本发明专利技术提出一类合金，其通过以低于100K/秒的速率冷却至低于玻璃化转变温度Tg而形成金属玻璃，并且具有金属间合金的结晶温度(Tx)和玻璃化转变温度(Tg)之间的温度差值(DT)的高值。该合金包括70至80重量％范围内的锆、0.8至5重量％的范围内的铍、1至20重量％范围内的铜、1至20重量％的范围内的镍、1至5重量％的范围内的铝和0.5至3重量％的铌，或取决于其他合金元素和临界冷却速度以及所期望DT值的窄范围。此外，本发明专利技术提出了用于制造这种金属玻璃的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锆基合金金属玻璃和用于形成锆基合金金属玻璃的方法专利
本专利技术涉及无定形金属合金，通常被称为金属玻璃，其主要地由使合金熔体固化而形成，其中固化是通过在可观察到的结晶化或结晶的成核可以发生之前将合金冷却至低于其玻璃化转变温度的温度实现的固化。
技术介绍
保持无定形相或玻璃相的金属合金对于一些工业应用的具有高潜力。通常，金属和金属间合金在从液相中固化的期间结晶。当冷却的足够快时，一些金属和金属间合金可被过冷却并在室温下保持为粘性液体相或无定形相或玻璃相。所使用的典型冷却速率约为1000至1000000°K/秒。为实现10000K/秒或更高的快速冷却速率，将非常薄的层(例如，小于100微米)或小液滴的熔融金属与维持在接近室温下的导电基板相接触。小尺寸的无定形材料是需要以足够的速率来提取热以抑制结晶化的结果。因此，在以前开发的无定形合金仅可以薄带或薄片或以粉末而获得。该带、片或粉末可通过熔融纺丝至诸如纺丝铜轮的经过冷却的基体上而制备，或通过薄层浇铸在移动经过窄喷嘴的经过冷却的基底上而制备。为实现更低的冷却速率并因此较厚的金属玻璃(通常也被称为块状金属玻璃)，已经针对寻找具有更大抗结晶化的无定形合金进行了许多努力。在较低的冷却速率下可抑制进一步的结晶，并可得到无定形合金的较厚体。在无定形金属合金的形成期间，经过过冷处理的合金熔体可结晶。通过由能量最优化结构驱使的晶体成核和结晶生长并由此释放结晶能的方法发生结晶。为形成无定形固体金属间合金，需要将熔体从或高于熔融温度(Tm)冷却至低于玻璃化转变温度(Tg)，而不发生结晶或仅发生轻微结晶。Tx为通过将无定形合金加热至玻璃化转变温度以上发生结晶化的温度。金属玻璃的结晶化在低于结晶温度Tx的温度下但以较低的速率发生。结晶温度Tx不是严格规定的一级相变。通过将金属玻璃加热至玻璃化转变温度Tg以上的温度然后形成金属玻璃，使金属玻璃形成所需的形式。为了形成金属玻璃，由此希望找到一种体系，其中玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx之间的差值DT是显著的。温度中的显著差值DT能够形成金属玻璃而不结晶化或更精确地，在金属玻璃中不产生大量不想要的结晶相。对于块状金属玻璃，因此希望使用结晶温度(Tx)和玻璃化转变温度(Tg)之间具有显著温度差值(DT)的合金。形成块状金属玻璃的金属间合金包括锆基合金。一组该Zr基合金为已知的Zr-Ti/Nb-Cu-Ni-Al合金，例如X.H.Lin等人的“EffectofOxygenImpurityonCrystallizationofanUndercooledBulkGlassFormingZr-Ti-Cu-Ni-AlAlloy”，MaterialsTransactions，Vol.38，No.5(1997)，第473至477页、美国专利5,735,975、美国专利申请公布2004/238,077、欧洲专利申请公布EP2597166A1、X.Zeng等人的“InfluenceofmelttemperatureonthecompressiveplasticityofaZr-Cu-Ni-Al-Nbbulkmetallicglass”，JournalofMaterialsScience46(2011)，第951至956页、Z.Evenson等人的“HightemperaturemeltviscosityandfragiletostrongtransitioninZr-Cu-Ni-Al-Nb(Ti)andCu47Ti34Zr11Ni8bulkmetallicglasses”，ActaMaterialia60(2012)，第4712至4719页、Y.F.Sun等人的EffectofNbcontentonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofZr-Cu-Ni-Al-Nbglassformingalloys“，Journalofalloysandcompounds403(2005)，第239至244页。另一组形成块状金属玻璃的锆基合金为已知的Zr-Ti-Nb-Cu-Ni-Be合金，例如C.Hays等人的“Improvedmechanicalbehaviorofbulkmetallicglassescontaininginsituformedductilephasedendritedispersions”，MaterialsScienceandEngineering:A，第304至306卷，(2001)，第650至655页或F.Szuecs等人的，，MechanicalpropertiesofZr56.2Ti13.8Nb5.0Cu6.9Ni5.6Be12.5ductilephasereinforcedbulkmetallicglasscomposite“，ActaMaterialia，第49卷，第9期，(2001)，第1507至1513页。再一组形成块状金属玻璃且具有铍的Zr基合金为从美国专利5,288,344和美国专利5,368,659已知的Zr-Ti-Cu-Ni-Be。在上述一些体系中，结晶温度Tx和玻璃化转变温度Tg之间的温度差DT小于70°K，在形成这些金属玻璃时造成了困难。一些金属玻璃的另一个缺点可能是在从熔体中获得金属玻璃方面有困难。当合金的熔融温度Tm高于玻璃化转变温度Tg时，需要从合金中提取更大量的能量，以生产金属玻璃。如果在合金中形成晶核的活化能低，在合金的冷却过程中会形成晶种。在使用较高的冷却速率时可能遇到这两个问题。由于需要将热能从冷却金属合金熔体中传导，更高的冷却速率导致不利的较薄的金属玻璃样品。约5mm的可获得的临界厚度仍不足以用于很多技术应用，例如时钟的部件、弹簧、用于电子器件的弹性触头等。
技术实现思路
本专利技术的一个任务特别地为克服这些问题。尽管一些上述金属玻璃显示出结晶温度Tx和玻璃化转变温度Tg之间达100°K的相当高的温度差值DT，有需要并希望得到甚至更高的温度差值DT以使块状金属玻璃的热塑性成型更容易。此外，希望可以找到化学元素的混合物，其中熔融温度Tm低并接近玻璃化转变温度，并且其中形成晶核的活化能尽可能的高。本专利技术的另一个任务为获得具有大于5mm的较高厚度的半成品。本专利技术的任务通过根据权利要求1、权利要求7、权利要求13和权利要求14的合金以及根据权利要求19、权利要求22、权利要求25和权利要求26的方法而被解决。本专利技术提出一类合金，其通过以100°K/秒或更低的速率冷却至低于玻璃化转变温度Tg而形成金属玻璃，并具有至少70°K/秒的DT值。该合金包括70至80重量％范围内的锆、0.8至5重量％的范围内的铍、1至15重量％范围内的铜、1至15重量％的范围内的镍、1至5重量％的范围内的铝和0.5至3重量％的铌，或取决于其他合金元素和临界冷却速度以及所期望DT值的窄范围。合金的组合物可包括不予考虑的不可避免的痕量杂质。在金属玻璃中的其他元素，优选为小于2重量％。当然，所有元素添相加为100重量％的总量。因为结晶温度Tx高于玻璃化转变温度Tg至少70°K，且不会在金属玻璃中产生多于结晶相的体积的50％(体积％)，根据本专利技术的金属间合金的组合物可以以100°K/秒或更低的相对低的冷却速率本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种由锆基合金形成的金属玻璃，包括约a Zr、b Be、c Cu、d Ni、e Al和f Nb，其中a、b、c、d、e和f为重量百分数，其中：a在70重量％至80重量％的范围内，b在0.8重量％至5重量％的范围内，c在1重量％至15重量％的范围内，d在1重量％至15重量％的范围内，e在1重量％至5重量％的范围内，和f在0.5重量％至3重量％的范围内。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.23 US 13/974,6051.一种由锆基合金形成的金属玻璃，包括aZr、bBe、cCu、dNi、eAl和fNb，其中a、b、c、d、e和f为重量百分数，a+b+c+d+e+f＝100重量％，其中：a在74重量％至76重量％的范围内，b在1重量％至4重量％的范围内，c在9重量％至12重量％的范围内，d在6重量％至8重量％的范围内，e在2重量％至4重量％的范围内，和f在1重量％至2重量％的范围内。2.根据权利要求1所述的金属玻璃，其中：a在74重量％至76重量％的范围内，b在1重量％至3重量％的范围内，c在9重量％至12重量％的范围内，d在6重量％至8重量％的范围内，e在2重量％至4重量％的范围内，和f在1重量％至2重量％的范围内。3.根据权利要求1或2所述的金属玻璃，其中所述金属玻璃的结晶温度Tx和玻璃化转变温度Tg之间的温度差DT大于100K。4.根据权利要求1或2所述的金属玻璃，其中所述金属玻璃的结晶温度Tx和玻璃化转变温度Tg之间的温度差DT大于120K。5.根据权利要求1或2中所述的金属玻璃，其中一部分Nb被Ti取代。6.根据权利要求5所述的金属玻璃，其中所述金属玻璃包括0.5重量％至...
【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·于尔根·沃切特，弗兰克·克鲁格，贝恩德·孔克尔，王晓云，道格·希勒，
申请(专利权)人：德国贺利氏有限两合公司，贺利氏材料技术北美有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。