金属系過冷却液体の粘性の本質的解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450261
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 河村 能人 熊本大学, 工学部, 助教授 (30250814)
• 研究分担者: 安藤 新二 熊本大学, 工学部, 講師 (40222781) ; 大友 季哉 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助手 (90270397) ; 西田 稔 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (90183540) ; 三浦 秀士 熊本大学, 工学部, 教授 (30117254)
• キーワード: 過冷却液体 / 粘性 / アモルファス合金 / 金属ガラス / ガラス遷移

研究概要

(1)これまで、Zr-Al-Ni-Cu合金とLA-Al-Ni合金の金属-金属系過冷却液体、ならびにPd-Ni-P合金の金属-半金属系過冷却液体の粘性を調査してきたが、金属過冷却液体の特徴を明らかにすることを目的に、金属-半金属系のPt_<60>Ni_<15>P_<25>過冷却液体の粘性を、等歪速度引張試験、等温クリープ試験、等速加熱定加重圧縮試験により調査した。その結果、Pt_<60>Ni_<15>P_<25>過冷却液体の粘性の温度と歪速度依存性を明らかにする共に、粘性の構成式を求めることができた。また、過冷却液体の平衡粘性を10^5〜10^<14>Pasという広い範囲に渡って求めることができた。さらに、拡張指数係数βが0.9であり、Pt_<60>Ni_<15>P_<25>過冷却液体は、高分子などに比べて構造の均一性が高い液体であることが分かった。また、平衡粘性の温度依存性を調査した結果、Pt_<60>Ni_<15>P_<25>過冷却液体のフラジリティーインデックスmの値は50であり、金属-半金属系のPd_<40>Ni_<40>P_<20>過冷却液体の46と近い値を示し、金属-金属系過冷却液体に比べてフラジャイルな液体であることが明らかになった。
(2)金属過冷却液体のヤング率の温度依存性を調査することを目的に、Zr_<55>Al_<10>Ni_5Cu_<30>金属ガラスのヤング率を超音波伝搬法を用いて室温から結晶化温度まで調査した。その結果、ヤング率は温度の上昇に伴う変化率は、ガラス遷移温度以下のガラス固体状態では-14MPa/Kと小さいが、ガラス遷移温度以上の過冷却液体状態では-89MPa/Kと大きくなることが明らかになった。また、結晶化によって、ヤング率が約1.5倍に増加することも分かった。
(3)金属過冷却液体のニュートン粘性変形と非ニュートン粘性の構造の違いを明らかにする目的で、Pd_<40>Ni_<40>P_<20>バルク金属ガラスを用いて、過冷却液体状態において非ニュートン粘性領域で変形させた試料と、それを熱処理により充分構造緩和させた試料の構造解析を中性子非弾性散乱法と中性子小角散乱法を用いて行った。中性子非弾性散乱実験の結果、両者にわずかながら構造の差が出ていることが分かった。また、中性子小角散乱実験の結果、両試料に差は認められなかったが、一般のガラスにはない小角散乱があることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kawamura: "Superplasticity in Fe-Based Metallic Glass with Wide Supercooled Liquid Region"Mater. Sci. Eng.. A304-306. 735-739 (2001)
• [文献書誌] Y.Kawamura: "Newtonian and Non-Newtonian Viscosity of Supercooled Liquid in Metalli Glasses"Mater. Sci. Eng.. A304-306. 674-678 (2001)
• [文献書誌] Y.Kawamura: "Superplastic Bonding of Bulk Metallic Glasses by Friction Method"Scripta Mater.. 44. 1599-1604 (2001)
• [文献書誌] 河村 能人: "高速超塑性を利用した金属ガラスの粉末固化・鍛造加工技術の開発とゴルフクラブへの応用"まてりあ. 40. 280-282 (2001)
• [文献書誌] H.Kato: "Modeling of Stress-Strain Curves for Pd_<40>Ni_<40>P_<20> Glass Alloy under Constant Strain-Rate Deformation"Mater. Sci. Eng.. A304-306. 758-762 (2001)
• [文献書誌] 河村 能人: "金属ガラス粉末の固化成形および鍛造成形と工業化"粉体および粉体冶金. 48. 845-853 (2001)
• [文献書誌] T.Mukai: "Influence of Strain Rate on the Tensile Mechanical Behavior in Pd_<40>Ni_<40>P_<20> Bulk Metallic Glass"Impact Engineering and Application. 577-582 (2001)
• [文献書誌] H.Kato: "Synthesis and Viscosity of Zr-based Bulk Glassy Alloy Containing ZrC Particles"Mat. Res. Soc. Sympo.. 644. L11.9-L11.9.6 (2001)
• [文献書誌] T.Mukai: "Dynamic Response of a Pd_<40>Ni_<40>P_<20> Bulk Metallic Glass in Tension"Scripta Mater.. 46. 43-47 (2002)
• [文献書誌] Y.Kawamura (分担): "Amorphous and Nanocrystalline Materials"Springer-Verlag. 10 (2001)