通过焊接整修块体金属玻璃(bmg)制品中的表面特征的方法

文档序号:9677893
通过焊接整修块体金属玻璃(bmg)制品中的表面特征的方法
【专利说明】通过焊接整修块体金属玻璃(BMG)制品中的表面特征的方 法
[0001] 根据USC第35篇第119(e)条,本申请要求2014年9月23日提交的序列号为 62/054, 207的美国临时专利申请的权益,通过引用将其整体并入本文。
技术领域
[0002] 本发明设及一种通过焊接整修制得的块体金属玻璃制品中的表面特征的方法。
【背景技术】
[0003] 块体金属玻璃度MG)及贵金属版本(pBMG)是不具有晶体结构的金属合金。相反, 类似于玻璃,它们的结构是无定形的。BMG具有许多有益的材料性质,运使得它们可用于许 多工程应用。BMG的一些性质包括高强度、弹性、耐腐蚀性和由烙融态的可加工性。
[0004]BMG(本文也称为无定形合金)通常通过将烙融合金从高于晶相的烙融溫度(或者 热力学烙融溫度)W"足够快的"冷却速率冷却至低于无定形相的"玻璃化转变溫度"来加 工并成型,从而避免合金晶体的成核和生长。
[0005] 在将运些BMG和地MG材料制成制品时,制造方法可能引入表面特征,运可在BMG 制品中产生空隙。通常,表面特征只有在昂贵的原料消耗掉且实施数小时的生产工艺后才 能看见。

【发明内容】

[0006] 在一些方面中,本文描述了整修BMG或pBMG表面的方法,包括例如整修BMG和 pBMG制品中的产生空隙和/或局部结晶区域的表面特征。
[0007] 根据某些方面,本发明设及整修BMG制品中的表面特征的方法。在某些实施方案 中,该方法包括将包含与块体金属玻璃制品的合金组成相同的合金组成的块体金属玻璃 度MG)填料材料施加至表面特征,使得BMG填料材料填充由表面特征产生的空隙空间的至 少一部分。将BMG填料材料和BMG制品的与表面特征相邻的一部分加热至高于BMG填料材 料和BMG制品的烙融溫度的溫度,使BMG填料材料和BMG制品的与表面特征相邻的一部分 烙融。将烙融的BMG填料材料和BMG制品的与表面特征相邻的烙融部分足够快地冷却至低 于金属玻璃制品的玻璃化转变溫度而基本上不引发结晶的溫度。
[000引在其它方面中,本发明设及移除BMG制品中的局部结晶的方法。在某些实施方案 中,该方法可包括:将块体金属玻璃制品的局部结晶区域加热至高于烙融溫度的溫度W使 该局部结晶区域烙融。然后,将块体金属玻璃制品的该烙融的局部结晶区域足够快地冷却 至低于该金属玻璃制品的玻璃化转变溫度而基本上不引发结晶的溫度。
【附图说明】
[0009] 尽管下文附图和描述显示了具体的实施方案和实施例,然而本领域技术人员将知 晓可做出各种改变和改进而不偏离本发明的精神和范围。
[0010] 图I显示了具有根据本发明实施方案的整修方法步骤的流程图。
[0011] 图2A提供了示意图,其显示了根据本发明实施方案的具有表面特征的BMG制品。
[0012] 图2B提供了示意图,其显示了根据本发明实施方案,在预热处理后的具有表面特 征的BMG制品。
[0013] 图2C提供了示意图,其显示了根据本发明的实施方案,将BMG填料材料施加至具 有表面特征的BMG制品。
[0014] 图2D提供了示意图,其显示了根据本发明的实施方案,将具有表面特征的BMG制 品的一部分和BMG填料材料暴露于热源。
[0015] 图沈提供了示意图,其显示了根据本发明的实施方案,在暴露于热源后将具有表 面特征的BMG制品的一部分和BMG填料材料冷却。
[001引图3A提供了示意图,其显示了根据本发明实施方案的具有孔的BMG制品。
[0017] 图3B提供了示意图,其显示了根据本发明的实施方案,在预热处理后具有孔的 BMG制品。
[0018]图3C提供了示意图,其显示了根据本发明的实施方案,在预热步骤后将BMG填料 材料施加至具有孔的BMG制品。
[001引图3D提供了示意图,其显示了根据本发明的实施方案,将具有孔的BMG制品的一 部分和BMG填料材料暴露于热源。
[0020] 图4提供了示例性的块体凝固型无定形合金的时间-溫度-转变(TTT)图的示意 图。
[0021] 图5A提供了示意图,其显示了根据本发明的实施方案,向具有晶相和无定形相的 BMG制品施加电子束。
[0022] 图5B提供了示意图,其显示了根据本发明的实施方案,在通过电子束加热后除去 BMG制品中的结晶。
[0023] 图5C提供了示意图,其显示了根据本发明的实施方案,在抛光步骤后具有无定形 层的BMG制品。
【具体实施方式】
[0024] 本发明设及整修BMG材料和制品中的表面特征的方法。BMG(本文也同义地称为 无定形合金)通常通过将烙融合金从高于晶相的烙融溫度(或者热力学烙融溫度)W"足 够快的"冷却速率冷却至低于无定形相的"玻璃化转变溫度"来加工并成型,从而避免合金 晶体的成核和生长。BMG可指代(但并非必然指代)具有或能够形成特定厚度的无定形合 金O
[00巧]在某些方面中,本发明设及整修BMG制品中的表面特征的方法。在某些方面中,本 发明设及整修BMG制品中的包括那些产生空隙的表面特征的方法。可被整修的表面特征的 类型的一些实例可为孔、坑、裂缝、表面裂纹和局部结晶区域。
[0026] BMG制品可包括贵金属的金属合金组合物,例如金(Au)基合金、销(Pt)基合金或 钮(Pd)基合金,或者由其构成。或者,BMG制品可包括儀(W)基合金、铁(Fe)基合金、铜 (化)基合金、锋狂n)基合金、错狂r)基合金或者能够形成块体金属玻璃的任何其它金属合 金,或者由其构成。
[0027] 在某些实施方案中,该方法包括将块体金属玻璃度MG)填料材料施加至BMG制品 W至少部分地填充空隙。BMG填料材料包含与块体金属玻璃制品的与空隙相邻的合金组成 相同的合金组成,使得BMG填料材料填充空隙空间的至少一部分。将BMG填料材料和BMG 制品的与空隙相邻的一部分加热至高于BMG填料材料和BMG制品的烙融溫度的溫度W使填 料材料和BMG制品的与空隙相邻的一部分烙融。然后,将烙融的BMG填料材料和BMG制品 的与空隙相邻的烙融部分足够快地冷却至低于金属玻璃制品的玻璃化转变溫度而基本上 不引发结晶的溫度。
[0028] 在本发明的一些方面中,基本上无结晶度(或者基本上无定形的)是指晶体的体 积分数小于1 %。在其它实施方案中,是指晶体的体积分数小于0. 1 %,而在另外的实施方 案中,是指晶体的体积分数为0 %。
[0029] 参照图1,整修BMG制品中的表面特征的方法100可包括:将BMG制品的与空隙相 邻的一部分预热的步骤110 ;将块体金属玻璃填料材料施加至BMG制品W部分地填充空隙 空间的步骤120 ;将该块体金属玻璃填料材料和BMG制品的与空隙空间相邻的一部分加热 的步骤130 ;将烙融的块体金属玻璃填料材料和BMG制品的烙融部分冷却的步骤140。
[0030] 根据本发明,在各个实施方案中,使用上述方法,可整修尺寸为至少0.1 mm的表面 特征。或者,使用根据本发明所述的方法,可整修至少0.5mm的表面特征。在其它实施方案 中,使用本文所述的方法,可整修尺寸为至少Imm的表面特征。
[0031] 在一些实施方案中,为了整修表面特征,可相继重复步骤120、130和140。例如,如 果实施了施加BMG填料材料、加热并烙融BMG填料材料W及冷却填料材料的步骤且在BMG 制品中残留由表面特征产生的空隙空间,则可反复实施运些步骤W基本上填充空隙空间。 在一些实施方案中,基本上填充空隙空间是指已填充空隙空间的至少99%。在其它实施方 案中,基本上填充是指已填充空隙空间的至少99. 5%。或者,基本上填充是指已填充空隙空 间的至少99. 9%。
[0032] 在其它方面中,该方法可包括将BMG制品的与表面特征相邻的一部分预热W准备 用于施加BMG填料材料的BMG制品的任选步骤。例如,如图2A和3A所示,BMG制品中可存 在表面特征220或320 (例如坑或孔)且在该BMG制品与表面特征的空隙空间之间产生表 面边缘。包围表面特征的空隙空间的表面边缘可为尖锐的和/或可掩盖(conceal)空隙空 间的一部分。表面边缘可能妨碍施加BMG填料材料W部分地填充表面特征的空隙空间的能 力。因此,在一些实施方案中,可实施预热并烙融BMG制品的与表面特征相邻的一部分的步 骤110。就本发明而言,BMG制品的与表面特征相邻的一部分包括:与由表面特征产生的空 隙空间形成边缘的BMG制品的区域。
[0033] 为了预热并烙融BMG制品的与表面特征相邻的一部分,可选择性地将BMG制品的 与表面特征相邻的一部分暴露于热源。热源可W为激光、电子束、电极、或者其它源,其具有 可控斑点(spot)尺寸且可提供足够的能量从而将BMG制品的一部分加热至足W烙融BMG 制品与表面特征之间的表面边缘的溫度。可将BMG制品的与表面特征相邻的一部分暴露于 热源至少5毫秒、至少10毫秒、至少20毫秒或至少50
再多了解一些
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