[发明专利]用于非晶态合金的热塑性成型方法

说明书

相关申请

本申请要求2010年2月17日提交的美国临时申请序列号61/338,318的优先权，通过引用以其全文并入本文。

通过引用将本说明书中引证的所有出版物、专利和专利申请以其全文并入本文。

背景技术

已经以多种金属系统制造了整体凝固的非晶态合金。它们通常是通过从高于熔融温度淬火到环境温度来制备的。通常需要高的冷却速率，例如约10⁵℃/秒，以实现非晶态结构。可以用于冷却整体凝固合金以避免结晶并从而在冷却期间实现和保持非晶态结构的最低速率被称为该合金的“临界冷却速率”。为了实现比临界冷却速率更高的冷却速率，必须将热从样品中提取出来。因此，由非晶态合金制成的制品的厚度经常具有有限的尺寸，其通常被称为“临界(铸造)厚度”。非晶态合金的临界铸造厚度可以在考虑临界冷却速率的情况下通过热-流动计算来得到。

直到20世纪90年代早期，非晶态合金的加工性能是相当有限的，且非晶态合金只可以容易地以粉末形式或以具有不到100微米的临界厚度的非常薄的箔或带材得到。在90年代开发了主要基于Zr和Ti合金系统的非晶态合金种类，并且自那以后开发了基于不同元素的更多的非晶态合金系统。这些合金家族具有小于10³℃/秒的低得多的临界冷却速率，因此这些制品比它们的较早期的同类产品具有大得多的临界铸造厚度。然而，几乎没有文献涉及如何利用这些合金系统和/或将这些合金系统成形为结构部件，诸如用户电子装置中的结构部件。特别地，当谈到高长径比产品(例如薄板)或三维空心产品时，现存的成形或加工方法往往导致高的产品成本。此外，现存的成形方法可往往经受制备丧失很多如在非晶态合金中观察到的所需机械性质的产品的缺点。

因而，需要开发允许制造和加工由非晶态合金制得的产品的方法，特别是当产品通常需要总体的高长径比或低厚度时。

发明内容

本文提供的包括模制(molding)包含非晶态合金的组合物或非晶态合金复合材料的方法，其中模制在过冷液态区内或在非晶态合金的玻璃化转变温度附近进行。在一个实施方案中，可用不同温度下的两种流体进行成型。模制的制品可具有非常高的长径比或具有所需表面光洁度的三维空心形状。

一个实施方案提供了形成制品的方法，该方法包括：在模具中提供具有第一形状的组合物，该组合物至少部分为非晶态并且具有玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx；提供在低于Tx的第一温度下的第一流体和在低于第一温度的第二温度下的第二流体；通过使第一流体接触至少一部分组合物来将组合物模制成第二形状；并且通过用第二流体取代至少一部分第一流体来将组合物冷却以形成具有第二形状的制品。

另一个实施方案提供了形成制品的方法，该方法包括：将第一流体加热至第一温度并且将(i)第二流体和(ii)具有第一形状的组合物中的至少一种加热至低于第一温度的第二温度，其中该组合物至少部分为非晶态并且具有玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx，并且其中第一温度低于Tx；通过使第一流体接触至少一部分组合物来将组合物模制成第二形状；并且通过用第二流体取代至少一部分第一流体来将组合物冷却以形成具有第二形状的制品。

一个替代性的实施方案提供了形成制品的方法，该方法包括：在模具中提供组合物，该组合物至少部分为非晶态并且具有玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx；将第一流体加热至低于Tx的第一温度并且将(i)第二流体、(ii)模具和(iii)组合物中的至少一种加热至低于第一温度的第二温度，其中第二温度低于Tg；通过使第一流体接触至少一部分组合物来模制组合物；通过用第二流体取代至少一部分第一流体来将组合物冷却以形成制品；并且移除至少一部分第二流体。

附图说明

图1提供了显示在一个实施方案中形成模制制品的工艺的说明性示意流程图。

图2提供了显示在一个替代性的实施方案中形成模制制品的工艺的说明性示意流程图。

图3(a)-3(c)是说明在一个实施方案中在模制工艺期间形状形成的示意图：在(a)中显示了组合物和模具之间的相对位置，在(b)中显示了示出在模具表面上形成的组合物制品的模制加工，并且在(c)中显示了最后从模具分离的独立(free-standing)的模制制品。

图4(a)-4(d)是提供了这样的模制工艺的扩大说明的示意图：在(a)中显示了组合物和模具之间的相对位置；在(b)中显示了用于加热/模制组合物的第一流体的引入；在(c)中显示了符合模具形状的模制制品的形成；并且在(d)中显示了用于冷却组合物的第二流体的引入。