用于由非晶相金属合金制造构件的方法技术

本发明专利技术涉及用于由至少部分地非晶态的金属合金制造构件的方法，其具有如下步骤：提供由至少部分地非晶态金属合金构成的粉末，该粉末由球状粉末颗粒构成，粉末颗粒的直径小于125μm；把粉末加压成待制造的构件的所需的形状；通过在加压期间或加压之后在金属合金的非晶相的转变温度与结晶温度之间的温度下对粉末进行热处理，而压实并烧结粉末，热处理的时长被选择为使得在热处理后该构件被烧结且具有至少85％的非晶态分数。本发明专利技术还涉及一种由加压的、烧结的、球形的、非晶态的金属合金粉末构成的构件，该构件具有至少85％的非晶态分数，且涉及这种构件作为齿轮、摩擦轮、耐磨构件、壳体、钟表外壳、传动机构的部件或半成品的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于由至少部分地非晶态的金属合金制造构件的方法。本专利技术还涉及一种由具有非晶相的金属合金构成的构件且涉及这种构件的应用。
技术介绍
非晶态金属及其合金已公知数十年。薄带及其制造例如在专利DE3524018A1中有所记载，其中，在承载体上通过淬火冷却由熔融相产生薄的金属化玻璃。例如在专利EP2430205B1中也记载了一种由非晶态合金构成的复合物，为了制造这种复合物需要102K/s的冷却速率。在此不利的是，采用这种公知的方法只能构造出横截面为几毫米的薄层或很紧凑的构件。因而问题在于，制造出形状复杂的具有非晶态结构的大构件。对于体积大的复杂构件和半成品来说，所需要的冷却速率在技术上无法实现。由WO2008/039134A1已知一种由非晶态金属粉末制造较大构件的方法。为此，按照3D打印的方式逐层地构造该构件，其中，这些层的部分区域用电子射束来熔化。在此不利的是，该方法只能很繁琐且高成本地实施。此外，采用这种方法制造的构件无法实现物理特性的充分的均匀性。通过对粉末的局部熔化和再冷却，会出现选择性超过结晶温度，而且，如果熔融物的冷却速率太小，就会出现合金的结晶化。确切地说，通过热量输入使得靠近表面的粉末局部地熔化，然后再冷却，这会导致在较深处的已经非晶态地固化的层中出现逐点地超过结晶温度，并造成合金的结晶化。由此使得构件中的结晶相产生并非所需的量和不均匀的分布。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点。特别是要研发出一种能简单地且成本低廉地实现的方法，采用这种方法能由具有非晶态部分的金属合金制造构件，其可以具有0.1cm3以上、优选为1cm3以上的体积，且可以产生各种不同的而且复杂的形状。所制造的构件还要在物理特性和非晶相的分布方面具有尽可能高的均匀性。本专利技术的目的还在于提供这种构件。此外，这种方法要能简单地实施，并提供可良好地再现的结果。所制造的构件要使得非晶态金属相具有尽可能高的比例。也希望所制造的构件尽可能紧凑且只有少量孔眼。另一目的可以是，以尽可能大量的各种不同的具有非晶相的合金来实施这种方法。此外有利的是，该方法能利用尽可能简单的且在实验室中通常现有的设备和工具来实施。本专利技术的目的通过一种用于由至少部分地非晶态的金属合金制造构件的方法得以实现，该方法包括如下步骤：A)提供由至少部分地非晶态的金属合金构成的粉末，其中，该粉末由球状粉末颗粒构成，这些粉末颗粒的直径小于125μm；B)把粉末加压成待制造的构件的所需的形状；C)通过在加压期间或加压之后，在金属合金的非晶相的转变温度与结晶温度之间的温度下，对粉末进行热处理，而压实并烧结粉末，其中，热处理的时长被选择为使得该构件通过热处理被烧结，且具有至少85％的非晶态含量。优选地，热处理的时长被选择为使得该时长至少要让粉末在热处理之后被烧结，并且该时长至多让构件在热处理后仍具有至少85％的非晶态含量。优选地，该粉末由如下粉末颗粒构成，这些粉末颗粒100％地具有小于125μm的直径。这种颗粒大小或颗粒大小分布往往也用D100＝125μm来表示。在物理学和化学中，非晶态材料是已知的，是指如下物质：这种物质的原子并不形成有序的结构，而是形成一种不规则的图案，并且只有短程有序性，而没有长程有序性。与非晶态相反，规则结构的材料称为晶态。在本专利技术的意义下，球状颗粒不必是在几何形状上完美的球，而也可以不同于球形。优选的球状粉末颗粒具有圆的至少近似球形的形状，且其最长横截面与最短横截面的比例至多为2:1。因而在本专利技术的意义下，球形的几何形状并非意指严格几何学上的或数学上的球。横截面在此表示在粉末颗粒内部延伸的极值尺寸。特别优选的球状粉末颗粒的最长横截面与最短横截面的比例至多为1.5:1，或者更特别优选地为球形。根据本专利技术，这里的直径表示粉末颗粒的最大的横截面。粉末颗粒的球形形状具有如下优点：球形颗粒形成能流动的粉末，这特别是有助于利用粉末槽和刮板逐层地进行加工；可以达到粉末的高堆密度；粉末颗粒具有近似弯曲的表面，该表面在热处理时在相同的条件(温度和时间，或相同的热能输入)下软化，—或者至少在近似相同的条件下软化。这样一来，这些粉末颗粒特别良好地，且在短暂的时段内或者在预先已知的时间点或者在预先已知的时间间隔内，与相邻的粉末颗粒结合或者烧结。高堆密度的另一优点是，在烧结时构件的收缩率小。这样就能实现精确成形。根据本专利技术的一种优选的实施例，特别是当构件密度为完全非晶态的金属合金的理论密度的至少97％时，就可以将该构件视为已烧结。在本专利技术的范畴内，“烧结”是指如下过程：在该过程中，粉末颗粒在表面处软化并相互结合，且在冷却之后保持结合。这样便由粉末产生黏着体或黏着构件。非晶相的转变温度往往称为玻璃化转变温度或转变点或玻璃化转变点，这里要明确的是，它们是转变温度的同义词。优选地，粉末的成型方式为，在一个模子或工具中填充粉末，然后在该模子或工具中加压所述粉末，或者用工具加压。根据本专利技术，要尽快地加热直至达到转变温度并冷却，因为即使在低于转变温度的温度情况下也不可避免地在存在的晶种上发生结晶，但粉末颗粒尚未实现软化(此将导致粉末烧结)。根据本专利技术，粉末颗粒会实现塑性变形，这种变形导致粉末压实，进而加速粉末烧结。温度超过所需的设定温度或最终温度的程度在此要尽可能小。粉末的粉末颗粒大小或粉末的粉末颗粒大小分布可以通过制造过程并通过对原始粉末的筛分来达到。因此，根据本专利技术提供的粉末在其被提供给或者应用于本专利技术的方法之前通过对原始粉末的筛分来产生。这是因为，原始粉末在制造过程之后就已经具有所需的特性。另外，通过筛分还可以保证能使形状明显不同于球形的那些粉末颗粒的数量减少或者减到最少，这种粉末颗粒通过多种粉末颗粒的烧结而产生(所谓的卫星化现象)且包含在原始粉末中。作为所述方法的优选实施例，通过本专利技术还提出，热处理在真空下进行，其中，优选在至少10-3mbar的真空下通过热处理来压实粉末。由此使得粉末表面能以并不剧烈的程度与周围气体发生反应。因为金属氧化物和其它反应产物作为结晶相的成核剂，对所制造的构件中的非晶相的纯度有不利影响。出于相同的原因，根据本专利技术可以附加地或者也可以替代地规定，热处理在保护性气体下进行，特别是在惰性气体(例如氩气)下进行，惰性气体的纯度优选至少为99.99％，特别优选至少为99.999％。在该实施方式中可以优选地规定，在一种气氛中进行加压和热处理，或者只进行热处理，由于多次抽真空并用惰性气体(特别是氩气)冲洗，该气氛在很大程度上已没有残留气体。根据本专利技术也可以替代地规定，热处理在还原性气体下进行，特别是在合成气体下进行，以便干扰性金属氧化物的量保持尽可能地少。用于减少构件中的金属氧化物量的另一措施可以通过在对粉末进行热处理时和/或在制造粉末时使用氧气吸除剂来实现。根据本专利技术还可以规定，通过热等静压或热压来压实粉末。压力处理和热处理的组合使构件更紧凑。此外，通过粉末颗粒的塑性变形，改善了粉末颗粒相互间的结合，并加速了烧结，从而可以选择热处理的较短的时长，并降低构件中的结晶相的比例。根据本专利技术的一种改进，还可以规定，热处理的时长被选择为使得构件具有至少90％的、优选多于95％的、特别优选多于98％的非晶态含量。构件中的非晶相比例越高，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由至少部分地非晶态的金属合金制造构件的方法，包括如下步骤：提供由至少部分地非晶态的金属合金构成的粉末，其中，所述粉末由球状粉末颗粒构成，所述粉末颗粒的直径小于125μm；把所述粉末加压成待制造的构件的所需的形状；通过在加压期间或加压之后，在金属合金的非晶相的转变温度与结晶温度之间的温度下，对所述粉末进行热处理，而压实并烧结所述粉末，其中，所述热处理的时长被选择为使得在热处理后该构件被烧结，且具有至少85％的非晶态含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.15 EP 14168461.31.一种用于由至少部分地非晶态的金属合金制造构件的方法，包括如下步骤：提供由至少部分地非晶态的金属合金构成的粉末，其中，所述粉末由球状粉末颗粒构成，所述粉末颗粒的直径小于125μm；把所述粉末加压成待制造的构件的所需的形状；通过在加压期间或加压之后，在金属合金的非晶相的转变温度与结晶温度之间的温度下，对所述粉末进行热处理，而压实并烧结所述粉末，其中，所述热处理的时长被选择为使得在热处理后该构件被烧结，且具有至少85％的非晶态含量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理在真空下进行，其中，优选在至少10-3mbar的真空下通过热处理来压实所述粉末。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过热等静压或热压来压实所述粉末。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述热处理的时长被选择为使得所述构件具有至少90％的、优选多于95％的、特别优选多于98％的非晶态含量。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用由包含至少50％(重量)的锆的非晶态的金属合金构成的粉末。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，提供由非晶态的金属合金构成的粉末，该金属合金包含：a)58～77％(重量)的锆；b)0～3％(重量)的铪；c)20～30％(重量)的铜；d)2～6％(重量)的铝；e)1～3％(重量)的铌。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，球形非晶态金属合金粉末通过熔融雾化来制得，优选在惰性气体，特别是氩气中通过熔融雾化来制得，特别优选在纯度为99.99％、99.999％或更高的惰性...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·埃尔森，安妮特·卢卡斯，汉斯·于尔根·沃切特，
申请(专利权)人：德国贺利氏有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE