JP5934366B2 - Molding and separation of bulk solidified amorphous alloys and composites containing amorphous alloys. - Google Patents
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Description
本発明は、バルク凝固アモルファス合金製造のためのバルク凝固アモルファス合金及びアモルファス合金を含有する複合材料の成形及び分離、並びにそれらの製造方法に関する。 The present invention relates to forming and separating bulk solidified amorphous alloys and composite materials containing amorphous alloys for the production of bulk solidified amorphous alloys, and methods for their production.
今日使用されている金属合金の大部分は、少なくとも初期段階で、凝固鋳造によって加工処理されている。この金属合金は、融解され、金属製又はセラミック製の金型に流し込まれ、ここで凝固する。金型は外され、この鋳造金属片を、そのまま使用又は更なる加工処理に用いることができる。凝固及び冷却中に作り出される、殆どの材料の鋳放し構造は、冷却速度に依存する。その変異の性質に関しては、一般規則は存在しないが、大部分は、その構造は、冷却速度の変化と共に、徐々に変化するのみである。その一方で、バルク凝固アモルファス合金に関しては、比較的急速な冷却によって作り出されるアモルファス状態と、比較的緩徐な冷却によって作り出される結晶状態との間の変化は、程度ではなく種類の変化であり、それらの2つの状態は、はっきり異なる特性を有する。 Most metal alloys used today are processed by solidification casting, at least in the early stages. The metal alloy is melted and poured into a metal or ceramic mold where it solidifies. The mold is removed and the cast metal piece can be used as it is or for further processing. The as-cast structure of most materials created during solidification and cooling depends on the cooling rate. There are no general rules regarding the nature of the mutation, but for the most part its structure only changes gradually with changes in cooling rate. On the other hand, for bulk-solidifying amorphous alloys, the change between the amorphous state created by relatively rapid cooling and the crystalline state created by relatively slow cooling is a type change, not a degree, and The two states have distinctly different characteristics.
バルク金属ガラス(BMG)部品を作製するための従来の方法では、アモルファス金属合金の融解温度以上で材料ブロックを金型内に鋳出し、融解したアモルファス金属合金を金型の中で凝固させることにより鋳物ブロックを形成し、次に切断工具を用いて鋳物ブロックのゲート部分を除去し、鋳物ブロックを望ましい最終形状に整形することが必要である。しかしながら、鋳造には、アモルファス金属合金を融解及び冷却する工程が必要であり、これにより、BMG部品におけるアモルファス性が制御されなくなる。更に、ゲート部分及び湯道の溢れた部分を除去し、鋳物ブロックを望ましい最終部品に整形するための後工程のコストはかなり高価になり得る。したがって、上述の鋳造プロセスの制限を克服する、BMG部品作製のための新しい方法が望まれている。 In conventional methods for making bulk metallic glass (BMG) parts, a material block is cast in a mold above the melting temperature of the amorphous metal alloy, and the molten amorphous metal alloy is solidified in the mold. It is necessary to form the casting block and then use the cutting tool to remove the gate portion of the casting block and shape the casting block to the desired final shape. However, casting requires a process of melting and cooling the amorphous metal alloy, which prevents the amorphous nature of the BMG component from being controlled. In addition, the cost of subsequent processing to remove the gate and overflowing runners and shape the casting block into the desired final part can be quite expensive. Therefore, new methods for making BMG parts that overcome the limitations of the casting process described above are desired.
本明細書における実施形態は、バルク凝固アモルファス合金のための高温成形及び高温分離プロセスに関し、このプロセスは過冷却液体領域内又はガラス転移温度近傍で行われる。 Embodiments herein relate to a high temperature forming and high temperature separation process for bulk solidified amorphous alloys, the process being performed in the supercooled liquid region or near the glass transition temperature.
本明細書における実施形態は、BMG部品を室温又は室温近傍まで冷却することなく、BMG合金の鋳造/成形を組合せて、一体操作においてBMG部品にする工程に関し、これに対して、従来プロセスは、BMG合金を鋳造/成形してBMG部品にする工程と、そのBMG部品を室温近傍まで冷却する工程と、後に続くBMG部品の後工程と、が必要である。 Embodiments herein relate to the process of combining BMG alloy casting / forming into a BMG part in a unitary operation without cooling the BMG part to room temperature or near room temperature, whereas conventional processes include: A process of casting / molding a BMG alloy to form a BMG part, a process of cooling the BMG part to near room temperature, and a subsequent process of the BMG part are required.
本明細書の一実施形態は、BMG材料を溶融する工程と、成形したBMG部品を室温まで冷却することなく、ホットナイフを用いて、成形したBMG部品の一部分を切断する工程と、を必要としない射出成形システムに関する。この実施形態は、TTT図におけるBMG材料の過冷却液体領域における温度でのBMG部品の鋳造成形と、その温度での部品のゲート除去と、に関する。例えば、BMG材料のTTT図の過冷却液体領域内で、Tg〜Txの温度にあるBMG材料を、BMG材料が流動可能な温度まで加熱し、その加熱した流動可能なBMG材料に圧力を印加し、金型にこの流動可能なBMG材料を充填し、次に、この金型において直接、望ましい最終形状を有する部品を形成することができる。よって、アモルファス合金の鋳造の代わりに、アモルファス合金の過冷却液体領域における温度で、アモルファス合金を成形する。 One embodiment herein involves melting a BMG material and cutting a portion of the molded BMG part using a hot knife without cooling the molded BMG part to room temperature. Not related to injection molding system. This embodiment relates to the casting of a BMG part at a temperature in the supercooled liquid region of the BMG material in the TTT diagram and the gate removal of the part at that temperature. For example, within the supercooled liquid region of the TMG diagram of the BMG material, the BMG material at a temperature of Tg to Tx is heated to a temperature at which the BMG material can flow, and pressure is applied to the heated flowable BMG material. The mold can be filled with this flowable BMG material, and then a part having the desired final shape can be formed directly in the mold. Therefore, instead of casting the amorphous alloy, the amorphous alloy is formed at a temperature in the supercooled liquid region of the amorphous alloy.
別の一実施形態は、鋳造機又は成形機を使用して、BMG材料の溶融温度又はこの温度近傍でBMG部品を鋳造又は成形することと、BMG材料をTg未満の温度まで冷却してBMG部品を成形し、次にホットナイフを使用して、TTT図におけるBMG材料の過冷却液体領域における温度で、ゲートを切断し、ゲートと湯道をBMG部品から除去することと、に関する。この実施形態は、成形した部品が室温になるのを待ち、それからソー又はウォータージェットなどの従来工具を使用して、ゲートと湯道を成形した部品から除去するのではなく、Tg〜Txの温度まで加熱することができる切断工具を使用し、この切断工具を成形システムの金型に組み入れて、成形直後にゲート、湯道及びその他の成形した部品の余分な部分を切断することに関する。例えば、代表的なBMG合金は、溶融温度より高く、約1100℃までBMG合金を加熱し、溶融したBMG合金を金型に射出し、溶融したBMG合金を金型の中で約300〜350℃まで冷却してBMG部品を成形し、約450℃まで加熱され、金型に埋め込まれたホットナイフを使用して、BMG部品の一部分(例えばゲートと湯道)を剪断分離することにより、鋳造することができる。このようにして、BMG部品を室温に至るまで冷却することなく、BMG部品を鋳造又は成形する工程と、BMG部品の部分切断の後工程とを組み合わせることにより、エネルギーを節約し、プロセス速度を改善し、ホットナイフを使用するBMG部品の剪断により、改善された切断を行うことができる。 Another embodiment uses a casting machine or molding machine to cast or mold a BMG part at or near the melting temperature of the BMG material, and cool the BMG material to a temperature below Tg to produce a BMG part. And then using a hot knife to cut the gate and remove the gate and runner from the BMG part at a temperature in the supercooled liquid region of the BMG material in the TTT diagram. This embodiment waits for the molded part to come to room temperature and then uses a conventional tool such as a saw or water jet to remove the gate and runner from the molded part, rather than a temperature between Tg and Tx. The present invention relates to the use of a cutting tool that can be heated up to and incorporating the cutting tool into the mold of the molding system to cut off excess portions of the gate, runners and other molded parts immediately after molding. For example, a typical BMG alloy has a temperature higher than the melting temperature and heats the BMG alloy to about 1100 ° C., injects the molten BMG alloy into a mold, and the molten BMG alloy is about 300-350 ° C. in the mold. Cool to room temperature to form BMG part and cast by shearing part of BMG part (eg gate and runner) using hot knife embedded in mold heated to about 450 ° C be able to. In this way, energy savings and improved process speeds can be achieved by combining the process of casting or molding the BMG part and the subsequent process of partial cutting of the BMG part without cooling the BMG part to room temperature. However, improved cutting can be achieved by shearing the BMG part using a hot knife.
本明細書に引用される全ての刊行物、特許、及び特許出願は、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。 All publications, patents, and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.
冠詞「a」及び「an」は、本明細書では、1つ又は2つ以上(すなわち、少なくとも1つ)の、その冠詞の文法的対象語を指すために使用される。例として、「ポリマー樹脂(a polymer resin)」は、1つのポリマー樹脂又は2つ以上のポリマー樹脂を意味する。本明細書に記載されるいずれの範囲も、包括的である。本明細書の全体を通して使用される、用語「実質的に」及び「約」は、小規模な変動を記述及び説明するために使用される。例えば、それらの用語は、±2%以下など、±1%以下など、±0.5%以下など、±0.2%以下など、±0.1%以下など、±0.05%以下などの、±5%以下を指すことができる。 The articles “a” and “an” are used herein to refer to one or more (ie, at least one) grammatical objects of the article. By way of example, “a polymer resin” means one polymer resin or more than one polymer resin. Any ranges set forth herein are inclusive. As used throughout this specification, the terms “substantially” and “about” are used to describe and explain minor variations. For example, the terms are ± 2% or less, ± 1% or less, ± 0.5% or less, ± 0.2% or less, ± 0.1% or less, ± 0.05% or less, etc. Of ± 5% or less.
バルク凝固アモルファス合金、すなわちバルク金属ガラス(「BMG」)は、最近開発された部類の金属材料である。これらの合金は、比較的穏やかな速度で、凝固及び冷却させることができ、それらは、アモルファスの、非晶質(すなわち、ガラス質)状態を、室温で保持する。アモルファス合金は、それらの結晶性の対応物よりも、多くの優れた特性を有する。しかしながら、冷却速度が十分に高速ではない場合には、冷却の間に、その合金の内部で結晶が形成される恐れがあり、そのため、アモルファス状態の利益が失われる恐れがある。例えば、バルクアモルファス合金部品の製作に伴う1つの重要な課題は、徐冷又は合金原材料中の不純物のいずれかによる、それらの部品の部分的な結晶化である。BMG部品内では、高い程度のアモルファス化度(また反対に、低い程度の結晶化度)が望ましいため、制御された量のアモルファス化度を有するBMG部品を鋳造するための方法を、開発する必要性がある。 Bulk solidified amorphous alloys, or bulk metallic glass (“BMG”), is a recently developed class of metallic materials. These alloys can be solidified and cooled at a relatively moderate rate, and they maintain an amorphous, amorphous (ie, vitreous) state at room temperature. Amorphous alloys have many superior properties than their crystalline counterparts. However, if the cooling rate is not sufficiently high, crystals may form within the alloy during cooling, and so the benefits of the amorphous state may be lost. For example, one important issue associated with the fabrication of bulk amorphous alloy parts is the partial crystallization of those parts, either by slow cooling or by impurities in the alloy raw materials. Within a BMG part, a high degree of amorphization (and conversely a low degree of crystallinity) is desirable, so a method for casting BMG parts with a controlled amount of amorphization needs to be developed. There is sex.
図1(米国特許第7,575,040号より入手)は、Liquidmetal Technologyにより製造された、Zr−−Ti−−Ni−−Cu−−BeファミリーのVIT−001シリーズからの、例示的なバルク凝固アモルファス合金の、粘度−温度グラフを示す。アモルファス固体の形成の間、バルク凝固アモルファス金属に関しては、明確な液体/固体変態が存在しないことに留意するべきである。この溶融合金は、ガラス転移温度近傍で固体形態に近づくまで、過冷却の増大と共に、ますます粘稠になる。したがって、バルク凝固アモルファス合金に関する凝固前面の温度は、ガラス転移温度近傍とすることができ、その温度近傍で、この合金は、事実上、急冷アモルファスシート製品を引き抜く目的に関して、固体として作用する。 FIG. 1 (obtained from US Pat. No. 7,575,040) is an exemplary bulk from the VIT-001 series of the Zr--Ti--Ni--Cu--Be family manufactured by Liquidmetal Technology. The viscosity-temperature graph of a solidified amorphous alloy is shown. It should be noted that there is no clear liquid / solid transformation for bulk solidifying amorphous metals during the formation of amorphous solids. This molten alloy becomes increasingly viscous with increasing supercooling until it approaches a solid form near the glass transition temperature. Thus, the temperature of the solidification front for the bulk solidified amorphous alloy can be near the glass transition temperature, at which point the alloy effectively acts as a solid for the purpose of drawing the quenched amorphous sheet product.
図2(米国特許第7,575,040号より入手)は、例示的なバルク凝固アモルファス合金の時間−温度−変態(TTT)冷却曲線、すなわちTTT図を示す。バルク凝固アモルファス金属は、従来型金属と同様に、冷却時に液体/固体の結晶化変態を経験することがない。その代わりに、高温で(「融解温度」Tm近傍で)見出される、高度に流体の、非晶質形態の金属は、温度が低減されるにつれて(ガラス転移温度Tg近傍まで)、より粘稠になり、最終的に、従来型の固体の外面的な物理的特性を呈する。 FIG. 2 (obtained from US Pat. No. 7,575,040) shows a time-temperature-transformation (TTT) cooling curve, or TTT diagram, of an exemplary bulk solidified amorphous alloy. Bulk solidified amorphous metals, like conventional metals, do not experience liquid / solid crystallization transformations upon cooling. Instead, highly fluid, amorphous forms of metals found at high temperatures (near the “melting temperature” Tm) become more viscous as the temperature is reduced (to near the glass transition temperature Tg). Finally, it exhibits the external physical properties of conventional solids.
バルク凝固アモルファス金属に関しては、液体/結晶化変態は存在しないにも関わらず、対応する結晶相の熱力学的液相温度として、「融解温度」Tmを定義することができる。この体系の下では、バルク凝固アモルファス合金の融解温度での粘度は、約0.1ポアズ〜約10,000ポアズの範囲に、更に場合によっては、0.01ポアズ未満にあることが可能である。この「融解温度」でのより低い粘度は、BMG部品を成形するためのバルク凝固アモルファス金属による、シェル/金型の複雑な部分のより速く完全な充填をもたらす。更には、BMG部品を成形するための溶融金属の冷却速度は、冷却の間の時間−温度プロファイルが、図2のTTT図内の結晶化領域を境界付けるノーズ形状領域を横断しないようなものでなければならない。図2では、Tノーズは、結晶化が最も急速であり、かつ最短の時間スケールで生じる、臨界結晶化温度Txである。 For bulk solidified amorphous metals, the “melting temperature” Tm can be defined as the thermodynamic liquid phase temperature of the corresponding crystalline phase, even though there is no liquid / crystallization transformation. Under this regime, the viscosity at the melting temperature of the bulk solidified amorphous alloy can range from about 0.1 poise to about 10,000 poise, and in some cases, less than 0.01 poise. . This lower viscosity at the “melting temperature” results in faster and complete filling of complex parts of the shell / mold with bulk solidified amorphous metal to form BMG parts. In addition, the cooling rate of the molten metal to form the BMG part is such that the time-temperature profile during cooling does not cross the nose shaped region that bounds the crystallization region in the TTT diagram of FIG. There must be. In FIG. 2, T nose is the critical crystallization temperature Tx where crystallization is most rapid and occurs on the shortest time scale.
過冷却液体領域である、Tg〜Txの温度領域は、バルク凝固合金の結晶化に対する、極度の安定性を明示するものである。この温度領域内では、バルク凝固合金は、高粘度の液体として存在し得る。この過冷却液体領域内でのバルク凝固合金の粘度は、ガラス転移温度での1012Pa・sから、結晶化温度である過冷却液体領域の高温限界での105Pa・sに至るまでの間で、変化し得る。そのような粘度を有する液体は、加圧力の下で、実質的な塑性歪みを経験し得る。本明細書の実施形態は、成形及び分離方法として、この過冷却液体領域内での、大きい塑性成形性を利用する。 The supercooled liquid region, Tg-Tx temperature region, demonstrates extreme stability against crystallization of the bulk solidified alloy. Within this temperature range, the bulk solidified alloy can exist as a highly viscous liquid. The viscosity of the bulk solidified alloy in this supercooled liquid region ranges from 10 12 Pa · s at the glass transition temperature to 10 5 Pa · s at the high temperature limit of the supercooled liquid region, which is the crystallization temperature. Can vary between. A liquid having such a viscosity can experience substantial plastic strain under pressure. Embodiments herein utilize the large plastic formability within this supercooled liquid region as a forming and separating method.
Txについて明確にする必要がある。技術的には、TTT図に示されるノーズ形状の曲線は、Txを温度及び時間の関数として説明する。それゆえ、金属合金を加熱又は冷却する間に辿る軌跡とは関係なく、このTTT曲線に当る場合に、Txに到達している。図1(b)では、Txは破線として示されるが、これは、Tmの近位からTgの近位まで、Txが変化し得るためである。 It is necessary to clarify Tx. Technically, the nose shaped curve shown in the TTT diagram describes Tx as a function of temperature and time. Therefore, Tx is reached when it hits this TTT curve, regardless of the trajectory followed during heating or cooling of the metal alloy. In FIG. 1 (b), Tx is shown as a dashed line because Tx can vary from proximal Tm to proximal Tg.
図2の概略的なTTT図は、時間−温度の軌跡(例示的軌跡として、(1)として示す)がTTT曲線に当ることがない、Tm以上〜Tg未満のダイキャストの加工処理方法を示す。ダイキャストの間、この成形は、軌跡がTTT曲線に当ることを回避するために、実質的に急速冷却と同時に行われる。時間−温度の軌跡(例示的軌跡として、(2)、(3)、及び(4)として示す)がTTT曲線に当ることがない、Tg以下からTm未満までの超塑性成形(SPF)に関する加工処理方法。SPFでは、アモルファスBMGは、過冷却液体領域内へと再加熱され、利用可能な加工処理ウインドウは、ダイキャストよりも遙かに大きく、より良好なプロセスの可制御性をもたらすことが可能である。SPFプロセスは、冷却の間の結晶化を回避するために、急速冷却を必要としない。また、例示的軌跡(2)、(3)、及び(4)によって示されるように、SPFの間の最高温度が、Tノーズ超又はTノーズ未満、最大約Tmとなる状態で、SPFを実施することができる。一個のアモルファス合金を昇温させるが、TTT曲線に当ることを回避するように管理する場合には、「Tg〜Tm」に加熱しても、Txには到達していない。 The schematic TTT diagram of FIG. 2 shows a die-cast processing method with a time-temperature trajectory (shown as (1) as an exemplary trajectory as (1)) that does not hit the TTT curve and is between Tm and less than Tg. . During die casting, this forming is performed at the same time as substantially rapid cooling to avoid the trajectory hitting the TTT curve. Time-temperature trajectory (shown as exemplary trajectories (2), (3), and (4)) does not hit the TTT curve, and processing related to superplastic forming (SPF) from below Tg to below Tm Processing method. In SPF, amorphous BMG is reheated into the supercooled liquid region, and the available processing window is much larger than die casting, which can result in better process controllability. . The SPF process does not require rapid cooling to avoid crystallization during cooling. Also, as shown by exemplary trajectories (2), (3), and (4), SPF is performed with the highest temperature during SPF being above or below T nose and up to about Tm can do. Although the temperature of one amorphous alloy is raised, when it is managed so as to avoid hitting the TTT curve, Tx is not reached even when heated to “Tg to Tm”.
20℃/分の加熱速度で得られる、バルク凝固アモルファス合金の典型的な示差走査熱量計(DSC)加熱曲線は、大部分は、TTTデータを横切る具体的な軌跡を説明するものであり、特定温度でのTgと、DSC加熱傾斜がTTT結晶化開始と交差する場合のTxと、最終的に、同じ軌跡が融解に関する温度範囲と交差する場合の融解ピークとが認められるであろう。図2の軌跡(2)、(3)、及び(4)の上り傾斜部分によって示されるような急速な加熱速度で、バルク凝固アモルファス合金を加熱する場合には、TTT曲線を完全に回避することが可能であり、DSCデータは、加熱の際、ガラス転移を示すが、Txは示さない。このことについての別の考察方法は、軌跡(2)、(3)、及び(4)は、結晶化曲線に当らない限り、TTT曲線のノーズ(及び更にその上方)〜Tg線の温度内の、いずれの場所にも収まることができる点である。そのことは、加工処理温度が上昇するにつれて、軌跡内の水平な平坦部が遙かに短くなり得ることを単に意味する。 The typical differential scanning calorimeter (DSC) heating curve of bulk solidified amorphous alloys, obtained at a heating rate of 20 ° C./min, largely describes the specific trajectory across the TTT data. There will be a Tg at temperature, a Tx where the DSC heating ramp intersects the onset of TTT crystallization, and finally a melting peak where the same trajectory intersects the temperature range for melting. Avoid TTT curves completely when heating bulk solidified amorphous alloys at a rapid heating rate as shown by the up-tilted portions of trajectories (2), (3), and (4) in FIG. And DSC data show a glass transition upon heating but no Tx. Another way of thinking about this is that the trajectories (2), (3), and (4) are within the TTT curve nose (and further above) to the temperature of the Tg line, as long as they do not hit the crystallization curve. It can fit in any place. That simply means that as the processing temperature increases, the horizontal flats in the trajectory can become much shorter.
相
本明細書での用語「相」は、熱力学状態図内で見出すことができるものを指すことができる。相は、その全体にわたって、材料の全ての物理的特性が本質的に均一である、空間の領域(例えば、熱力学系)である。物理的特性の例としては、密度、屈折率、化学組成、及び格子周期性が挙げられる。相の単純な説明は、化学的に均一であり、物理的にまったく別であり、及び/又は機械的に分離可能な材料の領域である。例えば、ガラスジャー内の、氷及び水からなる系では、その角氷が1つの相であり、水が第2の相であり、その水の上の湿り空気が第3の相である。ジャーのガラスは、別の分離相である。相は、金属間化合物などの、2成分、3成分、4成分以上の溶体又は化合物とすることができる、固溶体を指すことができる。別の例としては、アモルファス相は、結晶相とはまったく別である。
Phase As used herein, the term “phase” can refer to what can be found in a thermodynamic phase diagram. A phase is a region of space (eg, a thermodynamic system) throughout which all physical properties of the material are essentially uniform. Examples of physical properties include density, refractive index, chemical composition, and lattice periodicity. A simple description of a phase is a region of material that is chemically uniform, physically distinct, and / or mechanically separable. For example, in a system consisting of ice and water in a glass jar, the ice cube is one phase, water is the second phase, and humid air above the water is the third phase. Jar glass is another separate phase. A phase can refer to a solid solution that can be a two-component, three-component, four-component or higher solution or compound, such as an intermetallic compound. As another example, the amorphous phase is completely different from the crystalline phase.
金属、遷移金属、及び非金属
用語「金属」は、電気陽性の化学元素を指す。本明細書での用語「元素」は、全般的には、周期表に見出すことができる元素を指す。物理的には、基底状態の金属原子は、占有状態に近い、空状態を有する部分的充満帯を含む。用語「遷移金属」とは、不完全な内部電子殻を有し、一連の元素内の、最も電気陽性のものと最も電気陽性ではないものとの間の遷移リンクとして役立つ、周期表の第3族〜第12族の範囲内の金属元素のうちのいずれかである。遷移金属は、複数の原子価、着色化合物、及び安定な錯イオンを形成する能力によって特徴付けられる。用語「非金属」は、電子を失って陽イオンを形成する能力を有さない化学元素を指す。
Metals, transition metals, and non-metals The term “metal” refers to an electropositive chemical element. As used herein, the term “element” generally refers to an element that can be found in the periodic table. Physically, a ground state metal atom includes a partially filled band with an empty state close to the occupied state. The term “transition metal” is the third in the periodic table that has an incomplete internal electron shell and serves as a transition link between the most electropositive and the least electropositive in a set of elements. It is one of the metal elements within the range of Group 12 to Group 12. Transition metals are characterized by multiple valences, colored compounds, and the ability to form stable complex ions. The term “nonmetal” refers to a chemical element that does not have the ability to lose electrons and form a cation.
用途に応じて、任意の好適な非金属元素、又はそれらの組み合わせを使用することができる。合金(又は「合金組成物」)は、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ以上の非金属元素などの、複数の非金属元素を含み得る。非金属元素は、周期表内の第13族〜第17族内に見出される、いずれかの元素とすることができる。例えば、非金属元素は、F、Cl、Br、I、At、O、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge、Sn、Pb、及びBのうちのいずれか1つとすることができる。場合により、非金属元素は、第13族〜第17族内の特定の半金属(例えば、B、Si、Ge、As、Sb、Te、及びPo)を指すことできる。一実施形態では、非金属元素としては、B、Si、C、P、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。したがって、例えば、その合金は、ホウ化物若しくは炭化物、又は双方を含み得る。 Depending on the application, any suitable non-metallic elements, or combinations thereof, can be used. An alloy (or “alloy composition”) may include a plurality of non-metallic elements, such as at least two, at least three, at least four or more non-metallic elements. The nonmetallic element can be any element found within Groups 13-17 in the periodic table. For example, the nonmetallic elements are F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, Po, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, Pb, and B. It can be any one of them. In some cases, the non-metallic element can refer to a specific metalloid within Group 13 to Group 17 (eg, B, Si, Ge, As, Sb, Te, and Po). In one embodiment, the non-metallic element can include B, Si, C, P, or a combination thereof. Thus, for example, the alloy can include borides or carbides, or both.
遷移金属元素は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、ラザホージウム、ドブニウム、シーボーギウム、ボーリウム、ハッシウム、マイトネリウム、ウンウンニリウム、ウンウンウニウム、及びウンウンビウムのうちのいずれかとすることができる。一実施形態では、遷移金属元素含有BMGは、Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、及びHgのうちの少なくとも1つを有し得る。用途に応じて、任意の好適な遷移金属元素、又はそれらの組み合わせを使用することができる。合金組成物は、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ以上の遷移金属元素などの、複数の遷移金属元素を含み得る。 Transition metal elements are scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, cadmium, hafnium, tantalum, tungsten , Rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, rutherfordium, dobnium, seaborgium, bolium, hassium, mitonium, ununnilium, ununnium, and ununbium. In one embodiment, the transition metal element-containing BMG is Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, It may have at least one of Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, and Hg. Depending on the application, any suitable transition metal element, or combinations thereof, can be used. The alloy composition may include a plurality of transition metal elements, such as at least 2, at least 3, at least 4 or more transition metal elements.
本明細書で説明される、合金又は合金「サンプル」又は「試料」合金は、任意の形状又はサイズを有し得る。例えば、合金は、球形、楕円、ワイヤ状、ロッド状、シート状、フレーク状、又は不規則形状などの形状を有し得る、微粒子の形状を有し得る。この微粒子は、任意のサイズを有し得る。例えば、その微粒子は、約5マイクロメートル〜約80マイクロメートルなど、約10マイクロメートル〜約60マイクロメートルなど、約15マイクロメートル〜約50マイクロメートルなど、約15マイクロメートル〜約45マイクロメートルなど、約20マイクロメートル〜約40マイクロメートルなど、約25マイクロメートル〜約35マイクロメートルなどの、約1マイクロメートル〜約100マイクロメートルの平均直径を有し得る。例えば、一実施形態では、微粒子の平均直径は、約25マイクロメートル〜約44マイクロメートルである。一部の実施形態では、ナノメートルの範囲のものなどの、より小さい微粒子、又は100マイクロメートルよりも大きいものなどの、より大型の微粒子を使用することができる。 An alloy or alloy “sample” or “specimen” alloy described herein may have any shape or size. For example, the alloy can have a particulate shape, which can have a shape such as a sphere, ellipse, wire, rod, sheet, flake, or irregular shape. The microparticles can have any size. For example, the microparticles can be about 5 micrometers to about 80 micrometers, such as about 10 micrometers to about 60 micrometers, such as about 15 micrometers to about 50 micrometers, such as about 15 micrometers to about 45 micrometers, etc. It may have an average diameter of about 1 micrometer to about 100 micrometers, such as about 25 micrometers to about 35 micrometers, such as about 20 micrometers to about 40 micrometers. For example, in one embodiment, the average diameter of the microparticles is from about 25 micrometers to about 44 micrometers. In some embodiments, smaller particles, such as those in the nanometer range, or larger particles, such as those larger than 100 micrometers, can be used.
合金のサンプル又は試料はまた、遙かに大きい寸法のものにすることもできる。例えば、インゴットなどのバルク構造構成要素、電子機器の筺体/ケーシング、又は更にミリメートル、センチメートル、又はメートルの範囲の寸法を有する構造的構成要素の一部分とすることができる。 The alloy sample or specimen can also be of much larger dimensions. For example, it can be a bulk structural component such as an ingot, an electronics enclosure / casing, or even a portion of a structural component having dimensions in the millimeter, centimeter, or meter range.
固溶体
用語「固溶体」は、溶体の固体形態を指す。用語「溶体」は、固体、液体、気体、又はこれらの組み合わせとすることができる、2種以上の物質の混合物を指す。この混合物は、均質又は不均質とすることができる。用語「混合物」とは、互いに組み合わされ、一般的には分離することが可能である、2種以上の物質の組成物である。一般的には、それらの2種以上の物質は、互いに化合されない。
Solid solution The term “solid solution” refers to a solid form of a solution. The term “solution” refers to a mixture of two or more substances that can be a solid, liquid, gas, or a combination thereof. This mixture can be homogeneous or heterogeneous. The term “mixture” is a composition of two or more substances that can be combined with each other and generally separated. In general, the two or more substances are not combined with each other.
合金
一部の実施形態では、本明細書で説明される合金組成物は、完全に合金化することができる。一実施形態では、「合金」とは、一方の原子が他方の原子に置き換わるか、又は原子間の格子間位置を占有する、2種以上の金属の均質な混合物又は固溶体を指すものであり、例えば、黄銅は、亜鉛及び銅の合金である合金とは、複合材料とは対照的に、金属マトリックス中の1種以上の化合物などの、金属マトリックス中の1種以上の元素の部分的又は完全な固溶体を指すことができる。本明細書での合金という用語は、単一の固相の微細構造を呈し得る全率固溶合金、及び2つ以上の相を呈し得る部分的溶体の双方を指すことができる。本明細書で説明される合金組成物は、合金を含むもの、又は合金含有複合材料を含むものを指すことができる。
Alloys In some embodiments, the alloy compositions described herein can be fully alloyed. In one embodiment, an “alloy” refers to a homogenous mixture or solid solution of two or more metals in which one atom replaces another atom or occupies an interstitial position between atoms. For example, brass is an alloy that is an alloy of zinc and copper, as opposed to a composite material, which is partially or completely of one or more elements in a metal matrix, such as one or more compounds in the metal matrix. A solid solution. The term alloy herein may refer to both a fully solid solution alloy that may exhibit a single solid phase microstructure and a partial solution that may exhibit two or more phases. The alloy compositions described herein can refer to those comprising an alloy or those comprising an alloy-containing composite material.
それゆえ、完全に合金化した合金は、固溶体相であれ、化合物相であれ、又は双方であれ、その構成成分の均質な分布を有し得る。本明細書で使用される用語「完全に合金化した」は、許容誤差範囲内の僅かな変異を説明することができる。例えば、その用語は、少なくとも95%の合金化など、少なくとも99%の合金化など、少なくとも99.5%の合金化など、少なくとも99.9%の合金化などの、少なくとも90%の合金化を指すことができる。本明細書での百分率は、文脈に応じて、体積百分率又は重量百分率のいずれかを指すことができる。これらの百分率は、合金の部分ではない組成又は相の観点によるものとすることができる、不純物によって均衡させることができる。 Thus, a fully alloyed alloy can have a homogeneous distribution of its constituents, whether in solid solution phase, compound phase, or both. As used herein, the term “fully alloyed” can describe slight variations within tolerances. For example, the term includes at least 90% alloying, such as at least 95% alloying, such as at least 99% alloying, such as at least 99.5% alloying, such as at least 99.9% alloying. Can point. Percentages herein can refer to either volume percentages or weight percentages, depending on the context. These percentages can be balanced by impurities, which can be in terms of compositions or phases that are not part of the alloy.
アモルファス又は非晶質固体
「アモルファス」又は「非晶質固体」は、結晶に特徴的な格子周期性を欠く固体である。本明細書で使用するとき、「アモルファス固体」は、ガラス転移を通じて、加熱されると液体状の状態へと軟化及び変態するアモルファス固体である、「ガラス」を含む。一般的には、アモルファス材料は、結晶に特徴的な長距離秩序を欠くが、それらのアモルファス材料は、化学結合の性質による、原子の長さスケールでの何らかの短距離秩序を保有し得る。アモルファス固体と結晶性固体との区別は、X線回折及び透過型電子顕微鏡検査などの構造特性評価技術によって判定される、格子周期性に基づいて行なうことができる。
Amorphous or Amorphous Solid An “amorphous” or “amorphous solid” is a solid that lacks the lattice periodicity characteristic of crystals. As used herein, “amorphous solid” includes “glass”, which is an amorphous solid that softens and transforms into a liquid state upon heating through the glass transition. In general, amorphous materials lack the long-range order characteristic of crystals, but these amorphous materials can possess some short-range order on the atomic length scale due to the nature of chemical bonds. A distinction between an amorphous solid and a crystalline solid can be made based on lattice periodicity determined by structural property evaluation techniques such as X-ray diffraction and transmission electron microscopy.
用語「秩序」及び「無秩序」とは、多粒子系内での何らかの対称性又は相関性の有無を指示する。用語「長距離秩序」及び「短距離秩序」は、長さスケールに基づいて、材料内の秩序を区別する。 The terms “order” and “disorder” indicate the presence or absence of any symmetry or correlation within a multiparticulate system. The terms “long-range order” and “short-range order” distinguish order within a material based on a length scale.
固体内の秩序の、最も厳密な形態は、格子周期性である。特定のパターン(単位格子内の原子の配置構成)が何度も繰り返され、並進的に不変の、空間の充填を形成する。この格子周期性は、結晶の定義特性である。可能な対称性は、14種のブラベー格子及び230種の空間群に分類されている。 The most exact form of order in a solid is lattice periodicity. A specific pattern (the arrangement of atoms in the unit cell) is repeated many times to form a translationally invariant, space filling. This lattice periodicity is a defining characteristic of crystals. The possible symmetries are grouped into 14 Bravey lattices and 230 space groups.
格子周期性は、長距離秩序を示唆するものである。1つの単位格子のみが知られる場合には、その並進対称性によって、任意の距離での、全ての原子配置を正確に予測することが可能である。一般に逆も真であるが、ただし、例えば、完全に確定的な充填を有するが、格子周期性を保有しない、準結晶の場合は例外である。 Lattice periodicity suggests long-range order. If only one unit cell is known, its translational symmetry makes it possible to accurately predict all atomic arrangements at an arbitrary distance. The converse is generally true, except in the case of, for example, quasicrystals that have a completely deterministic filling but do not possess lattice periodicity.
長距離秩序は、同じサンプルの遠隔の部分が、相関する挙動を呈する、物理系を特徴付ける。この長距離秩序は、相関関数、すなわち次のスピン−スピン相関関数として表現することができる。
上記の関数では、sはスピン量子数であり、xは特定の系内の距離関数である。この関数は、x=x’である場合、単位元に等しく、距離|x−x’|が増大するにつれて減少する。典型的には、この関数は、長距離で、指数関数的にゼロまで減衰し、その系は無秩序であると見なされる。しかしながら、この相関関数が、大きい|x−x’|で一定値へと減衰する場合には、その系は長距離秩序を保有すると述べることができる。この関数が、距離の累乗でゼロまで減衰する場合には、準長距離秩序と呼ぶことができる。大きい値の|x−x’|を構成するものは、相対的であることに留意されたい。 In the above function, s is a spin quantum number and x is a distance function in a specific system. This function is equal to the identity element when x = x ′ and decreases as the distance | x−x ′ | Typically, this function decays exponentially to zero over long distances and the system is considered disordered. However, if this correlation function decays to a constant value with a large | x−x ′ |, it can be stated that the system possesses long-range order. If this function decays to zero as a power of distance, it can be called quasi-long-range order. Note that what constitutes a large value of | x-x '| is relative.
系は、その挙動を定義する一部のパラメータが、経時的に進展しないランダム変数である(すなわち、それらが急冷又は凍結される)場合、急冷無秩序、例えば、スピングラスを提示すると延べることができる。この急冷無秩序は、ランダム変数自体が進展することが可能な、焼鈍無秩序とは反対である。本明細書の実施形態は、急冷無秩序を含む系を包含する。 A system can be extended by presenting a quenching disorder, eg, spin glass, if some of the parameters that define its behavior are random variables that do not evolve over time (ie, they are quenched or frozen). it can. This quenching disorder is the opposite of the annealing disorder in which the random variable itself can develop. Embodiments herein include systems that include a quenching disorder.
本明細書で説明される合金は、結晶性、部分結晶性、アモルファス、又は実質的アモルファスとすることができる。例えば、合金サンプル/試料は、少なくともある程度の結晶化度を含み得るものであり、ナノメートル及び/又はマイクロメートルの範囲のサイズを、結晶粒/結晶が有する。あるいは、合金は、十分にアモルファスであるなどの、実質的アモルファスとすることができる。一実施形態では、合金組成物は、実質的に結晶性であるなど、完全に結晶性であるなどの、少なくとも実質的にアモルファスではない。 The alloys described herein can be crystalline, partially crystalline, amorphous, or substantially amorphous. For example, an alloy sample / specimen may include at least some degree of crystallinity, with the grains / crystals having a size in the nanometer and / or micrometer range. Alternatively, the alloy can be substantially amorphous, such as sufficiently amorphous. In one embodiment, the alloy composition is not at least substantially amorphous, such as substantially crystalline, such as fully crystalline.
一実施形態では、他のアモルファス合金中の、1種の結晶又は複数種の結晶の存在は、その合金中の「結晶相」として解釈することができる。合金の結晶化度の程度(又は一部の実施形態では、略して「結晶化度」)とは、その合金中に存在する結晶相の量を指すことができる。その程度とは、例えば、合金中に存在する結晶の分率を指すことができる。この分率は、文脈に応じて、体積分率又は重量分率を指すことができる。アモルファス合金がどの程度「アモルファス」であるかの尺度を、アモルファス化度とすることができる。アモルファス化度は、結晶化度の程度の観点により測定することができる。例えば、一実施形態では、低い程度の結晶化度を有する合金は、高い程度のアモルファス化度を有すると述べることができる。一実施形態では、例えば、60体積%の結晶相を有する合金は、40体積%のアモルファス相を有し得る。 In one embodiment, the presence of one or more crystals in another amorphous alloy can be interpreted as a “crystalline phase” in that alloy. The degree of crystallinity of an alloy (or in some embodiments, “crystallinity” for short) can refer to the amount of crystalline phase present in the alloy. The degree can refer, for example, to the fraction of crystals present in the alloy. This fraction can refer to a volume fraction or a weight fraction, depending on the context. A measure of how “amorphous” an amorphous alloy can be is the degree of amorphization. The degree of amorphization can be measured from the viewpoint of the degree of crystallinity. For example, in one embodiment, an alloy having a low degree of crystallinity can be described as having a high degree of amorphousness. In one embodiment, for example, an alloy having 60% by volume crystalline phase may have 40% by volume amorphous phase.
アモルファス合金又はアモルファス金属
「アモルファス合金」とは、50体積%超のアモルファス含有量、好ましくは90体積%超のアモルファス含有量、より好ましくは95体積%超のアモルファス含有量、最も好ましくは99体積%超〜ほぼ100体積%のアモルファス含有量を有する合金である。上述のように、アモルファス化度が高い合金は、結晶化度の程度が同等に低いことに留意されたい。「アモルファス金属」とは、無秩序な原子スケール構造を有するアモルファス金属材料である。結晶性であることにより、高度に秩序化した原子配置を有する、殆どの金属とは対照的に、アモルファス合金は非晶質である。そのような無秩序構造が、冷却の間に液体状態から直接作り出される材料は、「ガラス」と称される場合がある。したがって、アモルファス金属は、一般に「金属ガラス」又は「ガラス金属」と称される。一実施形態では、バルク金属ガラス(「BMG」)とは、その微細構造が少なくとも部分的にアモルファスである合金を、指すことができる。しかしながら、アモルファス金属を作り出すためには、極度な急速冷却の他にも、物理蒸着、固相反応、イオン照射、メルトスピニング、及び機械的合金化を含めた、幾つかの方法が存在する。アモルファス合金は、それらが調製される方法とは関係なく、単一の部類の材料とすることができる。
Amorphous alloy or amorphous metal "Amorphous alloy" means an amorphous content of more than 50% by volume, preferably more than 90% by volume, more preferably more than 95% by volume, most preferably 99% by volume. An alloy having an amorphous content of from super to almost 100% by volume. As noted above, it should be noted that alloys with a high degree of amorphization have an equally low degree of crystallinity. An “amorphous metal” is an amorphous metal material having a disordered atomic scale structure. By being crystalline, amorphous alloys are amorphous, as opposed to most metals, which have a highly ordered atomic arrangement. The material in which such a disordered structure is created directly from the liquid state during cooling may be referred to as “glass”. Thus, amorphous metals are commonly referred to as “metallic glass” or “glass metal”. In one embodiment, bulk metallic glass (“BMG”) can refer to an alloy whose microstructure is at least partially amorphous. However, in addition to extreme rapid cooling, there are several ways to create amorphous metals, including physical vapor deposition, solid phase reaction, ion irradiation, melt spinning, and mechanical alloying. Amorphous alloys can be a single class of materials regardless of how they are prepared.
アモルファス金属は、様々な急冷法を通じて作り出すことができる。例えば、アモルファス金属は、回転する金属ディスク上に溶融金属をスパッタリングすることによって、作り出すことができる。1秒当り約数百万度の急冷は、結晶が形成するには過度に高速である得るため、その金属は、ガラス状態で「固定」される。また、アモルファス金属/合金は、厚い層のアモルファス構造、例えば、バルク金属ガラスの形成を可能にするための、十分に低速な臨界冷却速度で作り出すこともできる。 Amorphous metal can be produced through various quenching methods. For example, amorphous metal can be created by sputtering molten metal onto a rotating metal disk. A quench of about several million degrees per second can be too fast for crystals to form, so that the metal is “fixed” in the glassy state. Amorphous metals / alloys can also be created with critical cooling rates that are slow enough to allow the formation of thick layer amorphous structures, such as bulk metallic glass.
用語「バルク金属ガラス」(「BMG」)、バルクアモルファス合金(「BAA」)、及びバルク凝固アモルファス合金は、本明細書で互換的に使用される。それらの用語は、少なくともミリメートルの範囲の最小寸法を有する、アモルファス合金を指す。例えば、その寸法は、少なくとも約1mmなど、少なくとも約2mmなど、少なくとも約4mmなど、少なくとも約5mmなど、少なくとも約6mmなど、少なくとも約8mmなど、少なくとも約10mmなど、少なくとも約12mmなどの、少なくとも約0.5mmとすることができる。幾何学形状に応じて、その寸法は、直径、半径、厚さ、幅、長さなどを指すことができる。BMGはまた、少なくとも約1.0cmなど、少なくとも約2.0cmなど、少なくとも約5.0cmなど、少なくとも約10.0cmなどの、センチメートルの範囲の少なくとも1つの寸法を有する、金属ガラスとすることもできる。一部の実施形態では、BMGは、少なくともメートルの範囲の、少なくとも1つの寸法を有し得る。BMGは、金属ガラスに関して、上述の形状又は形態のうちの、いずれかを呈することができる。したがって、本明細書で説明されるBMGは、一部の実施形態では、重要な一態様での従来の堆積技術によって作製される薄膜とは異なるものとすることができ、前者のBMGは、後者の薄膜よりも遙かに大きい寸法のものとすることができる。 The terms “bulk metallic glass” (“BMG”), bulk amorphous alloy (“BAA”), and bulk solidified amorphous alloy are used interchangeably herein. These terms refer to an amorphous alloy having a minimum dimension in the range of at least millimeters. For example, the dimension is at least about 0, such as at least about 1 mm, at least about 2 mm, at least about 4 mm, at least about 5 mm, at least about 6 mm, at least about 8 mm, at least about 10 mm, at least about 12 mm, etc. .5 mm. Depending on the geometry, the dimensions can refer to diameter, radius, thickness, width, length, etc. The BMG may also be a metallic glass having at least one dimension in the centimeter range, such as at least about 1.0 cm, such as at least about 2.0 cm, such as at least about 5.0 cm, such as at least about 10.0 cm. You can also. In some embodiments, the BMG may have at least one dimension in the range of at least meters. BMG can exhibit any of the shapes or forms described above with respect to metallic glass. Accordingly, the BMG described herein may differ from thin films made by conventional deposition techniques in one important aspect in some embodiments, the former BMG being the latter The size can be much larger than that of the thin film.
アモルファス金属は、純金属ではなく、合金とすることができる。この合金は、著しく異なるサイズの原子を含有し得ることにより、溶融状態で、低い自由体積がもたらされる(またそれゆえ、他の金属及び合金よりも、桁違いとなるまでの高い粘度を有する)。この粘度は、原子が、規則格子を形成するために十分に移動することを防ぐ。この材料構造は、冷却の間の低収縮性、及び塑性変形に対する抵抗性をもたらし得る。一部の場合には結晶性材料の弱点である、この結晶粒界の非存在は、例えば、磨耗及び腐食に対する、より良好な抵抗性をもたらし得る。一実施形態では、技術的にはガラスであるが、アモルファス金属はまた、酸化物ガラス及びセラミックよりも遙かに強靭であり、脆性ではないものにすることもできる。 The amorphous metal can be an alloy rather than a pure metal. This alloy can contain atoms of significantly different sizes, resulting in a low free volume in the molten state (and therefore has a viscosity that is orders of magnitude higher than other metals and alloys). . This viscosity prevents atoms from moving sufficiently to form an ordered lattice. This material structure can provide low shrinkage during cooling and resistance to plastic deformation. This absence of grain boundaries, which in some cases is a weakness of crystalline materials, can result in better resistance to wear and corrosion, for example. In one embodiment, although technically glass, amorphous metals can also be much stronger and less brittle than oxide glasses and ceramics.
アモルファス材料の熱伝導率は、それらの結晶性対応物の熱伝導率よりも低いものにすることができる。より緩徐な冷却の間でも、アモルファス構造の形成を達成するために、3種以上の構成成分で合金を作製して、より高いポテンシャルエネルギー、及びより低い形成の確率を有する、複合結晶単位をもたらすことができる。アモルファス合金の形成は、以下の幾つかの因子:合金の構成成分の組成と、構成成分の原子半径(好ましくは、高い充填密度及び低い自由体積を達成するために、12%超の有意差を有する)と、結晶核生成を阻止し、溶融金属が過冷却状態に留まる時間を延長する、構成成分の組み合わせの負の混合熱と、に応じて変化し得る。しかしながら、アモルファス合金の形成は、多種多様な変数に基づくものであるため、合金組成物がアモルファス合金を形成するか否かを事前に判定することは、困難な場合がある。 The thermal conductivity of amorphous materials can be lower than the thermal conductivity of their crystalline counterparts. In order to achieve the formation of an amorphous structure even during slower cooling, an alloy is made with three or more components, resulting in a composite crystal unit with higher potential energy and lower probability of formation. be able to. The formation of an amorphous alloy depends on several factors: the composition of the alloy components and the atomic radii of the components (preferably greater than 12% in order to achieve high packing density and low free volume). And the negative heat of mixing of the combination of components that prevents crystal nucleation and extends the time that the molten metal remains supercooled. However, since the formation of an amorphous alloy is based on a wide variety of variables, it may be difficult to determine in advance whether the alloy composition forms an amorphous alloy.
例えば、ホウ素、ケイ素、リン、及び他のガラス形成剤と、磁性金属(鉄、コバルト、ニッケル)とのアモルファス合金は、低い保磁力及び高い電気抵抗を有する、磁性のものとすることができる。この高い抵抗は、例えば、トランス用磁心として有用な特性である、交番磁界に晒された場合の渦電流による低損失をもたらす。 For example, amorphous alloys of boron, silicon, phosphorus, and other glass formers with magnetic metals (iron, cobalt, nickel) can be magnetic with low coercivity and high electrical resistance. This high resistance results in a low loss due to eddy currents when exposed to an alternating magnetic field, which is a characteristic useful as, for example, a transformer core.
アモルファス合金は、潜在的に有用な、様々な特性を有し得る。具体的には、アモルファス合金は、同様の化学組成の結晶性合金よりも強固である傾向にあり、それらは、結晶性合金よりも大きい可逆性(「弾性」)変形に耐え得る。アモルファス金属は、それらの強度を、それらの非晶質構造から直接導き出すものであり、この非晶質構造は、結晶性合金の強度を制限する欠陥(転位などの)を全く有し得ない。例えば、Vitreloy(商標)として知られる、1つの最新のアモルファス金属は、高級チタンのほぼ2倍の引張り強さを有する。一部の実施形態では、室温での金属ガラスは延性ではなく、張力が負荷されると突然破損するが、このことは、差し迫った破壊が明白ではないため、信頼性が重要な用途での、その材料の適用性を制限する。それゆえ、この課題を克服するために、延性の結晶性金属の樹枝状の粒子又は繊維を含有する、金属ガラスマトリックスを有する、金属マトリックス複合材料を使用することができる。あるいは、深刻化を引き起こす傾向がある元素(例えば、Ni)が少ないBMGを使用することができる。例えば、Niを含まないBMGを使用することにより、そのBMGの延性を改善することができる。 Amorphous alloys can have a variety of properties that are potentially useful. Specifically, amorphous alloys tend to be stronger than crystalline alloys of similar chemical composition, and they can withstand greater reversible ("elastic") deformation than crystalline alloys. Amorphous metals derive their strength directly from their amorphous structure, which can have no defects (such as dislocations) that limit the strength of the crystalline alloy. For example, one state-of-the-art amorphous metal, known as Vitreloy ™, has a tensile strength approximately twice that of high-grade titanium. In some embodiments, the metallic glass at room temperature is not ductile and breaks suddenly when tension is applied, which is not evident in imminent failure, so in applications where reliability is important, Limit applicability of the material. Therefore, to overcome this challenge, metal matrix composites with a metallic glass matrix containing ductile crystalline metal dendritic particles or fibers can be used. Alternatively, BMG with less elements (eg, Ni) that tend to cause seriousness can be used. For example, by using BMG that does not contain Ni, the ductility of the BMG can be improved.
バルクアモルファス合金の別の有用な特性は、それらを真性のガラスとすることができる点であり、換言すれば、バルクアモルファス合金は、加熱されると、軟化して流動することができる。このことは、ポリマーと殆ど同じ方法での、射出成形などによる、容易な加工処理を可能にする。結果として、アモルファス合金は、スポーツ用品、医療用装置、電子部品及び電子装備、並びに薄膜を作製するために使用することができる。アモルファス金属の薄膜は、高速酸素燃料技術を介して、保護コーティングとして堆積させることができる。 Another useful property of bulk amorphous alloys is that they can be intrinsic glasses, in other words, bulk amorphous alloys can soften and flow when heated. This allows easy processing, such as by injection molding, in much the same way as a polymer. As a result, amorphous alloys can be used to make sports equipment, medical devices, electronic components and equipment, and thin films. Amorphous metal thin films can be deposited as protective coatings via high speed oxygen fuel technology.
材料は、アモルファス相、結晶相、又は双方を有し得る。これらのアモルファス相及び結晶相は、同じ化学組成を有し、微細構造のみが異なる(すなわち、一方はアモルファスであり、他方は結晶質である)ものとすることができる。一実施形態での微細構造は、25X以上の倍率の顕微鏡によって明らかとなるような材料の構造を指す。あるいは、これらの2つの相は、異なる化学組成及び微細構造を有し得る。例えば、組成物は、部分的アモルファス、実質的アモルファス、又は完全アモルファスとすることができる。 The material can have an amorphous phase, a crystalline phase, or both. These amorphous and crystalline phases can have the same chemical composition and differ only in microstructure (ie, one is amorphous and the other is crystalline). Microstructure in one embodiment refers to the structure of the material as revealed by a microscope with a magnification of 25X or higher. Alternatively, these two phases can have different chemical compositions and microstructures. For example, the composition can be partially amorphous, substantially amorphous, or fully amorphous.
上述のように、アモルファス化度の程度(また反対に結晶化度の程度)は、合金中に存在する結晶の分率によって測定することができる。その程度とは、合金中に存在する結晶相の体積分率又は重量分率を指すことができる。部分的アモルファス組成物とは、少なくとも約10体積%など、少なくとも約20体積%など、少なくとも約40体積%など、少なくとも約60体積%など、少なくとも約80体積%など、少なくとも約90体積%などの、少なくともその約5体積%がアモルファス相である組成物を指すことができる。用語「実質的に」及び「約」は、本明細書中の他の場所で定義されている。したがって、少なくとも実質的にアモルファスである組成物とは、少なくとも約95体積%など、少なくとも約98体積%など、少なくとも約99体積%など、少なくとも約99.5体積%など、少なくとも約99.8体積%など、少なくとも約99.9体積%などの、少なくともその約90体積%がアモルファスであるものを指すことができる。一実施形態では、実質的アモルファス組成物は、その中に存在する何らかの付随的な少量の結晶相を有し得る。 As described above, the degree of amorphization (and conversely the degree of crystallinity) can be measured by the fraction of crystals present in the alloy. The degree can refer to the volume fraction or weight fraction of the crystalline phase present in the alloy. A partially amorphous composition includes at least about 10%, such as at least about 20%, such as at least about 40%, such as at least about 60%, such as at least about 80%, such as at least about 90%. , Which can refer to a composition at least about 5% by volume of which is in an amorphous phase. The terms “substantially” and “about” are defined elsewhere in this specification. Thus, a composition that is at least substantially amorphous includes at least about 99.8 vol%, such as at least about 95 vol%, such as at least about 98 vol%, such as at least about 99 vol%, such as at least about 99.5 vol%. %, Such as at least about 99.9% by volume, at least about 90% by volume of which is amorphous. In one embodiment, the substantially amorphous composition can have any attendant minor crystalline phase present therein.
一実施形態では、アモルファス合金組成物は、アモルファス相に関して均質とすることができる。組成が均一である物質は均質である。このことは、不均質である物質とは対照的である。用語「組成」とは、物質中の化学組成及び/又は微細構造を指す。物質は、その物質の体積を半分に分割して、両半分が実質的に同じ組成を有する場合に、均質である。例えば、微粒子懸濁液は、その微粒子懸濁液の体積を半分に分割して、両半分が実質的に同じ体積の粒子を有する場合に、均質である。しかしながら、顕微鏡下で個々の粒子を視認することが可能な場合もある。均質な物質の別の例は、空気であり、その空気中の種々の成分は等しく浮遊するが、空気中の粒子、気体、及び液体は、個別に分析することができ、又は空気から分離することもできる。 In one embodiment, the amorphous alloy composition can be homogeneous with respect to the amorphous phase. A substance with a uniform composition is homogeneous. This is in contrast to materials that are heterogeneous. The term “composition” refers to the chemical composition and / or microstructure in a substance. A substance is homogeneous when the volume of the substance is divided in half and both halves have substantially the same composition. For example, a particulate suspension is homogeneous when the volume of the particulate suspension is divided in half and both halves have substantially the same volume of particles. However, it may be possible to see individual particles under a microscope. Another example of a homogeneous material is air, where the various components in the air are equally suspended, but particles, gases, and liquids in the air can be analyzed separately or separated from the air. You can also.
アモルファス合金に関して均質である組成とは、その微細構造の全体にわたって実質的に均一に分布するアモルファス相を有するものを指すことができる。換言すれば、その組成物は、組成物の全体にわたって実質的に均一に分布するアモルファス合金を巨視的に含む。代替の実施形態では、この組成は、非アモルファス相をその中に有する、アモルファス相を有する複合材料のものとすることができる。この非アモルファス相は、1つの結晶又は複数の結晶とすることができる。それらの結晶は、球形、楕円、ワイヤ状、ロッド状、シート状、フレーク状、又は不規則形状などの、任意の形状の微粒子の形態とすることができる。一実施形態では、結晶は、樹枝状形態を有し得る。例えば、少なくとも部分的にアモルファスの複合組成物は、アモルファス相マトリックス中に分散する樹枝状結晶の形状の結晶相を有し得るものであり、この分散は、均一又は不均一なものとすることができ、アモルファス相と結晶相とは、同じ化学組成又は異なる化学組成を有し得る一実施形態では、それらの相は実質的に同じ化学組成を有し得る。別の実施形態では、結晶相は、BMG相よりも延性とすることができる。 A composition that is homogeneous with respect to an amorphous alloy can refer to one having an amorphous phase that is distributed substantially uniformly throughout its microstructure. In other words, the composition macroscopically comprises an amorphous alloy that is distributed substantially uniformly throughout the composition. In an alternative embodiment, the composition can be of a composite material having an amorphous phase with a non-amorphous phase therein. This non-amorphous phase can be a single crystal or multiple crystals. The crystals can be in the form of particulates of any shape, such as spherical, oval, wire, rod, sheet, flake, or irregular shape. In one embodiment, the crystals can have a dendritic morphology. For example, an at least partially amorphous composite composition may have a crystalline phase in the form of dendrites dispersed in an amorphous phase matrix, and this dispersion may be uniform or non-uniform. In one embodiment, the amorphous phase and the crystalline phase can have the same chemical composition or different chemical compositions, and the phases can have substantially the same chemical composition. In another embodiment, the crystalline phase can be more ductile than the BMG phase.
本明細書で説明される方法は、任意のタイプのアモルファス合金に適用可能とすることができる。同様に、組成物又は物品の成分として、本明細書で説明されるアモルファス合金は、任意のタイプのものとすることができる。このアモルファス合金は、Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Beの元素、又はこれらの組み合わせを含み得る。すなわち、この合金は、その化学式又は化学組成中に、これらの元素のいずれかの組み合わせを含み得る。それらの元素は、種々の重量百分率又は体積百分率で存在し得る。例えば、鉄「ベース」合金とは、その中に存在する無視することができない重量百分率の鉄を有する、合金を指すことができ、その重量百分率は、例えば、少なくとも約40重量%など、少なくとも約50重量%など、少なくとも約60重量%など、少なくとも約80重量%などの、少なくとも約20重量%などとすることができる。あるいは、一実施形態では、上述の百分率は、重量百分率の代わりに、体積百分率とすることができる。したがって、アモルファス合金は、ジルコニウムベース、チタンベース、白金ベース、パラジウムベース、金ベース、銀ベース、銅ベース、鉄ベース、ニッケルベース、アルミニウムベース、モリブデンベースなどとすることができる。この合金はまた、特定の目的に適合するように、上述の元素のうちのいずれかを含まない場合もある。例えば、一部の実施形態では、この合金、又はこの合金を含む組成物は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ベリリウム、又はこれらの組み合わせを実質的に含まないものであり得る。一実施形態では、この合金又は複合材料は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ベリリウム、又はこれらの組み合わせを、全く含まない。 The methods described herein may be applicable to any type of amorphous alloy. Similarly, the amorphous alloy described herein as a component of the composition or article can be of any type. The amorphous alloy may include elements of Zr, Hf, Ti, Cu, Ni, Pt, Pd, Fe, Mg, Au, La, Ag, Al, Mo, Nb, Be, or combinations thereof. That is, the alloy may include any combination of these elements in its chemical formula or chemical composition. These elements can be present in various weight or volume percentages. For example, an iron “base” alloy can refer to an alloy having a non-negligible weight percentage of iron present therein, the weight percentage being at least about 40% by weight, for example, at least about 40% by weight. It may be at least about 20%, such as 50%, such as at least about 60%, such as at least about 80%. Alternatively, in one embodiment, the percentages described above can be volume percentages instead of weight percentages. Thus, the amorphous alloy can be a zirconium base, a titanium base, a platinum base, a palladium base, a gold base, a silver base, a copper base, an iron base, a nickel base, an aluminum base, a molybdenum base, and the like. The alloy may also not include any of the above-described elements to suit a particular purpose. For example, in some embodiments, the alloy, or a composition comprising the alloy, can be substantially free of nickel, aluminum, titanium, beryllium, or combinations thereof. In one embodiment, the alloy or composite material does not include any nickel, aluminum, titanium, beryllium, or combinations thereof.
例えば、このアモルファス合金は、式(Zr,Ti)a(Ni,Cu,Fe)b(Be,A1,Si,B)cを有し得るものであり、式中、a、b、及びcはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、aは30〜75の範囲であり、bは5〜60の範囲であり、cは0〜50の範囲である。あるいは、このアモルファス合金は、式(Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)cを有し得るものであり、式中、a、b、及びcはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、aは40〜75の範囲であり、bは5〜50の範囲であり、cは5〜50の範囲である。この合金はまた、式(Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)cを有し得るものでもあり、式中、a、b、及びcはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、aは45〜65の範囲であり、bは7.5〜35の範囲であり、cは10〜37.5の範囲である。あるいは、この合金は、式(Zr)a(Nb,Ti)b(Ni,Cu)c(A1)dを有し得るものでもあり、式中、a、b、c、及びdはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、aは45〜65の範囲であり、bは0〜10の範囲であり、cは20〜40の範囲であり、dは7.5〜15の範囲である。上述の合金系の例示的一実施形態は、Liquidmetal Technologies(CA,USA)によって製作されるような、Vitreloy−1及びVitreloy−101などの、商品名Vitreloy(商標)の、Zr−Ti−Ni−Cu−Beベースのアモルファス合金である。種々の系のアモルファス合金の一部の実施例が、表1に記載される。 For example, the amorphous alloy may have the formula (Zr, Ti) a (Ni, Cu, Fe) b (Be, A1, Si, B) c , where a, b, and c are Each represents a weight percentage or an atomic percentage. In one embodiment, in atomic percent, a is in the range of 30-75, b is in the range of 5-60, and c is in the range of 0-50. Alternatively, the amorphous alloy can have the formula (Zr, Ti) a (Ni, Cu) b (Be) c , where a, b, and c are weight percentages or atomic percentages, respectively. Represent. In one embodiment, in atomic percent, a is in the range of 40-75, b is in the range of 5-50, and c is in the range of 5-50. The alloy may also have the formula (Zr, Ti) a (Ni, Cu) b (Be) c , where a, b, and c represent weight percentage or atomic percentage, respectively. In one embodiment, in atomic percent, a is in the range of 45-65, b is in the range of 7.5-35, and c is in the range of 10-37.5. Alternatively, the alloy can also have the formula (Zr) a (Nb, Ti) b (Ni, Cu) c (A1) d , where a, b, c, and d are each weight Represents a percentage or atomic percentage. In one embodiment, in atomic percent, a is in the range of 45-65, b is in the range of 0-10, c is in the range of 20-40, and d is in the range of 7.5-15. . One exemplary embodiment of the above alloy system is Zr-Ti-Ni- of the trade name Vitreloy (TM), such as Vitreloy-1 and Vitreloy-101, as manufactured by Liquidmetal Technologies (CA, USA). It is a Cu-Be based amorphous alloy. Some examples of various systems of amorphous alloys are listed in Table 1.
これらのアモルファス合金はまた、(Fe,Ni,Co)ベース合金などの、鉄合金とすることもできる。そのような組成物の実施例が、米国特許第6,325,868号、同第5,288,344号、同第5,368,659号、同第5,618,359号、及び同第5,735,975号、InoueらのAppl.Phys.Lett.,Volume 71,p 464(1997)、ShenらのMater.Trans.,JIM,Volume 42,p 2136(2001)、並びに日本特許出願第200126277号(公開番号2001303218(A))で開示されている。1つの例示的な組成物は、Fe72A15Ga2PllC6B4である。別の実施例は、Fe72A17Zr10Mo5W2B15である。本明細書でのコーティングに使用することができる、別の鉄ベース合金系が、米国特許出願公開第2010/0084052号で開示されており、そのアモルファス金属は、例えば、括弧内に記される組成の範囲で、マンガン(1〜3原子%)、イットリウム(0.1〜10原子%)、及びケイ素(0.3〜3.1原子%)を含有し、また括弧内に記される組成の指定範囲で以下の元素:クロム(15〜20原子%)、モリブデン(2〜15原子%)タングステン(1〜3原子%)、ホウ素(5〜16原子%)、炭素(3〜16原子%)、及び残部の鉄を含有する。 These amorphous alloys can also be iron alloys, such as (Fe, Ni, Co) based alloys. Examples of such compositions are described in US Pat. Nos. 6,325,868, 5,288,344, 5,368,659, 5,618,359, and 5,735,975, Inoue et al., Appl. Phys. Lett. , Volume 71, p 464 (1997), Shen et al., Mater. Trans. , JIM, Volume 42, p 2136 (2001), and Japanese Patent Application No. 200126277 (publication number 2001303218 (A)). One exemplary composition is Fe 72 A1 5 Ga 2 P ll C 6 B 4 . Another example is Fe 72 A1 7 Zr 10 Mo 5 W 2 B 15 . Another iron-based alloy system that can be used for coating herein is disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2010/0084052, the amorphous metal having a composition described in parentheses, for example. Of manganese (1 to 3 atomic%), yttrium (0.1 to 10 atomic%), and silicon (0.3 to 3.1 atomic%), and the composition described in parentheses The following elements in the specified range: Chromium (15-20 atom%), Molybdenum (2-15 atom%) Tungsten (1-3 atom%), Boron (5-16 atom%), Carbon (3-16 atom%) And the balance iron.
上述のアモルファス合金系は、Nb、Cr、V、及びCoを含めた添加遷移金属元素などの、添加元素を更に含み得る。これらの添加元素は、約20重量%以下など、約10重量%以下など、約5重量%などの、約30重量%以下で存在し得る。一実施形態では、この任意選択の添加元素は、コバルト、マンガン、ジルコニウム、タンタル、ニオビウム、タングステン、イットリウム、チタン、バナジウム、及びハフニウムのうちの少なくとも1つであり、炭化物を形成して、耐摩耗性及び耐食性を更に改善する。更なる任意選択の元素としては、融点を低下させるための、合計で最大約2%の、好ましくは1%未満の、リン、ゲルマニウム、及びヒ素を挙げることができる。他の少量の不純物は、約2%未満、好ましくは0.5%未満とするべきである。
一部の実施形態では、アモルファス合金を有する組成物は少量の不純物を含み得る。不純物元素を意図的に添加することにより、機械的特性(例えば、硬度、強度、破壊機構など)の改善、及び/又は耐食性の改善などの、その組成物の特性を修正することができる。あるいは、それらの不純物は、加工処理及び製造の副生成物として得られるもののような、不可避の付随的な不純物として存在し得る。この不純物は、約5重量%以下など、約2重量%以下など、約1重量%以下など、約0.5重量%以下など、約0.1重量%以下などの、約10重量%以下とすることができる。一部の実施形態では、これらの百分率は、重量百分率の代わりに、体積百分率とすることができる。一実施形態では、この合金サンプル/組成物は、アモルファス合金から本質的になる(少量の付随的不純物のみを有する)。別の実施形態では、この組成物はアモルファス合金を含む(観察可能な微量の不純物を全く有さない)。 In some embodiments, a composition having an amorphous alloy can include a small amount of impurities. By intentionally adding impurity elements, the properties of the composition, such as improved mechanical properties (eg, hardness, strength, fracture mechanism, etc.) and / or improved corrosion resistance can be modified. Alternatively, the impurities may be present as inevitable incidental impurities, such as those obtained as processing and manufacturing by-products. This impurity is about 10% or less, such as about 5% or less, such as about 2% or less, such as about 1% or less, such as about 0.5% or less, such as about 0.1% or less. can do. In some embodiments, these percentages can be volume percentages instead of weight percentages. In one embodiment, the alloy sample / composition consists essentially of an amorphous alloy (having only a small amount of incidental impurities). In another embodiment, the composition comprises an amorphous alloy (having no observable trace impurities).
一実施形態では、最終部品は、バルク凝固アモルファス合金の臨界鋳造厚さを超過するものであった。 In one embodiment, the final part exceeded the critical cast thickness of the bulk solidified amorphous alloy.
本明細書の実施形態では、バルク凝固アモルファス合金が高粘度の液体として存在することができる、過冷却液体領域の存在により、超塑性成形が可能となる。大きな塑性変形を得ることができる。過冷却液体領域内で大きく塑性変形する能力は、成形プロセス及び/又は切断プロセスに使用される。固体とは対照的に、この液体のバルク凝固合金は、局所的に変形し、このことが、切断及び成形のために必要とされるエネルギーを、大幅に低下させる。切断及び成形の容易性は、合金、金型、及び切断工具の温度に応じて変化する。温度が高くなるにつれて、粘度が低下し、その結果として、切断及び成形が容易になる。 In embodiments herein, superplastic forming is possible due to the presence of a supercooled liquid region in which the bulk solidified amorphous alloy can exist as a high viscosity liquid. Large plastic deformation can be obtained. The ability to plastically deform significantly in the supercooled liquid region is used for the molding and / or cutting process. In contrast to solids, this liquid bulk solidified alloy deforms locally, which greatly reduces the energy required for cutting and forming. The ease of cutting and forming varies with the temperature of the alloy, mold and cutting tool. As the temperature increases, the viscosity decreases, resulting in easier cutting and molding.
本明細書の実施形態は、例えば、Tg〜Txで実施される、アモルファス合金を使用する熱可塑性成形プロセスを、利用することができる。本明細書では、Tx及びTgは、結晶化の開始の温度、及びガラス転移の開始の温度として、典型的な加熱速度(例えば、20℃/分)での標準的なDSC測定から決定される。 Embodiments herein can utilize a thermoplastic molding process using amorphous alloys, for example, performed at Tg-Tx. As used herein, Tx and Tg are determined from standard DSC measurements at typical heating rates (eg, 20 ° C./min) as the temperature of onset of crystallization and the temperature of onset of glass transition. .
アモルファス合金構成要素は、臨界鋳造厚さを有し得るものであり、最終部品は、その臨界鋳造厚さよりも厚い厚さを有し得る。更には、加熱及び整形操作の時間並びに温度は、アモルファス合金の弾性歪み限界が、1.0%以上、好ましくは1.5%以上であることを実質的に維持し得るように選択される。本明細書の実施形態との関連では、ガラス転移近傍の温度とは、成形温度がガラス転移温度未満、ガラス転移温度若しくはガラス転位温度近傍、及びガラス転移温度超とすることができることを意味するが、結晶化温度Txより低い温度であることが好ましい。冷却工程は、加熱工程での加熱速度と同様の速度で、好ましくは、加熱工程での加熱速度を超える速度で実施される。冷却工程はまた、好ましくは、成形荷重及び整形荷重が依然として維持されている間にも、達成される。 The amorphous alloy component can have a critical casting thickness, and the final part can have a thickness greater than its critical casting thickness. Furthermore, the time and temperature of the heating and shaping operations are selected such that the elastic strain limit of the amorphous alloy can be substantially maintained at 1.0% or higher, preferably 1.5% or higher. In the context of embodiments herein, the temperature near the glass transition means that the molding temperature can be below the glass transition temperature, near the glass transition temperature or glass transition temperature, and above the glass transition temperature. is preferably a temperature lower than the crystallization temperature T x. The cooling step is performed at a rate similar to the heating rate in the heating step, preferably at a rate exceeding the heating rate in the heating step. The cooling step is also preferably accomplished while the forming and shaping loads are still maintained.
電子機器
本明細書に記載の実施形態は、BMGを用いた電子機器の作成で、価値のあるものとすることができる。本明細書での電子機器とは、当該技術分野において既知の任意の電子機器を指すことができる。例えば、この電子機器は、携帯電話及び固定電話などの電話、あるいは、例えばiPhone(商標)を含めたスマートフォン、及び電子eメール送信/受信機器などの、任意の通信機器とすることができる。この電子機器は、デジタルディスプレイ、TVモニタ、電子ブックリーダ、携帯ウェブブラウザ(例えば、iPad(商標))、及びコンピュータモニタなどの、ディスプレイの一部とすることができる。この電子機器はまた、携帯DVDプレイヤ、従来型DVDプレイヤ、ブルーレイディスクプレイヤ、ビデオゲームコンソール、携帯音楽プレイヤ(例えば、iPod(商標))などの音楽プレイヤなどを含めた、娯楽機器とすることもできる。この電子機器はまた、画像、ビデオ、音声のストリーミングを制御することなどの、制御を提供する機器(例えば、Apple TV(商標))の一部とすることもでき、又は電子機器用の遠隔制御装置とすることができる。この電子機器は、コンピュータ、あるいはハードドライブタワーの筺体若しくはケーシング、ラップトップ筺体、ラップトップキーボード、ラップトップトラックパッド、デスクトップキーボード、マウス、及びスピーカーなどの、コンピュータ付属品の一部とすることができる。この物品はまた、腕時計又は時計などの機器にも適用することができる。
Electronic Device The embodiments described herein can be valuable in creating an electronic device using BMG. As used herein, an electronic device can refer to any electronic device known in the art. For example, the electronic device can be any communication device such as a phone such as a mobile phone and a landline phone, or a smartphone including, for example, iPhone ™, and an e-mail sending / receiving device. The electronic device can be part of a display, such as a digital display, TV monitor, electronic book reader, portable web browser (eg, iPad ™), and computer monitor. The electronic device can also be an entertainment device including a music player such as a portable DVD player, a conventional DVD player, a Blu-ray disc player, a video game console, a portable music player (eg, iPod ™), and the like. . The electronic device can also be part of a device that provides control (eg, Apple TV ™), such as controlling image, video, audio streaming, or remote control for the electronic device It can be a device. The electronics can be part of a computer or computer accessory such as a hard drive tower enclosure or casing, laptop enclosure, laptop keyboard, laptop trackpad, desktop keyboard, mouse, and speakers. . This article can also be applied to devices such as watches or watches.
バルク凝固アモルファス合金の成形/鋳造及び分離
一実施形態では、最終部品は、バルク凝固アモルファス合金の臨界鋳造厚さを超過するものであった。
Bulk Solidifying Amorphous Alloy Forming / Casting and Separation In one embodiment, the final part exceeded the critical cast thickness of the bulk solidifying amorphous alloy.
別の実施形態において、高温成形及び高温分離を、任意の順序で又は単独で実施することができる。 In another embodiment, the hot molding and hot separation can be performed in any order or alone.
別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料、金型、及び切断工具は、過冷却液体領域の切断温度である。 In another embodiment, the bulk solidifying amorphous alloy or composite material containing amorphous alloy, mold, and cutting tool is at the cutting temperature of the supercooled liquid region.
更に別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料、金型、及び切断工具は、過冷却液体領域の切断温度である。ワイヤが切断工具として使用される。 In yet another embodiment, the bulk solidifying amorphous alloy or composite material containing amorphous alloy, mold, and cutting tool is at the cutting temperature of the supercooled liquid region. A wire is used as a cutting tool.
更に別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料、金型、及び切断工具は、過冷却液体領域の切断温度である。切断工具はブレードである。 In yet another embodiment, the bulk solidifying amorphous alloy or composite material containing amorphous alloy, mold, and cutting tool is at the cutting temperature of the supercooled liquid region. The cutting tool is a blade.
更に別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金、金型、及び切断工具は、過冷却液体領域の切断温度である。切断は、2つの表面を相互に剪断することより実施される。バルク凝固合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、一方の表面に接続される。 In yet another embodiment, the bulk solidifying amorphous alloy, mold, and cutting tool are at the cutting temperature of the supercooled liquid region. Cutting is performed by shearing the two surfaces together. A composite material containing a bulk solidified alloy or an amorphous alloy is connected to one surface.
更に別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、切断温度に局所的に(ここにおいて切断が実施される)加熱され、バルク凝固アモルファス合金は任意の温度であり得る。 In yet another embodiment, the bulk solidified amorphous alloy or composite material containing the amorphous alloy is heated locally to the cutting temperature (where the cutting is performed) and the bulk solidified amorphous alloy can be at any temperature. .
更に別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、切断温度に局所的に(ここにおいて切断が実施される)加熱され、バルク凝固アモルファス合金は任意の温度であり得る。切断温度に加熱したワイヤが、切断工具として使用される。 In yet another embodiment, the bulk solidified amorphous alloy or composite material containing the amorphous alloy is heated locally to the cutting temperature (where the cutting is performed) and the bulk solidified amorphous alloy can be at any temperature. . A wire heated to the cutting temperature is used as a cutting tool.
更に別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、切断温度に局所的に(ここにおいて切断が実施される)加熱され、バルク凝固アモルファス合金は任意の温度であり得る。切断温度に加熱したプレートが、切断工具として使用される。 In yet another embodiment, the bulk solidified amorphous alloy or composite material containing the amorphous alloy is heated locally to the cutting temperature (where the cutting is performed) and the bulk solidified amorphous alloy can be at any temperature. . A plate heated to the cutting temperature is used as a cutting tool.
更に別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、切断温度に局所的に(ここにおいて切断が実施される)加熱され、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は任意の温度であり得る。切断は、2つの加熱した表面を相互に剪断することにより実施される。 In yet another embodiment, the bulk-solidifying amorphous alloy or composite material containing the amorphous alloy is heated locally to the cutting temperature (where the cutting is performed) and the bulk-solidifying amorphous alloy or composite containing the amorphous alloy The material can be at any temperature. Cutting is performed by shearing two heated surfaces together.
更に別の実施形態において、切断を実施して、原料を含むリザーバと部品とを分離する。 In yet another embodiment, a cut is performed to separate the reservoir containing the ingredients and the part.
更に別の実施形態において、切断の目的は、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料が金型キャビティ内で成形されている望ましい形状を提供することである。 In yet another embodiment, the purpose of cutting is to provide a desirable shape in which a bulk solidified amorphous alloy or a composite material containing an amorphous alloy is molded within a mold cavity.
更に別の実施形態において、切断の目的は、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料が金型キャビティ内で成形される望ましいストック材料を提供することである。 In yet another embodiment, the purpose of cutting is to provide a desirable stock material in which a bulk solidified amorphous alloy or a composite material containing an amorphous alloy is molded in a mold cavity.
別の実施形態において、過冷却液体領域内のバルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、金型キャビティに押し込められ、過冷却液体領域内で加熱される。 In another embodiment, a bulk solidified amorphous alloy or composite material containing an amorphous alloy in the supercooled liquid region is forced into the mold cavity and heated in the supercooled liquid region.
別の実施形態において、過冷却液体領域内のバルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、金型キャビティに押し込められ、過冷却液体領域未満まで加熱される。 In another embodiment, a bulk solidified amorphous alloy or composite material containing an amorphous alloy in the supercooled liquid region is forced into the mold cavity and heated to less than the supercooled liquid region.
別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、レーザ、抵抗炉若しくは同様物、又は誘導的に加熱される。 In another embodiment, the bulk solidified amorphous alloy or composite material containing the amorphous alloy is laser, resistance furnace or the like, or heated inductively.
別の実施形態において、金型は切断工具としても機能することができる。 In another embodiment, the mold can also function as a cutting tool.
別の実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、過冷却液体領域内で、プランジャ及び/又は金型によって加熱される。 In another embodiment, the bulk solidified amorphous alloy or composite material containing the amorphous alloy is heated by a plunger and / or mold in the supercooled liquid region.
成形及び分離の方法の一実施形態において、提供されているバルク凝固アモルファス合金はZr/Tiベースである。 In one embodiment of the forming and separating method, the provided bulk solidified amorphous alloy is Zr / Ti based.
成形及び分離の方法の一実施形態において、提供されているバルク凝固アモルファス合金はZrベースである。 In one embodiment of the forming and separating method, the provided bulk solidified amorphous alloy is Zr-based.
成形及び分離の方法の一実施形態において、提供されているバルク凝固アモルファス合金はZr/Tiベースであり、Niを含まない。 In one embodiment of the forming and separating method, the provided bulk solidified amorphous alloy is Zr / Ti based and does not contain Ni.
成形及び分離の方法の一実施形態において、提供されているバルク凝固アモルファス合金はZr/Tiベースであり、Alを含まない。 In one embodiment of the forming and separating method, the provided bulk solidified amorphous alloy is Zr / Ti based and does not contain Al.
成形及び分離の方法の一実施形態において、提供されているバルク凝固アモルファス合金はZr/Tiベースであり、Beを含まない。 In one embodiment of the forming and separating method, the provided bulk solidified amorphous alloy is Zr / Ti based and does not contain Be.
成形及び分離の方法の一実施形態において、提供されているバルク凝固アモルファス合金はCuベースである。 In one embodiment of the forming and separating method, the provided bulk solidified amorphous alloy is Cu-based.
成形及び分離の方法の一実施形態において、提供されているバルク凝固アモルファス合金はFeベースである。 In one embodiment of the forming and separating method, the provided bulk solidified amorphous alloy is Fe-based.
成形及び分離の方法の一実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、減圧下において、ネット形状部品に成形及び/又は分離される。 In one embodiment of the forming and separating method, the bulk solidified amorphous alloy or composite material containing the amorphous alloy is formed and / or separated into a net-shaped part under reduced pressure.
成形及び分離の方法の一実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、不活性雰囲気下において、ネット形状部品に成形及び/又は分離される。 In one embodiment of the forming and separating method, the bulk solidified amorphous alloy or the composite material containing the amorphous alloy is formed and / or separated into a net-shaped part under an inert atmosphere.
成形及び分離の方法の一実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、部分的減圧下において、ネット形状部品に成形及び/又は分離される。 In one embodiment of the forming and separating method, the bulk solidified amorphous alloy or composite material containing the amorphous alloy is formed and / or separated into a net-shaped part under partial vacuum.
成形及び分離の方法の一実施形態において、バルク凝固アモルファス合金又はアモルファス合金を含有する複合材料は、1回又はそれ以上、成形及び/又は分離され得る。 In one embodiment of the forming and separating method, the bulk-solidifying amorphous alloy or the composite material containing the amorphous alloy may be formed and / or separated one or more times.
本明細書の実施形態では、バルク凝固アモルファス合金が高粘度の液体として存在することができる、過冷却液体領域の存在により、超塑性成形が可能となる。大きい塑性変形を得ることができる。過冷却液体領域で大きく塑性変形する能力は、成形プロセス及び/又は切断プロセスに使用される。固体とは対照的に、この液体のバルク凝固合金は、局所的に変形し、このことが、切断及び成形のために必要とされるエネルギーを、大幅に低下させる。切断及び成形の容易性は、合金、金型、及び切断工具の温度に応じて変化する。温度が高くなるにつれて、粘度が低下し、その結果として、切断及び成形が容易になる。 In embodiments herein, superplastic forming is possible due to the presence of a supercooled liquid region in which the bulk solidified amorphous alloy can exist as a high viscosity liquid. Large plastic deformation can be obtained. The ability to greatly plastically deform in the supercooled liquid region is used for the molding and / or cutting process. In contrast to solids, this liquid bulk solidified alloy deforms locally, which greatly reduces the energy required for cutting and forming. The ease of cutting and forming varies with the temperature of the alloy, mold and cutting tool. As the temperature increases, the viscosity decreases, resulting in easier cutting and molding.
切断及び成形プロセスは、切断温度において均一な温度のサンプルに対して実施でき、ここにおいて切断工具も切断温度である。ただし、これは必須ではない。あるいは、サンプル温度は可変であり、切断が行われる場所で局所的にのみ切断温度である。これは、局所的に加熱することにより、あるいは切断工具又は金型を加熱することにより行うことができる。一方、成形プロセスは、均一温度であるサンプルに対して実施すべきであり、金型は、過冷却液体領域に、又はこれより低く加熱され、これにより望ましい成形及び冷却性能を得ることができる。 The cutting and forming process can be performed on samples of uniform temperature at the cutting temperature, where the cutting tool is also at the cutting temperature. However, this is not essential. Alternatively, the sample temperature is variable and is the cutting temperature only locally at the location where the cutting is performed. This can be done by locally heating or by heating the cutting tool or mold. On the other hand, the molding process should be performed on samples that are at a uniform temperature, and the mold can be heated to or below the supercooled liquid region to obtain the desired molding and cooling performance.
本明細書では、Tx及びTgは、結晶化の開始の温度、及びガラス転移の開始の温度として、典型的な加熱速度(例えば、20℃/分)での標準的なDSC(示差走査熱量計)測定から決定される。 As used herein, Tx and Tg are standard DSC (differential scanning calorimeters) at typical heating rates (eg, 20 ° C./min) as the temperature at the beginning of crystallization and the temperature at the beginning of the glass transition. ) Determined from measurement.
原料は、臨界鋳造厚さを有し得るものであり、最終部品は、その臨界鋳造厚さよりも厚い厚さを有し得る。更には、加熱及び整形操作の時間並びに温度は、アモルファス合金の弾性歪み限界が、1.0%以上、好ましくは1.5%以上であることを実質的に維持されるように選択される。本明細書の実施形態との関連では、ガラス転移近傍の温度とは、成形温度がガラス転移温度未満、ガラス転移温度若しくはガラス転位温度近傍、及びガラス転移温度超とすることができることを意味するが、結晶化温度Tx未満の温度であることが好ましい。冷却工程は、加熱工程での加熱速度と同様の速度で、好ましくは、加熱工程での加熱速度を超える速度で実施される。冷却工程はまた、好ましくは、成形荷重及び整形荷重が依然として維持されている間にも、達成される。 The raw material can have a critical casting thickness and the final part can have a thickness greater than the critical casting thickness. Furthermore, the time and temperature of the heating and shaping operations are selected such that the elastic strain limit of the amorphous alloy is substantially maintained above 1.0%, preferably above 1.5%. In the context of embodiments herein, the temperature near the glass transition means that the molding temperature can be below the glass transition temperature, near the glass transition temperature or glass transition temperature, and above the glass transition temperature. The temperature is preferably lower than the crystallization temperature T x . The cooling step is performed at a rate similar to the heating rate in the heating step, preferably at a rate exceeding the heating rate in the heating step. The cooling step is also preferably accomplished while the forming and shaping loads are still maintained.
一実施形態において、すでにアモルファス合金の形態であるBMG合金を、室温からTg〜Txの温度まで加熱して、その加熱したBMG合金を、成形したい部品形状を有する金型に押し込むことができる。しかしながら、BMG合金を金型に射出した後、その部品を室温まで冷却しない。室温ではなく、Tg未満、又はTgよりわずかに高い温度までBMGを冷却することができる。次に、Tg〜Txの温度まで加熱した切断工具を用いて、BMGのゲートを剪断し、この後、BMG部品を更にTg未満(例えば室温近傍)まで冷却することができる。要するに、この実施形態において、Tg未満の温度のアモルファスBMG合金で開始し、このBMG合金の温度をTg超まで上昇させ、BMG合金を金型部品で鋳造し、この成形した部品の温度をTg未満、又はTgよりわずかに高い温度まで下げ、Tg超まで(Tg〜TxのBMG合金の過冷却液体領域にある温度)加熱した高温の切断工具を用いてこの成形した部品の部分を切断することができる。切断中、成形した部品全体の温度は、Tg未満又はTg超であり得るが、ホットナイフを包囲する切断ゾーンの局所的温度は、Tg超でなければならない。 In one embodiment, a BMG alloy that is already in the form of an amorphous alloy can be heated from room temperature to a temperature between Tg and Tx, and the heated BMG alloy can be pressed into a mold having the part shape to be molded. However, after injecting the BMG alloy into the mold, the part is not cooled to room temperature. BMG can be cooled to a temperature below Tg or slightly above Tg rather than at room temperature. The BMG gate can then be sheared using a cutting tool heated to a temperature between Tg and Tx, after which the BMG component can be further cooled to below Tg (eg, near room temperature). In short, in this embodiment, starting with an amorphous BMG alloy at a temperature below Tg, raising the temperature of this BMG alloy to above Tg, casting the BMG alloy with a mold part, and lowering the temperature of this molded part below Tg Or cut the part of this molded part using a hot cutting tool that has been heated to a temperature slightly above Tg and heated to above Tg (temperature in the supercooled liquid region of BMG alloys from Tg to Tx). it can. During cutting, the temperature of the entire molded part can be below Tg or above Tg, but the local temperature of the cutting zone surrounding the hot knife must be above Tg.
別の一実施形態において、Tm超の温度で溶融形態のBMG合金を用いて、溶融BMG合金をTg超の温度でBMG部品の形状に鋳造又は成形し、次にBMG部品がBMG部品全体にわたって実質的にアモルファスとなるように、BMG部品をTg未満の温度まで冷却する。次に、Tg超の温度でBMG部品を切断する場所であるBMG部品領域を、局所的に加熱するか、又は、BMG部品全体をTg超の温度まで加熱して、BMG部品の一部分を切断することができる。 In another embodiment, a molten BMG alloy is cast or molded into a BMG part shape at a temperature above Tg using a molten BMG alloy at a temperature above Tm, and then the BMG part is substantially throughout the BMG part. The BMG component is cooled to a temperature lower than Tg so that it becomes amorphous. Next, the BMG part region, where the BMG part is cut at a temperature above Tg, is locally heated or the entire BMG part is heated to a temperature above Tg to cut a portion of the BMG part. be able to.
1つの変形形態おいて、異なるテクスチャ又は異なる特徴のナイフを用い、BMG部品を切断したときに、そのテクスチャ又は特徴がそのBMG部品に複製されるようにすることができる。従来型ウォータージェット又はソーによる切断で、切断後の仕上げを行う必要がある。例えば、BMG部品の研磨、シェービング、又は面取りなどの後工程の仕上げを行う必要がある。ホットナイフを使用してBMG部品を切断することにより、これらの機構をナイフに組み込み、後工程の仕上げを行うことなく、このホットナイフを使ってBMG部品を切断することができる。 In one variation, a knife with a different texture or feature may be used so that when the BMG part is cut, the texture or feature is replicated on the BMG part. It is necessary to finish after cutting by cutting with a conventional water jet or saw. For example, it is necessary to finish a subsequent process such as polishing, shaving, or chamfering of a BMG part. By cutting a BMG part using a hot knife, these mechanisms can be incorporated into the knife and the BMG part can be cut using this hot knife without any subsequent finishing.
更に、本明細書の実施形態により、ソー切断を用いたBMG部品で通常期待されるように、切断表面近傍の領域で局所的加熱及び結晶化を生じさせることなく、クリーンな切断を行うことができる。 Furthermore, embodiments of the present specification allow for clean cutting without causing local heating and crystallization in the region near the cutting surface, as would normally be expected with BMG parts using saw cutting. it can.
バルク凝固アモルファス合金の成形及び分離の例示的一方法は、次の工程:
1)実質的にアモルファスであるアモルファス合金の原料を準備する工程と、
2)その原料、金型、及び切断工具を、ガラス転移温度近傍まで、又は過冷却液体領域内に加熱する工程と、
3)加熱した原料を型に入れて整形し、余分な材料を分離して、望ましい形状を成形する工程と、
4)成形した部品の温度を、ガラス転移温度よりはるかに低い温度まで冷却する工程と、を含む。
An exemplary method for forming and separating a bulk solidified amorphous alloy includes the following steps:
1) preparing a raw material for an amorphous alloy that is substantially amorphous;
2) heating the raw material, mold, and cutting tool to near the glass transition temperature or into the supercooled liquid region;
3) The process of putting the heated raw material into a mold, shaping it, separating the excess material, and shaping the desired shape;
4) cooling the temperature of the molded part to a temperature well below the glass transition temperature.
より具体的には、バルク凝固アモルファス合金の成形及び分離の上記の代表的な方法は、図3(a)及び3(b)を参照して次のように実施することができる:
(1)バルクアモルファス合金原料を入手し、これをTg〜Txまで加熱する。
(2)加熱したバルクアモルファス合金を金型に挿入(射出)して、BMG部品を成形する。
(3)Tg〜Txの温度であるカッターを動作させて、BMG部品のトリミングを行う。BMG部品は、切断中にTg未満であってよく、BMG部品はTg〜Txであってよい。BMG部品は、切断中に冷却することができる。
(4)金型を開けて、トリミングしたBMG部品を取り出す。BMG部品は、取り出し中に冷却されてもよい。
More specifically, the above-described exemplary method of forming and separating a bulk solidified amorphous alloy can be performed as follows with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b):
(1) Obtain a bulk amorphous alloy raw material and heat it to Tg-Tx.
(2) A heated bulk amorphous alloy is inserted (injected) into a mold to form a BMG component.
(3) The cutter having the temperature of Tg to Tx is operated to trim the BMG part. The BMG part may be less than Tg during cutting and the BMG part may be between Tg and Tx. BMG parts can be cooled during cutting.
(4) Open the mold and take out the trimmed BMG part. BMG parts may be cooled during removal.
バルク凝固アモルファス合金の成形及び分離の別の例示的方法は、次の工程:
1.アモルファス合金(必ずしもアモルファスではない)の均質な合金原料を準備する工程と、
2.その原料を、溶融温度超の鋳造温度まで加熱する工程と、
3.その溶融合金を、臨界鋳造厚さ又はそれより薄い厚さを備えた第1金型に導入し、その溶融合金を、ガラス転移未満の温度まで急冷する工程と、
4.その原料、第2金型、及び切断工具を、ガラス転移温度近傍まで、又は過冷却液体領域内に加熱する工程と、
5.加熱した原料を第2金型に入れて整形し、余分な材料を分離して、望ましい形状を成形する工程と、
6.成形した部品の温度を、ガラス転移温度よりはるかに低い温度まで冷却する工程と、を含む。この部品は、臨界鋳造厚さよりも厚い厚さを有し得る。
7.第2金型は必要でないことがあり、すなわち、全てを1つの金型に組み込むことができる。
Another exemplary method of forming and separating a bulk solidified amorphous alloy includes the following steps:
1. Preparing a homogeneous alloy raw material of an amorphous alloy (not necessarily amorphous);
2. Heating the raw material to a casting temperature above the melting temperature;
3. Introducing the molten alloy into a first mold having a critical casting thickness or less, and quenching the molten alloy to a temperature below the glass transition;
4). Heating the raw material, the second mold, and the cutting tool to near the glass transition temperature or in the supercooled liquid region;
5. The process of putting the heated raw material into a second mold, shaping it, separating the excess material, and molding the desired shape;
6). Cooling the temperature of the molded part to a temperature well below the glass transition temperature. This part may have a thickness greater than the critical casting thickness.
7). The second mold may not be necessary, i.e. all can be integrated into one mold.
より具体的には、バルク凝固アモルファス合金の成形及び分離の上記の代表的な方法は、図3(a)及び3(b)を参照して次のように実施することができる:
(1)金属合金原料(アモルファスであってもなくてもよい)を入手し、Tm超の温度まで加熱する。
(2)溶融した原料を、部品の形状に整形した金型に挿入(射出)する。
(3)金型内の溶融した原料を、Tg未満まで冷却し、BMG部品を成形する。
(4)Tg〜Txの温度であるカッターを動作させて、BMG部品のトリミングを行う。BMG部品は、切断中にTg未満であってよく、BMG部品はTg〜Txの温度であってよい。BMG部品は、切断中に冷却することができる。
(5)金型を開けて、トリミングしたBMG部品を取り出す。BMG部品は、取り出し中に冷却されてもよい。
More specifically, the above-described exemplary method of forming and separating a bulk solidified amorphous alloy can be performed as follows with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b):
(1) Obtain a metal alloy raw material (which may or may not be amorphous) and heat it to a temperature above Tm.
(2) The molten raw material is inserted (injected) into a mold shaped into a part shape.
(3) The molten raw material in the mold is cooled to less than Tg to form a BMG part.
(4) Trimming BMG parts by operating a cutter having a temperature of Tg to Tx. The BMG part may be less than Tg during cutting and the BMG part may be at a temperature between Tg and Tx. BMG parts can be cooled during cutting.
(5) Open the mold and take out the trimmed BMG part. BMG parts may be cooled during removal.
バルク凝固アモルファス合金の分離中の微細構造形成
他の実施形態は、BMG部品の成形/鋳造、及びホットナイフを使用するBMG部品の部分の切断のための装置に関する。このナイフは、Tg超の加熱した温度で維持され、切断の際にBMG部品上に類似の微細構造を形成するための、様々なタイプの微細構造を有し得る。
Microstructure Formation During Separation of Bulk Solidifying Amorphous Alloy Another embodiment relates to an apparatus for forming / casting BMG parts and cutting portions of BMG parts using a hot knife. The knife can be maintained at a heated temperature above Tg and have various types of microstructures to form a similar microstructure on the BMG part during cutting.
微細構造は、ホログラムロゴを含み得る。これは、ホログラムの陰画を有するナイフで実現することができ、図4(a)及び4(b)に示すように、BMG部品を切断する際に、BMG部品切断と共に1工程でその場でBMG部品にホログラムを形成し得る。ホログラムを傷つけないようにするため、ナイフは、わずかな抜き勾配を有し得、これによって、ナイフを抜き取る際に、BMG部品上に形成した微細構造が傷つかない(ナイフを抜き取る際、すでに成形されている形状の上に保持される小さな面取りを生じる可能性があるため)。 The microstructure can include a hologram logo. This can be realized with a knife having a hologram negative, and as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), when cutting a BMG part, the BMG part is cut in one step together with the BMG part cutting. A hologram can be formed on the part. In order not to damage the hologram, the knife may have a slight draft, so that when the knife is extracted, the microstructure formed on the BMG part is not damaged (it is already molded when the knife is extracted). May cause a small chamfer to be retained on top of the shape being
Claims (18)
前記バルク凝固アモルファス合金の時間−温度プロファイルが、前記バルク凝固アモルファス合金の時間−温度−変態(TTT)図の結晶化領域に入らないように、前記バルク凝固アモルファス合金から部品を成形する工程と、
前記バルク凝固アモルファス合金のガラス転移温度(Tg)よりも高い温度まで加熱した切断工具で、前記部品の一部分を切断する工程と、を含む、方法。 A method for forming a part from a bulk solidified amorphous alloy comprising:
Before Symbol bulk-solidifying amorphous alloy of time - temperature profile, the bulk-solidifying amorphous alloy of time - temperature - that turning the crystallization region of the transformation (TTT) diagram, the steps of forming a component from the bulk-solidifying amorphous alloy ,
Cutting a portion of the part with a cutting tool heated to a temperature higher than the glass transition temperature (Tg) of the bulk solidified amorphous alloy.
前記バルク凝固アモルファス合金を前記バルク凝固アモルファス合金の融解温度(Tm)以上の温度まで加熱する工程と、
前記バルク凝固アモルファス合金を型に挿入する工程と、
前記バルク凝固アモルファス合金をTg未満の温度まで冷却する工程と、を含む、請求項1に記載の方法。 The step of molding the part comprises
Heating the bulk solidified amorphous alloy to a temperature equal to or higher than the melting temperature (Tm) of the bulk solidified amorphous alloy;
Inserting the bulk solidified amorphous alloy into a mold;
Cooling the bulk solidified amorphous alloy to a temperature below Tg.
前記材料が前記ガラス転移温度又は前記過冷却液体領域内の温度で加熱される間に、
前記材料から部品を成形する工程とかつ前記部品から余分な材料を分離する工程と、を含む方法。 A material containing a bulk-solidifying amorphous alloys, the glass transition temperature Tabimata of the bulk-solidifying amorphous alloy and heating to a temperature in the supercooled liquid region,
While the material is heated at the glass transition temperature or at a temperature within the supercooled liquid region ,
Forming a part from the material and separating excess material from the part.
前記原料、金型、及び切断工具を、前記バルク凝固アモルファス合金のガラス転移温度又は過冷却液体領域内の温度に加熱する工程と、
余分な材料を有する部品を成形するために前記加熱した原料を前記金型に導入する工程と、
前記切断工具で前記部品から前記余分な材料を分離する工程と、
前記部品の温度を、前記バルク凝固アモルファス合金の前記ガラス転移温度より低い温度まで冷却する工程と、を含む、方法。 Preparing a raw material for a material including a bulk solidified amorphous alloy;
The raw material, the mold, and a cutting tool, the glass transition temperature Tabimata of the bulk-solidifying amorphous alloy and heating to a temperature in the supercooled liquid region,
Introducing the heated raw material into the mold to form a part having excess material;
Separating the excess material from the part with the cutting tool;
Cooling the temperature of the part to a temperature below the glass transition temperature of the bulk solidified amorphous alloy.
前記溶融合金を金型に導入する工程と、
前記合金のガラス転移温度未満の温度まで前記溶融合金を急冷する工程であって、該工程によりアモルファス微細構造を少なくとも部分的に含む部品が作られることを特徴とする工程と、
前記部品と、切断工具とを、前記合金の前記ガラス転移温度又は過冷却液体領域内の温度まで加熱する工程と、
前記部品から、余分な材料を分離する工程と、
前記ガラス転移温度未満の温度まで前記部品を冷却する工程と、を含む、方法。 A step of heating the alloy to a casting temperature equal to or higher than the melting temperature of the alloy, wherein the molten alloy is made by the step; and
Introducing the molten alloy into a mold;
Quenching the molten alloy to a temperature below the glass transition temperature of the alloy, wherein the process produces a part that at least partially includes an amorphous microstructure; and
And said component, a cutting tool, the glass transition temperature Tabimata of the alloy and heating to a temperature in the supercooled liquid region,
Separating excess material from the part;
Cooling the component to a temperature below the glass transition temperature.
切断工具であって、前記切断工具は、前記バルク凝固アモルファス合金のガラス転移温度(Tg)よりも高い温度まで加熱され、及び前記切断工具の温度がTgよりも高い間に、前記部品の一部分を切断するように構成された、切断工具と、を備える、装置。 A time-temperature profile configured to form a part from a bulk solidified amorphous alloy and the time when forming the part does not enter the crystallization region in the time-temperature-transformation (TTT) diagram of the bulk solidified amorphous alloy A mold that is configured to be heated or cooled such that
A cutting tool, wherein the cutting tool is heated to a temperature above the glass transition temperature (Tg) of the bulk solidified amorphous alloy, and a portion of the part is removed while the temperature of the cutting tool is above Tg. A cutting tool configured to cut.
前記溶融合金を金型に導入する工程と、
前記合金のガラス転移温度(Tg)未満の温度まで前記溶融合金を急冷し、アモルファス微細構造を少なくとも部分的に含む部品を作る工程と、
切断工具を、前記合金のガラス転移温度に、又は過冷却液体領域内に加熱する工程と、
前記部品がTg未満の温度である間に、前記加熱された切断工具で前記部品から、余分な材料を分離する工程と、を含む方法。 Heating the alloy to a casting temperature equal to or higher than the melting temperature of the alloy to form a molten alloy;
Introducing the molten alloy into a mold;
Quenching the molten alloy to a temperature below the glass transition temperature (Tg) of the alloy to produce a part that at least partially includes an amorphous microstructure;
A cutting tool, and heating the glass transition temperature of the alloy, or a supercooled liquid region,
Separating excess material from the part with the heated cutting tool while the part is at a temperature below Tg.
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