[发明专利]玻璃状纳米材料

说明书

技术领域

本发明涉及可应用于多种快速凝固加工方法以在铁基玻璃形成合金中产生改进的性质如抗拉性质和延展性的加工条件和物质的化学组成。

背景技术

金属玻璃是相对独特的一类材料，其可展现既类似金属（因为它们可包含非定向的金属键、金属光泽、和/或相对显著的导电性和导热性）又类似陶瓷（因为相对高的硬度往往可与脆性和缺乏拉伸延展性结合而展现）的特性。可理解金属玻璃包括过冷液体，其在室温下以固体形式存在，但是可具有与在仅存在短程有序的液体中发现的结构类似的结构。金属玻璃通常可具有自由电子、展现金属光泽、并且展现与在常规金属中发现的金属键类似的金属键。金属玻璃可为亚稳态材料，并且当被加热时它们可转变成结晶态。该工艺被称为结晶或析晶。因为扩散在室温下受限制，所以可施加足够的热量（即玻尔兹曼能量）以克服成核势垒从而引起由玻璃析晶所引起的固-固态转变。

发明内容

一种金属合金，其包含在45.0原子%-71原子%水平的Fe、在4.0原子%-17.5原子%水平的Ni、在11.0原子%-16原子%水平的B、在0.3原子%-4.0原子%水平的Si和0.1-19.0原子%的任选存在的Cr。该合金于其中包含在5.0体积%-95.0体积%范围内存在的失稳（spinodal）玻璃基体显微成分（SGMM）组织，确定具有不同化学组成的两种相，其中SGMM结构包括一种或多种半结晶相或结晶相，其中半结晶相包含展现2.0nm或更小的最大线性尺度的簇，并且结晶相包含展现大于2.0nm的最大线性尺度的簇和玻璃基体（其中玻璃相中的结构单元具有的尺寸）。该合金具有0.4GPa-3.9GPa的极限拉伸强度和0.4%-5.5%的拉伸延伸率。

在方法形式中，本发明针对用于形成包含失稳玻璃基体显微成分（SGMM）的金属合金的方法，其包括：提供金属合金，该合金包含在45.0原子%-71原子%水平的Fe；在4.0原子%-17.5原子%水平的Ni；在11.0原子%-16原子%水平的B；和在0.3原子%-4.0原子%水平的Si和0.1-19.0原子%的任选存在的Cr。随后可接着熔化该合金并且冷却和形成失稳玻璃基体显微成分，其中该金属合金在冷却时分离成化学组成和物理性质不同的两种独特相，其中相形成不受成核控制并且SGMM组织包括一种或多种半结晶相或结晶相，其中半结晶相包含展现2.0nm或更小的最大线性尺度的簇，并且结晶相包含展现大于2.0nm的最大线性尺度的簇和玻璃基体（其中玻璃相中的结构单元具有的尺寸）。这样的合金可再次具有0.4GPa-3.9GPa的极限拉伸强度和0.4%-5.5%的拉伸延伸率。

附图说明

参考本文中结合附图描述的实施方案的以下描述，本公开上面提及的和其它的特征以及获得它们的方式可变得更加清楚并且被更好地理解，其中

图1所选择的每个系列波纹带材的示例性光学图片；a)A2波纹带材，b)B4波纹带材，c)C6波纹带材，和d)D8波纹带材。

图2熔融纺丝的带材横截面的SEM图像，显示了示例性的校正系数。

图3A2合金横截面的SEM背散射电子显微图片，显示没有结构特征。显微硬度压痕标记用于聚焦的表面。

图4B2合金横截面的SEM背散射电子显微图片，显示没有结构特征。显微硬度压痕标记用于聚焦的表面。

图5C2合金横截面的SEM背散射电子显微图片，显示没有结构特征。显微硬度压痕标记用于聚焦的表面。

图6A2合金横截面的SEM背散射电子显微图片，显示没有结构特征。显微硬度压痕标记用于聚焦的表面。

图7A2合金的规格表面（gage surface）的SEM显微图片，显示在拉伸测试后的多个剪切带的形成。

图8B2合金的规格表面的SEM显微图片，显示在拉伸测试后的多个剪切带的形成。

图9C2合金的规格表面的SEM显微图片，显示在拉伸测试后的多个剪切带的形成。

图10D2合金的规格表面的SEM显微图片，显示在拉伸测试后的多个剪切带的形成。

图11显示在拉伸测试后的A2合金中两种机理的SEM显微照片：ISBB实例由箭头标示并且SBAI实例由圆圈标识。

图12显示在拉伸测试后的B2合金中两种机理的SEM显微照片：ISBB实例由箭头标示并且SBAI实例由圆圈标识。