[发明专利]用于铁基块体无定形合金的合金化技术

说明书

在本说明书中所引用的所有出版物、专利和专利申请均据此全文以引用方式并入。

背景技术

当今使用的大部分金属合金至少最初通过凝固浇铸加工。金属合金熔化并浇铸于金属或陶瓷模具中，在其中凝固。剥去模具，浇铸的金属件即可使用或进一步加工。凝固和冷却期间产生的大多数材料的铸态结构取决于冷却速率。变化的性质没有一般规则，但对于大多数部件，结构变化仅仅逐渐伴随着冷却速率的变化。另一方面，对于块体凝固型无定形合金，相对快速冷却产生的无定形状态和相对较慢冷却产生的结晶状态之间的变化是质的变化而非量的变化(两个状态具有不同的特性)。

块体凝固型无定形合金或块体金属玻璃(“BMG”)为最近开发的一类金属材料。这些合金可以以相对较慢的速率凝固和冷却，并且它们在室温下保持无定形的非结晶(即，玻璃态)状态。该无定形状态对于某些应用可为非常有利的。无定形合金的制造可涉及将合金原料熔化为熔融状态，随后使熔融原料淬火生成最终合金形式。当前制备原料的方法通常涉及将合金粉末压制成铸块。然而，原料铸块的尺寸通常很小，因为粉末压制不产生大尺寸产物。另外，通常原料相对于化学组合物是不均质的，因为不同的化学组成不具有均质分布的可能。局部不均质性的一个结果是缺乏无定形相，因为通常无定形合金对其化学组成敏感。另外，此类限制可以是制造作为结构组件的无定形合金的挑战，因为与粉末压块相比，部件通常需要尺寸相对较大的铸块。

因此，存在开发可制造可用于制造块体无定形合金的原料的方法的需要，所述原料是均质的而且尺寸相当大。

发明内容

一个实施例提供制备合金原料的方法，其包括：通过将铁与第一非金属元素组合形成第一组合物；通过将铁与多种过渡金属元素组合形成第二组合物；通过将第二组合物与第二非金属元素组合形成第三组合物；以及将第一组合物与第三组合物组合以形成合金原料。

可供选择的实施例提供制备合金原料的方法，其包括：通过将铁与第一非金属元素组合形成第一组合物；通过将铁与多种过渡金属元素和碳组合形成含碳组合物；将第一组合物与含碳组合物组合以形成合金原料。

另一个实施例提供制备合金原料的方法，其包括：提供含铁第一组合物；将碳与包含钼、铬和钇的第二组合物组合以形成第三组合物；以及将第一组合物与第三组合物组合以形成合金原料。

附图说明

图1提供了一个实施例中方法的中间步骤期间形成的预合金组合物的示意图。该组合物具有被发现提供出乎意料的所需结果的某些叠堆顺序。

图2提供了图1中描述的预合金组合物的叠堆顺序的可供选择的视图。

图3提供了一个实施例中形成另一个预合金的示意图，其中另一个预合金组合物设置于碳颗粒的顶部，以允许从预合金和碳形成不同的含碳预合金组合物。

图4示出了一个实施例中用于合金化过程的不同元素及其相对尺寸(与标尺相比)的图片(非粉末件均具有至少一个为大约5mm或更大的尺寸)。

图5示出了一个实施例中Fe-Mo-Cr母合金(或预合金组合物)铸块的图片。

图6(a)-6(b)示出了一个实施例中对比测试中获得的合金铸块，其中分离所有破碎件并收集烟尘。

图7示出了一个实施例中对比测试期间获得的合金铸块图片，其中铸块是脆性的，并且在冷却时破碎成多个小件。

图8(a)-8(c)示出了根据一个本发明的实施例制成的合金原料以及由原料通过额外的再熔化和浇铸制成的无定形合金。

图9(a)-(b)示出了两个分别从6mm和8mm铸棒采集的DSC热谱曲线，所述铸棒由从一个本发明描述的实施例获得的原料产生。

具体实施方式

相

本文中的术语“相”可指在热力学相图中发现的相。相为遍及其中材料的所有物理特性基本上是一致的空间(如，热力学系统)区域。物理特性的实例包括密度、折射率、化学组成以及晶格周期性。将相简单地描述为材料的在化学上一致、在物理上不同和/或可机械分离的区域。例如，在处于玻璃罐中的由冰和水构成的系统中，冰块为一个相，水为第二相，而水上方的湿空气为第三相。罐的玻璃为另一种分离相。相可以指固溶体，其可以是二元、三元、四元或更多元的溶液或化合物，例如金属互化物。又如，无定形相不同于结晶相。

金属、过渡金属和非金属