用于由具有无定型相的金属合金制造构件的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于由至少部分无定型合金制造构件的方法，所述方法包括步骤：提供至少部分无定型合金的粉末，其中，所述粉末由球形的粉末颗粒组成；由所述粉末形成成型的半成品，实现方式为：所述粉末被逐层地敷设，并且分别新敷设的层的粉末颗粒至少在待成形的半成品的表面上通过目标性的局部的热量输入而熔接和/或熔融，并且在重新冷却时相互连接；和对半成品进行热压，其中，热压在合金的无定型相的转变温度与结晶温度之间的温度条件下进行，其中，在热压过程中在半成品上施加机械压力，并且半成品在热压过程中被压实。此外，本发明专利技术还涉及一种通过所述方法由至少部分无定型合金的粉末制成的构件和这种构件作为齿轮、棘轮、抗磨部件、壳体、钟表壳、变速器的部件或半成品的应用。

Method for making a component from a metal alloy having an amorphous phase

The invention relates to a method used by at least part of the amorphous alloy manufacturing component, wherein the method comprises the following steps: providing at least part of the amorphous alloy powder, wherein the powder is composed of spherical powder particles composition; semi-finished products formed by the powder, the powder is realized by: laying, and the powder particles respectively new laying layer at least on the surface of semi-finished products to be formed by the target of the local heat input welding and / or melt, and connected to each other in the re cooling; hot pressing, and semi-finished products, the hot pressing temperature between the transition temperature and the crystallization temperature of the alloy in which no, during the hot pressing process of mechanical pressure exerted on the semi-finished products, semi-finished products and is compacted in hot pressing process. In addition, the invention also relates to a by the method made at least partially amorphous alloy powder and the application of component component as gear, ratchet wheel, wear parts, shell, clock shell, transmission parts or semi-finished products.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于由具有无定型相的金属合金制造构件的方法本专利技术涉及一种用于由至少部分无定型合金制造构件的方法。本专利技术还涉及一种由具有无定型相的合金制成的构件以及这种构件的应用。无定型金属及其合金数十年前就是已知的。这种也称为“块体金属玻璃(bulkmetallicglasses，BMG)”的无定型的金属合金能够通过由两种或多种元素组成的熔体的快速凝固形成。在冷却速度高达106K/s时，金属不会排列成规则的晶体结构；自然的结晶被抑制，而熔融流动状态被“冻结”。就金相学方面来看存在短程秩序而不存在长程秩序。这样形成的材料表现为具有多种优选性的材料类型。除了高硬度和强度之外，无定型金属还特别耐腐蚀而且与晶体变型相比显示出有利的磁性质。然而由于所需的高冷却速度，由无定型金属制成的半成品的最大可制造尺寸却被限制为直径数毫米。在更高厚度情况下，热量则不能足够快速地从材料的内部排出并且不会抑制结晶。由此较低的半成品尺寸限制了可实现的构件尺寸。例如在公开文本DE3524018A1中描述了薄带及其制造，其中，在支架上通过熔融相的淬火冷却形成薄的金属玻璃。并且例如在申请文本EP2430205B1中描述了由无定型合金制成的复合材料，该复合材料针对其制造需要102K/s的冷却速度。其中的弊端在于，通过这些所述方法仅能形成薄层或具有数毫米横断(或横截面尺寸)的非常窄小的构件。问题还在于制造具有无定型结构的呈复杂形状的大的构件。对于具有大体积的复杂的构件和半成品来说不能实现所必须的冷却速度。由文献WO2008/039134A1已知一种方法，其中，由无定型金属粉末制造较大的构件。为此，所述构件根据3D打印的方法逐层地形成，其中，这些层的多个部分区域通过电子束被熔化。对此的弊端在于，所述方法仅能非常复杂且成本昂贵地应用。此外，利用这种方法不能实现制成的构件的足够均匀的物理性质。为了实现无定型金属粉末的稳定连接，必须通过电子束使粉末局部熔化。通过在局部熔化时的热量输入和靠近表面的粉末的重新冷却，会导致在位置更深的已经无定型地凝固硬化的层中点状地高于结晶温度并且导致合金的结晶。由此在构件中形成了不期望的量的和不均匀分布的晶体相。此外，所述方法相对持续时间较长，因为必须确保所有被电子束击中的区域以足够程度熔化。电子束在粉末位置上停留的时长和由此温度必须再次非常精确地调整。因此本专利技术所要解决的技术问题在于，克服现有技术中的弊端。尤其应该研发能简单且成本低廉地实现的方法，利用所述方法能够制造由具有无定型份额的合金构成的构件，所述构件可以具有0.1cm3或更大的、优选1cm3或更大的体积，并且能够以不同的甚至复杂的形状形成。所形成的构件还应该在物理性质和无定型相的分布方面具有尽可能高的均匀性。本专利技术所要解决的技术问题还在于，提供这种构件。所述方法应该是可变的并且得到良好的可再现的结果。所形成的构件应该具有尽可能高的无定型金属相的份额。所期望的还在于，所形成的构件尽可能紧密而且仅具有很少的孔。其他所要解决的技术问题在于，所述方法能够应用于尽可能多的不同的能够构成无定型相的合金。此外还有利的是，所述方法能够通过尽可能简单的且在实验室中常见的设备和工具被应用。本专利技术所要解决的技术问题通过一种用于制造由至少部分无定型金属合金构成的构件的方法解决，所述方法具有步骤：1)提供由至少部分无定型金属合金构成的粉末，其中，所述粉末由球状的粉末颗粒组成；2)由粉末制备成型的半成品，方式是将所述粉末逐层敷设，并且使分别新敷设的层的粉末颗粒至少在待成型的半成品的表面上通过目标性的局部的热量输入而熔接和/或熔化并且在重新冷却时相互连接；和3)对半成品进行热压，其中，所述热压在合金的无定型相的转变温度与结晶温度之间的温度条件下进行，其中，在热压过程中在半成品上施加机械压力，并且半成品在热压过程中被压实。优选地，半成品在形成过程中在待成形的半成品的整个表面上通过目标性的局部的热量输入被熔接和/或熔化。对此优选的实现方式在于，每个新敷设的层的颗粒粉末至少在待成形的半成品的表面上通过目标性的局部的热量输入被熔接和/或熔化。优选地，热压的持续时长这样选择，即，所述持续时长至少这样长，使粉末在热压之后烧结，并且所述持续时长最多这样长，使半成品在热压之后尚且具有至少85％的无定型份额。由于粉末颗粒不是全部等大的，并且由于即使粉末颗粒全部等大，但局部的热量输入不完全均匀地进行，所以会导致一些粉末颗粒完全融化，一些颗粒粉末仅在其表面处融化，而其他粉末颗粒还保持固态或最多变软。无定形材料是指在物理学和化学中的一种材料，在所述材料中，原子不构成有序的结构而是构成不规则的模式，并且仅具有短程秩序而不具有长程秩序。与无定型相反地，将规则地结构化的材料称为是结晶的。在热压时，表面上的粉末颗粒变软并且相互连接，并且在冷却之后保持相连。由此从粉末变成黏结体或者说黏结的半成品。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述半成品在热压后的密度为完全无定型金属合金的理论密度的至少97％。在热压时的压力和温度处理的组合作用形成紧密的半成品。此外，所述连接还通过粉末颗粒相互间的塑性变形得到改进，从而能够选择温度处理的较短的持续时长，并且降低晶体相在构件中的份额。无定型相的转变温度通常也被称为玻璃化转变温度或转变点或玻璃化转变点，其中应该明确的是，这些都是与所述转变温度相同的概念。通过本专利技术规定，半成品的热压通过对半成品的热等静压实现，优选地所述半成品通过热等静压被压实。所述热等静压(HIP)具有的优点在于，通过所述方法能够制造复杂成型的构件。在此进行对半成品的均匀且不走形的收缩，从而使相互间的相对尺寸保持不变。根据本专利技术，在热压过程中直至转变温度的加热和冷却应该尽可能快地完成，因为即使温度低于转变温度也会在必然存在的子晶上形成结晶，然而粉末颗粒尚未实现应该导致粉末颗粒的连接和压实的软化。根据本专利技术应该实现粉末颗粒的塑性变形，所述塑性变形导致粉末的紧实和由此导致粉末颗粒加速的连接。在此应尽可能少地发生超出所期望的额定温度或最终温度的温度过调。通过本专利技术还规定了所述方法的优选设计方式，使得热压在真空下进行，其中，优选地，半成品通过在至少10-3mbar的真空下的热压被压实。通过使用这样的真空，减少了氧化物或其他与空气的反应产物的生成。杂质不仅本身是具干扰性的，而且此外还在热压过程中导致半成品中不期望的晶体相的生成。出于相同的原因，根据本专利技术作为补充或备选规定，热压在保护气体中进行，尤其在惰性气体、例如氩气中进行，优选保护气体的纯度为至少99.99％、特别优选纯度为99.999％。优选地，在这样的实施方式中规定，该氛围(在该氛围中实施所述热压)通过多次抽真空和惰性气体的冲洗、尤其氩气的冲洗而基本上不含残余气体。根据本专利技术作为备选还可以规定，热压在还原性气体中进行、尤其在成型气体(Formiergas)中进行，以便将干扰性的金属氧化物的量保持得尽可能少。其他用于减少构件中或半成品中的金属氧化物的量的措施可以通过在热压粉末时和/或制造粉末时使用除氧器实现。按照根据本专利技术的方法的一种优选变型方式规定，通过增材制备方法、尤其3D打印方法实现由粉末成型的半成品的形成。由此实现在构件的待形成形状方面的高可变性。同时能够以该方式良好且简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由至少部分无定型合金制造构件的方法，所述方法包括步骤：提供至少部分无定型合金的粉末，其中，所述粉末由球形的粉末颗粒组成；由所述粉末形成成型的半成品，实现方式为：所述粉末被逐层地敷设，并且分别新敷设的层的粉末颗粒至少在待成形的半成品的表面上通过目标性的局部的热量输入而熔接和/或熔融，并且在重新冷却时相互连接；和对半成品进行热压，其中，热压在合金的无定型相的转变温度与结晶温度之间的温度条件下进行，其中，在热压过程中在半成品上施加机械压力，并且半成品在热压过程中被压实。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.15 EP 14177072.71.一种用于由至少部分无定型合金制造构件的方法，所述方法包括步骤：提供至少部分无定型合金的粉末，其中，所述粉末由球形的粉末颗粒组成；由所述粉末形成成型的半成品，实现方式为：所述粉末被逐层地敷设，并且分别新敷设的层的粉末颗粒至少在待成形的半成品的表面上通过目标性的局部的热量输入而熔接和/或熔融，并且在重新冷却时相互连接；和对半成品进行热压，其中，热压在合金的无定型相的转变温度与结晶温度之间的温度条件下进行，其中，在热压过程中在半成品上施加机械压力，并且半成品在热压过程中被压实。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对半成品的热压通过对半成品的热等静压实现，优选地，所述半成品通过热等静压被压实。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热压在真空条件下进行，其中优选地，所述半成品在至少10-3mbar的真空条件下通过热等静压被压实。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过增材制备方法、尤其3D打印方法由粉末制备成型的半成品。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在分别新敷设层的粉末颗粒中的目标性的局部的热量输入利用电子束或激光束、优选地利用受控的电子束或受控的激光束完成。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过目标性的局部的热量输入将分别新敷设的层的粉末颗粒以在新敷设的层中待成型构件的至少90％的面积、优选以新敷设的层的95％的面积、特别优选以在新敷设的层中待成型构件的至少99％的面积熔化。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，粉末颗粒具有小于125μm的直径。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，热压的持续时长选择为，使得粉末颗粒在热压之后相互连接并且制成的构件具有至少85％、优选大于90％、特别优选大于95％、完全特别优选大于98％的无定型份额。9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为粉末使用具有至少50-重量％的锆的无定型金属合金的粉末。10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：J瓦克特，A埃尔森，A卢卡斯，
申请(专利权)人：贺利氏控股有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE