[发明专利]延性金属玻璃

说明书

技术领域

本公开涉及铁基合金，涉及导致相对高强度、高弹性延伸率和高塑性延伸率的延性金属玻璃，并涉及其制备方法。

背景技术

金属纳米晶材料和金属玻璃可被认为是已知展现出相对高硬度和强度特性的特殊类型材料。由于它们的潜力，认为它们是结构应用的候选材料。然而，此类材料可显示出与剪切带和/或裂纹的快速传播相关的有限的断裂韧性，这种有限的断裂韧性可能是这些材料的技术应用的担忧。尽管通过压缩测试这些材料可展示出足够的延性，然而在拉伸测试中，这些材料可展示出接近于零的延伸率并且处于脆性状态中。此类材料在室温下的拉伸中不能变形的固有性质可能是将其用于某些潜在结构应用的限制性因素，在这些潜在结构应用中，需要固有的延性以避免灾难性的失效。

在某些情况下，可以将纳米晶材料理解为平均晶粒尺寸低于500nm(包括在某些情况下，平均晶粒尺寸低于100nm)的多晶组织。尽管它们具有相对引人注目的特性(高硬度、屈服应力和断裂强度)，然而纳米晶材料通常可能显示出令人失望和相对低的拉伸延伸率且可能倾向于以非常脆性的方式失效。事实上，由于晶粒尺寸减小将导致延性的降低是长久以来已知的，正如例如通过加工硬化指数和晶粒尺寸之间的经验关系所证实，此经验关系是他人针对冷轧和常规再结晶低碳钢提出的。由于晶粒尺寸逐渐减小，因此位错堆积的形成可能变得更困难，限制了应变硬化的能力，这可能导致载荷下的机械不稳定和开裂。

发明概述

本发明涉及金属合金，其包含：

35-92原子％的铁；

以7-50原子％存在的镍和/或钴；和

以1-35原子％存在的至少一种选自硼、碳、硅、磷和氮的元素；其中选择所述的原子％从而对给定的合金提供95原子％。

根据另一方面，本发明涉及由如上限定的合金制备的延性金属材料，该合金是通过差示扫描量热法(DSC)以10℃/分钟的加热速率进行测量显示出至少一个玻璃向结晶转变的金属玻璃、纳米晶材料或其混合物。

本发明的金属材料可以显示出至多3％的弹性，大于0.5％的应变，1-5.9GPa的失效强度和9-15GPa的维氏硬度(HV300)。

根据其它的方面，本发明涉及形成延性金属材料的方法，该方法包括：

提供根据权利要求1-7中任一项的形成玻璃的铁基金属合金；

熔化所述形成玻璃的铁基金属合金；

形成所述形成玻璃的合金并以10²-10⁶K/s的速率冷却所述合金，从而获得包含金属玻璃、纳米晶材料或其混合物的材料。

附图简述

通过参照本文中所述实施方案的下述说明并结合附图可以更清楚和更好地理解本公开的上述和其它特征，以及获得所述特征的方法，其中：

图1a至1f说明了合金的DTA曲线，显示出存在(一个或多个)玻璃向结晶的转变峰和(一个或多个)熔化峰；其中图1a)说明了以16m/s熔纺的合金1，图1b)说明了以16m/s熔纺的合金4，图1c)说明了以16m/s熔纺的合金2，图1d)说明了以16m/s熔纺的合金5，图1e)说明了以16m/s熔纺的合金3，以及图1f)说明了以16m/s熔纺的合金6。

图2a至2f说明了合金的DTA曲线，显示出存在(一个或多个)玻璃向结晶的转变峰和(一个或多个)熔化峰；其中图2a)说明了以16m/s熔纺的合金7，图2b)说明了以16m/s熔纺的合金10，图2c)说明了以16m/s熔纺的合金8，图2d)说明了以16m/s熔纺的合金11，图2e)说明了以16m/s熔纺的合金9，以及图2f)说明了以16m/s熔纺的合金12。

图3a至3f说明了合金的DTA曲线，曲线显示出存在(一个或多个)玻璃向结晶的转变峰和(一个或多个)熔化峰(对于16m/s的样品)；其中图3a)说明了以16m/s熔纺的合金13，图3b)说明了以10.5m/s熔纺的合金3，图3c)说明了以16m/s熔纺的合金1，图3d)说明了以10.5m/s熔纺的合金4，图3e)说明了以10.5m/s熔纺的合金2，以及图3f)说明了以10.5m/s熔纺的合金5。

图4a至4f说明了合金的DTA曲线，曲线显示出存在(一个或多个)玻璃向结晶的转变峰；其中图4a)说明了以10.5m/s熔纺的合金6，图4b)说明了以10.5m/s熔纺的合金9，图4c)说明了以10.5m/s熔纺的合金7，图4d)说明了以10.5m/s熔纺的合金10，图4e)说明了以10.5m/s熔纺的合金8，以及图4f)说明了以10.5m/s熔纺的合金11。