JPH0610282B2 - アモルフアス金属成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄系元素を主体とするアモルファス金属成形
体の製造方法に関する。アモルファス金属は、非晶質構
造をとるため、機械的強度が大きく、熱膨脹係数、放射
線損傷が小さく、化学的耐蝕性および耐摩耗性に優れて
いる。また特に磁性体としての非晶質材は、結晶粒界な
どの構造上の欠陥がないこと、結晶磁気異方性が存在し
ないこと、保磁力、比透磁率に著しい改善がみられるこ
と、高い電気抵抗率を持つことなどの優れた性質を有し
ている。このためアモルファス金属は、夢の材料ともい
われ、電磁コア、各種センサ、電磁クラッチなど極めて
広範囲の用途が期待されている。本発明の製造方法によ
れば、空隙の少ないバルク（塊）状で複雑な形状をもつ
アモルファス金属成形体を製造できる。従ってモータ用
鉄心（第３図）、変圧器の鉄心（第４図）、電磁コイル
の鉄心（第５図）、電磁ピックアップ（第６図）、電磁
コア、電磁クラッチ、各種センサなどの製造に利用でき
る。

［従来の技術］ 上記したアモルファス金属は１０^７℃／ｓｅｃ程度で冷
却する液体急冷法、スパッタ法、蒸着法によって形成さ
れているため、リボン状、粉末状、細線状、薄膜状しか
製造できない。又アモルファス金属は、熱に対して極め
て弱く、３００〜４００度に加熱するとアモルファス性
は損なわれ、溶接等の加工は行なえない。そのためバル
ク（塊）状に製造することができなかった。故に、アモ
ルファス金属は上記した優れた性質を有し夢の材料とも
いわれているにもかかわらず、特殊の形状を持つ部材に
しか適用できず、用途が狭く限定されていた。そこで近
時、本発明者らは、アモルファス金属粉末に爆発成形を
施せば、アモルファス性を損なうことなく、バルク
（塊）状の成形体を得ることを発見した。然し爆発成形
を行なっただけでは、バルク（塊）状の成形体を形成し
得るものの、成形体の内部に少量の空隙が残留し、この
少量の空隙が磁気特性、機械的性質等に悪影響を及ぼ
す。

［発明の目的］ 本発明は上記した従来技術の実情に鑑みなされたもので
ある。従って第１の発明、第２の発明の目的は、空隙を
少なくし得るアモルファス金属成形体の製造方法を提供
するにある。

［発明の概要］ 本発明者はアモルファス金属について上記目的のもとに
鋭意研究した結果アモルファス金属粉末とアモルファス
金属超微粉末とを混合して混合粉末を形成したり、アモ
ルファス金属粉末と金属超微粉末とを混合して混合粉末
を形成したり、粒径の異なるアモルファス金属粉末とを
混合して混合粉末を形成したりし、この混合粉末に爆発
成形などの高エネルギ速度加工を施せば、空隙をかなり
減らし得るかほとんど無くして成形体を形成することが
できることを発見した。又、縦断面積と横断面積との比
が近い粒径のアモルファス金属粉末に高エネルギ速度加
工を施したときにも、空隙をかなり減らしうることを発
見した。本発明はかかる発見に基くものである。

［第１の発明の構成］ 第１の発明に係るアモルファス金属成形体の製造方法
は、鉄系元素を主体とする粒径１０〜２００μｍのアモ
ルファス金属粉末と、鉄系元素を主体とする粒径５０〜
１０００オングストロームのアモルファス金属超微粉末
とを混合して混合粉末を形成し、該混合粉末を高エネル
ギ速度加工することにより固結し、成形体を形成するこ
とを特徴とするものである。

〔第１の発明の構成の詳細な説明〕 以下、（アモルファス金属粉末）（アモルファス金属超
微粉末）（金属超微粉末）（工程）に分けて詳細に説明
する。

（アモルファス金属粉末） 第１の発明で用いるアモルファス金属粉末は鉄系元素を
主体とする粉末である。ここで鉄系元素とは鉄（Ｆ
ｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）を意味す
る。鉄系元素を主体とするアモルファス金属粉末は、鉄
系元素と半金属（燐（Ｐ）、炭素（Ｃ）、ボロン
（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）など）との合金、あるいは鉄
系元素と希土類金属（Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙなど）との合金
を用いることができる。代表的なアモルファス金属粉末
としては、Ｆｅ_７０Ｃｏ_１５Ｂ_１５、Ｆｅ_８０Ｂ_１５Ｓ
ｉ_５、Ｆｅ_４０Ｎｉ_４０Ｐ_１４Ｂ_６、Ｆｅ_７０Ｃｏ_１５
Ｂ_１５、Ｃｏ_８０Ｂ_１５Ｃ_１５、Ｎｉ_７８Ｂ_２Ｓｉ_１０
などがある。（ここで７０、１５、５などの数値は原子
％を示す。）アモルファス金属粉末の粒子形状は、対称
性に優れた球状、細長いひょうたん状が良いが、場合に
よっては薄片状でもよく、リボン状、線状のもの破砕し
たものでもよい。

本発明ではアモルファス金属粉末の粒状は１０〜２００
μｍ程度のものを用いる。ここで１０〜２００μｍと数
値を限定した理由は以下のようである。即ち１０μｍ未
満では粉末粒子の表面積に比べて粉末粒子の体積が小さ
くなる。そのため爆発成形などの高エネルギ速度加工を
施したときにアモルファス金属粉末の粒子表面で発生す
る熱を、該粒子の内部へ奪いとることが不充分となる。
その結果該粒子表面に存するアモルファス金属超微粉末
のアモルファス性が失われ易くなるからである。また２
００μｍを越えると、粉末充填密度が低くなり、粉末粒
子の接合性が低下するからである。

粒径１０〜２００μｍのアモルファス金属粉末は通常用
いられる方法で製造できる。例えば回転ロール法、アト
マイズ法、スプレー法、スパーク法、キャビティション
法などを用いることができる。粒子が球状のアモルファ
ス金属粉末はスパーク法、アトマイズ法で製造できる。

回転ロール法でアモルファス金属粉末を製造する代表的
な例について更に具体的に説明する。即ち、Ｆｅ６５
部、Ｃｏ１５部、Ｂ１５部、Ｓｉ５部の組成を持つ粒径
１〜１０００μｍの粉末をボールミルにて混合した後、
１３．５６ＭHzの高周波加熱にて１４００℃以上で溶解
させるその後この溶湯を直径５〜３０mmの棒状に成形す
る。次にこの棒状成形体を石英製又はセラミックス製の
容器にて１３５０℃から１４００℃の温度で加熱溶解す
る。加熱溶解は高周波溶解がよい。次に上記のように形
成した溶湯を容器のノズルから水中回転ロールに向けて
噴出させ、これにより粒径１０〜２００μｍのアモルフ
ァス金属粉末を製造する。このようにして製造したアモ
ルファス金属粉末の形状はひょうたん形が多い。

（アモルファス金属超微粉末） 第１の発明で用いるアモルファス金属超微粉末は、アモ
ルファス性を持つ粒径５０〜１０００オングストローム
の超微細なアモルファス金属粉末の意味である。このア
モルファス金属超微粉末は比表面積が極めて大きく、従
って極めて活性である。このアモルファス金属超微粉末
を添加すれば、成形体を構成する粒子間の接合性を向上
させ得る。

代表的なアモルファス金属超微粉末としては、シリコ
ン、Ｆｅ_８０Ｂ_１５Ｓｉ_５、Ｆｅ_７０Ｃｏ_１５Ｂ_１５、
Ｃｏ_７５Ｂ_１５Ｓｉ_１０、Ｎｉ_７５Ｂ_１５Ｓｉ_７０のも
のを用いることができる。粒径５０〜１０００オングス
トロームのアモルファス金属超微粉末は、プラズマＣＶ
Ｄ法、スパッタ法によって製造できる。プラズマＣＶＤ
法の場合には、電極間にアモルファス金属生成ガスを導
入し、電極間に高周波電力を印加して該電極間にグロー
放電を起させ、これにより前記生成ガスをプラズマ化し
基板上にアモルファス金属超微粉末を生成する。例え
ば、アモルファス金属超微粉末の代表例であるアモルフ
ァスシリコン超微粉末を作製する場合には、シラン（Ｓ
ｉＨ４）ガスをプラズマＣＶＤ法によって０．００１〜
１０Ｗ／cm³の範囲で分解し、アモルファス金属超微粉
末を基板上に付着させる。基板は常温状態とするか水冷
しておくとよい。このようにプラズマＣＶＤ法によって
製造したアモルファスシリコン超微粉末の粒径は通常、
５０〜８００オングストロームである。

鉄系、コバルト系、ニッケル系のアモルファス金属超微
粉末も同様にプラズマＣＶＤ法やスパッタ法によって製
造することができる。例えば、アモルファス金属超微粉
末の代表例であるＦｅＢＳｉ合金の超微粉末を製造する
場合には、シラン（ＳｉＨ４）ガス及びＢＣｌ３ガス
（又はＢ２Ｈ６ガス）の混合ガスと、ＦｅＣｌ３の固体
を加熱気化させたガスとを反応容器中に送り１０^−２〜
５Ｔｏｒｒ下の真空下において０．００１〜１０ｗ／cm
³のプラズマ下で反応させ、これにより粒径５０〜１０
００オングストロームのアモルファス性をもつＦｅＢＳ
ｉ合金の超微粉末を製造できる。

（金属超微粉末） 混合粉末に金属超微粉末を添加することもできる。金属
超微粉末は、粒径５０〜１０００オングストロームと超
微細であり、アモルファス性をもたない金属粉末の意味
である。金属超微粉末は比表面積が極めて大きく、従っ
て極めて活性である。従ってこの金属超微粉末を添加す
れば、成形体を構成する粒子間の接合性を向上させ得
る。

代表的な金属超微粉末としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓ
ｉなどを用いることができる。金属超微粉末は一般的に
は真空蒸発法、電子ビーム蒸発法、スパッタリング法な
どによって製造できる。例えば、真空１０^−４Ｔorr以
下の真空蒸発装置に数ないし数百Ｔorrの不活性ガスを
入れ、金属をその内で溶解、蒸発させて製造できる。な
お金属超微粉末は、市販のものを用いることができる。

（工程） 第１の発明の製造方法では、アモルファス金属粉末とア
モルファス金属超微粉末とを混合して混合粉末を形成す
る。混合するに当たってはポットミル混合法、ライカイ
キ混合法、振動ミル混合法などを用い、具体的にはまず
大きな粉末を充填し、その後振動をかけながら、大きな
粉末の間に超微粉末を充填し混合する方法、即ち振動充
填混合法によって行う。アモルファス金属超微粉末は比
表面積が極めて大で活性に富むため、変質しないように
留意する必要がある。変質を抑えるためには、作成した
粉末を真空中で、表面にＮ_２またはＡｒ等の不活性ガス
を十分に吸着させた後、大気中に取り出し素早くＮ_２or
Ａｒ雰囲気中で保たれた室に保管するとよい。混合粉末
において、アモルファス金属超微粉末の添加量は、０．
０１〜２０Ｖｏｌ％以下がよい。その理由は第１に、そ
れ以上添加しても接合性が変わらないこと、第２に成形
体の磁気特性が低下してしまうこと等である。磁気特性
が低下するのは金属超微粒子の表面が酸化したり、変質
することがしばしば起るためだからである。

第１の発明の製造方法方法では、上記した混合粉末を高
エネルギ速度加工することにより、固結し、成形体を形
成する。第１図は混合粉末の状態をミクロ的にみた模式
図であり、第２図は混合粉末を高エネルギ速度加工した
成形体をミクロ的にみた模式図である。第２図からあき
らかなように、高エネルギ速度加工した状態では、粉末
粒子が固結している。ここで高エネルギ速度加工とは、
極めて短時間（一般的には１０^−３〜１０^−６秒程度の
極めて短い時間）にエネルギを瞬間的に放出して成形す
る加工方法の意味である。高エネルギ速度加工を用いれ
ば、単位時間当たりのエネルギ即ちエネルギ速度が極め
て大きいため、熱をあまり生じさせることなく固結でき
る。従ってアモルファス性を損なうことなく固結でき
る。高エネルギ速度加工による成形圧力は、０．７〜１
０ＧＰａがよい。ここで成形圧力が、０．７ＧＰａ未満
であると成形圧が低いため粉末粒子の圧着性が悪く一体
成形できにくいが、０．７ＧＰａ以上であると一体成形
が可能であり、更に好ましくは１．５ＧＰａを越えた方
がより良好で均一質な成形体を得ることができる。場合
によっては、例えば粉末粒子が大のときには５０ＧＰａ
に近くてもよい。

代表的な高エネルギ速度加工としては爆発成形加工があ
る。爆発成形加工は、ＴＮＴ火薬やダイナマイトの爆発
によって生じる衝撃波やガス膨脹で瞬間的に圧力を加え
る方法である。爆発成形は一般的には水中で火薬を爆発
させて行なう。爆発成形の圧力は、水面から火薬までの
深さ、火薬から被成形物への距離、火薬の量によって調
整できる。爆発成形を用いた場合の圧力は０．７〜１０
ＧＰａが望ましい。それよりも高圧を加えると、接合時
の熱量が大きくなりすぎ、アモルファスの一部が結晶化
するためアモルファス性が失われ易くなり、又それより
も低圧であると粒子が充分に接合しないからである。

爆発成形は、具体的には成形型（例えばモータ用鉄心を
成形する成形型）内に上記混合粉末を装填し、これとＴ
ＮＴ火薬を充填した容器内に設置して行なう。

特殊な場合としては、高エネルギ速度加工として、電気
エネルギを利用した放電成形法を用いることができる。
放電成形法では、コンデンサーに蓄積した電荷を水中で
火花放電させ、その際発生する衝撃波を用いて瞬間的に
混合粉末を固結する。放電成形法によれば圧力の大きさ
を電気的に容易に調整することができる。

アモルファス金属成形体が固結される機構は次のようで
あると推定される。即ち、混合粉末が爆発成形などの高
エネルギ速度加工によって強く密着し、これにより固結
が行なわれる。高エネルギ速度加工は、通常、１０^−３
〜１０^−６秒の範囲という極めて短時間にエネルギを瞬
間的に放出するものであるから、加熱によってアモルフ
ァス性が失われ易いアモルファス金属粉末であって
も、、アモルファス性を損なうことなく、あるいはほと
んど損なうことなく固結できる。この場合、第１の発明
のアモルファス金属超微粉末は、成形体を構成するアモ
ルファス金属粉末の粒子の周囲に位置しバインダーとし
て機能している。ここで、アモルファス金属超微粉末に
生じた熱は、母体であるアモルファス金属粉末の内部へ
奪われる。従ってアモルファス金属超微粉末もアモルフ
ァス性を損なうことなく、あるいはほとんど損なうこと
なく固結できる。

（組織） 第１の発明の製造方法で製造したアモルファス金属成形
体の組織を第８図に示す。第８図に示すサンプルは、Ｆ
ｅ_８０Ｂ_２０粒径１０〜２００μの粉末９０vol％に、
１０vol％のアモルファス金属超微粉末Ｆｅ_８０Ｂ_２０
を添加して爆発成形（約１．５ＭＰａ）で成型したもの
である。このサンプルは、どの部分をみてもＸ線回折図
にハローパターンが得られた。

第８図においてアモルファス金属超微粉末は、母体であ
るアモルファス金属粉末を結合するバインダとして機能
している。

以上のような方法で製造したアモルファス金属成形体
は、アモルファス性を確保していることが明らかとなっ
た。即ち、第８図に示した第１の発明に係るアモルファ
ス金属成形体の組織では、ビッカース硬度が７００〜１
３００と高く、Ｘ線回折でハローパターン、電子顕微鏡
による電子線回折でハローリングが観察されたことから
も明らかである。

［第１の発明の効果］ 上記した第１の発明の製造方法によれば、空隙が従来よ
りも減った。これは後述する実施例の試験値で示すよう
に第１の発明品のビッカース硬度が比較例の場合よりも
大きいことからも明らかである。

［第１の発明の実施例］ 第１表は、第１の発明および比較例の製造方法によって
製造したアモルファス金属成形体の各実施例を示すもの
である。この場合アモルファス金属粉末は、平均粒径５
０〜７０μ、粒径１０〜２００μのものを用いた。又第
１表に示すようにアモルファス金属超微粉末としては、
Ｆｅ_８０Ｂ_１５Ｓｉ_５、Ｆｅ_７０Ｃｏ_１５Ｂ_１５、Ｃｏ
_７５Ｂ_１５Ｓｉ_１０、Ｎｉ_７５Ｂ_１５Ｓｉ_１０のものを
用いた。又金属超微粉末としては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、
Ｎｉの結晶粉末を用いた。アモルファス金属超微粉末や
金属超微粉末は、粒径５０〜５００オングストロームの
ものを用いた。アモルファス金属超微粉末や金属超微粉
末の添加量は０．０１〜２０Ｖｏｌ％とした。アモルフ
ァス金属粉末とアモルファス金属超微粉末の混合、又は
アモルファス金属粉末と金属超微粉末の混合はまず大き
な粉末８０〜９９．９vol％を充填した後、振動をかけ
ながらそれらの粒子間の隙間に超微粉末を０．０１〜２
０vol％混入させる方法によって行なった。上記実施例
では、高エネルギ速度加工として爆発成形を行なった。
爆発成形は、具体的には次のようにして行なう。即ち粉
末を所定の形状の容器内に理論密度の約５０〜６０％に
装填し、真空脱気後、容器を密封する。次にシート爆発
による予備処理を行なう。次いでこれを取り出し、銅ま
たは黄銅、ステンレス製の内容器内に収納し、その内容
器の外に更に外容器を設置し、その状態でコーズマイト
爆薬を内容器と外容器の空間に充填し、雷管によって点
爆発させる。次に外容器の形状効果による爆薬レンズに
よって平面爆発波にて、主爆薬のコーズマイト爆薬を爆
発させ、爆発成形を行なう。この爆発成形は、水深約１
〜２ｍ下で行ない、爆発時の音とエネルギを吸収する。
製造された成形体は、内容器内に収納されており、その
成形体に接触した内容器を研削、又は酸アルカリによる
エッチングによって取り除く。成形圧は混合割合によっ
て異なるが０．７〜１０ＧＰａとした。

上記のように製造した各実施例のアモルファス金属成形
体の磁気特性（飽和磁束密度、透磁率、保磁力）やビッ
カース硬度を第１表に示した。第１表においてビッカー
ス硬度を比較する。まずアモルファス金属粉末の組成が
同一であるNo.１〜No.３（第１の発明）と、No.８（比
較例）とを比較する。ビッカース硬度は、No.１〜No.３
（第１の発明の成形品）では１０３０と高かった。一
方、No.８（比較例）では９９０と低かった。又、No.６
及びNo.７と、No.８（比較例）とを比較すると、No.６
及びNo.７のビッカース硬度は１０３０であり、No.８
（比較例）よりも高かった。このことからも第１の発明
の成形品では空隙が少ないことがわかる。

飽和磁束密度は、No.１〜No.３およびNo.６（第１の発
明の成形品）では１４．５〜１６．２である。一方、N
o.８（比較例）では１４．０と低かった。このことから
も本発明品では空隙が少ないことがわかる。

［第２の発明の構成］ 第２の発明に係るアモルファス金属成形体の製造方法
は、鉄系元素を主体とする粒径７５〜１２５μｍのアモ
ルファス金属粉末と、鉄系元素を主体とする粒径１０〜
５０μｍのアモルファス金属粉末とを含む混合粉末を形
成し、該混合粉末を高エネルギ速度加工することにより
固結し、成形体を形成することを特徴とするものであ
る。

第２の発明の特徴は、アモルファス金属粉末として粒径
が大のものと小のものを用いた点にある。このため粉末
の充填密度が大きくでき、成形体の空隙を減らし得る。
尚、粒径小のものは、主として、バインダーとして機能
する。

［第２の発明の構成の詳細な説明］ 第２の発明で用いるアモルファス金属粉末は、鉄系元素
を主体とする粉末である。ここで鉄系元素とは、鉄、コ
バルト、ニッケルを意味する。アモルファス金属粉末
は、第１の発明の場合と同様に、前記鉄系元素と半金属
（Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉなど）との合金あるいは、鉄系元素
と希土類金属（Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙなど）との合金を用い
ることができる。

アモルファス金属粉末の粒径としては、７５〜１２５μ
ｍのもの、１０〜５０μｍのものを用いるが、混合粉末
には、他の大きさの粒径をもつ粉末を添加してもよく、
例えば粒径５０〜１０００オングストロームの超微粉末
を別途添加してもよい。添加する超微粉末は耐熱性、耐
蝕性に優れたものがよく、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｇｅ、Ｐｄがよ
い。

粒径７５〜１２５μの代表的なアモルファス金属粉末と
しては、ＭａＹｂＺｃ（ここでＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉで
あり、Ｙはリン（Ｐ）、炭素（Ｃ）、ボロン（Ｂ）であ
り、ＺはＡｌ、Ｓｉなどである。ａ、ｂ、ｃ は原子％
で、ａは６０〜９０、ｂは１０〜３０、ｃは０．１〜１
５）を用いることができる。例えばＦｅ_６５Ｃｏ_１５Ｂ
_１５、Ｓｉ_５を用いることができる。

又１０〜３０μｍの代表的なアモルファス金属粉末とし
ては、Ｆｅ_{７５〜８５}Ｂ_{１５〜２５}、Ｎｉ_{７５〜８５}Ｂ
_{１５〜２５}、Ｎｉ_{６５〜７５}Ｂ_{１０〜２０}Ｐ_５〜２５、
Ｆｅ_{７５〜８５}Ｂ_５〜１５Ｃ_５〜１５、Ｆｅ_{７５〜８０}
Ｂ_{１０〜２５}Ｃｏ_１〜３Ｍｏ_{０．１〜２}がある。アモル
ファス金属粉末の形状は、対称性に優れた球状、細長い
ひょうたん状がよいが、場合によっては球状でないも
の、例えば薄片状、リボン状、線状でもよい。

上記したＭａＹｂＺｃの組成をもつ７５〜１２５μｍの
アモルファス金属粉末を用いた場合には、粒径１０〜５
０μのアモルファス金属粉末の粒子の形状は、球状の方
が望ましい。その理由は、上記したＭａＹｂＺｃの組成
で示される７５〜１２５μのアモルファス金属粉末は磁
化特性は優れているものの、球状でないものがほとんど
であるため、球状粒子を添加して充填密度を向上させる
ためである。特に１０〜５０μの粒径のアモルファス金
属粉末をＦｅ_８０Ｂ_２０（又はＦｅ_{７５〜８５}Ｂ
_{１５〜２５}）とすれば、粒子形状が球状に近いものとな
るため、飽和磁気特性も１８ＫＧとなるので好ましい。

粒径７５〜１２５μのアモルファス金属粉末と、粒径１
０〜５０μアモルファス金属粉末とを混合するにあたっ
ては、第２表に示すような組成の粉末を用い、同じく第
２表に示すような添加量とすることができる。ここで１
０〜５０μのアモルファス金属粉末は、７〜２５ＶｏＬ
％であることが望ましい。ここで粒径７５〜１２５μの
アモルファス金属粉末（Ｆｅ６５ Ｃｏ１５ Ｂ１５
Ｓｉ５）が７５重量％以下で、かつ、粒径１０〜５０μ
のアモルファス金属粉末（Ｆｅ８０ Ｂ２０）２５重量
％以上の場合には、成形体の空隙が多くなる。そのため
密度は６．５ｇ／ccとなり低く（理論密度は６．８７ｇ
／cc）、又飽和時速密度も１６ＫＧ以下となり好ましく
ない。その理由は、粒径が小さいもの（１０〜５０μの
もの）が多いため、爆発成形時の衝撃波が内部まで伝達
されにくいからである。そのため部分的に粒子の固結が
起きてない所が存在し、緊密なものが得にくく、小さな
体積の空隙が数多く存在するため、充填密度が理論密度
よりかなり小さくなり、その結果磁化特性も悪くなるか
らである。

粒径７５〜１２５μのアモルファス金属粉末が９３重量
％以上であり、かつ粒径１０〜５０μのアモルファス金
属粉末が７重量％以下の場合には、粒径が大きいものが
多いため、空隙ができやすくなりその結果充填密度が
６．５ｇ／cc以下となり、やはり好ましい磁化特性が得
にくい。

充填密度と爆発成形の成形性を向上させるために、上記
混合粉末中に超微粉末を混合させてもよい。超微粉末と
しては、粒径５０〜１０００オングストロームのものを
通常用いる。超微粉末は、結晶性の金属粉末でもよく
又、アモルファス性を有する金属粉末でもよい。

高エネルギ速度加工は、前述した発明と同様に行なうこ
とができ、前述同様に爆発成形を行なうとよい。成形圧
は１０〜５０ＧＰａがよい。成形圧が低いと例えば５Ｇ
Ｐａ未満であると、粉末粒子の圧着性が悪くなるからで
ある。

［第２の発明の効果］ 上記した第２の発明の製造方法によれば、空隙が従来よ
り減った、あるいは全くないアモルファス金属成形体を
製造することができた。尚、これは７５〜１２５μのア
モルファス金属粉末（Ｆｅ_８０Ｂ_２０の組成）を爆発成
形で成形した成形体の密度が６．４〜６．５ｇ／ccであ
るのに対し、本実施例品の密度は第３表に示すように
６．７５ｇ／ccと高いことからも明らかである。

［第２の発明の第１実施例］ （粒径７５〜１２５μｍのアモルファス金属粉末の製
造） Ｆｅ６５部、Ｃｏ１５部、Ｂ１５部、Ｓｉ５部の組成を
持つ粒径１〜１０００μの粉末をボールミルにて混合し
た後、１３．５６ＭHzの高周波加熱にて１４００℃以上
で溶解させる。その後溶湯をφ５〜３０μの大きさの棒
状に成形する。この場合溶湯を型に流し込むか、または
パイプ状の容器に吸い上げて固化させて棒状に成形させ
る。

次にこの棒状成形体を石英製又はセラミックス製の棒状
容器にて１３５０〜１４００℃の温度で加熱溶解する。
加熱溶解は高周波加熱とした。

次に上記したように形成した溶湯を棒状容器のノズルか
ら回転ロールに向けて噴出させ、これにより粒径７５〜
１２５μのアモルファス金属粉末（Ｆｅ_６５Ｃｏ_１５Ｂ
_１５Ｓｉ_５）を製造する。アモルファス金属粉末の形状
はひょうたん型が多かった。本例では水を保持できる回
転ロールの材質は銅又は黄銅、アルミニウム、アルミニ
ウム合金とし、回転ロールの径は３０〜６０cm、回転ロ
ールの回転数は３０００〜１００００rpm、溶解温度は
１２００〜１６００℃、ノズルの噴出部の径０．０５〜
０．５mmとした。

（１０〜５０μｍのアモルファス金属粉末の製造） 同様な回転ロール法で粒径１０〜５０μのアモルファス
金属粉末（Ｆｅ_８０Ｂ_２０）も製造した。

（工程） 次に上記したように製造した粒径１０〜５０μアモルフ
ァス金属粉末（Ｆｅ_８０Ｂ_２０）と、粒径７５〜１２５
μのアモルファス金属粉末（Ｆｅ_６５Ｃｏ_１５Ｂ_１５Ｓ
ｉ_５）とをボールミルやライカイ機によって混合し混合
粉末を形成した。本例ではＦｅ８０ Ｂ２０ のアモル
ファス金属粉末の添加量は、第３表に示すように１２重
量％とした。

次に上記混合粉末を所定の成形型内に装填し、更にこれ
をＴＮＴ火薬を充填した容器中に設置し、ＴＮＴ火薬に
点火し爆発成形を行なった。これにより混合粉末の固結
を行ない、アモルファス金属成形体を製造した。成形体
の大きさはφ１５×Ｈ４０mmである。本例では成形体
は、具体的には第６図に示すものである。本例の爆発成
形は具体的には前記した方法と同様の方法で行なった。

（試験値） このように製造したアモルファス金属成形体は、第３表
に示すように最大飽和時速密度が１７．５ＫＧであり、
透磁率５×１０^４μｅであり、最大成形密度が （理論密度は ）であった。なおリボン状のものを粉化したものや鱗平
状のものの従来品の成形密度は５．８ｇ／ccである。こ
の従来のものはアモルファスリボン状のものを切断した
ものや、アモルファス粉末を作成するときキャビティを
有するロールで鱗平状のものにし、次のロールで急冷し
て作成した鱗平状のもので製造したものである。

上記のようにして製造した本例のアモルファス金属成形
体を０．２〜０．７mmの厚さにダイヤモンドスライサー
や放電加工等で切断した後、これの一片と一片とを絶縁
してモータ用の鉄芯材料とし、積層して成形する。上記
のように製造したモータの特性は飽和磁束密度１６〜１
８ＫＧであり、これは現用の方向性珪素鋼の約１８〜２
０ＫＧに比較し低いが、モータ全体でみたとき鉄損が現
用品（４５Ｗ定格）の場合２．４Ｗであり、本発明品の
鉄損は（４５Ｗ定格）１．２Ｗと低い。

（他の態様の試験値） 第３表では、７５〜１２５μのアモルファス金属粉末を
Ｆｅ６５Ｃｏ１５Ｂ１５Ｓｉ５とし、１０〜５０μのア
モルファス金属粉末の組成を種々変更した場合の最大磁
束密度、及び最大成形密度の試験結果が示されている。

第３表に示すように最大飽和磁束密度は１６．０〜１
７．５ＫＧ程度であり、最大成形密度は６．５５〜６．
８１ｇ／ccであった。

〔第２の発明の第２実施例〕 本実施例はアモルファス金属粉末の粒子として球状に近
いものを用いた点に特徴がある。即ちＦｅ７５〜８５Ｂ
１５〜２５の組成のアモルファス金属粉末で球状に近く
かつ磁化特性のよいものを用いた。即ち粒径７５〜１２
５μの粉末を７５〜９４重量％と、粒径１０〜３０μの
粉末を６〜２５重量％とを混合した。その後、爆発成形
（３ＧＰａ程度の圧力で成形する）により成形した。球
状に近いものの場合には、３ＧＰａ程度の圧力と比較的
低くても成型が出来る。但し、この場合でも成型圧はお
よそ、８ＧＰａ以上とすればなお好ましい。

上記した様な製造方法で製造したアモルファス金属粉末
を用い、第４図に示す変圧器用のコアを形成したとき、
変圧器の鉄損特性は（従来のものは方向性珪素鋼、最大
２０ＫＷ用のもので、４５Ｗの鉄損）、最大２０ＫＷで
１２Ｗであり、従来のものに比較して約１／３以下と良
好であったし、また寸法形状も有機バインダーを用いて
いないので、従来品よりも約５％の重量低減ができた。

〔第２の発明の第３実施例〕 本実施例は、金属超微粉末を混合粉末に含ませた点に特
徴がある。この金属超微粉末は、アモルファス金属粉末
のバインダーとして機能する。粒径７５〜１２５μのア
モルファス金属粉末（Ｆｅ８０Ｂ２０）８８部、粒径１
０〜３０μｍのアモルファス金属粉末（Ｆｅ８０Ｂ２
０）１２部に対し、結晶性をもつＦｅの超微粉末（平均
粒径０．０３〜０．０５μｍ、粒径分布０．００５〜
０．１μｍ）を添加した。超微粉の混合方法は、まず、
７５〜１２５μの粉末と１０〜３０μの粉末とをボール
ミル等で混合させ、該混合粉末を爆発成型用の型に充填
する。その後、超微粉末を型の上面より添加し、型に振
動を加える。振動は５０〜１００ＫHzとした。すると７
５〜１２５μの粒子や、１０〜３０μの粒子間で生成さ
れた空間に、超微粉末が充填される。所望の量だけ充填
されたとき、超微粉末の添加を停止する。この様にする
と超微粉末を粒子と粒子との隙間に均一に充填できる。
このときの成形密度と爆発成形可能圧力との関係を第７
図に示す。第７図に示すようにＦｅの超微粉末添加量を
多くするにつれて成型密度は大きくなるが、約５部以上
入れても成型密度の上昇は頭打ちとなる。一方爆発成形
可能圧力もＦｅの超微粉末添加量を多くするにつれて小
さくて済むが、ほぼ１２部以上ではあまり大きな効果が
得られない。そのためコストの大である超微粉末は、む
やみに混ぜるのは好ましくなく、約０．１〜１２部の範
囲がよい。

ここでＦｅの超微粉末はアモルファス金属粉末の粒子の
間にバインダーとして存在している。上記して製造した
成形体を用いて第６図に示す自動車用のイグニッション
コイル（電磁コイル用のコア）の磁芯材料を形成した。
この場合、従来のものよりも透磁率が大きくでき、かつ
鉄損特性が約５〜７％小さくできた。また本発明方法で
用いるアモルファス金属粉末は、縦断面積と横断面積の
比が５：１以内の球状に近い粒子粉末を採用できる。こ
の様にすれば、空隙がないか或いはかなり減ったアモル
ファス金属成形体を製造するのに有利となる。ここで、
縦断面積とは、最も断面積が大きな部分で切断した断面
積を意味する。又、横断面積とは、縦断面積をもつ断面
と垂直な方向に切断した断面積を意味する。

【図面の簡単な説明】

第１図は爆発成形を行なう前の混合粉末の状態を拡大し
て模式的に示す図である。第２図は爆発成形を行なった
後の成形体の内部を拡大して模式的に示す図である。 第３図〜第５図は本発明の製造方法を適用して製造した
成形体を示すものであり、第３図はモータ用鉄心の斜視
図、第４図は変圧器用鉄心の斜視図、第５図は電磁コイ
ル用鉄心の斜視図、第６図は電磁ピッアップの斜視図で
ある。第７図は超微粉末の添加量と成形密度との関係、
及び、超微粉末の添加量と爆発成形可能圧力との関係を
示すグラフである。 そして第８図は第１発明に係るサンプルの金属組織の顕
微鏡写真である。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄系元素を主体とする粒径１０〜２００μ
   ｍのアモルファス金属粉末と、鉄系元素を主体とする粒
   径５０〜１０００オングストロームのアモルファス金属
   超微粉末とを混合して混合粉末を形成し、該混合粉末を
   高エネルギ速度加工することにより固結し成形体を形成
   することを特徴とするアモルファス金属成形体の製造方
   法。
2. 【請求項２】高エネルギ速度加工は、爆発成形加工であ
   る特許請求の範囲第１項記載のアモルファス金属成形体
   の製造方法。
3. 【請求項３】爆発成形加工の成形圧は、０．７〜５０Ｇ
   Ｐａである特許請求の範囲第２項記載のアモルファス金
   属成形体の製造方法。
4. 【請求項４】アモルファス金属粉末は、鉄、コバルト、
   ニッケルの少なくとも一種を主体とする特許請求の範囲
   第１項記載のアモルファス金属成形体の製造方法。
5. 【請求項５】アモルファス金属超微粉末は、シリコン、
   鉄、コバルト、ニッケルの少なくとも一種を主体とする
   特許請求の範囲第１項記載のアモルファス金属成形体の
   製造方法。
6. 【請求項６】混合粉末においてアモルファス金属超微粉
   末が占る割合は、０．０１〜２０ＶＯＬ％である特許請
   求の範囲第１項記載のアモルファス金属成形体の製造方
   法。
7. 【請求項７】アモルファス金属粉末は、縦断面積と横断
   面積の比が５：１以内である特許請求の範囲第１項記載
   のアモルファス金属成形体の製造方法。
8. 【請求項８】鉄系元素を主体とする粒径７５〜１２５μ
   ｍのアモルファス金属粉末と、鉄系元素を主体とする粒
   径１０〜５０μｍのアモルファス金属粉末とを含む混合
   粉末を形成し、 該混合粉末を高エネルギ速度加工することにより固結し
   成形体を形成することを特徴とするアモルファス金属成
   形体の製造方法。
9. 【請求項９】混合粉末は、粒径５０〜１０００オングス
   トロームの金属超微粉末又は粒径５０〜１０００オング
   ストロームのアモルファス金属超微粉末を含む特許請求
   の範囲第８項記載のアモルファス金属成形体の製造方
   法。
10. 【請求項１０】混合粉末中、１０〜５０μｍのアモルフ
    ァス金属粉末の占る割合は、７〜２５ＶｏＬ％である特
    許請求の範囲第８項記載のアモルファス金属成形体の製
    造方法。
11. 【請求項１１】アモルファス金属粉末の粒子は、球状で
    ある特許請求の範囲第８項記載のアモルファス金属成形
    体の製造方法。
12. 【請求項１２】高エネルギ速度加工は、爆発成形加工で
    ある特許請求の範囲第８項記載のアモルファス金属成形
    体の製造方法。
13. 【請求項１３】爆発成形加工の成形圧は、１０〜５０Ｇ
    Ｐａである特許請求の範囲第１２項記載のアモルファス
    金属成形体の製造方法。
14. 【請求項１４】アモルファス金属粉末は、鉄、コバル
    ト、ニッケルの少なくとも一種を主体とする特許請求の
    範囲第８項記載のアモルファス金属成形体の製造方法。
15. 【請求項１５】アモルファス金属粉末は、縦断面積と横
    断面積の比が５：１以内である特許請求の範囲第８項記
    載のアモルファス金属成形体の製造方法。