DE3330232C2

DE3330232C2 -

Info

Publication number: DE3330232C2
Application number: DE3330232A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kimura; Tsuyoshi Sendai Miyagi Jp Masumoto
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1982-09-08
Filing date: 1983-08-22
Publication date: 1988-07-14
Also published as: JPS5947352A; DE3330232A1; US4704169A

Description

Die Erfindung betrifft einen zusammen gesetzten Werkstoff bestehend aus einer glasartigen Legierungsmatrix mit gleichmäßig dispergierten Teilchen.

Es liegt derzeit ein Bedarf für metallische Werkstoffe mit verschiedenen unterschiedlichen, aber verbesserten Eigenschaften vor. Ein Zweikomponentenmaterial (zusam mengesetzter Werkstoff) bietet hier Lösungen an. Es ist ein Werkstoff bekannt mit einer metallischen Legierungs matrix, in welche Teilchen dispergiert sind. Insbesondere sind die Materialien Cu-C, Fe-BN als Stoffe bekannt, um gleitfeste Bauteile herzustellen, während WC-Co, WC-TiC-Co als superharte Legierungen bekannt sind. Sie werden pulvermetallurgisch hergestellt, neigen aber dazu, porös zu sein. Hinsichtlich gewünschter Werkstofform gibt es wesentliche Beschränkungen, wenn pulvermetallurgisch gearbeitet werden muß. Durch die Pulvermetallurgie werden zwar gleichmäßig dreidimensional dispergierte Teilchen in der Matrix geschaffen. Es bleibt aber nachteilig, daß sich in dem zusammengesetzten Werkstoff Poren bilden. Andererseits, wenn durch Schmelzen der zusammengesetzte Werkstoff zwar im wesentlichen frei von solchen Poren erhalten wird, werden die Teilchen der zweiten Phase nicht gleichmäßig in dem geschmolzenen Metall dispergiert, sondern "schwimmen" regelmäßig in Richtung zur Oberfläche hin. Somit wird die zweite Phase von der Legierungs matrix getrennt und das Material bleibt nicht widerstands fähig gegen hohe mechanische Spannungen.

Dies gilt auch für die Werkstoffe gemäß DE-AS 16 42 954 und DE-OS 17 58 186.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zusammen gesetzten Werkstoff anzugeben, dessen Zähigkeit und Festigkeit hohe Werte aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patent ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

Hierbei wurde ermittelt, daß ein solcher Werkstoff vorteil haft alle Eigenschaften seiner Bestandteile beibehält und dadurch seine Zähigkeit und Festigkeit erhöht.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung veran schaulicht und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine elektronenmikroskopische Darstellung der Oberfläche des zusammengesetzten Werkstoffes, wobei in weiß dispergierte Teilchen veranschaulicht sind,

Fig. 2 ein der Fig. 1 ähnliches Photo, aber eines anderen Werkstoffes und

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Youngmoduls des zusammengesetzten Werkstoffes in Abhängigkeit vom Anteil des Wolframkarbids in ihm.

Die dispergierten Teilchen können aus bestimmtem Karbid, einem Nitrid, einem Oxid, einem Borid oder Silizid, oder einer Mischung dieser Bestandteile bestehen. Diese haben einen hohen Schmelzpunkt, hohe Festigkeit und hohen elektrischen Widerstand verglichen mit dem Metall als solchen, sind aber zu spröde, um hoher mechanischer Spannung zu widerstehen. Ein kohlenstoffhaltiges Material ist ausgezeichnet hinsichtlich der Schmiereigenschaften bei mechanischer Gleitbeanspruchung. Mit anderen Worten, der zusammengesetzte Werkstoff hat sowohl die hohe Zähig keit einer glasartigen (amorphen) oder metastabilen Legierung als auch die hohe Festigkeit der Teilchen der zweiten Phase. Ferner hat ein solcher Stoff einen höheren Youngmodul, verglichen mit derjenigen einer schnell abgeschreckten handelsüblichen Legierung und eine sehr hohe Festigkeit in der Zwischenschicht (interface) zwischen der Legierungsmatrix und der dispergierten Teil chen; im Zuge eines Spannungsversuches wurden zerbrochene Teilchen an den entsprechenden Stellen der Bruchgefüge oberfläche gefunden.

Eine Prüfung des Werkstoffes durch ein Elektronenmiktroskop weist eine gleichmäßige dreidimensionale Dispersion der Teilchen in der Legierungsmatrix auf und die Tatsache, daß diese im wesentlichen porenfrei ist: Dies ist offensicht lich der Grund, warum der Werkstoff eine so ausgezeichnete Festigkeit und Zähigkeit hat.

Der Werkstoff kann durch das schnelle Abschrecken herge stellt werden. Zum Beispiel wird eine Legierung in Bandform durch einfaches oder doppeltes Walzen oder durch ein Zentrifugal verfahren hergestellt, bzw. in Drahtform durch ein Spinn verfahren, indem ein Wasserstrahl eine rotierende Lösung oder ein Glasüberzug eingesetzt wird. Wenn die Legierungs matrix und die Abschreckgeschwindigkeit entsprechend ausgewählt und überwacht werden, kann auch ein metastabiler Stoff hergestellt werden, z. B. ein solcher in der amorphen Phase, oder einer kristallinen, aber nicht im Gleich gewicht befindlichen Phase, die im Legierungsphasendia gramm nicht als Gleichgewichtszustand erscheint.

Diese amorphen Legierungsmatrizen haben neben hoher Zähigkeit hohe Festigkeit, in einigen Fällen auch ausge zeichnete weichmagnetische Eigenschaften und ausgezeichneten Korrosionswiderstand. Sie können vorteilhaft in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt werden und sind bereits in der Praxis getestet. Die kristallinen, aber nicht im Gleichgewicht befindlichen Legierungen, haben in der Regel eine höhere Festigkeit als das zugehörige Metall. Das Verfahren ist ebenfalls geeignet, um eine an sich bekannte Legierung als dünnes Blech in Bandform herzustellen, z. B. eine Sendust- oder Fe-Si-Legierung.

Die dispergierten Teilchen können aus WC, TiC, NbC bestehen, aus einem Nitrid, z. B. NbN oder TaN, einem Oxid, z. B. aus ThO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, ZnO oder SiO₂, einem Borid, z. B. aus BN einem Silizid, z. B. aus SiC, einem Metall, z. B. Ti, Fe, Mo oder W, oder aus einer Legierung dieser, oder aus einer ihrer Mischungen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungs beispiele erläutert:

Beispiel 1

Die Werkstoffe mit nachfolgenden Bestandteilen wurden nur durch einmaliges Walzen hergestellt:

(Ni₇₈Si₁₀B₁₂)₉₇(WC)₃
(Ni₇₈Si₁₀B₁₂)₉₂(WC)₈
(Ni₇₈Si₁₀B₁₂)₈₂(WC)₁₈

In jeder Formel bedeutet der erste Klammerausdruck die Legierungsmatrix in Atomprozent, während der zweite Klammerausdruck die Substanz der dispergierten Teilchen bezeichnet. Letztere haben einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 µm. Die Anteile der Legierung und der WC-Partikelchen zueinander sind in jeder Formel durch Volumenprozente dargestellt.

Herstellung:

Es wurde ein Legierungsgußblock von 459 g Ni, 28 g Si und 13 g B im Varkuum durch Hochfrequenzinduktion, erschmolzen. Ein Teil dieser Legierung und des WC-Pulvers wurden aus gewogen, um die Volumenanteile gemäß der Formel anzuliefern, durch Hochfrequenzinduktion im Argongas in einer Quarz glasdüse geschmolzen und sofort über eine Stahlwalze geführt.

Es wurde eine Temperatur von 1150°C aufrechterhalten, um lediglich die Legierungsmatrix zu schmelzen, dabei aber das Schmelzen der WC-Teilchen zu vermeiden. Der flüssigen, WC-Teilchen enthaltenden Legierungsmatrix wurde Argongas unter Druck zugeführt, um die Legierungs matrix auf eine Walze zu spritzen, die mit einer Geschwindigkeit von 2000 U/min sich dreht. Das Aufspritzen erfolgte über einen Düsenschlitz, wobei jedoch WC-Pulver in die Düse zugeführt wurde. Es wurde ein Band aus zusammengesetztem Werkstoff mit einer Breite von 4 mm, einer Dicke von 30 µm und einer Länge von 5 m hergestellt.

Claims

1. Zusammengesetzter Werkstoff bestehend aus einer glas artigen Legierungsmatrix der Zusammensetzung (in at%) Ni₇₈Si₁₀B₁₂mit gleichmäßig dispergierten WC-Teilchen mit einem Volumen anteil von3 bis 18%,bezogen auf den Gesamtwerkstoff.

2. Zusammengesetzter Werkstoff bestehend aus einer glas artigen Legierungsmatrix der Zusammensetzung (in at%) Ni₇₈Si₁₀B₁₂mit gleichmäßig dispergierten ThO₂-Teilchen mit einem Volumenanteil von10 bis 20%,bezogen auf den Gesamtwerkstoff.

3. Zusammengesetzter Werkstoff bestehend aus einer glas artigen Legierungsmatrix der Zusammensetzung (in at%) Ni₇₈Si₁₀B₁₂mit gleichmäßig dispergierten BN-Teilchen mit einem Volumen anteil von10 bis 20%,bezogen auf den Gesamtwerkstoff.

4. Zusammengesetzter Werkstoff bestehend aus einer glas artigen Legierungsmatrix der Zusammensetzung (in at%) Fe₇₅Si₁₀B₁₅mit gleichmäßig dispergierten TiC-Teilchen mit einem Volumenanteil von5 bis 10%,bezogen auf den Gesamtwerkstoff.

5. Zusammengesetzter Werkstoff bestehend aus einer glas artigen Legierungsmatrix der Zusammensetzung (in at%) Cu₆₀Zr₄₀mit gleichmäßig dispergierten SiC-Teilchen mit einem Volumenanteil von10 bis 30%,bezogen auf den Gesamtwerkstoff.

6. Zusammengesetzter Werkstoff bestehend aus einer glas artigen Legierungsmatrix der Zusammensetzung (in at%) Fe₈₂B₁₈mit gleichmäßig dispergierten Fe-Teilchen mit einem Volumen anteil von2%,bezogen auf den Gesamtwerkstoff.

7. Zusammengesetzter Werkstoff bestehend aus einer glas artigen Legierungsmatrix der Zusammensetzung (in at%) Zr₄₅Nb₄₀Si₁₅mit gleichmäßig dispergierten NbN-Teilchen mit einem Volumenanteil von20%,bezogen auf den Gesamtwerkstoff.

8. Zusammengesetzter Werkstoff bestehend aus einer rasch abgeschreckten Legierungsmatrix der Zusammensetzung (in at%) Fe_89,4Mo₉C_1,6mit gleichmäßig dispergierten WC-Teilchen mit einem Volumenanteil von2 bis 10%,bezogen auf den Gesamtwerkstoff.