金属ガラス形成能の低域雰囲気圧力依存性の解明と応用

• Project/Area Number: 18029003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 加藤 秀実 Tohoku University, 金属材料研究所, 助教 (80323096)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥6,200,000 (Direct Cost: ¥6,200,000); Fiscal Year 2007: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2006: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: 金属ガラス / ガラス形成能 / 準結晶 / 相変態 / ナノ結晶 / 核生成理論

Research Abstract

Zr_<65>Al_<7.5>Ni_<10>Cu_<17.5-x>Pd_x(x=0-17.5at%)合金溶湯の銅鋳型鋳造による冷却速度のAr雰囲気圧力(2×10^<-3>〜10^5Pa)依存性について調査した。Tg+160K(Tg:ガラス遷移温度)以下の温度範囲で冷却が鈍る現象がPd量および雰囲気圧力に依存せずに観察された。冷却中にこの温度域で過冷却液体(SCL)表面と鋳型表面の間に空間が形成・成長し、冷却速度が雰囲気ガス種・圧力に大きく依存することを、試料および鋳型表面粗さ観察等によって確認した。溶湯の熱収縮速度に対して粘性流動速度が下回る過冷却液体低温域においてこの空間が形成されるため、この温度域に相変態点を持つ合金のガラス形成能は雰囲気圧力に大きく左右されることになる。連続冷却変態曲線を各Pd量合金で調査したところ、x>5at%以上のPdを含む合金がこれに該当することがわかった。ところで、これらの合金はTg直上に相変態曲線を有するため、変形誘起によってせん断帯内に生じる過冷却液体状態の熱的安定性は極めて小さく、動的ナノ結晶化が生じ易いと予想される。実際に5at%以上のPdを含む合金では、室温圧縮塑性変形量が6-7%に達している一方で、これ以下のPd添加合金では1%程度に留まることがわかった。変形後の前者の試料におけるせん断帯内部を透過型電子顕微鏡で観察したところ、fcc-Zr_2Niナノ結晶によって構成される帯状組織が観測されたが、後者の試料においてはこのような組織は発達していないことが分った。以上より、Tg直上に相変態曲線を有する金属ガラス合金系は、鋳型急冷によるガラス形成能の雰囲気圧力が大きく、室温における塑性変形能も大きいことが明らかになった。

Research Products

• [Journal Article] Softening and heating behaviors during the nonlinear viscous flow in a Zr-based bulk metallic glass (2007)
  • Author(s): H. Kato, A. Inoue and H. S. Chen
  • Journal Title: Journal of Non-crystalline Solids 353 Pages: 3764-3768
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Origin of the effect of the gas atmosphere during mold-casting Zr_<65>Al_<10>Ni_5Cu_<17.5> bulk metallic glassy or nanoquasicrystal-forming alloy (2007)
  • Author(s): A. D. Setyawan, H. Kato, J. Saida, A. Inoue
  • Journal Title: Materials Transactions 48 Pages: 1266-1271
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deformation induced nanoscale dynamic transformation studies in Zr-Al-Ni-Pd and Zr-Al-Ni-Cu bulk metallic glasses (2007)
  • Author(s): J. Saida, H. Kato, A. D. Setyawan, A. Inoue
  • Journal Title: Materials Transactions 48 Pages: 1266-1271
  • NAID: 10019486426
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for effect of hydrostatic pressure during casting on glass-forming ability in Zr_<65>Al_<7.5>Ni_<10>Cu_<17.5-x>Pd_x (x=0-17.5) alloys (2007)
  • Author(s): A. D. Setyawan, H. Kato, J. Saida, A. Inoue
  • Journal Title: Mater. Sci. Eng A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing 449 Pages: 903-906
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal conductivity of an alloy in relation to observed cooling rate and glass forming ability (2007)
  • Author(s): D. V. Louzguine-Luzgin, A. D. Setyawan, H. Kato, A. Inoue
  • Journal Title: Philosophical Magazine 87 Pages: 1845-1854
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On structural relaxation and viscous work heating during the non-Newtonian viscous flow in a Zr_<55>Al_<10>Ni_5Cu_<30> bulk metallic glass (2006)
  • Author(s): H.Kato, A.Inoue, H.S.Chen
  • Journal Title: Acta Mater. 54 Pages: 891-898
• [Journal Article] Fragility and thermal stability of Pt- and Pd- based bulk glass forming liquids and their correlation with deformability (2006)
  • Author(s): H.Kato, T.Wada, M.Hasegawa, A.Inoue, J.Saida, H.S.Chen
  • Journal Title: Scripta Mater. 54 Pages: 2023-2027
• [Journal Article] Influence of thermal conductivity on the glass-forming ability of Ni-based and Cu-based alloys (2006)
  • Author(s): DV.Louzgunie-Luzgin, AD Setyawan, H.Kato, A.Inoue
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. 88 Pages: 251902-251902
• [Journal Article] Hydrogen-induced internal friction of Ti-rich multicomponent glassy alloys (2006)
  • Author(s): M.Hasegawa, M.Takeuchi, H.Kato, S.Yamaura, A.Inoue
  • Journal Title: Mater. Sci. Eng. A442 Pages: 106-108
• [Journal Article] Internal friction of and mechanical strength on hydrogenated Ti-rich multicomponent glassy alloys (2006)
  • Author(s): M.Hasegawa, M.Takeuchi, D.Nagta, T.Wada, H.Kato, S.Yamaura, A.Inoue
  • Journal Title: Key Eng. Mater 319 Pages: 139-143
• [Presentation] Implication of the thermal expansion coefficient on Tg in metallic glass (2007)
  • Author(s): H. Kato, H. S. Chen, A. Inoue
  • Organizer: The 2nd International Workshop on NANO and Amorphous Materials
  • Place of Presentation: 仁川 韓国
  • Year and Date: 2007-12-13
• [Presentation] Another key to understand the yield phenomenon in a Zr-based bulk metallic glass (2007)
  • Author(s): H. Kato, H. Igarashi, A. Inoue
  • Organizer: MRS Fall 2007
  • Place of Presentation: ボストン アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2007-11-29
• [Presentation] Glass formation dependence on casting atmosphere in Zr-Al-Ni-Cu-Pd alloy system (2007)
  • Author(s): H. Kato, A. D. Setyawan, J. Saida, A. Inoue
  • Organizer: Japan-Korea Asian Core Program 第3回日韓金属ガラスワークショップ
  • Place of Presentation: 宮城蔵王ロイヤルホテル
  • Year and Date: 2007-09-27
• [Presentation] 金属ガラスの降伏歪の温度依存性と合金系による変化 (2007)
  • Author(s): 加藤秀実, 五十嵐仁
  • Organizer: 日本金属学会2007年秋期大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 2007-09-19
• [Presentation] Temperature dependence of the yield strain of a Zr-based metallic glass at the glassy state (2007)
  • Author(s): H. Kato, H. Igarashi, A. Inoue
  • Organizer: ISMANAM2007
  • Place of Presentation: コルフ ギリシャ
  • Year and Date: 2007-08-29
• [Presentation] Development of Mg-based Bulk Metallic Glass and its composite (2007)
  • Author(s): H. Kato, M. Kinaka, A. Inoue
  • Organizer: Workshop on Advanced Magnesium Alloys and Their Applications
  • Place of Presentation: 上海交通大学(中国)
  • Year and Date: 2007-08-02
• [Presentation] Zr基金属ガラスの降伏現象の温度依存性について (2007)
  • Author(s): 加藤秀実, 五十嵐仁, 井上明久
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会平成19年度春季大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学国際会議場
  • Year and Date: 2007-06-06
• [Remarks]
  • URL: http://glasmet.imr.tohoku.ac.jp/