4
(原子%)である)で示され、
ΔTx=Tx-Tg(ただし、Txは、結晶化開始温度、Tgは、ガラス遷移温度)の式
で表される過冷却液体の温度間隔が40K以上で、換算ガラス化温度Tg/Tl(Tgは、
ガラス遷移温度、Tlは、液相線温度(いずれも絶対温度))が0.57以上であり、
室温で、圧縮強度が3850MPa以上で、ヤング率が185GPa以上である、
ことを特徴とする超高強度Fe-Co系バルク金属ガラス合金。

【請求項2】
[(Fe1-a-bCoaNib)0.75SiXB0.25-X]100-YNbY(ただし、0.1≦a≦0.6、0<b≦0.6、0.2≦a+b
≦0.5、0.03≦X≦0.07、1≦Y≦4(原子%)である)で示され、
ΔTx=Tx-Tg(ただし、Txは、結晶化開始温度、Tgは、ガラス遷移温度)の式
で表される過冷却液体の温度間隔が40K以上で、換算ガラス化温度Tg/Tl(Tgは、
ガラス遷移温度、Tlは、液相線温度(いずれも絶対温度))が0.57以上であり、
室温で、圧縮強度が3850MPa以上で、ヤング率が185GPa以上である、
ことを特徴とする超高強度Fe-Co系バルク金属ガラス合金。

【請求項3】
飽和磁束密度が0.6T以上、保磁力が5 A/m以下、1KHzでの透磁率(μe)が10,
000以上の軟磁気特性を有することを特徴とする請求項1または2に記載のFe-Co
系バルク金属ガラス合金。

【請求項4】
請求項1ないし3のいずれかに記載の金属ガラス合金からなる超塑性加工可能な超高強度
工具材。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004066680thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) SORST 平成14年度採択課題
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