金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法
【課題】性能指数Ｍが６００以上で、高強度と高導電性とを併せ持ち、製造加工コストを低減することができる金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法を提供する。
【解決手段】原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）の金属ガラス合金の表面に、Ｎｉから成る密着中間層を介して、導電性のメッキ層を形成して成る。金属ガラス合金は、厚さが１０μｍ乃至２５μｍである。メッキ層は、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含み、厚さが２０μｍ乃至５０μｍである。
【解決手段】原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）の金属ガラス合金の表面に、Ｎｉから成る密着中間層を介して、導電性のメッキ層を形成して成る。金属ガラス合金は、厚さが１０μｍ乃至２５μｍである。メッキ層は、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含み、厚さが２０μｍ乃至５０μｍである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの情報機器は、小型化、高密度化が進み、今後も更に進展すると考えられる。従来、このような機器のコネクタの電気接点ばね部材の中でも、特に高強度および厳しい曲げ加工性が要求される部位については、主にＣ１７２０等のベリリウム銅合金が使用されている。しかし、将来の超小型コネクタ用電気接点ばね部材として狭ピッチ化に対応するには、ベリリウム銅合金では材料強度と導電性との両面で不十分と考えられる。また、ベリリウムは毒性の高い元素として知られ、人体や環境への影響を考慮して、今後はベリリウムを含まない銅合金の使用が望まれている。
【０００３】
このため、ベリリウムを含まず高強度かつ高導電率を有する銅合金が開発されてきており、例えば、コルソン合金などに代表される析出硬化型銅合金や、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｔｉ系等のスピノーダル分解型銅合金が知られている。析出硬化型銅合金としては、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ａｇ、Ｃｕ−Ｆｅ等を基本形に、様々な合金開発が盛んに行われている（たとえは、特許文献１乃至４参照）。これらの析出硬化型銅合金では、Ｃｕに強度を向上させるための合金元素を添加することで、Ｃｕ母相と異なる第２相を析出させ、さらに強加工によりこの相を細かく分散させることにより、高強度と高導電率とを両立させることを可能としている。また、スピノーダル分解型銅合金としては、適切に組織制御されたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金を用いて、高強度と優れた曲げ加工性とを有するものがある（例えば、特許文献５参照）。
【０００４】
なお、Ｎｉ基、Ｃｏ基およびＦｅ基の金属ガラス合金は、優れた軟磁気特性のみならず、２５００ＭＰａを超える超高強度特性を示すことが明らかにされている（例えば、特許文献６乃至８参照）。これらの金属ガラス合金に他の結晶質金属を複合化する試みが為されているが、その目的は皮膜の耐久性向上および表面への有彩色付与である（例えば、特許文献９参照）。複合材の物性は、いわゆる「複合則」がその目安となる（例えば、非特許文献１参照）。特に、複合材の強度は、影響を及ぼす要素が多数あり、理想的な状態で得られる強度が複合則で得られる値に相当する。この値を上限として、種々の要素により強度が低下するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５０１２７５号公報
【特許文献２】特開平１０−１８３２７４号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１７５７号公報
【特許文献４】特開２００６−２９９２８７号公報
【特許文献５】特開２００９−２４２８９５号公報
【特許文献６】特開２００２−１９４５１４号公報
【特許文献７】特開２００３−２５３４０８号公報
【特許文献８】特開２００３−３０１２４７号公報
【特許文献９】特開２００７−７７４７５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】西田義則著、「金属基複合材料入門」、コロナ社、２００１年７月５日、p.9,108
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高い強度と高導電率との相反する両特性のバランスを表す無次元性能指数を、Ｍ＝σ（強度；ＭＰａ）×δ（導電率；％ＩＡＣＳ）／１００と定義すると、従来の銅合金は、性能指数Ｍ＝３００×０．９＝２７０程度に留まっており、Ｍ値が小さい。特許文献２に記載の、Ｃｒ、Ｚｎなど多数の元素を少量添加したＣｕ−Ｚｒ系の銅合金では、約Ｍ＝６００×０．７＝４２０程度である。また、特許文献３に記載のＣｕ−Ｚｒ−Ｂ系の銅合金では、Ｍ＝４５０程度である。しかしながら、電気接点コネクタの狭ピッチ化・低背化に対応するためには、性能指数Ｍが６００以上の合金開発が強く望まれているという課題があった。
【０００８】
また、特許文献１乃至５に記載の導電性銅合金では、主に合金元素をＣｕ母相へ再固溶させて加工性を向上させるための高温での溶体化処理や、第２相を適正に析出させて望ましい特性を発現させるための時効処理といった複数回の熱処理を必要とし、最終部材となるまでに煩雑なプロセスを経なければならないために、多量の熱エネルギーが必要であり、製造加工コストが嵩むという課題があった。
【０００９】
一方、特許文献６に記載のような金属ガラス合金は、２５００ＭＰａを超える高強度特性を示している。しかしながら、その原子配列が無秩序充填構造であることから、自由電子の経路が散乱し、一般的に導電率が１％ＩＡＣＳ程度と、導電材料としては好ましくないという課題があった。また、特許文献９に記載のように、金属ガラス合金の高強度特性を活かすために、金属ガラス合金を他の結晶質金属で被覆することも試みられているが、皮膜の耐久性向上と表面への有彩色付与を主たる目的としており、高強度と高導電率とを兼備させるものではなかった。
【００１０】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、性能指数Ｍが６００以上で、高強度と高導電性とを併せ持ち、製造加工コストを低減することができる金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、金属ガラス合金の表面に導電性のメッキ層を形成して成ることを、特徴とする。
【００１２】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材の製造方法は、金属ガラス合金の表面に、電気メッキまたは無電解メッキにより導電性のメッキ層を形成することを、特徴とする。
【００１３】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、本発明に係る金属ガラス合金複合化材の製造方法により、好適に製造することができる。本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、金属ガラス合金が高強度特性を有し、メッキ層が導電性を有しているため、高強度と高導電性とを併せ持つことができる。金属ガラス合金やメッキ層として適切な材質や厚みのものを使用し、金属ガラス合金とメッキ層との密着性を高めることにより、特に強度および導電性に優れたものとすることができる。また、いわゆる「複合則」から予想される値を大きく上回る引張強さを得ることもできる。
【００１４】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、電気メッキまたは無電解メッキによりメッキ層を形成することにより、十分な高強度特性を得ることができる。毒性の高いベリリウムを含まないため、人体や環境に与える危険性が格段に低く、安全性が高い。また、一般の導電性銅合金のように、高温長時間加熱の後に急冷が必要な溶体化処理や時効硬化熱処理等が必要ないため、製造加工コストを低減することができる。
【００１５】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材で、前記金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であることが好ましい。また、本発明に係る金属ガラス合金複合化材で、前記金属ガラス合金は、厚さが１０μｍ乃至２５μｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材の製造方法で、前記金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であり、厚さが１０μｍ乃至２５μｍであることが好ましい。
【００１７】
一般に、各元素を所望の組成に調合した母合金を溶解した後、急冷凝固により固化させることにより、金属ガラス合金を製造することができる。本発明に係る金属ガラス合金複合化材では、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる１種または２種以上の主構成元素群に対して、半金属元素であるＢおよびＳｉを混合した金属ガラス合金を使用する。ＢおよびＳｉは、主構成元素群に対して負の混合熱を有するため、これらを混合すると、共晶を形成して融点を降下せしめる。このような溶融共晶合金を急冷凝固させることで、合金は結晶構造を持たず金属ガラスとして固化し、超高強度特性を発現する。
【００１８】
半金属元素であるＢおよびＳｉの組成範囲をそれぞれ、７原子％以上２１原子％以下および４原子％以上１６原子％以下ならびに、ＢとＳｉとの和を１８原子％以上２５原子％以下にすることにより、２５００ＭＰａ以上の引張強さを有する金属ガラス合金を得ることができる。ＢおよびＳｉが各組成範囲の下限を下回ると、急冷凝固によっても金属ガラス相が得られない。また、ＢおよびＳｉが各組成範囲の上限を超えると、金属ガラス相は形成されるものの脆く、２５００ＭＰａを超える引張強さは得られない。
【００１９】
また、Ｎｂ、Ｔａから選ばれる１種または２種の添加元素群は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる主構成元素群と、ＢおよびＳｉから選ばれる１種または２種の半金属元素群との組み合わせで得られる金属ガラス形成能を飛躍的に向上することができる。ただし、Ｎｂ、Ｔａから選ばれる１種または２種の添加元素群が５原子％以上になると、却って金属ガラス形成能を低下させるとともに、得られた試料が脆化し強度が低下する。また、Ｎｂ、Ｔａから選ばれる１種または２種の添加元素群は、金属ガラスの形成および得られた金属ガラスの高強度特性の観点からは必ずしも必須ではない。
【００２０】
金属ガラス合金の厚さを１０μｍ乃至２５μｍとすることにより、最適な引張強さが得られる。金属ガラス合金の厚みが１０μｍ未満となると、急冷凝固時に溶融合金の流れが不均一となり、空隙、湯境または端部のバリ等の鋳造欠陥が発生するため、引張応力下での強度が得られない。また、金属ガラス合金の厚みが２５μｍを超えると、急冷凝固時の冷却速度が低下し、形成された金属ガラス合金が構造緩和する。構造緩和した金属ガラス合金は脆化し、引張応力下での強度が得られない。
【００２１】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材で、前記金属ガラス合金と前記メッキ層との間に、Ｎｉから成る密着中間層を有することが好ましい。また、本発明に係る金属ガラス合金複合化材で、前記メッキ層は、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含み、厚さが２０μｍ乃至５０μｍであることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材の製造方法は、前記金属ガラス合金の表面にＮｉから成る密着中間層を形成した後に、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含む前記メッキ層を、厚さが２０μｍ乃至５０μｍとなるよう形成することが好ましい。
【００２３】
金属ガラス合金は高耐食性であることに加えて、表面粗さが極めて小さいことから、その表面にメッキ層を直接形成せしめても密着性が悪く、十分な高強度特性が得られない。そこで、金属ガラス合金の表面にＮｉから成る密着中間層を形成することにより、メッキ層の密着性を高めることができ、十分な高強度特性を得ることができる。
【００２４】
また、メッキ層が、比抵抗が極めて小さいＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含むことにより、高導電性とすることができる。また、メッキ層の厚さを２０μｍ乃至５０μｍとすることにより、特に優れた高強度と高導電性とを併せ持つことができる。メッキ層の厚みが２０μｍ未満となると、金属ガラス合金と複合化した際に、５０％ＩＡＣＳ以上の導電率が得られない。また、メッキ層の厚みが５０μｍを超えると、複合化材の内部に大きな残留応力が発生するため、１２００ＭＰａ以上の引張強さが得られない。なお、メッキ層の厚さは、薄板状の金属ガラス合金の両面に形成される場合には、両面の厚みを合わせたものである。
【００２５】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、引張強さが１２００ＭＰａ以上であり、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。この場合、高い強度と高導電率との相反する両特性のバランスを表す無次元性能指数Ｍ［＝σ（強度；ＭＰａ）×δ（導電率；％ＩＡＣＳ）／１００］が６００以上となり、優れた強度と導電性とを併せ持っている。なお、ＩＡＣＳ（International Annealed Copper Standard；国際焼きなまし銅線標準）とは、焼鈍した純銅の導電性に対する相対比として表される値である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、性能指数Ｍが６００以上で、高強度と高導電性とを併せ持ち、製造加工コストを低減することができる金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の芯材となる金属ガラス合金の薄帯を製造する方法を示す模式側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の芯材となる（ａ）厚さ１８μｍの市販のＦｅ７８Ｂ１３Ｓｉ９金属ガラス合金、（ｂ）厚さ１９μｍのＦｅ７２Ｂ２０Ｓｉ４Ｎｂ４金属ガラス合金の、引張応力下での公称応力−公称ひずみ曲線を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の芯材となる金属ガラス合金の表面に、導電性のメッキ層を形成するメッキ法を示す模式断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の（ａ）Ｆｅ７８Ｂ１３Ｓｉ９金属ガラス合金の両表面にＣｕメッキ層を付与した金属ガラス合金複合化材、（ｂ）Ｆｅ７２Ｂ２０Ｓｉ４Ｎｂ４金属ガラス合金の両表面にＣｕメッキ層を付与した金属ガラス合金複合化材の断面組織を示す顕微鏡写真である。
【図５】（ａ）図４（ａ）に示す金属ガラス合金複合化材、（ｂ）図４（ｂ）に示す金属ガラス合金複合化材の、引張応力下での公称応力−公称ひずみ曲線を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の、引張試験片の形状を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５は、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法を示している。
【００２９】
本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材は、金属ガラス合金の表面に、密着中間層を介して導電性のメッキ層を形成して成っている。金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であり、厚さが１０μｍ乃至２５μｍである。密着中間層は、Ｎｉから成っている。メッキ層は、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含み、厚さが２０μｍ乃至５０μｍである。
【００３０】
本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材は、以下に示す本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の製造方法により製造される。
まず、金属ガラス合金を製造する。図１に示すように、あらかじめアルゴン雰囲気中で、アーク溶解炉により、上記のＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚの組成を有する母合金１を溶製し、石英製ノズル２内に装填して、高周波誘導加熱により再溶解させる。再溶解した母合金１の溶湯を、石英製ノズル２の下部のオリフィスよりガス圧等により噴出させ、石英製ノズル２の下部に設置した銅製の回転ロール３上に吹きつけて冷却凝固させる。この単ロール型液体急冷法により、所望の組成を有し、厚さが１０μｍ乃至２５μｍの、長尺の金属ガラス合金の薄帯４を得ることができる。
【００３１】
なお、母合金１を溶解する方法は、アルゴン雰囲気中アーク溶解および高周波誘導加熱のみに限定されるものではなく、抵抗加熱、電子ビーム加熱等も用いることができる。また、金属ガラス合金を溶解する雰囲気は、アルゴンのみに限定されるものではなく、大気、窒素、不活性ガス等も用いることができる。さらに、溶解した母合金１を冷却凝固させる方法は、単ロール型液体急冷法のみに限定されるものではなく、双ロール型液体急冷法、銅鋳型鋳造法等も用いることができる。加えて、単ロール型液体急冷法に使用される回転ロール３の材質および形状は、銅製および円板状に限定されるものではなく、製造時のロール回転数も特に限定されるものではない。回転ロールの材質は、純銅、クロム銅および鋼等が好ましく、ロール直径、ロール幅、ロール表面の粗さ等の形状を工夫することにより、長尺の金属ガラス合金の薄帯４を製造することができる。
【００３２】
図２に、得られた金属ガラス合金の引張応力下での公称応力−公称ひずみ曲線の例を示す。図２（ａ）は、厚さ１８μｍの市販のＦｅ７８Ｂ１３Ｓｉ９金属ガラス合金（ＭＥＴＧＬＡＳ（登録商標） ２６０５ＴＣＡ）の公称応力−公称ひずみ曲線を示している。引張強さσＭＡＸは２２８５ＭＰａ、導電率は１．１％ＩＡＣＳである。また、図２（ｂ）は、厚さ１９μｍのＦｅ７２Ｂ２０Ｓｉ４Ｎｂ４金属ガラス合金の公称応力−公称ひずみ曲線を示している。引張強さσＭＡＸは２９１３ＭＰａ、導電率は０．９％ＩＡＣＳである。
【００３３】
得られた金属ガラス合金の表面に、Ｎｉから成る密着中間層を形成した後、厚さ２０μｍ乃至５０μｍのメッキ層を形成する。図３に、金属ガラス合金の表面にＣｕをメッキ層として形成する、メッキ法の模式図を示す。メッキ層は、図３に示すＣｕだけでなく、Ａｇであってもよい。また、メッキ法は、電気メッキまたは無電解メッキが好ましいが、そのメッキ浴組成、メッキ温度、電気メッキの通電電圧および電流、無電解メッキの還元剤等は、メッキ層を形成可能であればいかなるものであってもよい。
【００３４】
こうして、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材を製造することができる。製造された金属ガラス合金複合化材の断面組織の例を、図４に示す。図４（ａ）は、図２（ａ）に示す市販のＦｅ７８Ｂ１３Ｓｉ９金属ガラス合金（ＭＥＴＧＬＡＳ（登録商標） ２６０５ＴＣＡ）の両表面にＣｕメッキ層を付与した金属ガラス合金複合化材の断面組織である。図４（ａ）に示すように、厚さ１８μｍの金属ガラス合金の両表面に、計４３μｍの厚さでＣｕメッキ層が形成されていることが確認できる。
【００３５】
また、図４（ｂ）は、図２（ｂ）に示すＦｅ７２Ｂ２０Ｓｉ４Ｎｂ４金属ガラス合金の両表面にＣｕメッキ層を付与した金属ガラス合金複合化材の断面組織である。図４（ｂ）に示すように、厚さ１９μｍの金属ガラス合金の両表面に、計３８μｍの厚さでＣｕメッキ層が形成されていることが確認できる。
【００３６】
図５に、製造された金属ガラス合金複合化材の引張応力下での公称応力−公称ひずみ曲線の例を示す。図５（ａ）は、図４（ａ）に示す金属ガラス合金複合化材の公称応力−公称ひずみ曲線であり、引張強さσＭＡＸは１２４０ＭＰａ、導電率は５２．１％ＩＡＣＳである。図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示す金属ガラス合金複合化材の公称応力−公称ひずみ曲線であり、引張強さσＭＡＸは１５５５ＭＰａ、導電率は６２．２％ＩＡＣＳである。図４（ａ）および（ｂ）に示す金属ガラス合金複合化材はどちらも、性能指数Ｍが６００以上となり、優れた高強度と高導電性とを併せ持っているといえる。
【００３７】
なお、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材は、毒性の高いベリリウムを含まないため、人体や環境に与える危険性が格段に低く、安全性が高い。また、一般の導電性銅合金のように、高温長時間加熱の後に急冷が必要な溶体化処理や時効硬化熱処理等が必要ないため、製造加工コストを低減することができる。金属ガラス合金の厚みとメッキ層の厚みとを変化させることにより、強度と導電率とを高いバランスで任意に制御することができる。
【実施例１】
【００３８】
本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の製造方法により、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材を２０種類（試料１〜２０）製造し、その組成、構成、引張強さ、導電率、性能指数Ｍをまとめ、表１に示す。引張試験では、各試料を冷間打抜き加工して図６に示す形状にし、これを引張試験片とした。また、導電率は、金属ガラス合金複合化材の表面酸化スケールを除去した後、直流四端子法で測定した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すように、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材は、引張強さが１２００ＭＰａ以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であり、強度および導電性に優れていることが確認された。また、これらの積で表される性能指数Ｍは、全て６００以上となっている。
【００４１】
表１の試料３では、芯材となる金属ガラス合金の厚さが１９μｍであり、メッキ層であるＣｕの厚さが３８μｍである。両者の幅はほぼ同一であることから、断面積比は１９：３８＝１：２となる。金属ガラス合金のみの引張強さは、表１に示すように、２９１３ＭＰａであり、メッキ層のＣｕの引張強さは約２００ＭＰａである。このことから、複合則から予想される金属ガラス合金複合化材の引張強さは、σ＝２９１３×１／３＋２００×２／３＝１１０４ＭＰａとなる。しかしながら、表１に示すように、実際の金属ガラス合金複合化材の引張強さは、１５５５ＭＰａであり、複合則から予想される値の約１．４倍となっている。
【００４２】
この複合則からの予想値と実測値との差は、金属ガラス合金の特異な変形挙動に起因すると考えられる。一般に、金属ガラス合金は、通常の結晶合金に比べて約１／３のヤング率を有し、一軸の引張応力に対して２％程度のひずみ領域まで弾性変形し、その後最大せん断面ですべり変形を起こして破断に至る。ここで、金属ガラス合金の表面にメッキ層となる結晶合金を付与した金属ガラス合金複合化材では、引張ひずみに対してヤング率が約３倍のメッキ層に応力が集中するため、金属ガラス合金の応力負荷が軽減される。金属ガラス合金自体も、印加された引張ひずみにより、引張軸に垂直な方向に、ポアソン比に応じた圧縮応力が発生する。この応力負荷軽減と圧縮応力とによる相乗効果により、金属ガラス合金の最大せん断面でのすべり変形が抑制され、金属ガラス合金複合化材が予想を上回る引張強さを発現するものと考えられる。なお、密着中間層は、金属ガラス合金とメッキ層との結合を強化する作用があり、密着中間層がない場合は、ひずみの印加により両者の界面で剥離が発生するため、予想強度すら得ることができない。一方、導電率の実測値については、複合則から予想される値にほぼ一致する。
【００４３】
比較例として、同様の製造方法により、異なる条件で製造された複合化材（比較試料１〜１８）について、その組成、構成、引張強さ、導電率、性能指数Ｍをまとめ、表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２に示すように、比較試料１〜１８は、引張強さ１２００ＭＰａ以上と、導電率３０％ＩＡＣＳ以上とを兼備させることができず、性能指数Ｍ＝６００以上を得ることができないことが確認された。これを具体的に見ていくと、比較試料１および２は、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、金属ガラス合金の組成のＳｉ含有量が少ないか、Ｂ含有量が多くなっている。このため、導電率は良好ながらも、引張強さが小さくなっている。
【００４６】
また、比較試料３および４も同様に、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、金属ガラス合金の組成のＢとＳｉとの和の含有量が少ないか、多くなっている。このため、導電率は良好ながらも、引張強さが小さくなっている。比較試料５および６も同様に、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、金属ガラス合金の組成のＮｂまたはＴａの含有量が多くなっている。このため、導電率は良好ながらも、引張強さが小さくなっている。
【００４７】
比較試料７および８は、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、金属ガラス合金の厚さがそれぞれ薄く、または厚くなっている。このため、比較試料７では引張強さが小さく、比較試料８では引張強さおよび導電率が小さくなっている。比較試料９および１０は、密着中間層がないため、金属ガラス合金とメッキ層との界面強度が得られず、引張強さが小さくなっている。
【００４８】
比較試料１１および１２は、メッキ層を形成するメッキ法が電気メッキまたは無電解メッキではないため、引張強さが小さくなっている。比較試料１３〜１６は、メッキ層がＣｕまたはＡｇを含んでいないため、導電率が小さくなっている。比較試料１７および１８は、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、メッキ層の厚さがそれぞれ薄く、または厚くなっている。このため、比較試料１７では導電率が小さく、比較試料１８では引張強さが小さくなっている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、主に携帯電話等に代表される小型情報機器のコネクタ用電気接点ばね部材として利用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 母合金
２ 石英製ノズル
３ 回転ロール
４ 金属ガラス合金の薄帯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの情報機器は、小型化、高密度化が進み、今後も更に進展すると考えられる。従来、このような機器のコネクタの電気接点ばね部材の中でも、特に高強度および厳しい曲げ加工性が要求される部位については、主にＣ１７２０等のベリリウム銅合金が使用されている。しかし、将来の超小型コネクタ用電気接点ばね部材として狭ピッチ化に対応するには、ベリリウム銅合金では材料強度と導電性との両面で不十分と考えられる。また、ベリリウムは毒性の高い元素として知られ、人体や環境への影響を考慮して、今後はベリリウムを含まない銅合金の使用が望まれている。
【０００３】
このため、ベリリウムを含まず高強度かつ高導電率を有する銅合金が開発されてきており、例えば、コルソン合金などに代表される析出硬化型銅合金や、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｔｉ系等のスピノーダル分解型銅合金が知られている。析出硬化型銅合金としては、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ａｇ、Ｃｕ−Ｆｅ等を基本形に、様々な合金開発が盛んに行われている（たとえは、特許文献１乃至４参照）。これらの析出硬化型銅合金では、Ｃｕに強度を向上させるための合金元素を添加することで、Ｃｕ母相と異なる第２相を析出させ、さらに強加工によりこの相を細かく分散させることにより、高強度と高導電率とを両立させることを可能としている。また、スピノーダル分解型銅合金としては、適切に組織制御されたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金を用いて、高強度と優れた曲げ加工性とを有するものがある（例えば、特許文献５参照）。
【０００４】
なお、Ｎｉ基、Ｃｏ基およびＦｅ基の金属ガラス合金は、優れた軟磁気特性のみならず、２５００ＭＰａを超える超高強度特性を示すことが明らかにされている（例えば、特許文献６乃至８参照）。これらの金属ガラス合金に他の結晶質金属を複合化する試みが為されているが、その目的は皮膜の耐久性向上および表面への有彩色付与である（例えば、特許文献９参照）。複合材の物性は、いわゆる「複合則」がその目安となる（例えば、非特許文献１参照）。特に、複合材の強度は、影響を及ぼす要素が多数あり、理想的な状態で得られる強度が複合則で得られる値に相当する。この値を上限として、種々の要素により強度が低下するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５０１２７５号公報
【特許文献２】特開平１０−１８３２７４号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１７５７号公報
【特許文献４】特開２００６−２９９２８７号公報
【特許文献５】特開２００９−２４２８９５号公報
【特許文献６】特開２００２−１９４５１４号公報
【特許文献７】特開２００３−２５３４０８号公報
【特許文献８】特開２００３−３０１２４７号公報
【特許文献９】特開２００７−７７４７５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】西田義則著、「金属基複合材料入門」、コロナ社、２００１年７月５日、p.9,108
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高い強度と高導電率との相反する両特性のバランスを表す無次元性能指数を、Ｍ＝σ（強度；ＭＰａ）×δ（導電率；％ＩＡＣＳ）／１００と定義すると、従来の銅合金は、性能指数Ｍ＝３００×０．９＝２７０程度に留まっており、Ｍ値が小さい。特許文献２に記載の、Ｃｒ、Ｚｎなど多数の元素を少量添加したＣｕ−Ｚｒ系の銅合金では、約Ｍ＝６００×０．７＝４２０程度である。また、特許文献３に記載のＣｕ−Ｚｒ−Ｂ系の銅合金では、Ｍ＝４５０程度である。しかしながら、電気接点コネクタの狭ピッチ化・低背化に対応するためには、性能指数Ｍが６００以上の合金開発が強く望まれているという課題があった。
【０００８】
また、特許文献１乃至５に記載の導電性銅合金では、主に合金元素をＣｕ母相へ再固溶させて加工性を向上させるための高温での溶体化処理や、第２相を適正に析出させて望ましい特性を発現させるための時効処理といった複数回の熱処理を必要とし、最終部材となるまでに煩雑なプロセスを経なければならないために、多量の熱エネルギーが必要であり、製造加工コストが嵩むという課題があった。
【０００９】
一方、特許文献６に記載のような金属ガラス合金は、２５００ＭＰａを超える高強度特性を示している。しかしながら、その原子配列が無秩序充填構造であることから、自由電子の経路が散乱し、一般的に導電率が１％ＩＡＣＳ程度と、導電材料としては好ましくないという課題があった。また、特許文献９に記載のように、金属ガラス合金の高強度特性を活かすために、金属ガラス合金を他の結晶質金属で被覆することも試みられているが、皮膜の耐久性向上と表面への有彩色付与を主たる目的としており、高強度と高導電率とを兼備させるものではなかった。
【００１０】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、性能指数Ｍが６００以上で、高強度と高導電性とを併せ持ち、製造加工コストを低減することができる金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、金属ガラス合金の表面に導電性のメッキ層を形成して成ることを、特徴とする。
【００１２】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材の製造方法は、金属ガラス合金の表面に、電気メッキまたは無電解メッキにより導電性のメッキ層を形成することを、特徴とする。
【００１３】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、本発明に係る金属ガラス合金複合化材の製造方法により、好適に製造することができる。本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、金属ガラス合金が高強度特性を有し、メッキ層が導電性を有しているため、高強度と高導電性とを併せ持つことができる。金属ガラス合金やメッキ層として適切な材質や厚みのものを使用し、金属ガラス合金とメッキ層との密着性を高めることにより、特に強度および導電性に優れたものとすることができる。また、いわゆる「複合則」から予想される値を大きく上回る引張強さを得ることもできる。
【００１４】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、電気メッキまたは無電解メッキによりメッキ層を形成することにより、十分な高強度特性を得ることができる。毒性の高いベリリウムを含まないため、人体や環境に与える危険性が格段に低く、安全性が高い。また、一般の導電性銅合金のように、高温長時間加熱の後に急冷が必要な溶体化処理や時効硬化熱処理等が必要ないため、製造加工コストを低減することができる。
【００１５】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材で、前記金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であることが好ましい。また、本発明に係る金属ガラス合金複合化材で、前記金属ガラス合金は、厚さが１０μｍ乃至２５μｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材の製造方法で、前記金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であり、厚さが１０μｍ乃至２５μｍであることが好ましい。
【００１７】
一般に、各元素を所望の組成に調合した母合金を溶解した後、急冷凝固により固化させることにより、金属ガラス合金を製造することができる。本発明に係る金属ガラス合金複合化材では、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる１種または２種以上の主構成元素群に対して、半金属元素であるＢおよびＳｉを混合した金属ガラス合金を使用する。ＢおよびＳｉは、主構成元素群に対して負の混合熱を有するため、これらを混合すると、共晶を形成して融点を降下せしめる。このような溶融共晶合金を急冷凝固させることで、合金は結晶構造を持たず金属ガラスとして固化し、超高強度特性を発現する。
【００１８】
半金属元素であるＢおよびＳｉの組成範囲をそれぞれ、７原子％以上２１原子％以下および４原子％以上１６原子％以下ならびに、ＢとＳｉとの和を１８原子％以上２５原子％以下にすることにより、２５００ＭＰａ以上の引張強さを有する金属ガラス合金を得ることができる。ＢおよびＳｉが各組成範囲の下限を下回ると、急冷凝固によっても金属ガラス相が得られない。また、ＢおよびＳｉが各組成範囲の上限を超えると、金属ガラス相は形成されるものの脆く、２５００ＭＰａを超える引張強さは得られない。
【００１９】
また、Ｎｂ、Ｔａから選ばれる１種または２種の添加元素群は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選ばれる主構成元素群と、ＢおよびＳｉから選ばれる１種または２種の半金属元素群との組み合わせで得られる金属ガラス形成能を飛躍的に向上することができる。ただし、Ｎｂ、Ｔａから選ばれる１種または２種の添加元素群が５原子％以上になると、却って金属ガラス形成能を低下させるとともに、得られた試料が脆化し強度が低下する。また、Ｎｂ、Ｔａから選ばれる１種または２種の添加元素群は、金属ガラスの形成および得られた金属ガラスの高強度特性の観点からは必ずしも必須ではない。
【００２０】
金属ガラス合金の厚さを１０μｍ乃至２５μｍとすることにより、最適な引張強さが得られる。金属ガラス合金の厚みが１０μｍ未満となると、急冷凝固時に溶融合金の流れが不均一となり、空隙、湯境または端部のバリ等の鋳造欠陥が発生するため、引張応力下での強度が得られない。また、金属ガラス合金の厚みが２５μｍを超えると、急冷凝固時の冷却速度が低下し、形成された金属ガラス合金が構造緩和する。構造緩和した金属ガラス合金は脆化し、引張応力下での強度が得られない。
【００２１】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材で、前記金属ガラス合金と前記メッキ層との間に、Ｎｉから成る密着中間層を有することが好ましい。また、本発明に係る金属ガラス合金複合化材で、前記メッキ層は、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含み、厚さが２０μｍ乃至５０μｍであることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材の製造方法は、前記金属ガラス合金の表面にＮｉから成る密着中間層を形成した後に、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含む前記メッキ層を、厚さが２０μｍ乃至５０μｍとなるよう形成することが好ましい。
【００２３】
金属ガラス合金は高耐食性であることに加えて、表面粗さが極めて小さいことから、その表面にメッキ層を直接形成せしめても密着性が悪く、十分な高強度特性が得られない。そこで、金属ガラス合金の表面にＮｉから成る密着中間層を形成することにより、メッキ層の密着性を高めることができ、十分な高強度特性を得ることができる。
【００２４】
また、メッキ層が、比抵抗が極めて小さいＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含むことにより、高導電性とすることができる。また、メッキ層の厚さを２０μｍ乃至５０μｍとすることにより、特に優れた高強度と高導電性とを併せ持つことができる。メッキ層の厚みが２０μｍ未満となると、金属ガラス合金と複合化した際に、５０％ＩＡＣＳ以上の導電率が得られない。また、メッキ層の厚みが５０μｍを超えると、複合化材の内部に大きな残留応力が発生するため、１２００ＭＰａ以上の引張強さが得られない。なお、メッキ層の厚さは、薄板状の金属ガラス合金の両面に形成される場合には、両面の厚みを合わせたものである。
【００２５】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、引張強さが１２００ＭＰａ以上であり、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。この場合、高い強度と高導電率との相反する両特性のバランスを表す無次元性能指数Ｍ［＝σ（強度；ＭＰａ）×δ（導電率；％ＩＡＣＳ）／１００］が６００以上となり、優れた強度と導電性とを併せ持っている。なお、ＩＡＣＳ（International Annealed Copper Standard；国際焼きなまし銅線標準）とは、焼鈍した純銅の導電性に対する相対比として表される値である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、性能指数Ｍが６００以上で、高強度と高導電性とを併せ持ち、製造加工コストを低減することができる金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の芯材となる金属ガラス合金の薄帯を製造する方法を示す模式側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の芯材となる（ａ）厚さ１８μｍの市販のＦｅ７８Ｂ１３Ｓｉ９金属ガラス合金、（ｂ）厚さ１９μｍのＦｅ７２Ｂ２０Ｓｉ４Ｎｂ４金属ガラス合金の、引張応力下での公称応力−公称ひずみ曲線を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の芯材となる金属ガラス合金の表面に、導電性のメッキ層を形成するメッキ法を示す模式断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の（ａ）Ｆｅ７８Ｂ１３Ｓｉ９金属ガラス合金の両表面にＣｕメッキ層を付与した金属ガラス合金複合化材、（ｂ）Ｆｅ７２Ｂ２０Ｓｉ４Ｎｂ４金属ガラス合金の両表面にＣｕメッキ層を付与した金属ガラス合金複合化材の断面組織を示す顕微鏡写真である。
【図５】（ａ）図４（ａ）に示す金属ガラス合金複合化材、（ｂ）図４（ｂ）に示す金属ガラス合金複合化材の、引張応力下での公称応力−公称ひずみ曲線を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の、引張試験片の形状を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５は、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材および金属ガラス合金複合化材の製造方法を示している。
【００２９】
本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材は、金属ガラス合金の表面に、密着中間層を介して導電性のメッキ層を形成して成っている。金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であり、厚さが１０μｍ乃至２５μｍである。密着中間層は、Ｎｉから成っている。メッキ層は、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含み、厚さが２０μｍ乃至５０μｍである。
【００３０】
本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材は、以下に示す本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の製造方法により製造される。
まず、金属ガラス合金を製造する。図１に示すように、あらかじめアルゴン雰囲気中で、アーク溶解炉により、上記のＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚの組成を有する母合金１を溶製し、石英製ノズル２内に装填して、高周波誘導加熱により再溶解させる。再溶解した母合金１の溶湯を、石英製ノズル２の下部のオリフィスよりガス圧等により噴出させ、石英製ノズル２の下部に設置した銅製の回転ロール３上に吹きつけて冷却凝固させる。この単ロール型液体急冷法により、所望の組成を有し、厚さが１０μｍ乃至２５μｍの、長尺の金属ガラス合金の薄帯４を得ることができる。
【００３１】
なお、母合金１を溶解する方法は、アルゴン雰囲気中アーク溶解および高周波誘導加熱のみに限定されるものではなく、抵抗加熱、電子ビーム加熱等も用いることができる。また、金属ガラス合金を溶解する雰囲気は、アルゴンのみに限定されるものではなく、大気、窒素、不活性ガス等も用いることができる。さらに、溶解した母合金１を冷却凝固させる方法は、単ロール型液体急冷法のみに限定されるものではなく、双ロール型液体急冷法、銅鋳型鋳造法等も用いることができる。加えて、単ロール型液体急冷法に使用される回転ロール３の材質および形状は、銅製および円板状に限定されるものではなく、製造時のロール回転数も特に限定されるものではない。回転ロールの材質は、純銅、クロム銅および鋼等が好ましく、ロール直径、ロール幅、ロール表面の粗さ等の形状を工夫することにより、長尺の金属ガラス合金の薄帯４を製造することができる。
【００３２】
図２に、得られた金属ガラス合金の引張応力下での公称応力−公称ひずみ曲線の例を示す。図２（ａ）は、厚さ１８μｍの市販のＦｅ７８Ｂ１３Ｓｉ９金属ガラス合金（ＭＥＴＧＬＡＳ（登録商標） ２６０５ＴＣＡ）の公称応力−公称ひずみ曲線を示している。引張強さσＭＡＸは２２８５ＭＰａ、導電率は１．１％ＩＡＣＳである。また、図２（ｂ）は、厚さ１９μｍのＦｅ７２Ｂ２０Ｓｉ４Ｎｂ４金属ガラス合金の公称応力−公称ひずみ曲線を示している。引張強さσＭＡＸは２９１３ＭＰａ、導電率は０．９％ＩＡＣＳである。
【００３３】
得られた金属ガラス合金の表面に、Ｎｉから成る密着中間層を形成した後、厚さ２０μｍ乃至５０μｍのメッキ層を形成する。図３に、金属ガラス合金の表面にＣｕをメッキ層として形成する、メッキ法の模式図を示す。メッキ層は、図３に示すＣｕだけでなく、Ａｇであってもよい。また、メッキ法は、電気メッキまたは無電解メッキが好ましいが、そのメッキ浴組成、メッキ温度、電気メッキの通電電圧および電流、無電解メッキの還元剤等は、メッキ層を形成可能であればいかなるものであってもよい。
【００３４】
こうして、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材を製造することができる。製造された金属ガラス合金複合化材の断面組織の例を、図４に示す。図４（ａ）は、図２（ａ）に示す市販のＦｅ７８Ｂ１３Ｓｉ９金属ガラス合金（ＭＥＴＧＬＡＳ（登録商標） ２６０５ＴＣＡ）の両表面にＣｕメッキ層を付与した金属ガラス合金複合化材の断面組織である。図４（ａ）に示すように、厚さ１８μｍの金属ガラス合金の両表面に、計４３μｍの厚さでＣｕメッキ層が形成されていることが確認できる。
【００３５】
また、図４（ｂ）は、図２（ｂ）に示すＦｅ７２Ｂ２０Ｓｉ４Ｎｂ４金属ガラス合金の両表面にＣｕメッキ層を付与した金属ガラス合金複合化材の断面組織である。図４（ｂ）に示すように、厚さ１９μｍの金属ガラス合金の両表面に、計３８μｍの厚さでＣｕメッキ層が形成されていることが確認できる。
【００３６】
図５に、製造された金属ガラス合金複合化材の引張応力下での公称応力−公称ひずみ曲線の例を示す。図５（ａ）は、図４（ａ）に示す金属ガラス合金複合化材の公称応力−公称ひずみ曲線であり、引張強さσＭＡＸは１２４０ＭＰａ、導電率は５２．１％ＩＡＣＳである。図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示す金属ガラス合金複合化材の公称応力−公称ひずみ曲線であり、引張強さσＭＡＸは１５５５ＭＰａ、導電率は６２．２％ＩＡＣＳである。図４（ａ）および（ｂ）に示す金属ガラス合金複合化材はどちらも、性能指数Ｍが６００以上となり、優れた高強度と高導電性とを併せ持っているといえる。
【００３７】
なお、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材は、毒性の高いベリリウムを含まないため、人体や環境に与える危険性が格段に低く、安全性が高い。また、一般の導電性銅合金のように、高温長時間加熱の後に急冷が必要な溶体化処理や時効硬化熱処理等が必要ないため、製造加工コストを低減することができる。金属ガラス合金の厚みとメッキ層の厚みとを変化させることにより、強度と導電率とを高いバランスで任意に制御することができる。
【実施例１】
【００３８】
本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材の製造方法により、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材を２０種類（試料１〜２０）製造し、その組成、構成、引張強さ、導電率、性能指数Ｍをまとめ、表１に示す。引張試験では、各試料を冷間打抜き加工して図６に示す形状にし、これを引張試験片とした。また、導電率は、金属ガラス合金複合化材の表面酸化スケールを除去した後、直流四端子法で測定した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すように、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材は、引張強さが１２００ＭＰａ以上、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であり、強度および導電性に優れていることが確認された。また、これらの積で表される性能指数Ｍは、全て６００以上となっている。
【００４１】
表１の試料３では、芯材となる金属ガラス合金の厚さが１９μｍであり、メッキ層であるＣｕの厚さが３８μｍである。両者の幅はほぼ同一であることから、断面積比は１９：３８＝１：２となる。金属ガラス合金のみの引張強さは、表１に示すように、２９１３ＭＰａであり、メッキ層のＣｕの引張強さは約２００ＭＰａである。このことから、複合則から予想される金属ガラス合金複合化材の引張強さは、σ＝２９１３×１／３＋２００×２／３＝１１０４ＭＰａとなる。しかしながら、表１に示すように、実際の金属ガラス合金複合化材の引張強さは、１５５５ＭＰａであり、複合則から予想される値の約１．４倍となっている。
【００４２】
この複合則からの予想値と実測値との差は、金属ガラス合金の特異な変形挙動に起因すると考えられる。一般に、金属ガラス合金は、通常の結晶合金に比べて約１／３のヤング率を有し、一軸の引張応力に対して２％程度のひずみ領域まで弾性変形し、その後最大せん断面ですべり変形を起こして破断に至る。ここで、金属ガラス合金の表面にメッキ層となる結晶合金を付与した金属ガラス合金複合化材では、引張ひずみに対してヤング率が約３倍のメッキ層に応力が集中するため、金属ガラス合金の応力負荷が軽減される。金属ガラス合金自体も、印加された引張ひずみにより、引張軸に垂直な方向に、ポアソン比に応じた圧縮応力が発生する。この応力負荷軽減と圧縮応力とによる相乗効果により、金属ガラス合金の最大せん断面でのすべり変形が抑制され、金属ガラス合金複合化材が予想を上回る引張強さを発現するものと考えられる。なお、密着中間層は、金属ガラス合金とメッキ層との結合を強化する作用があり、密着中間層がない場合は、ひずみの印加により両者の界面で剥離が発生するため、予想強度すら得ることができない。一方、導電率の実測値については、複合則から予想される値にほぼ一致する。
【００４３】
比較例として、同様の製造方法により、異なる条件で製造された複合化材（比較試料１〜１８）について、その組成、構成、引張強さ、導電率、性能指数Ｍをまとめ、表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２に示すように、比較試料１〜１８は、引張強さ１２００ＭＰａ以上と、導電率３０％ＩＡＣＳ以上とを兼備させることができず、性能指数Ｍ＝６００以上を得ることができないことが確認された。これを具体的に見ていくと、比較試料１および２は、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、金属ガラス合金の組成のＳｉ含有量が少ないか、Ｂ含有量が多くなっている。このため、導電率は良好ながらも、引張強さが小さくなっている。
【００４６】
また、比較試料３および４も同様に、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、金属ガラス合金の組成のＢとＳｉとの和の含有量が少ないか、多くなっている。このため、導電率は良好ながらも、引張強さが小さくなっている。比較試料５および６も同様に、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、金属ガラス合金の組成のＮｂまたはＴａの含有量が多くなっている。このため、導電率は良好ながらも、引張強さが小さくなっている。
【００４７】
比較試料７および８は、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、金属ガラス合金の厚さがそれぞれ薄く、または厚くなっている。このため、比較試料７では引張強さが小さく、比較試料８では引張強さおよび導電率が小さくなっている。比較試料９および１０は、密着中間層がないため、金属ガラス合金とメッキ層との界面強度が得られず、引張強さが小さくなっている。
【００４８】
比較試料１１および１２は、メッキ層を形成するメッキ法が電気メッキまたは無電解メッキではないため、引張強さが小さくなっている。比較試料１３〜１６は、メッキ層がＣｕまたはＡｇを含んでいないため、導電率が小さくなっている。比較試料１７および１８は、本発明の実施の形態の金属ガラス合金複合化材と比べて、メッキ層の厚さがそれぞれ薄く、または厚くなっている。このため、比較試料１７では導電率が小さく、比較試料１８では引張強さが小さくなっている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る金属ガラス合金複合化材は、主に携帯電話等に代表される小型情報機器のコネクタ用電気接点ばね部材として利用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 母合金
２ 石英製ノズル
３ 回転ロール
４ 金属ガラス合金の薄帯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ガラス合金の表面に導電性のメッキ層を形成して成ることを、特徴とする金属ガラス合金複合化材。
【請求項２】
前記金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であることを、特徴とする請求項１記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項３】
前記金属ガラス合金は、厚さが１０μｍ乃至２５μｍであることを、特徴とする請求項１または２記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項４】
前記金属ガラス合金と前記メッキ層との間に、Ｎｉから成る密着中間層を有することを、特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項５】
前記メッキ層は、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含み、厚さが２０μｍ乃至５０μｍであることを、特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項６】
引張強さが１２００ＭＰａ以上であり、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であることを、特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項７】
金属ガラス合金の表面に、電気メッキまたは無電解メッキにより導電性のメッキ層を形成することを、特徴とする金属ガラス合金複合化材の製造方法。
【請求項８】
前記金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であり、厚さが１０μｍ乃至２５μｍであることを、特徴とする請求項７記載の金属ガラス合金複合化材の製造方法。
【請求項９】
前記金属ガラス合金の表面にＮｉから成る密着中間層を形成した後に、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含む前記メッキ層を、厚さが２０μｍ乃至５０μｍとなるよう形成することを、特徴とする請求項７または８記載の金属ガラス合金複合化材の製造方法。
【請求項１】
金属ガラス合金の表面に導電性のメッキ層を形成して成ることを、特徴とする金属ガラス合金複合化材。
【請求項２】
前記金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であることを、特徴とする請求項１記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項３】
前記金属ガラス合金は、厚さが１０μｍ乃至２５μｍであることを、特徴とする請求項１または２記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項４】
前記金属ガラス合金と前記メッキ層との間に、Ｎｉから成る密着中間層を有することを、特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項５】
前記メッキ層は、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含み、厚さが２０μｍ乃至５０μｍであることを、特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項６】
引張強さが１２００ＭＰａ以上であり、導電率が５０％ＩＡＣＳ以上であることを、特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の金属ガラス合金複合化材。
【請求項７】
金属ガラス合金の表面に、電気メッキまたは無電解メッキにより導電性のメッキ層を形成することを、特徴とする金属ガラス合金複合化材の製造方法。
【請求項８】
前記金属ガラス合金は、原子％による組成が、組成式：ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｘＳｉｙＭｚ（式中、０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦８０、０≦ｃ≦１８、７０＜ａ＋ｂ＋ｃ≦８０、７≦ｘ≦２１、４≦ｙ≦１６、１８≦ｘ＋ｙ≦２５、ＭはＮｂおよびＴａのうちいずれか一方または両方、０≦ｚ≦５）であり、厚さが１０μｍ乃至２５μｍであることを、特徴とする請求項７記載の金属ガラス合金複合化材の製造方法。
【請求項９】
前記金属ガラス合金の表面にＮｉから成る密着中間層を形成した後に、ＣｕおよびＡｇのうち少なくとも一方を含む前記メッキ層を、厚さが２０μｍ乃至５０μｍとなるよう形成することを、特徴とする請求項７または８記載の金属ガラス合金複合化材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０１９４３（Ｐ２０１２−２０１９４３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８６３６（Ｐ２０１１−６８６３６）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（５９２１１５８４７）株式会社ケディカ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（５９２１１５８４７）株式会社ケディカ (1)
【Ｆターム（参考）】
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