金属ガラスのナノ結晶化のメカニズムの解明とその応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15074221
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 宝野 和博 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, ディレクター (60229151)
• 研究分担者: 大沼 正人 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, 主任研究員 (90354208) ; 平 徳海 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, 主任研究員 (80354207) ; 大久保 忠勝 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, 主任研究員 (00242462)
• キーワード: 金属ガラス / ナノ結晶 / ナノ組織 / 相分離 / アモルファス / 電子顕微鏡 / アトムプローブ / 小角散乱

研究概要

3次元アトムプローブ(3DAP)、高分解能電子顕微鏡法(HREM)、電子線回折(ED)、小角散乱法(SAS)を主たる解析手法として、金属ガラスの結晶化のメカニズム解明を行うと同時に結晶化を利用した金属ガラスのナノ組織制御の可能性を検討した。具体的には、
(1)ガラス形成能の優れた金属ガラスの結晶化前駆段階での相分離の検証:多くの金属ガラスで熱的安定性の一つの要因として、ガラス状態での相分離が提案されているが、熱力学的に金属ガラスでの相分離が起こり得るのかどうかについては多くの議論がある。そこで従来過冷却液体中で相分離が起こるとされている金属ガラスのガラス遷移点近傍での構造・組織変化を3DAP, HREM, ED, SAS、熱分析法(DSC)により詳細に調査し、バルク形成能の高い金属ガラスの過冷却液体状態での相分離の検証、相分離傾向とガラスの安定性の因果関係、金属ガラスのナノ結晶化のメカニズムについて包括的な実験研究を行った。その結果、従来の研究で相分離が起こるとされていたZr_<41.2>Ti_<13.8>Cu_<12.5>Ni_<10>Be_<22.5>,Zr_<52.5>Cu_<17.9>Ni_<14.6>Al_<10>Ti_5,Zr_<36>Ti_<24>Be_<40>金属ガラスはいずれも結晶化の前駆段階として相分離を起こさないことを実験的に明らかにした。
(2)高特性材料を目指したナノコンポジット組織の制御:金属ガラスの結晶化を積極的に応用してナノ組織制御を行うことにより、金属ガラス単相では得られない力学特性(高強度、高靱性)や磁気特性(軟磁性、硬質磁性)の発現を試みる。La-Zr-Ni-Cu-Al系金属ガラスにおいて液体急冷中に液相中で相分離が進行し、2相金属ガラス組織が得られることを初めて明らかにした。現在、その2相金属ガラス組織の力学特性、化学的特性を評価して、応用に繋がる可能性があるかを検討している。

研究成果

• [文献書誌] Y.Yoshizawa, S.Fujii, D.H.Ping, M.Ohnuma, K.Hono: "Magnetic properties of nanocrystalline FeMCuNbSiB alloys (M : Co, Ni)"Scripta Mater.. 48. 863-868 (2003)
• [文献書誌] M.Ohnuma, D.H.Ping, T.Abe, H.Onodera, K.Hono, Y.Yoshizawa: "Optimization of the microstructure and properties of Co-substituted Fe-Si-B-Nb-Cu nanocrystalline soft magnetic alloys"J.Appl.Phys.. 93. 9186-9194 (2003)
• [文献書誌] B.S.Murty, D.H.Ping, K.Hono, H.Kimura, A.Inoue: "Microstructure and mechanical property correlation in rapidly solidified high strength Al_<94>Fe_4V_2 alloy"Mater.Trans.. 44 No.10. (2003)
• [文献書誌] Y.Q.Wu, M.J.Kramer, Z.Chen, B.M.Ma, D.H.Ping, K.Hono: "Microstructural control of Nb addition in nanocrystalline hard magnets with different Nd content"IEEE Trans.Mag.. 39. 2935-2937 (2003)
• [文献書誌] D.Nagahama, D.H.Ping, M.Ohnuma, H.Sasaki, K.Kita, K.Hono: "Age hardening of ultrafine grained Al-Ti-Cr alloys fabricated by continuous electron beam evaporation"Mater.Trans.. 44 No.10. (2003)
• [文献書誌] D.Nagahama, T.Ohkubo, K.Hono: "Crystallization of Zr_<36>Ti_<24>Be_<40> metallic glass"Scripta Mater.c. 49. 729-734 (2003)
• [文献書誌] M.Ohnuma, K.Hono, T.Yanai, H.Fukunaga, Y.Yoshizawa: "Direct evidence for structural origin of stress-induced magnetic anisotropy in Fe-Si-B-Nb-Cu nanocrystalline alloys"Appl.Phys.Lett.. 83. 2859-2861 (2003)
• [文献書誌] K.Kajiwara, M.Ohnuma, T.Ohkubo, D.H.Ping, K.Hono: "APFIM/TEM/SAXS studies of early stage crystallization of a Zr_<52.5>Cu_<17.9>Ni_<14.6>Al_<10>Ti_5 metallic glass"Mater.Sci.Eng.A. (in press). (2004)
• [文献書誌] H.Hashino, Y.Tazaki, H.Ino, T.Ohkubo, K.Hono: "Effects of Zr and C addition in melt-spun Nd-Fe-B permanent magnets"J.Mag.Mag.Mater.. (in press). (2004)
• [文献書誌] B.S.Murty, K.Hono: "On the Criteria for the Formation of Nanoquasicrystalline Phase"Appl.Phys.Lett.. 84. 1674-1676 (2004)
• [文献書誌] D.H.Ping, K.Hono, T.Hidaka, T.Yamamoto, A.Fukuno: "Microstructure characterization of α-Fe/Sm-Fe-Nnanocomposite hard magnetic materials"J.Mag.Mag.Mater.. (in press). (2004)
• [文献書誌] R.Gopalan, D.H.Ping, K.Hono, M.Q.Huang, B.R.Smith, Z.Chen, B.M.Ma: "Microstructure and magnetic properties of melt-spun Sm(Co_<0.58>Fe_<0.31>Cu_<0.04>Zr_<0.05>B_<0.02>)_z alloys"S J.Appl.Phys.. (accepted). (2004)
• [文献書誌] S.Scudino, D.Nagahama, J.Eckert, U.Kuhn, K.Hono, L.Schultz: "Microstructure evolution upon devitrification and crystallization kinetics of Zr_<57>Ti_8Nb_<2.5>Cu_<13.9>Ni_<11.1>Al_<7.5> melt-spun glassy ribbons"J.Appl.Phys.. (accepted). 729-734 (2004)
• [文献書誌] A.A.Kundig, M.Ohnuma, D.H.Ping, T.Ohkubo, K.Hono: "In-situ formed two-phase metallic glass with surface fractal microstructure"Acta Mater.. (accepted). (2004)