含铁合金以及相关的系统和方法技术方案

一般地描述了含铁合金以及相关的系统和方法。根据某些实施方案，含铁合金是纳米晶体。根据某些实施方案，含铁合金具有高的相对密度。根据某些实施方案，含铁合金可以是相对稳定的。本文还描述了本发明专利技术的用于制造含铁合金的方法。根据某些实施方案，本发明专利技术的用于制造含铁合金的方法可以包括烧结包含铁和至少一种另外的元素(例如，至少一种另外的金属或准金属)的纳米晶体颗粒以形成含铁纳米晶体合金。

Ferroalloys and related systems and methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含铁合金以及相关的系统和方法相关申请本申请根据35U.S.C§119(e)要求于2017年5月4日提交并且题为“ThermallyStableNanocrystallineIronAlloys”的美国临时申请第62/501,240号、和于2018年3月21日提交并且题为“ThermallyStableNanocrystallineIronAlloysandAssociatedSystemsandMethods”的美国临时申请第62/646,282号、和于2018年3月28日提交并且题为“ThermallyStableNanocrystallineIronAlloysandAssociatedSystemsandMethods”的美国临时申请第62/649,178号的优先权；其各自通过引用整体并入本文以用于所有目的。
一般地描述了含铁合金以及相关的系统和方法。
技术介绍
纳米晶体材料可能易受晶粒生长的影响。在某些情况下，用于铁基合金的现有烧结技术使得难以生产具有小晶粒尺寸和高相对密度二者的纳米晶体材料，包括块状纳米晶体材料。期望改进的系统和方法以及相关的金属合金。
技术实现思路
一般地描述了含铁合金以及相关的系统和方法。根据某些实施方案，含铁合金是纳米晶体。根据某些实施方案，含铁合金具有高的相对密度。根据某些实施方案，含铁合金可以是相对稳定的。本文还描述了本专利技术的用于制造含铁合金的方法。根据某些实施方案，本专利技术的用于制造含铁合金的方法可以包括烧结包含铁和至少一种另外的元素(例如，至少一种另外的金属或准金属)的纳米晶体颗粒以形成含铁纳米晶体合金。在一些情况下，本专利技术的主题涉及相互关联的产品、特定问题的替代解决方案、和/或一个或更多个体系和/或制品的多种不同用途。某些实施方案涉及纳米晶体金属合金。在一些实施方案中，纳米晶体金属合金包含Fe；和第二元素；其中Fe是纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的元素，以及纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。在某些实施方案中，纳米晶体金属合金包含Fe；和第二元素；其中第二元素和铁表现出混溶间隙，以及纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。根据某些实施方案，纳米晶体金属合金包含Fe；和第二元素；其中第二元素的熔点低于Fe的熔点，并且纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。在某些实施方案中，纳米晶体金属合金包含Fe；和第二元素；其中Fe是纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的元素，以及纳米晶体金属合金在大于或等于100℃的温度下基本稳定。在一些实施方案中，纳米晶体金属合金包含Fe；和第二元素；其中Fe是块状纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的元素，以及纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于300nm。某些实施方案涉及包含Fe和Mg的金属合金；其中金属合金的相对密度大于或等于80％。一些实施方案涉及形成纳米晶体金属合金的方法。在一些实施方案中，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金；其中至少一些纳米晶体颗粒包含Fe和第二元素，以及Fe是至少一些纳米晶体颗粒中按原子百分比计最丰富的元素。根据某些实施方案，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金；其中至少一些纳米晶体颗粒包含Fe和第二元素；以及烧结多个纳米晶体颗粒包括将纳米晶体颗粒加热至大于或等于500℃且小于或等于1100℃的第一烧结温度持续大于或等于6小时且小于或等于24小时的烧结时间。在一些实施方案中，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金；其中至少一些纳米晶体颗粒包含Fe和第二元素；以及烧结多个纳米晶体颗粒包括加热纳米晶体颗粒使得纳米晶体颗粒不处于大于或等于1100℃的温度超过24小时。在某些实施方案中，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金；其中至少一些纳米晶体颗粒包含Fe和第二元素；Fe是至少一些纳米晶体颗粒中按原子百分比计最丰富的元素；以及烧结包括将纳米晶体颗粒加热至第一烧结温度，所述第一烧结温度低于在不存在第二元素的情况下烧结Fe所需的第二烧结温度。在一些实施方案中，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金；其中至少一些纳米晶体颗粒包含Fe和第二元素；以及第二元素和Fe表现出混溶间隙。在某些实施方案中，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金；其中至少一些纳米晶体颗粒包含Fe和第二元素；Fe是至少一些纳米晶体颗粒中按原子百分比计最丰富的元素；以及纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。某些实施方案涉及形成金属合金的方法，其包括烧结包含Fe和Mg的粉末以生产金属合金，其中金属合金的相对密度大于或等于80％。当结合附图考虑时，本专利技术的其他优点和新颖特征将由以下本专利技术的多个非限制性实施方案的详细描述而变得明显。在本说明书与通过引用并入的文献包含冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应当以本说明书为准。附图说明将参照附图通过实例描述本专利技术的非限制性实施方案，附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在图中，示出的每个相同或几乎相同的部件通常由单一数字表示。为了清楚起见，并非每个部件都标记在每幅图中，在不需要图示以使本领域普通技术人员理解本专利技术的情况下，也没有示出本专利技术的每个实施方案的每个部件。图1A至1C是示出根据某些实施方案的烧结过程的示例性示意图。图2A示出了由示例性经研磨的Fe-15Mg粉末采集的XRD图，其中所有的反射属于α-Fe固溶体相。图2B和图2C示出了图2A的示例性合金的透射电子显微镜(TEM)显微照片。图3A是根据某些实例的作为组成的函数的晶粒尺寸的图。图3B是根据某些实例的作为温度的函数的晶粒尺寸的图。图4A至4B示出了根据某些实例的作为退火温度和时间的函数的通过XRD获得的晶粒尺寸。图5A示出了示例性烧结的Fe-19Cr-1Mg合金的TEM显微照片。图5B是示出在与图5A相同的视场中的Fe、Cr和Mg(作为MgO析出物)的分布的元素映射(elementalmap)。图6A和图6B分别示出了根据某些实例的示例性Fe-19Cr-1Mg合金和Fe-1Mg合金的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。图7是示出根据某些实例的在不同温度下的作为加热时间的函数的晶粒尺寸和晶粒尺寸的一阶导数的图。图8A示出了根据某些实例的图7A中的Fe粉末在退火之后的明场(BrightField，BF)扫描TEM(STEM)显微照片。图8B示出了根据某些实例的图7A中的Fe-15Mg粉末在Ar中退火之后的BFSTEM显微照片。图8C示出了根据某些实例的图7A中的Fe-15Mg粉末在具有10％H2的Ar中退火之后的暗场(DarkField，DF)TEM显微照片。图9是根据某些实例的对于两种不同的退火环境的作为组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米晶体金属合金，包含：/nFe；和/n第二元素；/n其中：/nFe是所述纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的元素，以及/n所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170504 US 62/501,240;20180321 US 62/646,282;20181.一种纳米晶体金属合金，包含：
Fe；和
第二元素；
其中：
Fe是所述纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的元素，以及
所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。


2.一种纳米晶体金属合金，包含：
Fe；和
第二元素；
其中：
所述第二元素和Fe表现出混溶间隙，以及
所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。


3.一种纳米晶体金属合金，包含：
Fe；和
第二元素；
其中：
所述第二元素的熔点低于Fe的熔点，以及
所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。


4.一种纳米晶体金属合金，包含：
Fe；和
第二元素；
其中：
Fe是所述纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的元素，以及
所述纳米晶体金属合金在大于或等于100℃的温度下基本稳定。


5.一种纳米晶体金属合金，包含：
Fe；和
第二元素；
其中：
Fe是块状纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的元素，以及
所述纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于300nm。


6.一种金属合金，包含：
Fe；和
Mg；
其中所述金属合金的相对密度大于或等于80％。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的金属合金，其中所述第二元素为第二金属。


8.根据权利要求1至6中任一项所述的金属合金，其中所述第二元素为准金属。


9.根据权利要求6所述的金属合金，其中所述金属合金为纳米晶体金属合金。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的金属合金，其中所述金属合金为烧结的金属合金。


11.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二元素选自镁(Mg)、硼(B)、锆(Zr)、金(Au)、铬(Cr)、镍(Ni)、钒(V)、铂(Pt)、铅(Pb)、铜(Cu)、钴(Co)和锡(Sn)。


12.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二元素为镁(Mg)。


13.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二元素以小于所述纳米晶体金属合金的40原子％的量存在于所述纳米晶体金属合金中。


14.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中存在于所述金属合金中的镁(Mg)、硼(B)、锆(Zr)、金(Au)、铬(Cr)、镍(Ni)、钒(V)、铂(Pt)、铅(Pb)、铜(Cu)、钴(Co)和锡(Sn)的总量小于所述金属合金的40原子％。


15.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中：
存在于所述金属合金中的镁(Mg)、硼(B)、锆(Zr)、金(Au)、铬(Cr)、镍(Ni)、钒(V)、铂(Pt)、铅(Pb)、铜(Cu)、钴(Co)和锡(Sn)的总量小于所述金属合金的40原子％；以及
所述金属合金的余量的至少90原子％为Fe。


16.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二元素以所述纳米晶体金属合金的0.5原子％至30原子％的量存在于所述纳米晶体金属合金中。


17.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中存在于所述金属合金中的镁(Mg)、硼(B)、锆(Zr)、金(Au)、铬(Cr)、镍(Ni)、钒(V)、铂(Pt)、铅(Pb)、铜(Cu)、钴(Co)和锡(Sn)的总量为所述金属合金的0.5原子％至40原子％。


18.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中：
存在于所述金属合金中的镁(Mg)、硼(B)、锆(Zr)、金(Au)、铬(Cr)、镍(Ni)、钒(V)、铂(Pt)、铅(Pb)、铜(Cu)、钴(Co)和锡(Sn)的总量为所述金属合金的0.5原子％至40原子％；以及
所述金属合金的余量的至少90原子％为Fe。


19.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中Fe以至少55原子％的量存在于所述纳米晶体合金中。


20.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金为双相金属合金。


21.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金还包含与所述第二元素不同的第三元素。


22.根据权利要求21所述的金属合金，其中所述第三元素为金属元素。


23.根据权利要求21所述的金属合金，其中所述第三元素为准金属元素。


24.根据权利要求21所述的金属合金，其中所述第三元素选自硼(B)、锆(Zr)、金(Au)、铬(Cr)、镍(Ni)、钒(V)、铂(Pt)、铅(Pb)、铜(Cu)、钴(Co)和锡(Sn)。


25.根据权利要求21所述的金属合金，其中所述第三元素选自金(Au)和铬(Cr)。


26.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二元素和Fe表现出混溶间隙。


27.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于300nm。


28.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于150nm。


29.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于125nm。


30.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于100nm。


31.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。


32.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少85％。


33.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少90％。


34.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少95％。


35.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少97％。


36.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少99％。


37.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金为块状纳米晶体金属合金。


38.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于100℃的温度下基本稳定。


39.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于300℃的温度下基本稳定。


40.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于500℃的温度下基本稳定。


41.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于700℃的温度下基本稳定。


42.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于900℃的温度下基本稳定。


43.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金具有第一晶粒尺寸，并且包含Fe但不存在所述第二元素的烧结材料具有第二晶粒尺寸，所述第一晶粒尺寸小于所述第二晶粒尺寸。


44.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述金属合金包含Fe、Mg和Cr。


45.根据权利要求44所述的金属合金，其中：
Fe以至少50原子％的量存在于所述金属合金中；
Mg以0.5原子％至30原子％的量存在于所述金属合金中；以及
Cr以0.5原子％至30原子％的量存在于所述金属合金中。


46.根据权利要求44所述的金属合金，其中：
Mg以0.5原子％至30原子％的量存在于所述金属合金中；
Cr以0.5原子％至30原子％的量存在于所述金属合金中；以及
所述金属合金的余量的至少90原子％为Fe。


47.根据权利要求44所述的金属合金，其中：
Mg以0.5原子％至1.5原子％的量存在于所述金属合金中；
Cr以25原子％至30原子％的量存在于所述金属合金中；以及
所述金属合金的余量的至少90原子％为Fe。


48.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述金属合金包含Fe、Mg和Au。


49.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：多尔·阿姆拉姆，克里斯多佛·A·舒，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：美国;US