JP3484360B2 - 非晶質合金中空成形品の製造方法 - Google Patents
非晶質合金中空成形品の製造方法Info
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Description
形品の製造方法に関するものであり、より具体的には合
金溶湯を成形型内に注入し非晶質相を有する中空成形品
を製造することに関する。
平3−253525号公報に記載の技術が知られてい
る。この公報には金属溶湯を鋳型内に注入し、非晶質相
を有する固化材を製造することが開示され、注入の際の
溶湯の条件および溶湯の冷却条件等を制御することによ
り、非晶質相を有する固化材を製造することができるこ
とが開示されている。しかしながら、上述の公報に記載
の技術は、特に中実からなる中間材(板状、柱状、棒状
など)あるいは、単純形状の鋳造材を製造するには有効
な手法であるが、例えば表面形状の複雑なもの、中空状
のものを製造するには、製造上困難性を有する。
開平5−309427号公報に開示の技術が既に知られ
ている。この公報の技術は、上記特開平3−25352
5号公報に記載の手法を用い中間材を先ず作製し、この
中間材を最終成形品の形状を付与する為の金型内に配
し、この金型内にて最終形状を付与し成形品とするもの
である。しかしながら、この技術においては、一端中間
材を製造し、最終形状を付与する為、異なる金型に再セ
ットし、再加熱を行い成形を行わなければならず、その
工程が複雑であるとともに、再加熱による熱的影響を受
ける為非晶質相の維持が難しいといった問題を有してい
る。
な事情に鑑みなされたものであり、比較的簡単な手法に
て成形品を製造するとともに熱的影響を少なくし非晶質
相を有する特に中空成形品を容易に製造することができ
る非晶質合金中空成形品の製造方法を提供することを目
的とし、更には表面形状の複雑な中空状の成形品などに
も容易に適用でき、寸法精度の良好な非晶質中空成形品
の製造方法を提供することを目的とする。
ラス遷移領域を有する成分組成の合金溶湯を成形型内に
充填し、ガラス遷移領域内の温度まで冷却するとともに
冷却後、ガラス遷移領域内の温度で保持し、その後保持
された合金に、成形型内に配されたガスノズルによるガ
ス圧により加圧成形を施し冷却することにより非晶質相
を有する中空成形品を製造する非晶質合金中空成形品の
製造方法である。
する成分組成の合金溶湯を成形型内に充填し、融点以下
結晶化温度以上の温度まで冷却すると共に、冷却後融点
と結晶化温度との間の温度範囲内の温度で保持し、その
後保持された合金に、成形型内に配されたガスノズルに
よるガス圧により加圧成形を施し冷却することにより非
晶質相を有する中空成形品を製造することを特徴とする
非晶質合金中空成形品の製造方法である。
する成分組成の合金溶湯を成形型内に充填し、融点以下
結晶化温度以上の温度まで冷却すると共に、冷却後融点
と結晶化温度との間の温度範囲内の温度で保持し、その
後保持された合金に、成形型内に配されたガスノズルに
よるガス圧により加圧成形を施し、さらにガラス遷移領
域内の温度まで冷却し、冷却後、ガラス遷移領域内の温
度で保持し、その後保持された合金に加圧成形を施し冷
却することにより非晶質相を有する中空成形品を製造す
ることを特徴とする非晶質合金中空成形品の製造方法で
ある。
しては、ガラス遷移領域を有するものであることが必要
であり、より成形を容易に行う為には、40K以上のガ
ラス遷移領域を有する成分組成であることが好ましい。
具体的には、特公平7−122120号公報および特公
平7−122119号公報に記載の成分組成、すなわ
ち、合金溶湯の成分組成が下記一般式I)あるいはII)
に示されるもの I)XaMbAlc II)Al100-d-eTdLne (但し、X:Zr及びHfから選ばれる1種又は2種の
元素、M:Ni,Cu,Fe,Co,Ti及びMnから
選ばれる少なくとも1種の元素、T:Ti,V,Cr,
Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zr,Nb,Mo,H
f,Ta及びWから選ばれる少なくとも1種の元素、L
n:Y,La,Ce,Nd,Sm,Gd,Tb,Dy,
Ho,Yb及びMm(希土類元素の集合体であるミッシ
ュメタル)から選ばれる少なくとも1種の元素、a,
b,c,d,eは原子パーセントで25≦a≦85、5
≦b≦70、0<c≦35、0<d≦55、30≦e≦
90である。)が有効であり、特に上記一般式I)が有
効である。上記一般式に記載の合金は、ガラス遷移領域
を有し、殆どの成分組成で40K以上のガラス遷移領域
を有し、特定の成分組成においては、60K、さらには
80Kを超えるガラス遷移領域を有するものが存在す
る。なお、上記一般式の成分組成は、好ましい例示であ
り、ガラス遷移領域を有する成分組成のものであれば、
本発明が適用できることは言うまでもない。
Tx−Tg)とは、非晶質相を有する合金が有する結晶
化温度(Tx)とガラス遷移温度(Tg)との間の温度
領域である。ガラス遷移温度(Tg)は非晶質相を有す
る合金を示差走査熱量分析あるいは示差熱分析を行った
際、得られた示差走査熱量分析曲線上あるいは示差熱分
析曲線上で吸熱反応が起こる部分で、その曲線の立上が
り部と基線の外挿が交わる点での温度で、逆に結晶化温
度(Tx)は発熱反応が起こる部分で上記と同様にして
得られた温度である。
域が広いことにより、低圧力化で容易にそして無制限に
塑性変形するとともに、成形(加工)時の温度制御、成
形(加工)時間の制御が緩和できる。また、いわゆるガ
ラス(非晶質)としての特性から成形(変形)表面は極
めて平滑性が高く、結晶合金を変形させた時のように滑
り帯が表面に現れるステップなど実質的に発生しないな
どの特徴がある。また、ガラス遷移領域が存在する、更
にはその領域が広い合金は、非晶質形成能が高く、形成
される非晶質相も安定である。
形型内に充填し、ガラス遷移領域内の温度あるいは融点
と結晶化温度との間の温度まで冷却する際の冷却は、最
終成形品を非晶質相を有するものとする為には、連続冷
却変態曲線(CCT曲線)の結晶化領域に入らないある
いは多少入るぐらいの冷却速度とする必要がある。特
に、最終成形品を非晶質単相とする為には、上記結晶化
領域に入らないような冷却速度としなければならない。
なお、成分組成により、上記領域が異なるため、事前に
このような知見を得ておく必要があるが、具体的な目安
としては10K/s以上とすることが好ましく、更には
102K/s以上とすることがより好ましい。
形型内に充填し、冷却を行う過程において、成形(加
工)を行うことが特徴であり、この成形(加工)は、ガ
ラス遷移領域内の温度あるいは融点と結晶化温度との間
の温度に保持された合金(溶湯)に施され、成形型内に
充填された合金に圧力を加える(加圧成形)ことにより
なされる。具体的な加圧成形としては、成形型内にガス
を注入しガス圧により行う。この手法は、中空状の成形
品および/さらには表面に複雑な模様等を施す成形品を
製造するのに有効である。
形前に行う成形型注入時の冷却速度と同様に具体的な目
安としては10K/s以上とすることが好ましく、更に
は102K/s以上とすることが好ましい。以下、本発
明の製造方法の具体的な一例を図面に基づき説明する。
より行う手法であり、図1a)に図示されるように成形
型は上型1と下型2の2つの型よりなり、型内には成形
品の成形部3が形成されてなり、また、成形型には型内
の温度保持あるいは制御する為、加熱手段(加熱ヒー
タ)4及び温度検知手段(熱電対)5が設けられてい
る。成形型Aの湯口6直上には、上記とは異なる加熱手
段(高周波加熱コイル)7を備えた溶湯供給手段(石英
るつぼ)8が配されている。なお、溶湯供給手段8は成
形型Aの湯口6に対して摺動自在である。図1b)c)
d)は、加圧成形の作用を示す図面であり、装置の構成
は、図示されるように成形型の湯口直上にガス圧手段
(エアーノズル)9が湯口6に対して摺動自在に配され
ている。これ以外の構成は、図1a)と同様である。次
に、図1をもとにその作用を説明する。図1a)に示さ
れるように成分調整を行った母合金を溶湯供給手段8に
供給し、これを加熱手段7により加熱し、母合金を溶融
する。次に、前記溶湯Sを成形型Aの湯口6より成形型
内の成形部3に供給し、型内にて溶湯Sを冷却し、ガラ
ス遷移領域内の温度あるいは融点と結晶化温度との間の
温度で保持する。
熱手段7により行う。このように温度が保持された溶湯
(合金)Sに、図1b)から図1c)に示されるよう
に、ガス圧手段9が供給され、ガス圧手段9から例えば
He、Arなど不活性ガスを所定の圧力にて供給するこ
とにより図1d)に示されるように成形部3の形状に合
った中空状の成形品Pを製造する。各種の条件は上述に
基づき行う。
説明する。
き(成形品)の製造方法を示す図面であり、その工程は
図2a)b)c)に示す通りである。
内には成形部3が形成されてなり、また、成形型Aには
型内の温度保持あるいは制御するため、加熱手段(加熱
ヒータ)4、冷却手段(冷却水又は冷却ガス通路)11
及び図示されない温度検知手段(熱電対)が設けられて
いる。成形型Aの湯口6直上には、上記と異なる加熱手
段(高周波加熱コイル)7を備えた溶湯供給手段(石英
るつぼ)8が配されている。なお、溶湯供給手段8は成
形型Aの湯口6に対して摺動自在である。また、成形型
Aの成形部3の直下に成形部3の開口に向かって摺動自
在にガス圧手段(エアーノズル)9が配されている。さ
らに、上記記述の装置は容器内に収納されており、容器
には冷却ガスを供給するための冷却ガス導入口12が設
けられている。次に図2をもとにその作用を説明する。
図2a)に示されるように成分調整を行った母合金を溶
湯供給手段8に供給し、これを加熱手段7により加熱
し、母合金を溶融する。次に図2b)に示すように溶湯
Sを成形型Aの湯口6より成形型内の成形部3に供給
し、型内にて溶湯Sを冷却し、ガラス遷移領域内の温度
あるいは融点と結晶化温度との間の温度で保持する。こ
の際の温度制御は、温度検知手段5と加熱手段7、冷却
手段11により行う。このように温度が保持された溶湯
(合金)Sに図2b)から図2c)に示されるように、
ガス圧手段9が供給され、ガス圧手段から例えばHe、
Arなど不活性ガスを所定圧力にて供給することによ
り、図2c)に示されるように中空状の成形品Pを製造
する。このように製造された成形品Pは、冷却手段11
及び冷却ガス導入口12からの冷却ガスにより、最終的
に冷却される。
い、この下型2と上型1とにより成形型Aを構成したも
のであり、上型1の下面には凸状の成形部3が形成され
ている。図4は図3と基本的な装置構造は同様であり、
異なる点は、上型1の下面に凹状の成形部3を形成した
点である。図3、図4に示される装置を用いることによ
り中空状からなる凸面鏡あるいは凹面鏡(成形品)Pが
それぞれ製造できる。
まず図2a)b)に示されるように溶湯Sを下型2に供
給し、その後、図3、図4に示されるように上型1を配
するとともに、ガス圧手段9を供給し製造を行うもので
ある。その他の点については図2と同様である。
体的に説明する。まず、実験に先立ち、Zr55Al10N
i5Cu30非晶質単相合金について、DTAによる熱分
析(示差熱分析)を行った。なお、測定は10℃/分の
昇温速度にて加熱して行った。この結果を図5に示す。
図5によれば、ガラス遷移温度(Tg)が391℃(6
64K)、結晶化温度(Tx)が479℃(752K)
となり、ガラス遷移領域(の温度範囲:△T)が88℃
(88K)となった。また、上記合金について、合金の
連続冷却変態曲線(CCT曲線)及び等温変態曲線(T
TT曲線)を調べた。調べた結果は、それぞれ図6およ
び図7に示すとおりである。図6から製造の際の冷却速
度制御の仕方が分かるとともに図7からは成形型内にお
いて、一定の温度で保持できる時間が分かる。具体的に
は、図6より成形品の結晶化を防ぐ為には(特に、非晶
質単相の組織を維持する為には)、のような結晶化
領域に入らないような冷却速度にて、ガラス遷移領域の
温度まで冷却しなければならず、のように結晶化領域
に入った場合、少なくとも一部が結晶化され、非晶質単
相の成形品が得られない。の場合非晶質相と結晶質相
との混相あるいは非晶質が全く存在しない結晶質相のみ
からなる成形品となる。いずれの組織になるかは、上記
結晶化領域に入っている時間等により決まる。図7によ
れば、750K(477℃)の場合100秒間成形型内
にて保持可能(成形時間も含む)であり、700K(4
27℃)の場合104秒間保持可能であることが分か
る。一方、融点と結晶化温度との間の温度で成形を行う
場合、図8のように結晶化領域に入らないような領域
(例えば折線部分)で行わなければならない。また、図
8に示すように、融点と結晶化温度との間の温度で第
1段階の成形を行いガラス遷移領域内の温度で第2段階
の成形を行ってもよく、前述の機械部品、フェルールの
製造にあたっては、この種2段階での手法が有用であ
る。
湯を約10K/sの冷却速度にて金型内に鋳込み400
℃(673K)、460℃(733K)のそれぞれの温
度で一端保持し(図7のTTT曲線に示される非晶質を
保持できる時間内で保持し)、直径2.5mm長さ40
mmの丸棒材を作製した。得られた丸棒材について、そ
の組織を調べる為、X線回折を行った。この結果を図9
に示す。図9によれば、それぞれの温度条件にて作製さ
れた丸棒材とも、非晶質単相であることが分かる。図1
に示される装置を用い以下の実験を行った。
a)の石英るつぼ8にセットし、高周波加熱コイル7に
より加熱し、母合金を溶融した。次に、前記溶融した溶
湯を成形型Aの成形部に供給し、成形部内において溶湯
を冷却した。この際の冷却速度は、上記に基づいて行っ
た。成形部3において、前記溶湯(合金)は400℃〜
460℃(673K〜733K)の間で加熱ヒータによ
り保持され、その後、図1b)〜d)に示されるように
エアーノズル9によって成形を行った。なお、成形には
Heガスを用い、ガス圧は3kgf/cm2にて行っ
た。以上のようにして、図1d)にその断面図が示され
るような中空状の、そしてバルーン状の成形品Pを作製
した。
を行った結果であり、この成形品は、非晶質単相からな
ることが分かる。また、上記成形品について、厚み及び
表面粗さを調べた。厚みは40〜50μmと非常に薄
く、成形部分にあたるところは、その肉厚も均一であっ
た。また、表面粗さもRmax値で約0.1μmと表面凹
凸の非常に小さなものであった。なお、表面は肉眼で
は、鏡面となっている。
晶化温度との間の温度、具体的には600℃〜800℃
(873K〜1073K)の間で保持した場合も上述と
同様の結果が得られた。さらに、図2〜4に記載の各種
成形品も上述と同様に得られた。
ば、比較的簡単な手法にて成形品を製造することができ
るとともに熱的影響を少なくし非晶質相を有する成形品
を寸法精度良く容易に製造することができる。さらに、
表面形状の複雑な成形品あるいは中空状の成形品なども
容易に製造することができる。
る。
製造方法の説明図である。
ある。
ある。
示すグラフである。
示すグラフである。
冷却して得られた同じ合金のX線回折図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 ガラス遷移領域を有する成分組成の合金
溶湯を成形型内に充填し、ガラス遷移領域内の温度まで
冷却すると共に、冷却後ガラス遷移領域内の温度で保持
し、その後保持された合金に、成形型内に配されたガス
ノズルによるガス圧により加圧成形を施し冷却すること
により非晶質相を有する中空成形品を製造することを特
徴とする非晶質合金中空成形品の製造方法。 - 【請求項2】 ガラス遷移領域を有する成分組成の合金
溶湯を成形型内に充填し、融点以下結晶化温度以上の温
度まで冷却すると共に、冷却後融点と結晶化温度との間
の温度範囲内の温度で保持し、その後保持された合金
に、成形型内に配されたガスノズルによるガス圧により
加圧成形を施し冷却することにより非晶質相を有する中
空成形品を製造することを特徴とする非晶質合金中空成
形品の製造方法。 - 【請求項3】 ガラス遷移領域を有する成分組成の合金
溶湯を成形型内に充填し、融点以下結晶化温度以上の温
度まで冷却すると共に、冷却後融点と結晶化温度との間
の温度範囲内の温度で保持し、その後保持された合金
に、成形型内に配されたガスノズルによるガス圧により
加圧成形を施し、さらにガラス遷移領域内の温度まで冷
却し、冷却後、ガラス遷移領域内の温度で保持し、その
後保持された合金に加圧成形を施し冷却することにより
非晶質相を有する中空成形品を製造することを特徴とす
る非晶質合金中空成形品の製造方法。 - 【請求項4】 合金溶湯が40K以上のガラス遷移領域
を有する成分組成である請求項1〜3のいずれかに記載
の非晶質合金中空成形品の製造方法。 - 【請求項5】 成形型内での冷却を上記成分組成の合金
の連続冷却変態曲線の結晶化領域に入らない冷却速度に
て行う請求項1〜3のいずれかに記載の非晶質合金中空
成形品の製造方法。 - 【請求項6】 冷却速度が10K/s以上である請求項
5記載の非晶質合金中空成形品の製造方法。 - 【請求項7】 加圧成形を成形型に設けられた押圧手段
により行う請求項1〜3のいずれかに記載の非晶質合金
中空成形品の製造方法。 - 【請求項8】 加圧成形後の冷却を冷却速度10K/s
以上にて行う請求項1〜3のいずれかに記載の非晶質合
金中空成形品の製造方法。 - 【請求項9】 合金溶湯の成分組成が下記一般式I)あ
るいはII)に示されるものである請求項1〜4のいずれ
かに記載の非晶質合金中空成形品の製造方法。 I)XaMbAlc II)Al100-d-eTdLne 但し、X:Zr及びHfから選ばれる1種又は2種の元
素、M:Ni,Cu,Fe,Co,Ti及びMnから選
ばれる少なくとも1種の元素、T:Ti,V,Cr,M
n,Fe,Co,Ni,Cu,Zr,Nb,Mo,H
f,Ta及びWから選ばれる少なくとも1種の元素、L
n:Y,La,Ce,Nd,Sm,Gd,Tb,Dy,
Ho,Yb及びMm(希土類元素の集合体であるミッシ
ュメタル)から選ばれる少なくとも1種の元素、a,
b,c,d,eは原子パーセントで25≦a≦85、5
≦b≦70、0<c≦35、0<d≦55、30≦e≦
90である。
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-
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張ら,アモルファス合金風船をつくる,バウンダリー,1991年 9月15日,Vol.7 No.9,P.39−43 |
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