[发明专利]无定形合金的注入压缩模制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月27日提交的美国非临时申请13/628,262的优先权，该非临时申请的全部内容以引用方式并入。

技术领域

本公开整体涉及由块体凝固型无定形合金形成的块体金属玻璃(“BMG”)制品，并且具体地，涉及改进形成BMG制品的加工性能。

背景技术

当今使用的大部分金属合金至少最初通过凝固浇铸来加工。金属合金熔化并浇铸于金属或陶瓷模具中并在其中凝固。剥去模具，浇铸金属件准备好用于使用或进一步加工。在固化和冷却期间产生的大部分材料的铸态结构取决于冷却速率。变化的性质没有一般规则，但对于大多数部件，结构仅逐渐地随着冷却速率变化而变化。另一方面，对于块体凝固型无定形合金，相对快速冷却产生的无定形状态和相对较慢冷却产生的结晶状态之间的变化是质的变化而非量的变化，这两种状态具有不同的属性。

块体凝固型无定形合金或块体金属玻璃(“BMG”)为最近开发的一类金属材料。该无定形状态对于某些应用可为非常有利的。然而，如果冷却速率不够快，则晶体可能在冷却期间形成于合金内部，使得无定形状态的有益效果部分或全部丧失。例如，制造块体无定形合金部件的一个风险是由于缓慢冷却或原材料中杂质的原因导致局部结晶。

已在多种金属体系中制备了块体凝固型无定形合金。它们通常通过从高于熔融温度淬火至环境温度来制备。一般来讲，需要诸如数量级为105℃/秒的高冷却速率来实现无定形结构。将可使块体凝固型合金冷却以避免结晶从而在冷却期间实现并保持无定形结构的最低速率称为合金的“临界冷却速率”。为了实现高于临界冷却速率的冷却速率，必须从样品中提取热量。

经常通过对经由与模具或印模的热接触被冷却的熔融材料进行注入模制和/或压模浇铸，来形成BMG制品。然而，由于冷却材料收缩的缘故，因而出现问题。收缩在熔融材料与模具壁之间形成间隙，减小了两者间的热接触，并且因此降低了熔融材料的冷却速率。降低的冷却速率增加了形成晶体的可能性。另外，由于熔融材料与模具壁之间形成的间隙，所形成的制品可能具有不合需要的表面光洁度和/或填充不足的部分。另外，难以形成具有高纵横比或小区段的BMG制品。这是因为熔融材料将快速冷却下来，使其将在能够填满整个模具腔之前就凝固。

发明内容

各种实施例涉及通过结合注入压缩模制来改进形成BMG制品的加工性能，使得例如，(1)可在熔融材料和模具的内表面之间提供热传递，从而保持所需的冷却速率来形成处于无定形状态的制品；(2)可用熔融材料基本上完全填充模具腔而不在两者间形成间隙；并且/或者(3)所形成的BMG制品能够具有至少约10或小于约0.1的纵横比以形成小区段或薄结构，例如，薄拐点。另外，BMG制品可被形成为具有所需的表面光洁度和结构特征。

根据各种实施例，提供一种使用模具形成BMG制品的方法。所述模具可包括成对以形成模具腔的静止模具部件和可移动模具部件。一旦形成模具腔，便可注入熔融材料以填充模具腔。可随后以所需的冷却速率将该模具腔中的熔融材料冷却成块体金属玻璃(BMG)制品。在注入和/或冷却熔融材料时，可控制可移动模具部件的移动以保持熔融材料和模具之间的热接触并且因此保持冷却速率。

根据各种实施例，提供一种使用模具形成BMG制品的方法。所述模具可包括成对以形成模具腔的静止模具部件和可移动模具部件。一旦形成模具腔，便可注入熔融材料以填充模具腔。可随后以所需的冷却速率将该模具腔中的熔融材料冷却成块体金属玻璃(BMG)制品。在注入和/或冷却熔融材料时，可控制可移动模具部件的移动，使得所形成的BMG制品的至少一部分具有至少10或小于0.1的纵横比。

根据各种实施例，提供一种使用模具形成BMG制品的方法。所述模具可包括成对以形成模具腔的静止模具部件和可移动模具部件。一旦形成模具腔，便可注入熔融材料以填充模具腔。可随后以所需的冷却速率将该模具腔中的熔融材料冷却成块体金属玻璃(BMG)制品。在注入和/或冷却熔融材料时，可控制可移动模具部件的移动以在BMG制品中添加额外结构特征。

根据各种实施例，提供一种注入压缩模制装置。该装置可包括模具、注入单元和/或机械单元。所述模具可包括成对以形成模具腔的静止模具部件和可移动模具部件。所述注入单元可被配置为将熔融材料注入模具腔中，使得该熔融材料可在模具腔中以所需的冷却速率冷却成BMG制品。所述机械单元可被配置为在熔融材料被注入模具腔中以及在模具腔中冷却时控制可移动模具部件的移动。

附图说明