由金属玻璃制成的复杂制品的多步骤加工方法
【专利摘要】在一个实施方式中，本发明提供一种用于金属玻璃的热塑性成形的工艺。例如，在一个实施方式中，本发明提供一种用于具有在约50至约200微米之间厚度的金属玻璃带的热塑性成形的工艺。还提供根据本文中所描述工艺的相关制品和用于定制制品的工艺。
【专利说明】由金属玻璃制成的复杂制品的多步骤加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明描述了一种通过基于连续热塑性成形（TPF)过程将金属玻璃制作成复杂 形状的工艺。
[0002] 相关申请
[0003] 本申请要求于2012年3月16日提交的临时专利申请序列号US 61/611，742和于 2012年8月2日提交的临时专利申请序列号US 61/678, 869的优先权，这两个临时专利申 请具有相同的名称，各申请的全部内容通过引用并入本文中。
【背景技术】
[0004] 如美国专利No. 8, 348, 495中描述的，"金属玻璃合金是一种包含多种满足特定条 件元素并且以一种金属元素作为主成分的合金，还是一种具有无序的原子尺度结构的非晶 态金属合金。例如，这种金属玻璃合金是通过将熔融状态的原料以等于或大于104K/S的临 界冷却速率进行冷却而形成的。这些金属玻璃合金的特性包括高耐磨性、高强度、低杨氏模 量和高耐腐蚀性"。
[0005] 在金属玻璃研究的早期已提出将基于热塑性成形（TPF)的工艺作为成形的方法S 并从此得到广泛的应用2。该工艺是基于过冷液体区（超过玻璃化转变温度的温度区）的 存在，在玻璃化转变温度的温度区中，金属玻璃形成体（metallic glass former)最终在被 进一步加热期间结晶，在该过程之前金属玻璃形成体以（过冷）液体的形式存在。金属玻 璃形成体中存在的这种过冷液体区（SCLR)并从而能进行TPF，这在金属当中是独特的。
[0006] 在TPF期间可以实现的最大应变被称为成形性（对于给定的条件、应力、几何形状 而言），并且受到金属玻璃亚稳态（或者当松弛时，过冷液体区 3)特性的限制。在过冷液体 区中金属玻璃的成形性可以用MG在最终结晶之前可以经受的最大应变来描述。在牛顿特 性的假设下，即，
【权利要求】
1. 一种用于金属玻璃的热塑性成形工艺，所述工艺包括以下步骤： (a) 提供非晶态金属玻璃坯料； (b) 在等于或大于所述坯料的玻璃化转变温度的第一温度下加热所述坯料，使得所述 坯料处于过冷液体状态，由此使所述坯料能够均匀地变形； (c) 当加热的坯料的晶化体积分数小于预定的晶化体积分数时，中止对坯料的加热和 变形处理； (d) 在预定的时间间隔之后，在等于或大于所述坯料的玻璃化转变温度的第二温度下 再加热所述坯料，使得所述坯料处于过冷液体状态，由此使所述坯料能够均匀地变形；（e) 在所述加热坯料的总晶化体积分数小于所述的预定晶化体积分数时，中止对坯料的再加热 和第二变形处理；和 (f)任选地重复一次或多次步骤（d)和（e)，以使所述坯料能够变形成最终预定的几何 形状，同时维持所述坯料的总晶化体积分数小于所述预定的晶化体积分数。
2. 根据权利要求1所述的工艺，还包括在对所述坯料加热和再加热中的至少一个过程 中对所述坯料实施至少第一变形处理，其中所述变形处理是在实现均匀变形的温度和应变 率的条件下进行的。
3. 根据权利要求2所述的工艺，还包括在对所述坯料加热和再加热中的另一个过程中 对所述坯料实施至少第二变形处理，其中所述第二变形处理是在实现均匀变形的温度和应 变率的条件下进行的。
4. 根据权利要求3所述的工艺，其中所述第一变形处理与所述第二变形处理是不同类 型的处理，并且其中所述第一温度与所述第二温度是不同预定值的温度。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述最小可检测晶化体积分数是在总 坯料体积的约1 %至约10%之间，或者约2%至约9%之间，或者约3%至约8%之间，或者 约4%至约6%之间，或者是总坯料体积的约5%。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的工艺，还包括对所述坯料进行淬火处理，或者对 所述坯料实施控制冷却；和任选地对所述坯料进行退火处理。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中在大致不变的温度下将所述坯料加热 和再加热。
8. 根据权利要求1至6中任一项所述的工艺，其中对所述坯料的加热和再加热各自是 在递增的温度下进行。
9. 根据权利要求1至3、5和6中任一项所述的工艺，其中所述坯料的加热和再加热发 生在各自的时间段，在所述时间段中所述第一温度与所述第二温度是大致不变的温度。
10. 根据权利要求1至6中任一项所述的工艺，其中在步骤（b)和（d)中至少一个步骤 中，在递增温度下将所述坯料加热两个或两个以上离散的时间段。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述坯料包含Pd43Ni1(lCu27P 2(l。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的工艺，还包括在所述坯料加热和再加热期间，采 用x射线衍射或热分析测定所述坯料的晶化体积分数。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述预定的晶化体积分数是最小可 检测晶化体积分数。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的工艺，还包括在中止所述坯料的加热期间对所 述工件实施处理加工，同时将所述坯料保持在低于玻璃化转变温度的温度。
15. -种用于金属玻璃带的热塑性成形的工艺，金属玻璃带尺寸没有限制，但通常具有 约50至约200微米之间的厚度，所述工艺包括以下步骤： (a) 提供非晶态金属玻璃坯料； (b) 通过在等于或大于所述坯料的玻璃化转变温度的温度下加热所述坯料，使所述坯 料均匀地变形； (c) 当所述坯料的晶化体积分数小于预定值时，中止对所述坯料的加热； (d) 在预定的时间间隔后，在等于或大于所述坯料的玻璃化转变温度的第二温度下将 所述坯料再加热，使得所述坯料处于过冷液体状态，由此使所述坯料能够均匀变形； (e) 在所述坯料的再加热期间，当所述坯料处于所述第二温度时，使所述坯料均匀变 形，乳制成带； (f) 对所述坯料进行淬火处理或者对所述坯料进行控制冷却；和 (g) 任选地对所述坯料进行退火处理， 其中在所述坯料的加热和再加热期间，所述坯料以过冷液体的形式存在，从而使所述 坯料能够均匀地变形，并且 其中在所述坯料的加热和再加热之后，所述坯料的总晶化体积分数小于预定的晶化体 积分数。
16. 根据权利要求15所述的工艺，其中在步骤（b)中在大致不变的温度下将所述坯料 加热。
17. 根据权利要求16所述的工艺，其中在步骤（b)中在递增的温度下将所述坯料加热。
18. 根据权利要求15所述的工艺，其中在步骤（b)中在大致均匀的温度下在两个以上 离散的时间段中将所述坯料加热。
19. 根据权利要求15所述的工艺，其中在步骤（b)中在大致不变的温度下将所述坯料 加热两个或两个以上离散的时间段。
20. 根据权利要求15至19所述的工艺，其中所述金属玻璃带适于用作机械表运动的主 弹黃。
21. 根据权利要求15至20所述的工艺，其中在将所述坯料轧制成带的步骤之后，将所 述带再加热并对所述带料实施刮削步骤以除去余料。
22. 根据权利要求15至20所述的工艺，其中： (1) 在通过在等于或大于所述坯料的玻璃化转变温度的温度下加热所述坯料，使所述 坯料均匀变形的步骤之后；和 (2) 在中止对所述坯料进行加热的步骤之前， 对所述均匀变形的坯料实施选自由研磨、抛光和弹性或塑形变形组成的组当中的一个 或多个附加工艺步骤。
23. -种根据权利要求1至14中任一项所述的工艺制造的制品。
24. 根据权利要求23所述的制品，其中所述制品是选自由用于机械表运动的弹簧、手 表、环、生物医学植入物、眼镜、型坯、预成形件和用于吹塑的薄板组成的组。
25. -种用于定制由非晶态金属玻璃构成制品的工艺，所述工艺包括对所述制品实施 根据权利要求1-14所述的工艺，其中所述制品充当非晶态金属玻璃坯料，并且其中在中止 所述坯料再加热之后，将坯料尺寸与至少一个参考值进行比较，并且对所述坯料实施权利 要求1的步骤（a)-(e)，直到所述坯料尺寸与至少一个参考值之间的差落在公差范围内。
【文档编号】B21C31/00GK104349851SQ201380024899
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年3月16日
【发明者】J·施勒尔斯, T·M·霍奇斯, M·卡尼克, P·伯丁尼费卡森 申请人:耶鲁大学