專利名稱：韌性的鐵基塊體金屬玻璃合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及鐵基塊體金屬玻璃合金(bulk metallic glass alloy)；且更具體地涉及展示低剪切模量的鐵基含磷的塊體金屬玻璃合金家族。
背景技術(shù)：
鐵基玻璃的顯著高的強度、模量和硬度連同它們的低成本促進了過去五年內(nèi)努力設(shè)計適合于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的無定形鋼。開發(fā)合金的努力產(chǎn)生了具有大至12mm的臨界棒直徑和超過4GPa的強度的玻璃。(參見，例如，Lu ZP等人，Wiys Rev Lett 2004 92 ；245503 ； Ponnambalam V 等人，J Mater Res2004 :19 ；1320 ；和 Gu XJ 等人，J Mater Res. 2007 :22 ； 344，它們每一個的公開內(nèi)容通過引用并入本文。)然而，這些低成本的超強材料展示低至 3MPa m"2的斷裂韌度值，這些斷裂韌度值完全低于結(jié)構(gòu)材料的最低可接受韌度限值。(參見，例如，Hess PA等人，J Mater Res. 2005 :20 ；783，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)已經(jīng)將這些玻璃的低韌度與它們的彈性常數(shù)，特別是它們的高剪切模量聯(lián)系起來，一些組合物的剪切模量被報告為超過80GPa。(參見，例如，Gu XJ等人，Acta Mater 2008:56;88，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)最近嘗試通過改變這些合金的元素組成來韌化這些合金， 得到了具有較低剪切模量(低于70GPa)的玻璃，該玻璃展示改進的缺口韌度(高至50MPa m1/2)但受損的玻璃成型能力(小于3mm的臨界棒直徑)。(參見，例如，Lewandowski JJ等人，Appl Phys Lett 2008 :92 ;091918，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)因此，對顯示高的韌度(超過50MPa m1/2的缺口韌度)但仍適當?shù)牟ＡС尚湍芰?(大至6mm的臨界棒直徑)的具有特別低的剪切模量(低于60GPa)的狗基合金存在需求。發(fā)明概述因此，根據(jù)本發(fā)明提供了能夠在合金的最大可達到的臨界棒直徑下具有可能的最高的韌度的鐵基塊體金屬玻璃合金。在一個實施方式中，本發(fā)明的組合物包括至少Fe、P、C和B，其中！^構(gòu)成至少60 的原子百分數(shù)，P構(gòu)成5至17. 5的原子百分數(shù)，C構(gòu)成3至6. 5的原子百分數(shù)，且B構(gòu)成1 至3. 5的原子百分數(shù)。在另一個實施方式中，組合物包括10至13的原子百分數(shù)的P。在還另一個實施方式中，組合物包括4. 5至5. 5的原子百分數(shù)的C。在又一個實施方式中，組合物包括2至3的原子百分數(shù)的B。在還又一個實施方式中，組合物包括19至21的總原子百分數(shù)的P、C和B。在還又一個實施方式中，組合物包括0. 5至2. 5的原子百分數(shù)的Si。在另一個這樣的實施方式中，Si的原子百分數(shù)是1至2。在還又一個實施方式中，組合物具有19至21的總原子百分數(shù)的P、C、B和Si。在還又一個實施方式中，組合物還包括2至8的原子百分數(shù)的Mo。在另一個這樣的實施方式中，Mo的原子百分數(shù)是4至6。在一個這樣的實施方式中，組合物還包括3至7 的原子百分數(shù)的Ni。在還另一個這樣的實施方式中，Ni的原子百分數(shù)是4至6。在又一個這樣的實施方式中，組合物還包括1至7的原子百分數(shù)的Cr。在還又一個這樣的實施方式中，組合物還包括1至3的原子百分數(shù)的Cr。在還又一個這樣的實施方式中，組合物還包括 1至5的原子百分數(shù)的Co、Ru、Ga、Al和釙中的至少一種。在還又一個實施方式中，組合物還包括至少一種痕量元素，其中所述至少一種痕量元素的總重量分數(shù)小于0. 02。在還又一個實施方式中，合金具有低于440°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。在還又一個實施方式中，合金具有小于60GPa的剪切模量(G)。在還又一個實施方式中，合金具有至少2mm的臨界棒直徑。在還又一個實施方式中，合金具有根據(jù)以下中的一種的組成=F^1P12.5C5B2.5、 Fe80P11C5B2.5SiL5, Fe74.5Mo5.5P12.5C5B2.5, Fe74.5Mo5.5PnC5B2. sSi^ Fe70Mo5Ni5P12.5C5B2. Fe70Mo5Ni5P11C5B2.5SiL 5、Fe68Mo5Ni5Cr2P12.5C5B2.5 和 Fe^Mo5Ni5Cr2P11C5B2.5SiL 5，其中數(shù)字表示原子百分數(shù)。在另一個實施方式中，本發(fā)明涉及制造如本文所闡明的塊體金屬玻璃組合物的方法。在另一個實施方式中，本發(fā)明涉及由具有如本文所闡明的組成的無定形合金形成的其最小尺寸為至少一毫米厚度的金屬玻璃物體。附圖簡述參考以下的圖和數(shù)據(jù)圖表將更完全理解說明書，圖和數(shù)據(jù)圖表作為本發(fā)明的示例性的實施方式被呈現(xiàn)且不應(yīng)被解釋為完全陳述本發(fā)明的范圍，其中

圖1呈現(xiàn)由本發(fā)明的狗基合金制成的具有不同直徑的無定形棒；圖2 提供以 20K/min 掃描速率對(a) Fe80P12.5C7.(b) Fe80P12.5 (C5B2.5), (c) (Fe74.5Mo5.5)P12.5(C5B2.5)> ⑷(Fe70Mo5Ni5) P12.5 (C5B2.5)和(e) (Fe68Mo5Ni5Cr2) P12.5 (C5B2.5)的無定形樣品進行差示掃描量熱法測量的數(shù)據(jù)曲線，其中箭頭標明每一種合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；圖3 提供組合物(a) (Fe74.5Mo5.5) P12.5 (C5B2.5)、(b) (Fe70Mo5Ni5) P12.5 (C5B2.5)和(c) (Fe68Mo5Ni5Cr2)P12.5(C5B2.5)的無定形試樣的斷裂表面的掃描電子顯微照片，其中箭頭標明鄰近每一個試樣的缺口發(fā)展的“鋸齒狀的”區(qū)域的大概寬度；圖4 提供將缺口韌度對無定形的(Fe74.5Mo5.5) P12.5 (C5B2.5)、(Fe70Mo5Ni5) P12.5 (C5B2.5) 和(Fh8Mo5Ni5Cr2) P12.5 (C5^5)的臨界棒直徑(□)以及由Poon和合作者開發(fā)Pormambalam V 等人，J Mater Res 2004 19 ；1320 ；Gu XJ 等人，J Mater Res. 2007 :22 ；344 ；Gu XJ 等人， Acta Mater 2008 :56 ；88 ；和Gu XJ等人，Scripta Mater 2007 57 ;沘9，其公開內(nèi)容通過引用并入本文并由Lewandowski和合作者研究Lewandowski JJ等人，Appl Phys Lett2008 92 ；091918 ；禾口 Nouri AS等人，Phil. Mag. Lett. 2008 :88 ；853，其公開內(nèi)容通過引用并入本文的Fe基玻璃的臨界棒直徑(〇)繪圖的數(shù)據(jù)曲線，其中線是對數(shù)據(jù)的線性回歸；和圖5 提供將剪切模量對無定形的(Fe74.5Mo5.5) (P12.5C5B2.5)、(Fe70Mo5Ni5) (P12.5C5B2.5) 和(FA8Mo5Ni5Cr2) (P12.5C5B2.5)的臨界棒直徑(口)以及由Poon和合作者(上文引用的)開發(fā)的狗基玻璃的臨界棒直徑(〇)繪圖的數(shù)據(jù)曲線，應(yīng)注意，本發(fā)明的合金在與現(xiàn)有技術(shù)的合金類似的臨界棒直徑下展示小于60GPa的剪切模量(由線標明)。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及具有優(yōu)良的加工性和韌度使得其可以用于新結(jié)構(gòu)應(yīng)用的鐵基金屬玻璃。具體地，本發(fā)明的鐵基合金是基于以下觀察結(jié)果通過非常密切地控制狗基、含P的塊體金屬玻璃合金的類金屬部分的組成，可以獲得具有驚人低的剪切模量和高韌度的高度可加工的合金。還更具體地，本發(fā)明的狗合金能夠形成高達6mm直徑的玻璃狀棒，具有60GPa 或更小的剪切模量和40MPa m1/2或更大的缺口韌度。金屬玻璃為了本發(fā)明的目的，是指由于它們的無定形性質(zhì)而展示高的強度、大的彈性應(yīng)變極限和高的耐蝕性的金屬合金類。它們是各向同性的、均一的且基本上沒有晶體缺陷。(示例性的BMG可以見于美國專利第5，288，344號；第5，368，659號；第5，618，359 號；和第5，735，975號，它們每一個的公開內(nèi)容通過引用并入本文。)ML傳統(tǒng)的狗基玻璃的高剪切模量和低韌度之間的相關(guān)性基于以下理解高的剪切模量表明對適應(yīng)由經(jīng)歷剪切流動導(dǎo)致的應(yīng)力的高的抵抗性，這助長了氣穴現(xiàn)象和早期斷裂并因此限制韌度。(參見，Demetriou等人，Appl Phys Lett 2009 :95 ;195501，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)除了它們高的G之外，這些玻璃的脆性行為還可以通過它們高的 Tg來預(yù)測，一些狗基玻璃的??；被報告為超過600°C。(參見，例如上文引用的Lu ZP等人， Phys Rev Lett 2004 & Ponnambalam V 等人，J Mater Res 2004。)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也是對適應(yīng)由經(jīng)歷剪切流動導(dǎo)致的應(yīng)力的抵抗性的度量。(參見，Demetriou等人，Appl. Phys Lett 2009 :95 ;195501，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)因此，這樣高的G和Tg表明高的剪切流動屏障，這解釋了這些玻璃差的韌度。最初由Duwez和Lin在1967年介紹了 i^e-P-C玻璃成型合金體系家族，Duwez和 Lin報告了 50-mm厚度的玻璃箔的成型。(參見，例如，Duwez P& Lin SCH.，J Appl Phys 1967 38 ；4096，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)后來的研究顯示玻璃狀i^-P-C微絲展示相當高的拉伸延性和彎曲延性。(參見，例如，Inoue A等人，J Mater Sci 1982 17 ；580 ； 禾口 Masumoto T & Kimura H. , Sci Rep Res Inst Tohoku Univ 1975 :A25 ;200，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)延性可以與被報告為稍稍超過400°C的相對低的Tg相關(guān)聯(lián)，且與相對低的G相關(guān)聯(lián)(參見上文引用的Duwez P & Lin SCH.，JAppl Phys 1967。)使用 3000MPa的!^e-P-C的所報告的單軸屈服強度和0. 0267的金屬玻璃的萬向剪切彈性極限，可以預(yù)期 56GPa的剪切模量。(參見，例如上文引用的Johnson WL & Samwer K. Phys Rev Lett 2005 ；禾口 Masumoto T &Kimura H. Sci Rep Res Inst Tohoku Univ 1975。)由于這樣低的G和Tg，將預(yù)期 ^-Ρ-C玻璃還展示高的韌度。由Kimura和Masumoto測量的玻璃狀 i^e-P-C帶的平面應(yīng)力斷裂韌度為32MPa m"2，該值明顯高于現(xiàn)有技術(shù)的許多塊體玻璃。(參見，例如，Kimura H & Masumoto T. Scripta Metall 1975 :9 ;211，它們每一個的公開內(nèi)容通過引用并入本文。)在1999年，Shen和ktiwarz報告了由i^e-P-C體系獲得的塊體玻璃狀合金的發(fā)展。(參見，例如，Shen TD & Schwarz RB.，Appl Phys Lett 1999 :75 ;49，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)具體地，他們證明了在基礎(chǔ)的i^e-P-C組合物中通過用B代替部分C并用Co、Cr、Mo和( 代替部分狗，可以形成具有高達4mm直徑的玻璃狀棒。新進，已經(jīng)研究了(Fe，Mo)-P-(C，B)、(Fe, Mo)-(P, Si)-(C, B), (Fe，Cr，Mo)-P-(C，B)、(Fe, Ni, Mo)-P-(C, B)和0 ，Co，Mo)-(P，Si)-(C，B)的合金體系，發(fā)現(xiàn)它們?nèi)夹纬删哂性?mm至6mm范圍內(nèi)的臨界棒直徑的塊體玻璃。(參見，例如，Gu XJ等人，Acta Mater2008 :56 ；88 ；Zhang T等人，Mater Trans 2007 48 ；1157 ；Shen B 等人，Appl Phys Lett 2006 :88 ；131907 ；Liu F 等人，Mater Trans 2008 49 ；231 ；和 Li F 等人，Appl Phys Lett 2007 :91 ；234101，它們每一個的公開內(nèi)容通過引用并入本文。)然而，這些合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和剪切模量并不低。特別地，已經(jīng)報告了那些體系的高至470°C的！；值和接近70GI^的G值。因此，那些玻璃并不表明最佳的玻璃成型能力/韌度關(guān)系，即，它們在最大可達到的臨界棒直徑下并不展示可能的最高的韌度。在本發(fā)明中，已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)這些合金的類金屬部分，可以獲得具有低于440°C的Tg值且具有小于60GPa的G值的！^基、含P的塊體玻璃成型組合物家族， 該組合物可以被鑄成至少2mm或更大的棒，使得獲得最佳的玻璃成型能力-韌度關(guān)系。因此，在一個實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的合金組合物可以由下式(下標表示原子百分數(shù))來表示[Fe，X]a[(P，C，B，Z)]100_a其中· a在79和81之間，且優(yōu)選地，a是80 ；· P的原子百分數(shù)在5和17. 5之間，且優(yōu)選地在11和12. 5之間；C的原子百分數(shù)在3和6. 5之間，且優(yōu)選地是5 ；B的原子百分數(shù)在1和3. 5之間，且優(yōu)選地是2. 5。· X是任選的金屬或選自Mo、Ni、Co、Cr、Ru、Al和fei的金屬的組合；優(yōu)選地，X是 Mo、Ni和Cr的組合，其中Mo的原子百分數(shù)在2和8之間，且優(yōu)選地是5，Ni的原子百分數(shù)在3和7之間，且優(yōu)選地是5，且Cr的原子百分數(shù)在1和3之間，且優(yōu)選地是2?！?Z是選自Si和Sb的任選的類金屬，其中Z的原子百分數(shù)在0. 5和2. 5之間，且優(yōu)選地是1.5。·可以將具有小于0. 02的總重量分數(shù)的其他痕量元素加入所提議的組合物化學(xué)式中。使用上述配方，且特別地新的類金屬部分，已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，可以獲得具有優(yōu)良的韌度、低于440°C的Tg值和小于60GPa的G的塊體金屬玻璃合金，該塊體金屬玻璃合金可以鑄成具有3mm或更大且在一些情況下6mm的臨界棒直徑的無定形棒。雖然上述組合物表示根據(jù)本發(fā)明的鐵基含磷的塊體金屬玻璃家族的一種配方，但應(yīng)理解，本發(fā)明涵蓋可選擇的組成配方。首先，因為諸如B和C的間隙類金屬(interstitial metalloid)增強玻璃成型能力，而且增加剪切模量，使得它們降低韌度。還已知在常規(guī)的(晶體)鋼合金中發(fā)生B和C 增加剪切模量和降低韌度的作用。在本發(fā)明中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過密切地控制這些類金屬的分數(shù)，可以獲得在玻璃成型與韌度之間最佳的平衡。在一個這樣的實施方式中，本發(fā)明的合金包括類金屬部分，類金屬部分包括P、C、B和任選的Z，其中Z可以是Si和Sb中的一種或兩種，其中總原子百分數(shù)(P+C+B+Z)是19至21。在這樣的一個實施方式中，C的原子百分數(shù)是3至6. 5，且優(yōu)選地是4至6 ;B的原子百分數(shù)是1至3. 5，且優(yōu)選地是2至3 ；且Z的原子百分數(shù)是0. 5至2. 5，且優(yōu)選地是1至2。在另一個可選擇的實施方式中，可以用其他金屬的組合代替!^e含量的一些部分。 在這樣的一個實施方式中，用2至8且優(yōu)選地5原子百分數(shù)的濃度的Mo代替超過60原子百分數(shù)且優(yōu)選地68至75原子百分數(shù)的濃度的狗。在這樣的Mo代替的合金中，還可以由3 至7原子百分數(shù)且優(yōu)選地5原子百分數(shù)的Ni代替狗。在這樣的Mo和Ni代替的合金中，還可以由1至3且優(yōu)選地2原子百分數(shù)的Cr代替狗。可選擇地，可以由在1至5之間的原子百分數(shù)的Co、Ru、Al和fei中的至少一種代
替Fe。一般而言，在玻璃合金中，高達4原子百分數(shù)的其他過渡金屬是可接受的。還可以注意到，玻璃成型合金可以容許明顯量的可被認為是雜質(zhì)或污染物材料的若干元素。例如， 明顯量的氧可以溶解在金屬玻璃中，而不顯著地改變結(jié)晶曲線。其他雜質(zhì)元素例如鍺或氮可以以小于約兩個原子百分數(shù)的總量，且優(yōu)選地以小于約一個原子百分數(shù)的總量存在。雖然上述論述集中在合金本身的組成上，但應(yīng)理解，本發(fā)明還涉及形成根據(jù)上述配方的狗基、含P的塊體金屬玻璃的方法以及由本發(fā)明合金組合物形成制品的方法。在一個這樣的實施方式中，用于產(chǎn)生本發(fā)明的合金的優(yōu)選方法包括在石英管中在惰性氣氛下感應(yīng)熔化適當量的成分。用于由本發(fā)明的合金產(chǎn)生玻璃狀棒的優(yōu)選方法包括將合金錠在具有 0. 5-mm厚的壁的石英管內(nèi)部在惰性氣氛下再熔化和迅速地水驟冷?？蛇x擇地，玻璃狀棒可以由本發(fā)明的合金通過以下步驟來產(chǎn)生將合金錠在具有0. 5-mm厚的壁的石英管內(nèi)部在惰性氣氛下再熔化，使熔融的錠與熔融的氧化硼接觸約1000秒和隨后迅速地水驟冷。在圖 1中呈現(xiàn)由本發(fā)明的合金制成的具有不同直徑的無定形的狗基棒。應(yīng)理解，上述可選擇的實施方式并不意為排他的，且對基本裝置和方法的不會使組合物變成對于結(jié)構(gòu)應(yīng)用來說不可加工的(小于Imm的臨界棒厚度)或不夠堅韌的(大于 60GI^的剪切模量值)其他修改可以與本發(fā)明結(jié)合使用。示例性的實施方式本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，根據(jù)本發(fā)明的另外的實施方式被涵蓋在前述一般公開內(nèi)容的范圍內(nèi)，且不由前述非限制性實例以任何方式意圖放棄權(quán)利聲明。實驗方法&材料合金錠通過在高純度氬氣氣氛下密封的石英管中感應(yīng)熔化適當量的 Fe (99. 95% )、Mo (99. 95% )、Ni (99. 995% ), Cr (99. 99% ), B 晶體(99. 5% )、石墨粉末 (99. 9995% ) ^P P(99. 9999 % )的混合物來制備。50 μ m厚的玻璃狀!^e8tlP12.5C7.5箔使用 Edmund Buhler D-7400噴濺驟冷器來制備。通過將合金錠在具有0. 5_mm厚的壁的石英管中在高純度氬氣氣氛下再熔化和迅速地水驟冷來將所有其他合金形成為玻璃狀圓柱形棒。 進行具有Cu-Ka輻射的X射線衍射以證實玻璃狀箔和棒的無定形性質(zhì)。以20K/min的掃描速率進行差示掃描量熱法以確定每一種合金的轉(zhuǎn)變溫度。能夠形成具有大于2mm直徑的無定形棒的本發(fā)明合金的彈性常數(shù)使用超聲波測量連同密度測量來評估。玻璃狀 O^e745Mo5JP12.5(C5B2.5)、(Fe70Mo5Ni5)P12.5 (C5B2.5)和 (Fe68Mo5Ni5Cr2)P12.5(C5B2.5)棒的剪切和縱波速度通過使用25MHz壓電換能器的脈沖回波重疊來測量。密度通過阿基米德方法來測量，如美國測試和材料協(xié)會標準C693-93給出的。進行能夠形成具有大于2mm直徑的無定形棒的本發(fā)明合金的缺口韌度測試。對于韌度測試，利用(Fe74.5Mo5.5)P12.5(C5B2.5)、(Fe70Mo5Ni5)P12.5(C5B2.5)和(Fe68Mo5Ni5Cr2) P12.5 (C5B2.5)的2-mm直徑玻璃狀棒。棒通過將合金錠在具有0. 5mm厚的壁的2_mm ID石英管中在高純度氬氣氣氛下再熔化和迅速地水驟冷來制備。使用具有90 μ m的根部半徑的線鋸對棒開缺口至棒直徑的約一半的深度。將帶缺口的試樣放置在具有12. 7mm的跨距的 3-pt彎曲夾具上并仔細地與面朝下的帶缺口的面對準。臨界斷裂載荷通過使用螺桿傳動的 Instron測試框架以0. lmm/min的恒定的十字頭速度應(yīng)用單調(diào)遞增的載荷來測量。對每一種合金進行至少三次測試。試樣斷裂表面通過使用LEO 1550VP場發(fā)射SEM的掃描電子顯微鏡法來檢查。所采用的圓柱形構(gòu)型的應(yīng)力強度因子使用Murakimi的分析來評估。(參見，例如， Murakami Y. ,Stress Intensity Factors Handbook (應(yīng)力強度因子手冊)·第 2卷.牛津 (英國)=Pergamon Press ；1987.第666頁，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)試樣的尺寸足以大到滿足可接受的平面應(yīng)變斷裂韌度測量的標準尺寸要求Κκ。具體地，因為現(xiàn)在的試樣的最常見的絲帶尺寸是 1mm，且考慮到該玻璃家族的屈服強度是 3200MPa，所以可以假定斷裂韌度測量的標稱平面應(yīng)變條件Kre <60MPa m"2，如本文所獲得的。[參見，例如上文引用的 Gu XJ 等人，Acta Mater 2008 ；Zhang T 等人，Mater Trans 2007 ；Shen B 等人，Appl Phys Lett 2006 ；Liu F 等人，Mater Trans2008 ；禾口 Li F 等人，Appl Phys Lett 2007。]然而，因為現(xiàn)在的試樣中并未產(chǎn)生缺口前面的尖銳的預(yù)裂紋[如標準KreW估所要求的]，所以測量的應(yīng)力強度因子并不表示標準1^值。在該意義上說，在該研究中評估的缺口韌度Kq與常規(guī)金屬的標準Kie值的直接比較是不適宜的。然而，Kq值提供關(guān)于在一組被均一地測試的材料內(nèi)的耐斷裂性變化的有用信息。由于許多最近開發(fā)的金屬玻璃合金的固有的臨界鑄造厚度限制，常常使用具有圓柱形幾何形狀且沒有預(yù)存在的裂紋的試樣來報告金屬玻璃合金體系的缺口韌度測量結(jié)果。(參見，例如，Wesseling P等人，Scripta Mater 2004 :51 ;151 ；禾口 Xi XK 等人，Phys Rev Lett 2005 :94 ;125510，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)更具體地，最近由Lewandowski等人使用具有與本研究的構(gòu)型和尺寸相似的構(gòu)型和尺寸的試樣對狗基塊體金屬玻璃進行的缺口韌度測量結(jié)果適合于與現(xiàn)在的估值直接比較。(參見，例如，Nouri AS等人，Phil. Mag. Lett. 2008 :88 ;853，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。)實施例1 組成測量在下面的表1中列出基于該組成測量結(jié)果開發(fā)的合金連同相關(guān)的臨界棒直徑。在圖2中呈現(xiàn)熱掃描，且表1中列出了每一種合金的Tg。表1中還列出測量的剪切模量和本體模量連同(Fe74.5Mo5.5)P12.5(C5B2.5)> (Fe70Mo5Ni5)P12.5(C5B2.5)和(Fe68Mo5Ni5Cr2)P12.5(C5B2.5) 的摩爾體積。如表1中所見的，根據(jù)本發(fā)明中闡明的標準，示例性的狗基合金能夠形成具有在0. 5mm至6mm的范圍內(nèi)的直徑的玻璃狀棒并展示小于60GPa的剪切模量。有趣地注意至IJ，發(fā)現(xiàn)表1列出的發(fā)明組合物中用Si代替1. 5% P輕微地改進了玻璃成型能力。上述組合物的包含 Si 的變體是!^8tl(P11Si1.5) (CA5)、(Fe74.5Mo5.5) (P11Sil5) (CA5)、(Fe70Mo5Ni5) (P11Si1J (C5B2.5)和(FA8Mo5Ni5Cr2) (P11Sil5) (C5B2.5)。
權(quán)利要求
1.一種基金屬玻璃組合物，包括至少i^e、P、C和B，其中！^構(gòu)成至少60的原子百分數(shù)，P構(gòu)成5至17. 5的原子百分數(shù)，C構(gòu)成3至6. 5的原子百分數(shù)，且B構(gòu)成1至3. 5的原子百分數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，其中P的原子百分數(shù)是10至13。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，其中C的原子百分數(shù)是4.5至5. 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，其中B的原子百分數(shù)是2至3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，其中P、C和B的總原子百分數(shù)是19至21。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，其中所述組合物還包括0.5至2. 5的原子百分數(shù)的Si。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬玻璃，其中Si的原子百分數(shù)是1至2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬玻璃，其中P、C、B和Si的總原子百分數(shù)是19至21。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，其中所述組合物還包括2至8的原子百分數(shù)的Mo。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬玻璃，其中Mo的原子百分數(shù)是4至6。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬玻璃，其中所述組合物還包括3至7的原子百分數(shù)的Ni。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬玻璃，其中Ni的原子百分數(shù)是4至6。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬玻璃，其中所述組合物還包括1至7的原子百分數(shù)的Cr。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬玻璃，其中所述組合物還包括1至3的原子百分數(shù)的Cr。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬玻璃，其中所述組合物還包括1至5的原子百分數(shù)的 Co、Ru、Ga、Al和Sb中的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，還包括至少一種痕量元素，其中所述至少一種痕量元素的總重量分數(shù)小于0. 02。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，其中所述合金具有低于440°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，其中所述合金具有小于60GPa的剪切模量(G)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃，其中所述合金具有至少2mm的臨界棒直徑。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃合金，其中所述組合物選自由以下組成的 組:Fe80P12.5C5B2.5λ Fe80Pii C5Bi5Si1. Fe74.5Mo5.5P12.5C5B2.5、Fe74.5Mo5.5PnC5B2.5SiL5> Fe70Mo5Ni5P12.5C5B2.5、Fe70M05Ni5P11C5BuSi1^ Fe68Mo5Ni 5Cr2P12.5C5B2.5 禾 Π !^e68Mo5Ni5Cr2P11C5Bi5SiL5，其中數(shù)字表示原子百分數(shù)。
21.一種制造金屬玻璃組合物的方法，包括提供包括至少Fe、P、C和B的原料材料，其中狗構(gòu)成至少60的原子百分數(shù)，P構(gòu)成5 至17. 5的原子百分數(shù)，C構(gòu)成3至6. 5的原子百分數(shù)，且B構(gòu)成1至3. 5的原子百分數(shù)；和將所述原料熔化為熔融狀態(tài)；和以防止所述合金結(jié)晶的足夠快的冷卻速率來驟冷所述熔融的原料。
22.—種金屬玻璃物體，包括由包括至少i^、P、C和B的金屬玻璃合金形成的主體，其中！^構(gòu)成至少60的原子百分數(shù)，P構(gòu)成5至17. 5的原子百分數(shù)，C構(gòu)成3至6. 5的原子百分數(shù)，且B構(gòu)成1至3. 5的原子百分數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的物體，其中所述物體是消費電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的物體，其中所述結(jié)構(gòu)部件選自由以下組成的組殼體、框架、罩和鉸鏈。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的物體，其中所述物體是生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)部件。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的物體，其中所述結(jié)構(gòu)部件選自由以下組成的組生物醫(yī)學(xué)植入物、固定裝置和器械。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的物體，其中所述物體是珠寶類物品。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的物體，其中所述珠寶類物品選自由以下組成的組手表、戒指、項鏈、耳環(huán)、手鐲、袖扣以及這些物品的殼體或包裝。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的物體，其中所述物體是電力變壓器應(yīng)用的軟磁性制品。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的物體，其中所述軟磁性制品選自由以下組成的組變壓器芯、開關(guān)、扼流圈和逆變器。
全文摘要
提供了具有優(yōu)良的加工性和韌度的鐵基、含磷的塊體金屬玻璃家族、用于形成這樣的合金的方法和用于由這樣的合金制造制品的工藝。本發(fā)明的鐵基合金是基于以下觀察結(jié)果通過非常密切地控制Fe基、含P的塊體金屬玻璃合金的類金屬部分的組成，可以獲得具有令人驚奇的低剪切模量和高韌度的可高度加工的合金。
文檔編號C22C45/02GK102459680SQ201080026888
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者威廉·L·約翰遜, 馬里奧斯·D·德梅特里奧 申請人:加州理工學(xué)院