ナノ金属粒子分散型高強度アモルファス合金の研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04403014
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 増本 健 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20005854)
• 研究分担者: 菊地 迪夫 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30204837) ; 祭 安邦 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90225681) ; 木村 久道 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00161571)
• キーワード: 液体急冷法 / 低温焼なまし / ナノAl粒子 / 分散強化 / 固溶体型元素 / アモルファス相 / 部分結晶化 / 耐熱強度

研究概要

これまでの研究において、アモルファス相中にナノ粒径の金属粒子を均一分散させることにより、Al基、Mg基、Fe基、Ni基などのアモルファス合金の引張強度が約1.3〜1.5倍も上昇するとともに、伸びも増大する新現象を見出している。本年度では、この引張強度と伸びのより一層の増大を図るとともに、このナノ金属粒子分散法によるアルファス相の強化の極限を見極めることを目的のひとつとして研究を行った。すなわち、ナノAl粒子分散型アモルファス相が得られることが知られいてるAl-Ni-Ce系合金に、Alに対して非溶型、非固溶型および固溶型の各元素(M)を添加したAl-Ni-Ce-M系4元合金の液体急冷リボン材の組織と機械的性質の温度依存性を系統的に調ベた。その結果、ナノAl粒子のより一層の微細化には、非溶型や非固溶型の元素の添加は効加は効果を持た無いが固溶型の元素はきわめて有効であることが明らかになった。たとえば、Al-Ni-Ce-Cu系のアモルファス合金を約150〜200℃で焼なましする時、約2〜3nm径のAl粒子が約3nmの間隔で均質に析出する。このAl粒子径は、Al-Ni-Ce系3元合金でのAl粒子径に比べて約1/3〜1/4であり、Cuの少量添加がナノAl粒子径の微細化に効果的であると判明した。同様な添加効果は、Ag、Znにおいても認められた。ナノAl粒子の微細化に併って、引張強さの上昇率はより一層向上し、1.5倍以上になるとともに、耐熱強度も大きく上昇し、300℃において1000Mpaにも達する高強度化が達成できることが明らかになった。Cu、Ag、Znなどの固溶体型元素の添加によるナノAl粒子の微細化は、Al粒子が成長するためには、これらの固溶型元素が固溶しなければならないことに起固していると孝えられる。本年度の研究において得られた成果は、次年度以降のより高強度化を達成するために重要であり、Al-Ni-Ce-Cu系合金において1800Mpaにも達する高強度が得られるものと期待される。

研究成果

• [文献書誌] Yeong-Hwan KIM: "Mechanical properties of Al88(Y1-xCex)2Ni9Fel(x=0,0.5,1)amorpous alloys containing Nanoscale fcc-Al particles" 42No.4. 217-223 (1992)
• [文献書誌] A.Inoue: "Fabrication and Mechanical Properties of Mg-Zn-La Amorphous Alloys Containing Nanoscale hcp-Mg particles" Materials Transactions,JIM. 33No.4. 360-363 (1992)
• [文献書誌] A.Inoue: "A Large Tensile Elongation Induced by Crysral-Lization in an Amorphous Al88Ni10Ce2Alloy" Materials Transactions,JIM. 33No.5. 487-490 (1992)
• [文献書誌] A.Inoue: "Increase in Mechanical Strength of Ni-Si-B Amorphous Alloys by Dispersion of Nanoscale fcc-Ni Particles" Materisls Transactions,JIM. 33No.5. 491-496 (1992)
• [文献書誌] A.Inoue: "Elevated-Temperature Strength of an Al88Ni9Ce2 Fel Amorphous Alloy Containing Nanocsale fee-Al particles" Materials Transactions,JIM. 33No.7. 669-674 (1992)
• [文献書誌] A.Inoue: "Mg-Cu-Y Bulk Amorphous Alloys with High Tensile Strength Produces by a High-Pressure Die Casting Method" Materials Transacions,JIM. 33No.10. 937-945 (1992)