DE4107532A1 - HIGH-STRENGTH AMORPHOUS ALLOY - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft hochfeste amorphe Legierungen und insbesondere Verbesserungen hochfester amorpher Legierungen mit einer amorphen Phase, die ein vorherrschendes Metallele ment, ein erstes additives Element, das aus wenigstens einem seltenen Erdelement besteht, und ein zweites additi ves Element, das aus wenigstens einem von den seltenen Erdelementen verschiedenen Element besteht, enthält.The invention relates to high-strength amorphous alloys and especially improvements in high strength amorphous alloys with an amorphous phase, which is a predominant Metallele ment, a first additive element consisting of at least a rare earth element, and a second additi ves element made up of at least one of the rare Consists of various elements.
Es sind verschiedene herkömmliche amorphe Al-Legierungen dieser Art bekannt, wie sie in der japanischen Patent- Offenlegungsschrift Nr. 47 831/89 beschrieben sind. Alle diese amorphen Legierungen werden bei der Bildung einer einzigen Phase angestrebt, um eine Verbesserung der Festig keit zu unterstützen. There are various conventional amorphous Al alloys known in the Japanese patent Publication No. 47 831/89. All these amorphous alloys are used in the formation of a single phase aimed to improve the strength support.
Jedoch leiden bekannte amorphe Legierungen an folgendem Problem: wenn aufgrund von Herstellungsbedingungen eine kristalline Phase teilweise enthalten ist, aber wie bei bisher bekannten amorphen Legierungen eine einzelne amorphe Phase gebildet werden soll, kann die daraus resultierende gesamte Legierung aufgrund des Auftretens derartiger kristalliner Phasen eine verminderte Festigkeit und Stärke haben.However, known amorphous alloys suffer from the following Problem: if a due to manufacturing conditions crystalline phase is partially included, but as with previously known amorphous alloys a single amorphous Phase should be formed, the resulting entire alloy due to the occurrence of such crystalline phases a reduced strength and strength to have.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine amorphe Legierung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die in der Matrix enthaltene kristalline Phase aus einer amorphen Phase besteht, wobei der Gehalt eines vorherrschenden Metallele ments in der kristallinen Phase und der Verhältniswert (der von einer Beziehung mit dem Gehalt eines zweiten additiven Elements abhängt) eines seltenen Erdelements gesteuert sind, wodurch eine Verminderung der Festigkeit der gesamten Legierung verhindert wird und eine Erhöhung der Festigkeit über die einer amorphen einphasigen Legierung hinaus ermöglicht.The aim of the invention is therefore an amorphous alloy Specify the type mentioned, in which the in the matrix contained crystalline phase from an amorphous phase exists, the content of a predominant Metallele ment in the crystalline phase and the ratio (the of a relationship with the content of a second additive Elements depends) controlled by a rare earth element are, reducing the strength of the whole Alloy is prevented and an increase in strength beyond that of an amorphous single-phase alloy enables.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung eine hochfeste amorphe Legierung vorgesehen mit einer amorphen Phase, die ein vor herrschendes Metallelement, ein erstes additives Element, das aus wenigstens einem seltenen Erdelelement besteht, und ein zweites additives Element, das aus wenigstens einem von den seltenen Erdelementen verschiedenen Element be steht, enthält und eine Matrix bildet, und mit einer kri stallinen Phase, die das vorherrschende Metallelement und die ersten und zweiten additiven Elemente enthält und in der amorphen Phase homogen dispergiert ist, wobei die ersten und zweiten additiven Elemente in einer übersättig ten festen Lösung vorliegen. Der Gehalt des vorherrschenden Metallelements in der kristallinen Phase ist in einem Bereich von wenigstens 85 Atomprozent bis höchstens 99,8 Atomprozent eingestellt, wobei ein Verhältniswert CR des seltenen Erdelements in der kristallinen Phase definiert ist alsIn order to achieve this goal, in a preferred embodiment of the invention, a high-strength amorphous alloy is provided with an amorphous phase which comprises a predominant metal element, a first additive element which consists of at least one rare earth element, and a second additive element which consists of is at least one element other than the rare earth elements, contains and forms a matrix, and with a crystalline phase which contains the predominant metal element and the first and second additive elements and is homogeneously dispersed in the amorphous phase, the first and second additive elements are present in a supersaturated solid solution. The content of the predominant metal element in the crystalline phase is set in a range from at least 85 atomic percent to at most 99.8 atomic percent, with a ratio value C R of the rare earth element in the crystalline phase being defined as
CR= a / a + bC R = a / a + b
wobei a den Gehalt in Atomprozent eines seltenen Erdelements darstellt, das das erste additive Element ist, und b den Gehalt in Atomprozent eines des additiven Ele ments darstellt, und wobei der Verhältniswert CR des selten en Erdelements 0,5 oder weniger ist.wherein a represents the atomic percent content of a rare earth element that is the first additive element, and b represents the atomic percent content of one of the additive element, and the ratio value C R of the rare earth element is 0.5 or less.
Wenn der Gehalt des vorherrschenden Metallelements in der kristallinen Phase in der amorphen Phase dispergiert ist und die Matrix und der Verhältniswert des seltenen Erdelements in der genannten Weise gesteuert sind, so ist es möglich, die Festigkeit der gesamten amorphen Legierung zu erhöhen und die heiße plastische Bearbeitbarkeit einer solchen Legierung zu verbessern.If the content of the predominant metal element in the crystalline phase is dispersed in the amorphous phase and the matrix and the ratio value of the rare Earth element are controlled in the manner mentioned, is it is possible to increase the strength of the entire amorphous alloy to increase and the hot plastic workability of a to improve such alloy.
Wenn jedoch der Gehalt des voherrschenden Metallelements geringer als 85 Atomprozent ist, so besteht die Neigung, daß sich bei der Herstellung der amorphen Legierung in der kristallinen Phase Verbindungen bilden, und jede dieser Verbindungen neigt dazu allein aufzutreten, was eine Ver sprödung der gesamten resultierenden amorphen Legierung zur Folge hat. Wenn andererseits der Gehalt 99,8 Atomprozent überschreitet, so ist es schwierig, bei einer normalen Kühlrate eine Mischung aus einer amorphen Phase und einer kristallinen Phase zu erhalten. Wenn die Kühlrate signifi kant erhöht wird, so wird die Massenproduktivität erheblich beeinträchtigt. Darüber hinaus besteht auch ein Problem einer beeinträchtigten Wärmebeständigkeit der amorphen Legierung selbst. Der hierin verwendete Begriff "vorherrschendes Metallelement" bezieht sich in der be vorzugten Ausführung auf Al und Mg.However, if the content of the predominant metal element is less than 85 atomic percent, there is a tendency that in the manufacture of the amorphous alloy in the form crystalline phase compounds, and each of these Connections tend to occur alone, which is a ver brittleness of the entire resulting amorphous alloy for Consequence. On the other hand, if the content is 99.8 atomic percent exceeds, it is difficult in a normal Cooling rate a mixture of an amorphous phase and a to obtain crystalline phase. If the cooling rate is signifi If the edge is increased, mass productivity becomes significant impaired. There is also a problem an impaired heat resistance of the amorphous Alloy itself. The term used herein "predominant metal element" refers to the be preferred execution on Al and Mg.
Ein seltenes Erdelement ist ein Element, das zum Erreichen der Nichtkristallisierung, d. h. zur Bildung einer amorphen Phase, benötigt wird. Wenn aber das seltene Erdelement mit einem Gehalt von mehr als einem bestimmten Gehalt in einem Kristallgitter des die kristalline Phase bildenden vor herrschenden Metallements enthalten ist, so wird die Git terkonstante des Kristallgitters erhöht, was eine Ver sprödung der amorphen Legierung zur Folge hat.A rare earth element is an element that is to be achieved non-crystallization, d. H. to form an amorphous Phase that is needed. But if the rare earth element with a salary of more than a certain salary in one Crystal lattice of the one forming the crystalline phase prevailing metal elements is included, so the git constant of the crystal lattice increases, which means a ver brittleness of the amorphous alloy results.
Aus diesem Grund ist der Verhältniswert des seltenen Erdelements in der kristallinen Phase bei 0,5 oder weniger eingestellt. Durch Einstellen des Verhältniswerts in dieser Weise ist es möglich, eine Gitterkonstante des Kristallgit ters annähernd der eines reinen vorherrschenden Metallele ments zu erhalten.For this reason, the ratio value is rare Earth element in the crystalline phase at 0.5 or less set. By setting the ratio value in this Way it is possible to have a lattice constant of the crystal lattice ters approximately that of a pure predominant Metallele received.
Bei einer derartigen Ausbildung ist eine relativ weiche kristalline Phase in einer amorphen Phase mit einer höheren Härte dispergiert. Dadurch wird angenommen, daß die Fest igkeit der gesamten amorphen Legierung verbessert wird, weil die kristalline Phase die Spannung an einer Grenz fläche zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase absorbiert.With such a design is a relatively soft crystalline phase in an amorphous phase with a higher one Hardness dispersed. This is believed to be the feast overall amorphous alloy is improved, because the crystalline phase is the voltage at a limit area between the crystalline phase and the amorphous Phase absorbed.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.These and other objects, features and advantages of the invention will read the following description of the preferred versions in conjunction with the attached Drawings can be seen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen einer amorphen Legierung; Fig. 1 is a schematic view showing an apparatus for producing an amorphous alloy;
Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines Röntgenbeugungsbilds für eine amorphe einphasige Al-Legierung,; Fig. 2 shows a diagram of an X-ray diffraction pattern for an amorphous single-phase Al alloy;
Fig. 3 zeigt ein Diagramm eines Röntgenbeugungsbilds für eine amorphe Al-Legierung, die eine kristalline Phase mit einem Gehalt von 9 Volumenprozent enthält; Fig. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern for an amorphous Al-alloy containing a crystalline phase with a content of 9 percent by volume;
Fig. 4 zeigt ein Diagramm eines Röntgenbeugungsbilds für eine amorphe Al-Legierung, die eine kristalline Pha se mit einem Gehalt von 29 Volumenprozent enthält; Fig. 4 shows a diagram of an X-ray diffraction pattern for an amorphous Al alloy containing a crystalline phase containing 29 volume percent;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm eines Röntgenbeugungsbilds für eine amorphe Al-Legierung, die eine kristalline Pha se mit einem Gehalt von 37 Volumenprozent enthält; Fig. 5 shows a diagram of an X-ray diffraction pattern for an amorphous Al alloy containing a crystalline phase containing 37% by volume;
Fig. 6 zeigt einen Graph zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Gehalt einer kristallinen Phase in einer amorphen Al-Legierung und der Zugfestigkeit; Fig. 6 is a graph showing a relationship between the content of a crystalline phase in an amorphous Al alloy and the tensile strength;
Fig. 7 zeigt einen Graph zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Y-Verhältniswerts CR und der Gitterkonstante,; Fig. 7 is a graph showing a relationship between the Y ratio value C R and the lattice constant;
Fig. 8 zeigt einen Graph zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Y-Verhältniswert CR und der Zugfestigkeit; Fig. 8 is a graph showing a relationship between the Y ratio value C R and tensile strength;
Fig. 9 zeigt einen Graph zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Y-Verhältniswert CR und dem Elastizitätsmodul; Fig. 9 is a graph showing a relationship between the Y ratio value C R and the elastic modulus;
Fig. 10 zeigt einen Graph zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Y-Gehalt und der Gitterkonstante; Fig. 10 is a graph showing a relationship between the Y content and the lattice constant;
Fig. 11 zeigt eine Thermokurve einer Differentialthermo analyse für eine amorphe einphasige Al-Legierung; Fig. 11 shows a thermal curve of a differential thermal analysis for an amorphous single-phase Al alloy;
Fig. 12 zeigt eine Thermokurve einer Differentialthermo analyse für eine amorphe Al-Legierung, die eine kristalline Phase mit einem Gehalt von 26 Volumenprozent enthält; und Fig. 12 shows a thermal curve of a differential thermal analysis for an amorphous Al alloy containing a crystalline phase with a content of 26 volume percent; and
Fig. 13 zeigt eine Thermokurve einer Differentialthermo analyse für eine amorphe Al-Legierung, die eine kristalline Phase mit einem Gehalt von 37 Volumenprozent enthält. Fig. 13 shows a thermal curve of a differential thermal analysis for an amorphous Al alloy containing a crystalline phase with a content of 37 volume percent.
Fig. 1 stellt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung amorpher Legierung unter Verwendung eines Einzel-Rollen verfahrens dar. Die Vorrichtung umfaßt eine Kühlrolle 1, hergestellt aus reinem Kupfer und geeignet zur Drehung im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 1, eine oberhalb der Kühlrolle 1 fest angebrachte Quarzdüse 2, deren Auslaß zu einer äußeren Umfangsfläche der Kühlrolle 1 benachbart angeordnet ist, und eine Hochfrequenzheizspule 3, die ein unteres Ende der Düse 2 umgibt. Der Durchmesser der Kühlrolle 1 ist bei 200 mm eingestellt und der Bohrungsdurchmesser der Düse 2 ist am Auslaß bei 0,3 mm eingestellt. Der Spalt zwischen dem Auslaß und der äußeren Umfangsfläche der Kühlrolle 1 ist bei 0,3 mm eingestellt. Fig. 1 shows schematically a device for producing amorphous alloy using a single-roller method. The device comprises a cooling roller 1 , made of pure copper and suitable for rotation clockwise according to FIG. 1, a quartz nozzle fixed above the cooling roller 1 2 , the outlet of which is arranged adjacent to an outer peripheral surface of the cooling roller 1 , and a high-frequency heating coil 3 , which surrounds a lower end of the nozzle 2 . The diameter of the cooling roller 1 is set at 200 mm and the bore diameter of the nozzle 2 is set at 0.3 mm at the outlet. The gap between the outlet and the outer peripheral surface of the cooling roller 1 is set at 0.3 mm.
Zur Herstellung einer amorphen Al-Legierung als eine amor phe Legierung wird eine geschmolzene Legierung m, die ein aus Al bestehendes vorherrschendes Metallelement, ein aus wenigstens einem seltenen Erdelement bestehendes erstes ad ditives Element und ein aus wenigstens einem von den selten en Erdelementen verschiedenes zweites additives Element ent hält, aus dem Auslaß der Düse 2 auf die äußere Umfangsfläche der Kühlrolle 1 unter einem Druck von Argon gas (z. B. 0,4 kg/cm2) ausgestoßen und auf der äußeren Umfangsfläche der Rolle 1 von zwischen der Düse 2 und der Kühlrolle 1 ausgebreitet, wenn die Kühlrolle 1 gedreht wird. Somit wird sie in eine dünne Bandform gezogen und gleichzeitig abgeschreckt, wodurch eine amorphe Al-Legie rung erzeugt wird.To produce an amorphous Al alloy as an amorphous alloy, a molten alloy m is used, which is a predominant metal element made of Al, a first additive element consisting of at least one rare earth element and a second additive consisting of at least one rare earth element Ent ent holds, from the outlet of the nozzle 2 on the outer peripheral surface of the cooling roller 1 under a pressure of argon gas (z. B. 0.4 kg / cm 2 ) and on the outer peripheral surface of the roller 1 from between the nozzle 2nd and the cooling roller 1 is spread out when the cooling roller 1 is rotated. It is thus pulled into a thin band shape and quenched at the same time, which creates an amorphous Al alloy.
Wenn in diesem Fall die Drehzahl der Kühlrolle 1 unter eine Geschwindigkeit reduziert wird, die eine amorphe einphasige Al-Legierung bildet (d.h. eine Legierung mit einer Volumen fraktion einer amorphen Phase von 100%), und dadurch eine reduzierte Kühlrate für die geschmolzene Legierung vor gesehen wird, so wird in dem geschmolzenen Metall eine kristalline Phase erzeugt.In this case, if the speed of the cooling roller 1 is reduced below a speed forming an amorphous single-phase Al alloy (ie an alloy with a volume fraction of an amorphous phase of 100%), and thereby a reduced cooling rate for the molten alloy is provided a crystalline phase is generated in the molten metal.
Die Verwendung eines solchen Verfahrens sieht eine hoch feste amorphe Al-Legierung vor, die eine amorphe Phase, die ein vorherrschendes Metallelement und erste und zweite addi tive Elemente enthält und eine Matrix bildet, und eine feinkristalline Phase, die das vorherrschende Metallelement und die ersten und zweiten additiven Elemente enthält und in der amorphen Phase homogen dispergiert ist, wobei die ersten und zweiten additiven Elemente in einer übersättig ten festen Lösung vorliegen.The use of such a method looks high solid amorphous Al alloy, which is an amorphous phase, the a predominant metal element and first and second addi tive elements and forms a matrix, and a fine crystalline phase, which is the predominant metal element and contains the first and second additive elements and is homogeneously dispersed in the amorphous phase, the first and second additive elements in a supersaturated solid solution.
Der Gehalt von Al als dem vorherrschenden Metallelement in der kristallinen Phase ist in einem Bereich von wenigstens 85 Atomprozent bis höchstens 99,8 Atomprozent eingestellt. Wenn jedoch der Al-Gehalt weniger als 85 Atomprozent ist, besteht bei der Herstellung der amorphen Al-Legierung die Neigung, daß Verbindungen (wie etwa Al3Y, Al3Ni, AlNimYn usw.) in der kristallinen Phase entstehen. Jede derartige Verbindung neigt dazu, allein aufzutreten mit dem Ergebnis einer Versprödung der gesamten amorphen Al-Legierung. Wenn auf der andere Seite der Al-Gehalt 99,8 Atomprozent über schreitet, so ist es schwierig, bei einer normalen Kühlrate ein Gemisch aus einer amorphen Phase und einer kristallinen Phase zu erzeugen. Wenn die Kühlrate signifikant angehoben wird, so wird die Massenherstellung erheblich herabgesetzt. Darüber hinaus ist die Wärmebeständigkeit der erhaltenen amorphen Al-Legierung selbst herabgesetzt. The content of Al as the predominant metal element in the crystalline phase is set in a range from at least 85 atomic percent to at most 99.8 atomic percent. However, if the Al content is less than 85 atomic percent, the amorphous Al alloy tends to form compounds (such as Al 3 Y, Al 3 Ni, AlNi m Y n , etc.) in the crystalline phase. Each such compound tends to occur alone, resulting in embrittlement of the entire amorphous Al alloy. On the other hand, when the Al content exceeds 99.8 atomic percent, it is difficult to produce a mixture of an amorphous phase and a crystalline phase at a normal cooling rate. If the cooling rate is increased significantly, mass production will be significantly reduced. In addition, the heat resistance of the amorphous Al alloy obtained itself is lowered.
Ein Beispiel seltener Erdelemente, das als das wenigstens eine erste additive Element verwendbar ist, ist wenigstens ein aus der Gruppe bestehend aus Y, La, Ce, Sm, Nd, und Md (Misch-Metall bzw. Auermetall) ausgewähltes Element, und deren Gehalt ist in einem Bereich von wenigstens 0,1 Atom prozent bis höchstens 5 Atomprozent eingestellt. Wenn der Gehalt der seltenen Erdelemente weniger als 0,1 Atomprozent ist, so ist es unmöglich, ein Gemisch von amorphen und kristallinen Phasen zu erzeugen. Wenn auf der anderen Seite der Gehalt 5 Atomprozent überschreitet, so ist die er haltenene kristalline Phase spröde und als Ergebnis ist die amorphe Al-Legierung selbst spröde.An example of rare earth elements that at least as that a first additive element is usable, at least one from the group consisting of Y, La, Ce, Sm, Nd, and Md (Mixed metal or Auermetall) selected element, and their content is in a range of at least 0.1 atom percent set to a maximum of 5 atomic percent. If the Rare earth element content less than 0.1 atomic percent is, it is impossible to mix amorphous and to produce crystalline phases. If on the other hand the content exceeds 5 atomic percent, so it is held crystalline phase is brittle and as a result the amorphous Al alloy itself brittle.
Ein Beispiel des verwendbaren zweiten additiven Elements ist wenigstens ein aus der Gruppe bestehend aus Ni, Fe und Co ausgewähltes Element, und dessen Gehalt ist in einem Bereich von höchstens 10 Atomprozent eingestellt. Wenn der Gehalt des zweiten additiven Elements 10 Atomprozent über schreitet, so besteht die Neigung, daß in der erhaltenen kristallinen Phase Verbindungen auftreten, und die Bildungs fähigkeit der amorphen Phase für die gesamte Legierung wird durch eine Wechselbeziehung mit dem Gehalt des seltenen Erdelements verringert. Die untere Grenze des Anteils des zweiten additiven Elements ist bevorzugt 5 Atomprozent. Jeder Gehalt von weniger als 5 Atomprozent des zweiten additiven Elements resultiert während der Herstellung in unerwünschten Zuständen.An example of the second additive element that can be used is at least one from the group consisting of Ni, Fe and Co selected element, and its content is in one Range of at most 10 atomic percent. If the Content of the second additive element 10 atomic percent above progresses, there is a tendency that in the received crystalline phase connections occur, and the formation ability of the amorphous phase for the entire alloy through a correlation with the content of the rare Earth element reduced. The lower limit of the share of second additive element is preferably 5 atomic percent. Any content less than 5 atomic percent of the second additive element results in undesirable conditions.
Bevorzugt sind die Gehalte des vorherrschenden Metallele ments und der ersten und zweiten additiven Elemente in der amorphen Phase, die eine Matrix ist, mehr als diejenigen in der kristallinen Phase. Wenn dieses Verhältnis der Gehalte umgekehrt wird, besteht die Neigung, daß in der kristal linen Phase Verbindungen auftreten, die eine Versprödung der gesamten Legierung bewirken. Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens mit variierten Drehzahlen der Kühl rolle 1 werden amorphe Al-Legierungssorten A bis D mit Al89Y5Ni6 erzeugt (worin die verschiedenen Werte Atom prozent darstellen, was für jede der Legierungssorten zu trifft). Das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Kühlrolle 1 und dem Gehalt der kristallinen Phase wurde untersucht, wodurch sich die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte ergaben. Die Kristallstruktur der kristallinen Phase war aufgrund des Al vom fcc-Typ (kubisch flächenzentrierte Struktur) und der durchschnittliche Durchmesser der kri stallinen Phase wer in einem Bereich von wenigstens 300 Å bis höchstens 800 Å.Preferably, the contents of the predominant metal element and the first and second additive elements in the amorphous phase, which is a matrix, are more than those in the crystalline phase. If this ratio of the contents is reversed, there is a tendency that compounds occur in the crystalline phase which cause embrittlement of the entire alloy. Using the above-described method with varying speeds of the cooling roll 1 , amorphous Al alloy types A to D are produced with Al 89 Y 5 Ni 6 (in which the different values represent atomic percent, which applies to each of the alloy types). The relationship between the speed of the cooling roller 1 and the content of the crystalline phase was investigated, giving the values given in the table below. The crystal structure of the crystalline phase was in the range of at least 300 Å to at most 800 Å due to the fcc type Al (face centered cubic structure) and the average diameter of the crystalline phase.
Fig. 2 bis 5 zeigen Diagramme von Röntgenbeugungsbildern der amorphen Al-Legierungen A bis D. Die Gegenkathode der zur Messung verwendeten Röntgenröhre war Cu. Es wurde Kα- Strahlung verwendet. Fig. 2 to 5 are diagrams of X-ray diffraction images of the Al amorphous alloys A to D. The counter cathode ray tube used for the measurement was Cu. Kα radiation was used.
Die amorphe Al-Legierung A ist wegen der schnelleren Kühl geschwindigkeit eine amorphe einphasige Al-Legierung. In Fig. 2 erkennt man ein Halobild, das keinen steilen Peak aufweist und für die amorphe Phase typisch ist.The amorphous Al alloy A is an amorphous single-phase Al alloy because of the faster cooling speed. In FIG. 2, a Halo image that has no steep peak and is typical of the amorphous phase can be recognized.
Die amorphe Legierung B wurde mit einer um 1000 UpM geringeren Kühlrate hergestellt als die Legierung A. Bei der amorphen Legierung B hat ein Peak p1 auf als ein Ergebnis des Auftretens einer leichten kristallinen Phase, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Dieser Peak p1 ent spricht einer (111) Ebene des fcc.The amorphous alloy B was produced at a cooling rate lower than the alloy A by 1000 rpm. In the amorphous alloy B, a peak p 1 was raised as a result of the occurrence of a light crystalline phase, as shown in FIG. 3. This peak p 1 corresponds to a (111) level of the fcc.
Die amorphe Al-Legierung C wurde mit der halben Kühlrate hergestellt, mit der die Legierung A hergestellt wurde, und etwa 30% der gesamten amorphen Al-Legierung war eine kristalline Phase. Hierdurch treten ein höherer Peak p1 und niedrigere Peaks p2 bis p4 auf als ein Ergebnis des Auf tretens einer kristallinen Phase, wie dies in Fig. 4 dar gestellt ist. Von diesen Peaks p2 bis p4 entspricht der Peak p2 einer (200) Ebene des fcc; der Peak p3 entspricht eine (220) Ebene des fcc und der Peak p4 entspricht einer (311) Ebene des fcc.Amorphous Al alloy C was made at half the cooling rate at which alloy A was made, and about 30% of the total amorphous Al alloy was a crystalline phase. As a result, a higher peak p 1 and lower peaks p 2 to p 4 occur as a result of the occurrence of a crystalline phase, as shown in FIG. 4. Of these peaks p 2 to p 4 , the peak p 2 corresponds to a (200) plane of the fcc; peak p 3 corresponds to a (220) level of fcc and peak p 4 corresponds to (311) level of fcc.
Die amorphe Al-Legierung D wurde mit einer noch geringeren Kühlrate als der der Legierung C hergestellt, und etwa 40% der gesamten amorphen Al-Legierung war in einer kristal linen Phase. Hierdurch traten höhere Peaks p1 und p2 und niedrigere Peaks p3 und p4 auf als Ergebnis des Auftretens einer kristallinen Phase, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.The amorphous Al alloy D was manufactured at an even lower cooling rate than that of the alloy C, and about 40% of the total amorphous Al alloy was in a crystalline phase. As a result, higher peaks p 1 and p 2 and lower peaks p 3 and p 4 appeared as a result of the occurrence of a crystalline phase, as shown in FIG. 5.
Fig. 6 zeigt eine Beziehung zwischen dem Gehalt einer kri stallinen Phase und der Zugfestigkeit bei jeder der drei amorphen Al-Legierungen. In Fig. 6 entspricht eine Linie x1 der oben beschriebenen Al89Y5Ni6-Legierung, eine Linie x2 entspricht einer Al88Y2Ni10-Legierung und eine Linie x3 entspricht einer Al90Y6Ni4-Legierung. Fig. 6 shows a relationship between the content of a crystalline phase and the tensile strength in each of the three amorphous Al alloys. In FIG. 6, a line x 1 corresponds to the above-described Al 89 Ni 5 Y 6 alloy, a line x 2 represents an Al 88 Y 2 Ni 10 alloy, and a line x 3 corresponds to an Al 90 Y 6 Ni alloy 4 .
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist die Festigkeit jeder Legier ung erhöht, wenn der Gehalt der kristallinen Phase im Vergleich mit einer amorphen Einzel-Phase erhöht ist (der Gehalt der kristallinen Phase =0). Deswegen ist der Gehalt der kristallinen Phase bevorzugt in einem Bereich von wenig stens 5 Volumenprozent bis höchstens 40 Volumenprozent.As can be seen from Fig. 6, the strength of each alloy is increased when the content of the crystalline phase is increased in comparison with an amorphous single phase (the content of the crystalline phase = 0). Therefore, the content of the crystalline phase is preferably in a range from at least 5 percent by volume to at most 40 percent by volume.
In diesem Fall bei den durch die Linien x1 und x2 an gezeigten Al89Y5Ni6- und Al88Y2Ni10-Legierungen beginnt eine Versprödung nahe einem kristallinen Phasenanteil von 40 Volumenprozent. Andererseits beginnt bei der Legierung Al90Y6Ni4, die durch die Linie x3 angezeigt ist, eine Versprödung nahe einem kristallinen Phasengehalt von 20 Volumenprozent, und daher ist diese Legierung in der Zu sammensetzung nicht in der vorliegenden Erfindung enthalten.In this case, in the case of the Al 89 Y 5 Ni 6 and Al 88 Y 2 Ni 10 alloys shown by the lines x 1 and x 2, embrittlement begins near a crystalline phase fraction of 40 percent by volume. On the other hand, the Al 90 Y 6 Ni 4 alloy indicated by the line x 3 starts embrittlement near a crystalline phase content of 20% by volume, and therefore this alloy is not included in the composition in the present invention.
Der durchschnittliche Durchmesser der kristallinen Phase ist bevorzugt in einem Bereich von wenigstens 300 Å bis höchstens 800 Å eingestellt. Wenn der durchschnittliche Durchmesser geringer als 300 Å ist, ist die Bedeutung des Auftretens der kristallinen Phase verloren. Wenn der durch schnittliche Durchmesser 800 Å überschreitet, ist die Stabi lisierung der kristallinen Phase nicht erreicht und eine homogene Verteilung unmöglich, mit dem Ergebnis einer ver ringerten Festigkeit der gesamten amorphen Al-Legierung.The average diameter of the crystalline phase is preferably in a range of at least 300 Å to at most 800 Å. If the average Diameter is less than 300 Å, is the importance of Occurrence of the crystalline phase is lost. If the through average diameter exceeds 800 Å, the stabilizer is lization of the crystalline phase is not reached and a homogeneous distribution impossible, resulting in a ver reduced strength of the entire amorphous Al alloy.
Das seltene Erdelement ist ein Element, das zum Erreichen einer Nichtkristallisierung oder Bildung einer amorphen Pha se benötigt wird. Wenn jedoch ein seltenes Erdelement in einer Menge von mehr als einer bestimmten Menge in einem Kristallgitter (fcc) von eine kristalline Phase bilden dem Al aufgenommen ist, steigt die Gitterkonstante (α= 4,05 Å) des Kristallgitters an, mit dem Ergebnis einer Versprödung der amorphen Legierung, weil das seltene Erdelement einen relativ großen Atomradius hat (z. B. Y hat einen Radius von 1,8 Å).The rare earth element is an element that is to be achieved non-crystallization or formation of an amorphous Pha se is needed. However, if a rare earth element in a quantity of more than a certain quantity in one Crystal lattice (fcc) form a crystalline phase Al is taken up, the lattice constant increases (α = 4.05 Å) of the crystal lattice, resulting in embrittlement the amorphous alloy, because the rare earth element unites has a relatively large atomic radius (e.g. Y has a radius of 1.8 Å).
Wenn der Verhältniswert CR der seltenen Erdelementkompo nente in der kristallinen Phase definiert ist alsIf the ratio value C R of the rare earth element component in the crystalline phase is defined as
CR = a/a + bC R = a / a + b
wobei a den Gehalt in Atomprozent des seltenen Erdelements darstellt und b den Gehalt in Atomprozent des zweiten additiven Elements darstellt, so ist der Verhältniswert CR der seltenen Erdelementkomponente bei 0,5 oder weniger ein gestellt.where a represents the atomic percent content of the rare earth element and b represents the atomic percent content of the second additive element, the ratio C R of the rare earth element component is 0.5 or less.
Durch Einstellen des Verhältniswerts CR der seltenen Erd elementkomponente in der kristallinen Phase in der be schriebenen Weise ist es möglich, eine Gitterkonstante des Kristallgitters angenähert der von reinem Al zu erzeugen.By adjusting the ratio value C R of the rare earth element component in the crystalline phase in the manner described, it is possible to approximate a lattice constant of the crystal lattice to that of pure Al.
Eine derartige Konfiguration resultiert in einer relativ weichen kristallinen Phase, die in einer amorphen Phase mit größerer Härte dispergiert ist. Es wird daher angenommen, daß die gesamte amorphe Legierung eine verbesserte Festig keit hat, weil die kristalline Phase in einer Grenzfläche zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase die Belastung absorbiert.Such a configuration results in a relative soft crystalline phase with an amorphous phase greater hardness is dispersed. It is therefore assumed that the entire amorphous alloy has an improved strength because of the crystalline phase in an interface between the crystalline phase and the amorphous phase Load absorbed.
Fig. 7 bis 9 zeigen Beziehungen zwischen dem Verhältnis wert CR (a/a+b, wobei a einen Y-Gehalt und b) einen Ni- Gehalt darstellt) von Y in einer auf Al-Y-Ni basierenden amorphen Legierung mit einem kristallinen Phasenanteil von 20 Volumenprozent und der Gitterkonstante eines Kristall gitters in einer kristallinen Phase, der Zugfestigkeit be ziehungsweise dem Elastiziätsmodul (Young′s Modul). FIGS. 7 to 9 show relationships between the ratio value C R (a / a + b where a has a Y content, and b) a Ni representing) content of Y in an Al-based-Y-Ni amorphous alloy with a crystalline phase fraction of 20 percent by volume and the lattice constant of a crystal lattice in a crystalline phase, the tensile strength or the elasticity module (Young's module).
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist es durch Einstellen des Verhältniswerts CR von Y bei nicht größer als 0,5 möglich, eine Gitterkonstante angenähert der von reinem Al (4,05 Å) vorzusehen.As can be seen from Fig. 7, by setting the ratio C R of Y to not larger than 0.5, it is possible to provide a lattice constant approximating that of pure Al (4.05 Å).
Zusätzlich kann, wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, die Zugfestigkeit und das Elastizitätsmodul bei höheren Werten erhalten werden, und zwar durch Einstellen des Ver hältniswerts CR von Y bei nicht mehr als 0,5.In addition, as can be seen from Figs. 8 and 9, the tensile strength and elastic modulus can be obtained at higher values by setting the ratio value C R of Y to not more than 0.5.
Aus der oben beschriebenen Beziehung a / a + b 0,5 wird eine Beziehung a b erhalten. Dies bedeutet, daß der Gehalt eines teuren seltenen Erdelements wie eta Y, La und Ce usw. reduziert werden kann, was die Kosten einer amor phen Al-Legierung deutlich reduziert.The relationship a / a + b described above becomes 0.5 get a relationship a b. This means that the Content of an expensive rare earth element such as eta Y, La and Ce etc. can be reduced, which is the cost of an amor phen Al alloy significantly reduced.
Fig. 10 zeigt die Beziehung zischen dem Y-Gehalt und der Gitterkonstante eines Kristallgitters in einer kristallinen Phase bei jeder auf Al100-xYy basierenden amorphen Legierung (angezeigt durch eine Linie y1) und einer auf Al98-xYxNi2 basierenden amorphen Legierung (angezeigt durch eine Linie y2), wenn die Gehalte der kristallinen Phase in einem Bereich von 5 bis 40 Volumenprozent eingestellt sind. Aus den Linien y1 und y2 in Fig. 10 ist ersichtlich, daß die Gitterkonstante im wesentlichen konstant ist, wenn der Y- Gehalt gleich oder kleiner als 2 Atomprozent ist, jedoch steigt die Gitterkonstante an, wenn der Y-Gehalt 2 Prozent des Atomgewichts überschreitet. Fig. 10 shows the relationship between the Y content and the lattice constant of a crystal lattice in a crystalline phase in each amorphous alloy based on Al 100-x Y y (indicated by a line y 1 ) and one based on Al 98-x Y x Ni 2 based amorphous alloy (indicated by a line y 2 ) when the contents of the crystalline phase are set in a range from 5 to 40 volume percent. From lines y 1 and y 2 in Fig. 10, it can be seen that the lattice constant is substantially constant when the Y content is equal to or less than 2 atomic percent, but the lattice constant increases when the Y content is 2 percent of the Atomic weight exceeds.
Daher ist bei den auf Al98-xYxNi2 basierenden amorphen Legierungen der Y-Gehalt in einem Bereich von wenigstens 0,5 Atomprozent bis höchstene 2 Atomprozent eingestellt, um die Festigkeit sicherzustellen.Therefore, in the Al 98-x Y x Ni 2 based amorphous alloys, the Y content is set in a range from at least 0.5 atomic percent to a maximum of 2 atomic percent to ensure the strength.
Fig. 11 bis 13 zeigen Thermokurven der Differentialther moanalyse für drei Al89Y5Ni6 Legierungen, welche amorphe Al-Legierungen sind. Fig. 11 entspricht der Legierung mit einer einzelnen amorphen Phase, Fig. 12 entspricht der Legie rung mit einem kristallinen Phasenanteil von 26 Volumenpro zent und Fig. 13 entspricht der Legierung mit einem kristal linen Phasenanteil von 37 Volumenprozent. Figs. 11 to 13 show thermal curves for three thermoanalysis Al 89 Ni 5 Y 6 alloys Al amorphous alloys are the Differentialther. Fig. 11 corresponds to the alloy with a single amorphous phase, Fig. 12 corresponds to the alloy with a crystalline phase fraction of 26 volume percent and Fig. 13 corresponds to the alloy with a crystalline phase fraction of 37 volume percent.
Die Kristallisationstemperatur Tx der amorphen einphasigen Al-Legierung nach Fig. 11 ist 89°C, neigt jedoch zu graduel lem Anstieg, wenn der kristalline Phasenanteil erhöht wird. Aus diesem Grund ist die Kristallisationstemperatur Tx der amorphen Al-Legierung nach Fig. 12 auf 99°C angehoben, und die Kristallinsationstemperatur Tx der amorphen Al-Legie rung nach Fig. 13 ist auf 109°C angehoben.The crystallization temperature Tx of the amorphous single-phase Al alloy shown in FIG. 11 is 89 ° C, but tends to increase gradually as the crystalline phase portion is increased. For this reason, the crystallization temperature Tx of the amorphous Al alloy shown in FIG. 12 is raised to 99 ° C, and the crystallization temperature Tx of the amorphous Al alloy shown in FIG. 13 is raised to 109 ° C.
Aus einem Vergleich der Wärmeerzeugungswerte nach dem Über schreiten der Heiztemperatur über die Kristallisationstem peratur Tx, d. h. der Höhe der Peaks, kann zusätzlich gesehen werden, daß die Höhe der Peaks für die amorphe einphasige Al-Legierung von Fig. 11 die höchste ist, und die Höhe des Peaks wird verringert mit der Erhöhung des kristallinen Phasengehalts. Dies bedeutet, daß die Menge der durch Kristallisation erzeugten kristallinen Phase geringer ist.In addition, from a comparison of the heat generation values after the heating temperature exceeds the crystallization temperature Tx, that is, the height of the peaks, it can be seen that the height of the peaks for the amorphous single-phase Al alloy of FIG. 11 is the highest, and the The height of the peak is reduced as the crystalline phase content increases. This means that the amount of crystalline phase produced by crystallization is less.
Wenn somit ein Material aus einer amorphen Al-Legierung mit einer thermischen Charakteristik nach den Fig. 12 und 13 gebildet wurde und ein solches Material einer heißplasti schen Bearbeitung, z. B. einer Heißextruktion unterworfen wird, so ist die thermische Steuerung für das Material relativ einfach.Thus, if a material made of an amorphous Al alloy with a thermal characteristic according to FIGS. 12 and 13 was formed and such a material of a hot plastic processing, z. B. is subjected to hot extraction, the thermal control for the material is relatively simple.
Es sollte bemerkt werden, daß eine kristalline Phase auf tritt, auch wenn eine amorphe einphasige Al-Legierung einer thermischen Behandlung unterworfen wird. Jedoch ist die kristalline Phase in diesem Fall wegen der erhöhten Wachs tumsrate der kristallinen Partikel zusammengewachsen. Zu sätzlich sind die Zähigkeit und Festigkeit im Vergleich zu denen der erfindungsgemäßen amorphen Al-Legierung redu ziert, weil die Dispersion heterogen ist und darüber hinaus eine Segregation der kristallinen Phase erzeugt wird. Es ist verständlich, daß amorphe Mg-Legierungen, die als vor herrschendes Metallelement eher Mg als Al enthalten, ebenso im Rahmen der Erfindung enthalten sind.It should be noted that there is a crystalline phase occurs even if an amorphous single-phase Al alloy of a is subjected to thermal treatment. However, that is crystalline phase in this case because of the increased wax growth rate of the crystalline particles. To toughness and strength are also compared to those of the amorphous Al alloy redu graces because the dispersion is heterogeneous and beyond segregation of the crystalline phase is generated. It it is understandable that amorphous Mg alloys, which are as before dominant metal element containing Mg rather than Al, as well are included in the scope of the invention.
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