改性铁基玻璃以提高结晶温度而不改变熔化温度的方法技术

改性和改良现有铁基玻璃的合金设计方法。该改性涉及提高玻璃的稳定性，这可导致提高的结晶温度，和提高折算（ｒｅｄｕｃｅｄ）结晶温度（Ｔ↓［结晶］／Ｔ↓［熔化］），这可导致形成金属玻璃的临界冷却速率减小。对铁合金的改性包括添加包括钆的镧系元素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及金属玻璃，且更具体地涉及提高结晶温度同时对熔化温度影响最小的方法。所得玻璃具有降低的临界冷却速率，允许通过大量标准工业加工技术形成玻璃结构，由此增强该金属玻璃的实用性(func1ionality)。
技术介绍
自发现Metglasses(用于变压器芯应用的铁基玻璃形成组成)的至少30年以来，我们已经知道可以将铁基合金制成金属玻璃。然而，几乎无一例外，这些铁基玻璃状合金的玻璃形成能力非常差而且该非晶态只能以极高的冷却速率(106K/s)产生。因此，只能通过可提供极快冷却的技术例如落锤冲击(drop impact)或熔体离心技术加工这些合金。所有的金属玻璃都是亚稳态的，并且如果提供足够的活化能它们将转变成结晶态。金属玻璃转变成晶态材料的动力学由温度和时间两者决定。在常规的TTT(时间-温度-转变)曲线中，该转变通常表现为C-曲线动力学。在峰值转变温度下，失透(从非晶态玻璃转变成晶态结构)极度迅速，但是当温度降低时，该失透的发生速率越来越低。当提高金属玻璃的结晶温度时，可使TTT曲线有效上移(至更高温度)。因此，任何给定的温度在TTT曲线上将更低，从而表明更长的失透速率，所以具有更稳定的金属玻璃结构。这些变化表明，在结晶开始之前的任何特定温度下的有效操作温度的提高和稳定时间的显著延长。提高结晶温度的结果是对于给定的提高的使用温度，该金属玻璃效用的提高。提高金属玻璃的结晶温度可以增加金属玻璃适合应用的范围。更高的结晶温度可允许该玻璃在高温环境中使用，例如用于汽车，先进军用发动机，或工业发电设备的机器罩应用。另外，更高的结晶温度可以提高在温度低于该玻璃结晶温度的环境中即使在长时期之后该玻璃也不发生结晶的可能性。这对于存贮核废料的应用特别重要，该存贮是在低温下，但是需要存贮极长的时期可能长达数千年。类似地，提高玻璃的稳定性可以产生玻璃的更厚沉积而且还可以使用更高效、更有效，和更多样的工业加工方法。例如，当合金熔体是喷雾成型时，形成的沉积物经历了两种不同的冷却方式。喷雾以104至105K/s范围的速率极快冷却，这有利于玻璃状沉积物的形成。其次，累积玻璃沉积物从应用温度(在其沉积时喷雾的温度)冷却到室温。然而，沉积速率通常可以为每小时一吨到几吨，从而可以非常快速地形成玻璃沉积物。沉积物冷却至室温的二次冷却比喷雾冷却慢得多，典型在50至200K/s的范围内。随着热质量(thermal mass)的增加，热材料的这种快速形成与相对缓慢的冷却速率结合会引起沉积物温度提高。如果在结晶开始之前将合金冷却至玻璃转变温度以下，这时随后的二次缓慢冷却将不会影响该玻璃含量。然而，通常该沉积物可能加热至600至700℃并且在该温度下，该玻璃可能开始结晶。因此，如果提高玻璃(即结晶温度)的稳定性则可以避免这种结晶。存在许多用于测定或预测合金形成金属玻璃的能力的重要参数，包括折算(reduced)玻璃温度或折算结晶温度，深度共晶的存在，混合的负热量，原子直径比，和合金元素的相对比率。然而，一个已经成功预测玻璃形成能力的参数是折算玻璃温度，它是玻璃转变温度与熔化温度的比值。折算玻璃温度用作预测玻璃形成能力的工具已得到实验的广泛支持。当对加热期间在达到玻璃转变温度之前其中玻璃结晶的合金进行处理时，即可以使用折算结晶温度(即，结晶温度与熔化温度的比值)作为重要的基准。更高的折算玻璃转变或折算玻璃结晶温度显示了形成金属玻璃所必需的临界冷却速率的降低。由于降低临界冷却速率，可以通过更多的标准工业加工技术对金属玻璃熔体进行处理，因此可极大地提高金属玻璃的实用性。专利技术概述用于提高铁基玻璃合金的结晶温度的方法，该方法包括提供铁基玻璃合金，其中所述合金具有熔化温度和结晶温度，向所述铁基玻璃合金中加入镧系元素；和通过加入所述的镧系元素提高所述的结晶温度。附图简述部分参照典型实施方案对本专利技术的不同方面和优点进行了描述，应结合附图了解该描述，其中附图说明图1是显示ALLOY A合金和钆改性ALLOY A合金由玻璃至晶态的转变的差热分析曲线；和图2是显示ALLOY B合金和钆改性ALLOY B合金由玻璃至晶态的转变的差热分析曲线。本专利技术优选实施方案的描述本专利技术针对于镧系添加物的加入，例如向铁基合金中加入钆，从而促进合金组合物形成金属玻璃的能力。特别地，由于该组合物结晶温度的提高，可以在更低的临界冷却速率下产生该非晶玻璃态。本专利技术根本上是一种合金设计方法，可以利用该方法来改性和改良现有的铁基玻璃。特别地，性能改性涉及两种不同性能。首先，本专利技术可以允许玻璃稳定性的提高，这可产生提高的结晶温度。其次，根据本专利技术，可以提高折算结晶温度，即T结晶/T熔化之比，这可以导致金属玻璃形成的临界冷却速率降低。本专利技术的组合性能可提高现有熔体的玻璃形成能力和所产生的玻璃的稳定性。通过使该铁玻璃可用于许多加工方法和许多不同种类的应用，这种组合效果能够使铁基金属玻璃得以技术利用。用于生产铁基玻璃的合金包含镧系添加物，该添加物是原子序数58-71的元素，即铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥，然而镧(原子序数57)也可以包含在镧系元素之内。加入镧系添加物可以改变玻璃的物理性质，包括提高结晶温度和提高折算结晶温度。通常这种方法可用于任何现有的铁基金属玻璃。该镧系添加物优选以0.10原子％至50.0原子％的水平加入，且更优选1.0原子％至10.0原子％的水平，包括其中所有的0.1原子％间隔。通过添加钆改性的铁合金可以用于许多目前不能成功生产玻璃沉积物的加工方法，包括表面堆焊焊接，喷射成型，喷雾轧制，加压铸造，和浮法玻璃工艺。然而应注意的是，每种具体方法具有一个平均冷却速率，该速率对合金设计较重要，以使该合金的玻璃形成临界冷却速率小于特定工艺方法中所实现的平均冷却速率。实现小于该工艺冷却速率的临界冷却速率将允许通过该特定的工艺技术形成玻璃。加工实施例通过向两种不同合金ALLOY A和ALLOY B中以8原子％的含量(相对于合金)加入Ga，制备两种根据本专利技术的合金。表1中给出了这些合金的组成。所得的Gd改性合金这里分别指Gd改性ALLOY A和Gd改性ALLOY B，表1中也详细列出了它们的组成。表1 使用差热分析(DTA)比较Gd改性合金ALLOY A和Gd改性ALLOY B与未改性合金ALLOY A和ALLOY B的试样。参照图1和图2，DTA曲线显示，在两种情形中，Gd改性ALLOY A和Gd改性ALLOY B相对于未改性合金ALLOY A和Dar 35表现出结晶温度的提高。在Gd改性ALLOYB合金与ALLOY B合金比较的情形中，如图2所示，结晶温度提高了超过100℃。还应注意，没有现有的合金显示具有高于700℃的结晶温度。表2中给出了所有示例合金的结晶开始温度。表2热分析结果 虽然未在图中说明，DTA分析的结果显示，相对于未改性合金添加Gd引起的改性合金的熔化温度变化很小。表2中也给出了所有示例合金的熔化温度。由于提高了合金的结晶温度而熔化温度基本不变，结果是折算结晶温度(T结晶/T熔化)提高。对于ALLOY A系列的合金，向合金中加入Gd将折算结晶温度从0.5提高到0.61(未改性合金到Gd改性合金)，并且在ALLOY B系列的合金中将本文档来自技高网...

【技术保护点】
提高铁基玻璃合金的结晶温度的方法，该方法包括　　　　（ａ）提供铁基玻璃合金，其中所述合金具有熔化温度和结晶温度；　　　　（ｂ）向所述铁基玻璃合金中加入镧系元素；　　　　（ｃ）通过加入所述镧系元素提高所述的结晶温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-2-14 60/447,3981.提高铁基玻璃合金的结晶温度的方法，该方法包括(a)提供铁基玻璃合金，其中所述合金具有熔化温度和结晶温度；(b)向所述铁基玻璃合金中加入镧系元素；(c)通过加入所述镧系元素提高所述的结晶温度。2.权利要求1的方法，其中所述铁基玻璃合金在加入所述镧系元素之前的所述熔化温度与加入所述镧系元素之后的合金熔点基本相同。3.权利要求1的方法，其中加入所述铁基玻璃合金的所述镧系元素的浓度在...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ布拉纳甘，
申请(专利权)人：纳米钢公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]