[发明专利]韧性的铁基块体金属玻璃合金

说明书

发明领域

本发明大体涉及铁基块体金属玻璃合金(bulk metallic glass alloy)；且更具体地涉及展示低剪切模量的铁基含磷的块体金属玻璃合金家族。

发明背景

铁基玻璃的显著高的强度、模量和硬度连同它们的低成本促进了过去五年内努力设计适合于结构应用的无定形钢。开发合金的努力产生了具有大至12mm的临界棒直径和超过4GPa的强度的玻璃。(参见，例如，Lu ZP等人，Phys Rev Lett 2004：92；245503；Ponnambalam V等人，J Mater Res2004：19；1320；和Gu XJ等人，J Mater Res.2007：22；344，它们每一个的公开内容通过引用并入本文。)然而，这些低成本的超强材料展示低至3MPa m^1/2的断裂韧度值，这些断裂韧度值完全低于结构材料的最低可接受韧度限值。(参见，例如，Hess PA等人，J Mater Res.2005：20；783，其公开内容通过引用并入本文。)已经将这些玻璃的低韧度与它们的弹性常数，特别是它们的高剪切模量联系起来，一些组合物的剪切模量被报告为超过80GPa。(参见，例如，Gu XJ等人，Acta Mater 2008：56；88，其公开内容通过引用并入本文。)最近尝试通过改变这些合金的元素组成来韧化这些合金，得到了具有较低剪切模量(低于70GPa)的玻璃，该玻璃展示改进的缺口韧度(高至50MPa m^1/2)但受损的玻璃成型能力(小于3mm的临界棒直径)。(参见，例如，Lewandowski JJ等人，Appl Phys Lett 2008：92；091918，其公开内容通过引用并入本文。)

因此，对显示高的韧度(超过50MPa m^1/2的缺口韧度)但仍适当的玻璃成型能力(大至6mm的临界棒直径)的具有特别低的剪切模量(低于60GPa)的Fe基合金存在需求。

发明概述

因此，根据本发明提供了能够在合金的最大可达到的临界棒直径下具有可能的最高的韧度的铁基块体金属玻璃合金。

在一个实施方式中，本发明的组合物包括至少Fe、P、C和B，其中Fe构成至少60的原子百分数，P构成5至17.5的原子百分数，C构成3至6.5的原子百分数，且B构成1至3.5的原子百分数。

在另一个实施方式中，组合物包括10至13的原子百分数的P。

在还另一个实施方式中，组合物包括4.5至5.5的原子百分数的C。

在又一个实施方式中，组合物包括2至3的原子百分数的B。

在还又一个实施方式中，组合物包括19至21的总原子百分数的P、C和B。

在还又一个实施方式中，组合物包括0.5至2.5的原子百分数的Si。在另一个这样的实施方式中，Si的原子百分数是1至2。

在还又一个实施方式中，组合物具有19至21的总原子百分数的P、C、B和Si。

在还又一个实施方式中，组合物还包括2至8的原子百分数的Mo。在另一个这样的实施方式中，Mo的原子百分数是4至6。在一个这样的实施方式中，组合物还包括3至7的原子百分数的Ni。在还另一个这样的实施方式中，Ni的原子百分数是4至6。在又一个这样的实施方式中，组合物还包括1至7的原子百分数的Cr。在还又一个这样的实施方式中，组合物还包括1至3的原子百分数的Cr。在还又一个这样的实施方式中，组合物还包括1至5的原子百分数的Co、Ru、Ga、Al和Sb中的至少一种。

在还又一个实施方式中，组合物还包括至少一种痕量元素，其中所述至少一种痕量元素的总重量分数小于0.02。

在还又一个实施方式中，合金具有低于440℃的玻璃化转变温度(T_g)。

在还又一个实施方式中，合金具有小于60GPa的剪切模量(G)。

在还又一个实施方式中，合金具有至少2mm的临界棒直径。