[发明专利]吹塑块状金属玻璃的方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种吹塑由块状金属玻璃材料形成的复杂薄壁制品的改进方法，更具体地说，涉及一种包括提供预成型型坯的吹塑块状金属玻璃的方法，尤其被设计成提高可控地使块状金属玻璃材料与正被复制的模具的外形一致的能力，并且/或控制壁厚。

背景技术

数世纪以来，众所周知的是，玻璃状材料可以在非常低的成型压力(包括当加热到其软化温度以上时通过人肺单独获得的压力)下形成(例如，见D.R Uhlmann & N.J.Kreidl，Glass：Science and Technology，Academic Press，New York，1990，其公开内容结合于此作为援引)。十几年前，该发现就得到了扩展，并且，认识到，可以以相同的方式处理合成塑料(例如，见E.A.Muccio，Plastic Part Technology，ASM International，Materials Park，OH，1991，其公开内容结合于此作为援引)。吹塑成型成为用于共同描述用于塑料加工的多种技术的术语，该塑料加工允许由具有较大的纵横比的薄片构成的复杂几何形状的净形(net-shaping)。

在独立的发展中，发现了超塑变形(SPF，superplastically formable)金属合金，其显示了大大超过通常与金属有关的塑性的塑性变形，其通常期望小于10-25％。实际上，当在环境中处理晶粒大小小于10μm的稳定的两相微观结构时，温度大约在0.5Tm，并且同时以可控的方式经受5MPa，发现了～500％的显著塑性(例如，见C.E.Pearson，Journal of the Institute of Metals 54(1984)；和W.A.Backofen，I.R.Turner，D.H.Avery，JOM-Journal of Metals 16(1964)763，其公开内容结合于此作为援引)。

尽管这些SPF合金示出了改进的性能，但是，使它们变形的流变应力(flow stress)仍然显著高于在它们各自处理温度时的塑料或玻璃的。近年来，已经开发了一种称为块状金属玻璃(BMG)的新类型材料，其示出了引人注意的性能(包括：非常高的强度、弹性和抗腐蚀性)(例如，见W.L.Johnson，Mrs Bulletin 24(1999)42-56；T.C.Hufnagel，Scripta Materialia 54(2006)317-319；以及M.F.Ashby，A.L.Greer，Scripta Materialia 54(2006)321-326，其公开内容结合于此作为援引)。此外，这些材料可以在大约500K/秒或更低的冷却速率下从熔融状态被冷却，以形成具有基本非晶质原子结构且厚度为1.0mm或更厚的物体(例如，见美国专利号5288344、5368659、5618359、和5735975，这些内容公开于此作为援引)。这些BMG合金可以形成为厚度基本大于传统非晶态合金的厚度的颗粒，这些颗粒具有通常为～0.020mm的工艺厚度，并且需要10⁵K/秒或更高的冷却速率，增加了多种多样的潜在的块状应用。然而，一些例外的BMG没有示出塑性或示出很有限的塑性(例如，见J.Schroers，W.L.Johnson，Physical Review Letters 93(2004)255506；以及Y.H.Liu，et al.，Science 315(2007)1385-1388，其内容公开于此作为援引)。这进而限制了可以运用BMG的应用(例如，见M.F.Ashby & A.L.Greer，Scripta Materialia 54(2006)321-326，其公开内容结合于此作为援引)。

不管该显著的局限性，已经认识到小尺寸的BMG能够显示出显著的塑性。例如，Conner等已经示出当BMG杆的厚度减小到1mm以下时，该杆弯曲时的塑性显著增加。(见R.D.Conner，et al.，Journal Of Applied Physics 94(2003)904-911，其内容公开于此作为援引)。而且，也发现了，对于大部分的BMG来说，屏蔽裂缝尖端的塑性区小于1mm(见M.F.Ashby & A.L.Greer，Scripta Materialia 54(2006)321-326，其公开内容结合于此作为援引)。这些结果显示，用于BMG应用的理想几何形状对于BMG来说应该限制在至少一个维度中达到1mm以下，以表现它们完整的潜在性能。因此，已经完全限制了绝大多数BMG能实现的几何形状。