形成具有高弹性极限的非晶态合金模制品的方法技术

提供了一种用于在玻璃转变范围附近形成块体凝固非晶态合金的模制品的方法，在模制加工完成时该模制品保持块体凝固非晶态合金的高弹性极限。该方法包括提供一种块体凝固非晶态合金原料（步骤１），然后在玻璃转变范围附近对该非晶态合金原料进行模制（步骤２）以形成一个根据本发明专利技术的模制品（步骤３），该模制品保持至少１．２％的弹性极限。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要针对一种在玻璃转变范围附近形成块体凝固非晶态合金的模制品的方法，且更具体的针对一种形成块体凝固非晶态合金模制品的方法，该制品在模制加工完成时仍保持块体凝固非晶态合金的高弹性极限。
技术介绍
从熔融状态以足够快的冷却速度适当形成的非晶态合金具高弹性极限，其弹性极限的典型范围是1.8％至2.2％。此外，这些非晶态合金可以表现出高达100％的大幅度弯曲延展性(bending ductility)，例如薄熔体离心带的情形。另外，能表现出玻璃转变的非晶态合金能够进一步在玻璃转变范围以上形成一种过冷液体而且在使用很小的作用力时能够发生显著变形(通常，20MPa或更小)。最近发现了块体凝固非晶态合金，该合金能够以约500K/秒或更小的冷却速率从它们的熔融状态冷却并形成1.0mm或更厚的物体，该物体具有基本非晶态的原子结构。这些块体凝固非晶态合金比传统的非晶态合金厚很多，传统的非晶态合金具有典型为0.020mm的厚度，而且需要105K/秒或更高的冷却速率。美国专利5,288,344；5,368,659；5,618,359；和5,735,975(每个都在这里引入作为参考文献)公开了这种块体凝固非晶态合金族。块体凝固非晶态合金的发现导致了各种各样的应用。就这一点，需要一种形成块体凝固非晶态合金的实用且经济的方法，例如在玻璃转变温度范围附近的模制，以便允许在要求复杂精密形状的设计中使用这些材料。应注意大幅度弯曲延展性(高达100％)并非对块体凝固非晶态合金的所有应用都是必需的(因为他们的设计是使用其弹性极限)，虽然至少通常优选一定百分比的弯曲延展性。美国专利6,027,586；5,950,704；5,896,642；5,324,368；和5,306,463(每个都在这里引入作为参考)公开了利用它们可表现玻璃转变的能力形成非晶态合金模制品的方法。然而，最近观察到当经受玻璃转变温度附近的温度时，非晶态合金可能会损失其延展性。实际上，在这些通常的成型方法的过程中，大多数块体凝固非晶态合金的大部分高弹性极限可能会损失，虽然该非晶态材料本身可以基本保持其非晶态结构。除最终产品弹性的损失以外，这些方法还可能导致断裂韧性的损失，这限制了使用该材料可达到的极限强度水平。实际上，高弹性极限的损失成为使用形成块体凝固非晶态合金模制品的传统方法的正常现象而不是例外。虽然这种现象归因于多种因素，例如微结晶和结构松弛，各种热激励过程(例如亚稳态分解和纳米晶体的形成)也可能是至少部分上的原因。美国专利5,296,059和5,209,791(每个都在这里引入作为参考)试图解决大幅度弯曲延展性的损失并公开了对于经受玻璃转变范围附近温度的非晶态合金增加延展性的方法。尽管已有这些尝试，没有形成块体凝固非晶态合金的现有技术方法充分解决了延展性和高弹性极限损失的问题。例如，在玻璃转变温度附近进行块体凝固非晶态合金的各种模制加工之后，弹性极限可以变得小至0.1％，虽然通过常规的方法例如X-射线衍射认为该合金基本上是非晶态的。此外，在现有技术的方法中通常用于测定非晶态结构的X-射线衍射技术证明是不足以快速和经济的(如果有效的话)检测弹性极限损失的，尽管它显示出基本上非晶态结构。本质上，在完成成形加工之后，形成非晶态合金的模制品的现有技术方法通常不保持块体凝固非晶态合金的高弹性极限。因此，需要一种形成块体凝固非晶态合金模制品的新式和改进方法，该方法在模制加工完成时基本保持高弹性极限。专利技术概述本专利技术针对一种在玻璃转变温度附近形成块体凝固非晶态合金模制品的方法，该模制品在模制加工完成时保持了块体凝固非晶态合金的高弹性极限。该方法通常包括提供一种块体凝固非晶态合金的原料，然后在玻璃转变范围附近对该非晶态合金原料进行模制以形成根据本专利技术的模制品，该模制品保持至少1.2％的弹性极限。在另一个实施方案中，该模制品保持至少1.8％的弹性极限，而且更优选保持至少1.8％的弹性极限和至少1.0％的弯曲延展性。虽然在本专利技术中可以利用任何块体凝固非晶态合金，在一个优选的实施方案中该块体凝固非晶态合金具有表现玻璃转变的能力而且具有至少1.5％的弹性极限。更优选地，该原料非晶态合金具有至少1.8％的弹性极限，而且最优选地该原料非晶态合金具有至少1.8％的弹性极限和至少1.0％的弯曲延展性。此外，该块体凝固非晶态合金的原料优选具有大于30℃的ΔTsc(过冷液体区)，且优选大于60℃的ΔTsc，而且最优选90℃或更高的ΔTsc。在另一个实施方案中，模制步骤的温度是受限制，使得当原料非晶态合金的ΔTsc大于90℃时，于是Tmax由(Tsc+1/2ΔTsc)给定，且并优选由(Tsc+1/4ΔTsc)给定，且最优选由Tsc给定。当原料非晶态合金的ΔTsc大于60℃时，于是Tmax由(Tsc+1/4ΔTsc)给定，并优选由(Tsc)给定，且最优选由Tg给定。当非晶态合金原料的ΔTsc大于30℃时，于是Tmax由Tsc给定，并优选由(Tg)给定，且最优选由Tg-30给定。在又一个实施方案中，模制步骤的时间是受限制，使得对于一个给定的Tmax，t(T＞Tsc)表示在模制加工期间可高于Tsc的最大允许时间，且t(T＞Tsc)(Pr.)表示优选的最大允许时间。此外，对于一个给定的Tmax，t(T＞Tg)表示在模制加工期间可高于Tg的最大允许时间，且t(T＞Tg)(Pr.)表示优选的最大允许时间。除以上情况之外，对于一个给定的Tmax，t(T＞Tg-60)表示在模制加工期间可高于温度(Tg-60)℃的最大允许时间，且t(T＞Tg-60)(Pr.)表示优选的最大允许时间。在又一个实施方案中，在成形操作完成时，原料厚度的形状在至少20％以上的原料坯料表面积上得到保持。优选地，原料坯料的厚度在其表面积的至少50％以上得到保持，且更优选地，原料的厚度在其表面积的至少70％以上得到保持，且最优选地原料的厚度在其表面积的至少90％以上得到保持。在这个实施方案中，当厚度变化小于10％时，优选小于5％时，且更优选小于2％时，且最优选厚度保持基本不变时，原料坯料的厚度得到“保持”。在又一个实施方案中，基于ΔH1/ΔT1与ΔHn/ΔTn的比较选择合金组成及模制的时间和温度。在这个实施方案中，优选的组成是相比其它结晶阶段具有最高ΔH1/ΔT1的材料。例如，在一个实施方案中一种优选的合金组成具有ΔH1/ΔT1＞2.0*ΔH2/ΔT2，更优选的是ΔH1/ΔT1＞4.0*ΔH2/ΔT2。对于这些组成，在模制处理中可以容易地使用更强烈的时间和温度，也就是t(T＞Tsc)和Tmax而不是t(T＞Tsc)(Pr.)和Tmax(Pr.)。相比之下，对于ΔH1/ΔT1＜0.5*ΔH2/ΔT2的组成，优选更保守的时间和温度，也就是t(T＞Tsc)(Pr.)和Tmax(M.Pr.)而不是t(T＞Tsc)和Tmax(Pr.)。在又一个实施方案中，该模制加工选自吹砂造型，模压成型，和由一个复制模的表面特征复制。在又一个实施方案中，该合金选自包含(Zr，Ti)a(Ni，Cu，Fe)b(Be，Al，Si，B)c的族中，其中a的范围是全部组成的30％至75％原子百分比，且b的范围是全部组成的5％至60％原子百分比，且c的范围是全部组成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成具有高弹性极限模制品的方法，该方法包括：　　　　　提供块体凝固非晶态合金的原料，该原料具有玻璃转变（Ｔｇ），过冷温度（Ｔｓｃ），和结晶温度（Ｔｘ），其中将Ｔｓｃ和Ｔｘ之间的差值定义为过冷温度区（ΔＴｓｃ）；　　　　将该原料加热至模制温度）　　　　在原料的玻璃转变温度附近以一定温度持续一段时间模制该原料以形成模制品，该时间小于一个特定的最大允许模制时间，该温度小于一个特定最大模制温度，由此该模制品保持至少１．２％的弹性极限，其中该最大模制温度与ΔＴｓｃ的大小成比例且该特定的允许模制时间与模制温度和ΔＴｓｃ二者成比例。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A佩克，
申请(专利权)人：液态金属技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]