JPH01191754A - 窒化物粒子含有非晶質合金の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、非晶質は相中に窒化物粒子を含有させた窒化
物粒子含有非晶質合金の製造法に関する。

「従来技術およびその問題点」 従来、金属溶湯に窒化物や炭化物の粉末を強制的に添加
し急冷することによって、非晶質母相中に窒化物や炭化
物粒子を分散させた合金が得られることが知られている
。このような非晶質合金は、硬度が高＜、耐腐食性に優
れるという非晶質合金の特性を備えると共に１分散した
窒化物や炭化物によって硬度や耐摩耗性などの材料特性
がさらに向上する。

しかしながら、上記のような製造方法では、金属溶湯中
に窒化物や炭化物の粉末を添加する際、溶湯との濡れ性
の悪いことや、比重の違い等によって粉末を均一に分散
させることが困難であった。また、窒化物などの粉末は
、高価であるという問題点もあった。

「発明の目的Ｊ 本発明の目的は、非晶質合金からなる母相中にプラズマ
アーク反応によって生成された窒化物の微細な粒子を均
一に分散させることにより、強度、硬度、磁気特性など
に優れた効果を有する窒化物粒子含有非晶質合金の製造
法を提供することにある。

「発明の構成」 本発明による窒化物粒子含有非晶質合金の製造法は、窒
化物形成可能な元素を含有する非晶質合金材料を窒素あ
るいは窒素を含む混合ガス中でプラズマアークにより溶
解し、その溶湯を液体急冷法で急冷凝固することにより
、非晶質母相中に窒化物が均一分散した合金を得ること
を特徴とする。

このように、窒化物形成可能な元素を含有する非晶質合
金材料を窒素ガス中でアーク溶解したとき、プラズマ中
で活性化された窒素と溶融金属との反応により窒化物を
生成し、この溶湯を液体急冷することにより非晶質の組
織が形成されると共に、窒化物を均一に分散した合金を
得ることができる。

そして、この合金は、窒化物からなる粒径的０．５〜５
μｍの微細な粒子が均一に分散していることから、強度
および硬度が向上し、磁気特性、特に高周波領域の向上
が図られ、結晶化温度も高くなるなど、優れた性質を有
しており、薄帯、細線、圧粉体などとして、例えば磁気
ヘッド、高周波用巻鉄心などの電子部品材料、高強度部
品材料、耐摩耗性材料などとして好適なものである。

本発明において、窒化物形成可能な元素を含有する非晶
質合金材料としては、窒化物を形成する元素を有し、液
体急冷凝固したときに非晶質となる合金組成でなければ
ならない、この場合、窒化物形成元素としては、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｗ、ＡＩか
ら選ばれた一＋ｉまたは二種以上が用いられる。

上記のような非晶質合金材料としては、−８式％式％ Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄからなる群より選ばれたー神ま
たは二種以上の元素、βはＢ、Ｓｉ、“Ｐ、Ｇｅからな
る群より選ばれた一種または二種以上の元素、Ｃは炭素
１Ｍは窒化物形成元素であるＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｎｂ、Ｈｆ。

Ｍｏ、Ｗ、ＡＩから選ばれた一種または二種以上の元素
を表わし、ＸはｌＯ〜３５原子％、ｙは２〜１５原子％
、Ｚは２〜２５原子％であり、かつｘ＋ｙは１２〜４０
原子％である。）で示される合金材料が使用できる。こ
こで、α、βは非晶質の母相を形成する元素であり、Ｃ
，Ｍは窒化物形成の際必要な元素である。上記一般式に
おいて、Ｘが１０未満あるいはＸが３５を超えると、元
素α、βによって非晶質な母相を形成することが困難と
なる。また、ｙが２未満では、窒化物の形成が困難とな
り、ｙが１５を超えると窒化物粒子が大きくなり、脆く
なる傾向がある。また、Ｚが２未満では窒化物形成が困
難となり、Ｚが２５を超えると、非晶質母相形成が困難
となる。なお、Ｘとｙとの加算量が１２未満あるいは４
０以上では、非晶質母相形成が困難となる。

本発明では、まず、上記の合金を窒素あるいは窒素を含
む混合ガス雰囲気中でアーク溶解する。

ここで、窒素を含む混合ガスとしては、例えば窒素＋ア
ルゴン、窒素十水素、窒素＋ヘリウムなどの混合ガスが
使用される。また、アーク溶解は。

例えば水冷銅ハース上の試料（陽極）とタングステン電
極（陰極）の間でアークを発生させ、試料を溶解するこ
とによりなされる。このアーク溶解により、窒素プラズ
マ−金属間の反応が起こり、溶湯中に微細な窒化物が生
成する。生成する窒化物粒子の量および寸法は、主にア
ーク溶解時の窒素分圧および合金中の窒化物形成元素Ｍ
の種類と量に強く依存する。

次に、上記溶湯を液体急冷法により急冷凝固させる。こ
の液体急冷法とは、溶融した金属、合金を急速に冷却し
て適冷させ、その構造を凍結させて非晶質（アモルファ
ス）とする方法をいい、例えば薄帯材料を得るには、単
ロール法、双ロール法、ハンマーアンビル法などが特に
有効であり、これらの方法は１０’〜１０’℃／秒の冷
却速度を有している。この単ロール法、双ロール法など
により薄帯材料を製造するには、上記合金の溶湯を、液
体状態の温度より、ノズル孔を通して、約３００〜ｌｏ
ｏｏｏｒｐｍで回転している直径３０〜３０００ｍｍの
銅あるいはクロム鋼製などの金属製ロール上に溶湯を噴
出すればよく、これにより、幅約１〜２００ｍｍで、厚
さが約５〜２００μｍの薄帯材料を容易に得ることがで
きる。また、ハンマーアンビル法で薄板材料を製造する
には、水冷銅ハース上で溶融した溶湯を銅製のハンマー
で叩くことにより得ることができる。

このように、プラズマアーク溶解後の溶湯状態から液体
急冷法により急冷凝固させると、例えば母相中に１粒径
が０．５〜５μｍ程度の非常に微細な窒化物粒子が、１
〜４μｍ程度の間隔で均一に分散した組織となり、前述
したような優れた特性を有する窒化物粒子含有非晶質合
金が得られる。また、上記工程において、プラズマアー
ク溶解後、−旦凝固させた合金を原料として液体急冷法
に供しても同様な特徴を有する合金が得られる。さらに
１本発明の合金は、例えば回転水中紡糸法による線材、
ガス噴霧法や回転板法などによる粉体としても得ること
ができる。

「発明の実施例」 実施例１〜４、比較例１ 第１表に示す各種組成よりなる合金を、窒素十アルゴン
（１：　ｌ）混合ガス雰囲気中でプラズマアークにより
溶解し、プラズマ中で活性化された窒素と溶融金属とを
反応せしめた後、ハンマーアンビル法で液体急冷するこ
とにより、直径４０ｍｍ、厚さ１００μｍの薄板材料を
得た。こうして得られた各薄板材料の結晶化温度Ｔｘ　
（Ｋ）、ビッカース硬度）１ｖ　（ＤＰＮ）、引張強さ
（Ｋｇｆ／ｍｍ”）を測定した。この結果を第１表に示
す。

第１表から、非晶質の母相中にＺｒＮ、ＮｂＮなどの窒
化物粒子を分散させた実施例１〜４の薄板材料は、非晶
質母相のみからなる比較例１の薄板材料に比べて、結晶
化温度Ｔｘが高くなり、ビッカース硬度も向上している
ことがわかる。

実施例１および実施例３で得られた薄板のＣｕ−Ｋａｌ
ｌによるＸ線回折チャートを第１図に示す、第１図中、
・はＮｂＮの位置を示し、マはＺｒＮの位置を示してい
る。この結果より、実施例１で得られた薄板は非晶質＋
Ｎｂ　（Ｃ，Ｎ）。

実施例３で得られた薄板は非晶質＋Ｚｒ　（Ｃ。

Ｎ）の組織になっていることがわかる。

また、第２図に実施例１で得られた薄板材料の断面の光
学顕微鏡組織写真を示す、この写真から非晶質の母相中
に、粒径が約０．５〜３μｍの非常に微細な窒化物粒子
が、およそ２〜４μｍの間隔で均一に分散した組織を有
していることが確認された。

実施例５、比較例１ 第２表に示す組成よりなる合金を、窒素＋アルボン（１
：　ｌ）混合ガス雰囲気中でプラズマアークにより溶解
した後、凝固させた母材を原料として、単ロール法で液
体急冷することにより１幅約３ｍｍ、厚さ約１５μｍの
薄帯材料を得た。こうして得られた薄帯材料をキュリ温
度以上５０にで１０分焼きなましした後、空冷した試料
の実効透磁率（０，０１０ｅ６ａ場）を測定した。第２
表に見るように、実施例５で得られた薄帯は、飽和磁化
は若干低（なるが、高周波領域における透磁率の低下が
比較例２に比べて非常に小さく、高周波用鉄心材料とし
て好ましい特性を有していることが確認された。

（以下、余白） 実施例６〜１０ 第３表に示す組成よりなる合金を、窒素ガス雰囲気中で
プラズマアークにより溶解したインゴットを用いて、ア
ルゴンガス噴霧装置により液体急冷して、約１０〜８０
μｍ径の粒状粉末材料を得た。こうして得られた粉末の
Ｘ線回折組織、光学顕微鏡による粒子形態を調べた。第
３表に見るように、実施例６〜１０の各試料は、いずれ
も非晶質母相と窒化物粒子からなり、粒子は０．１〜５
μｍ径で、１〜４μｍの間隔で均一に分散しているのが
確認された。

（以下、余白） 「発明の効果」 以上説明したように１本発明によれば、非晶質の母相中
に１粒径約０．５〜５μｍの微細な窒化物粒子が均一に
分散した合金を得ることができ、この合金は、強度およ
び硬度が向上し、磁気特性、特に高周波領域の向上が図
られ、結晶化温度も高くなるなど、優れた性質を有して
おり、例えば電磁材料、強度材料、耐摩耗材料などとし
て好適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１．３で得られた合金のＸ線回
折チャート、第２図は本発明の実施例１で得られた合金
の断面を示す光学顕微鏡組織写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化物形成可能な元素を含有する非晶質合金材料
   を窒素あるいは窒素を含む混合ガス中でプラズマアーク
   により溶解し、その溶湯を液体急冷法で急冷凝固させる
   ことを特徴とする窒化物粒子含有非晶質合金の製造法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記窒化物形成
   可能な元素を含有する非晶質合金材料として、α＿１＿
   ０＿０＿−＿ｘ＿−＿ｙ＿−＿ｚβ＿ｘＣ＿ｙＭ＿ｚ（
   ここで、αはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄからなる群
   より選ばれた一種または二種以上の元素、βはＢ、Ｓｉ
   、Ｐ、Ｇｅからなる群より選ばれた一種または二種以上
   の元素、Ｃは炭素、Ｍは窒化物形成元素であるＶ、Ｃｒ
   、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌから
   選ばれた一種または二種以上の元素を表わし、ｘは１０
   〜３５原子％、ｙは２〜１５原子％、ｚは２〜２５原子
   ％であり、かつｘ＋ｙは１２〜４０原子％である。）で
   示される合金材料を使用する窒化物粒子含有非晶質合金
   の製造法。