[发明专利]改良的玻璃稳定性、玻璃形成能力和显微组织细化

说明书

发明领域

本发明涉及金属玻璃，且更具体涉及铁基合金和铁基含Cr-MO-W 的玻璃，更具体涉及向这些合金的铌添加。

背景

传统的钢技术是基于进行被称为共析出转变的固态转变。在这种 方法中，加热钢合金到单相区(奥氏体)然后以各种冷却速率冷却或淬 火形成多相结构(即铁素体和渗碳体)。根据钢如何冷却，能够获得具 有宽范围性能的多种显微组织(即珠光体、贝氏体和马氏体)。

另一种钢技术方法被称为玻璃析晶(devitrification)，生产具有 体纳米级显微组织的钢。过饱和固溶体前体材料是被称为金属玻璃的 过冷却的液体。过热时，金属玻璃前体通过析晶转变成多种固相。析 晶的钢形成特定特征的纳米级显微组织，与以常规钢技术形成的显微 组织相似。

自发现金属玻璃以来的至少30年，人们已经知道能够将铁基合金 制成金属玻璃。然而，几乎无一例外，这些铁基玻璃态合金具有非常 差的玻璃形成能力，而且只能以极高的冷却速率(＞10⁶K/s)产生非晶 态。因此，只能通过提供极快冷却的技术如落锤冲击(drop impact) 或熔体旋淬的技术加工这些合金。

尽管常规钢具有10⁹K/s范围的形成金属玻璃的临界冷却速率， 然而已开发出具有的临界冷却速率量级低于常规钢的特殊铁基金属玻 璃形成合金。已开发出一些特殊合金，这些合金能够以10⁴-10⁵K/s 范围内的冷却速率产生金属玻璃。此外，一些块体玻璃形成合金具有 10⁰-10²K/s范围内的临界冷却速率，然而，这些合金通常可能使用稀 有或有毒的合金化元素以提高玻璃形成能力，例如添加高毒性的铍， 或昂贵的镓。已证实低成本和环境友好的玻璃形成合金的开发是更为 困难的。

除了开发成本经济和环境友好的合金的困难之外，生产金属玻璃 需要的极高的冷却速率限制了可用于由金属玻璃生产制品的制造技 术。受限的可用制造技术进而限制了可由金属玻璃形成的产品以及可 使用金属玻璃的应用。由熔化状态处理钢的常规技术通常提供10^-2-10⁰K/s量级的冷却速率。对形成金属玻璃较为敏感的特定合金，即具有 10⁴-10⁵K/s量级的降低的临界冷却速率的特定合金，不能使用具有这 样的缓慢冷却速率的常规技术进行处理并且仍产生金属玻璃。在可用 的处理技术中即使具有10⁰-10²K/s范围内的临界冷却速率的块体玻璃 形成合金也受到限制，并且具有另外的处理缺点，因为不能在空气中 对它们进行处理，而只能在极高真空下进行。

概述

在一个概述的典型实施方案中，本发明涉及铁基玻璃合金组合物， 其包含约40-65原子％铁；约5-55原子％的选自Ti、Zr、Hf、V、Ta、 Cr、Mo、W、Mn、Ni中的至少一种金属或其混合物，和约0.01-20原 子％铌。

在另一个概述的典型实施方案中，本发明涉及提高铁合金组合物 硬度的方法，包括提供具有硬度的铁基玻璃合金，向该铁基玻璃合金 添加铌，和通过向该铁基玻璃合金添加铌来提高硬度。

在另一个概述的典型实施方案中，本发明涉及提高铁基合金组合 物的玻璃稳定性的方法，包括提供具有低于675℃的结晶温度的铁基 玻璃合金，向该铁基玻璃合金添加铌，通过向该铁基玻璃合金添加铌 将结晶温度提高到高于675℃。

附图简述

图1示出熔体旋淬和气体雾化的合金1的DTA曲线图。

图2示出熔体旋淬和气体雾化的Nb₂Ni₄改性的合金1的DTA曲线 图。

图3示出熔体旋淬和气体雾化的Nb₂改性的合金1的DTA曲线图。

图4示出合金1的典型线性堆焊试样。

图5示出焊接前以600预热沉积的合金1焊道的横截面的背散 射电子显微图像。

图6示出焊接前以600预热沉积的Nb₂Ni₄改性合金1焊道的横 截面的背散射电子显微图像。