用于粉末注射成型的含非晶態(tài)合金進(jìn)料的制作方法
【專利摘要】在一個(gè)實(shí)施例中提供用于產(chǎn)生組成的方法，該方法包括將進(jìn)料注入模具來產(chǎn)生工件；其中進(jìn)料包括粘合劑和微粒，其中微粒包括非晶態(tài)合金。還描述進(jìn)料組成。
【專利說明】用于粉末注射成型的含非晶態(tài)合金進(jìn)料
【背景技術(shù)】
[0001] 金屬組件的粉末注射成型可提供許多優(yōu)勢，其導(dǎo)致在多種應(yīng)用中廣泛使用。粉末 注射成型所提供的優(yōu)勢之一是產(chǎn)生具有復(fù)雜形狀的金屬部件同時(shí)減少浪費(fèi)的能力。盡管常 規(guī)粉末注射成型工藝提供許多優(yōu)勢，運(yùn)些工藝未提供許多應(yīng)用所期望的成品密度和硬度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 鑒于前述，
【發(fā)明人】認(rèn)識且意識到用于粉末注射成型、提供具有改進(jìn)性質(zhì)(例如硬度 和密度)的成品的進(jìn)料材料W及制作和/或使用運(yùn)些進(jìn)料材料的方法的優(yōu)勢。
[0003] 因此，在本文的一些實(shí)施例中提供運(yùn)樣的組成，其包括粘合劑和微粒。運(yùn)些微粒可 包括非晶態(tài)合金，并且組成可W是對于注射成型工藝的進(jìn)料。
[0004] -個(gè)實(shí)施例提供方法，其包括將進(jìn)料注入模具來產(chǎn)生工件。該進(jìn)料可包括粘合劑 和微粒，并且運(yùn)些微粒可包括非晶態(tài)合金。
[0005] 另一個(gè)實(shí)施例提供通過燒結(jié)上文的方法產(chǎn)生的工件所產(chǎn)生的物品。
[0006] 應(yīng)意識到前述概念和在下文更詳細(xì)論述的額外概念(假定運(yùn)樣的概念并不互相抵 觸)的所有組合預(yù)想為本文公開的發(fā)明性主旨的部分。特別地，在該公開的結(jié)尾處出現(xiàn)的要 求保護(hù)的主旨的所有組合預(yù)想為本文公開的發(fā)明性主旨的部分。還應(yīng)意識到本文顯式采用 的也可能在任何公開中出現(xiàn)、通過引用所合并的術(shù)語應(yīng)被給予與本文公開的特定概念最一 致的含義。
【附圖說明】
[0007] 技術(shù)人員將理解圖主要是為了說明目的并且不意在限制本文描述的發(fā)明性主旨 的范圍。圖不一定按比例;在一些實(shí)例中，本文公開的發(fā)明性主旨的各種方面可在圖中擴(kuò)大 或放大示出W便于理解不同特征。在圖中，類似的參考字符一般指類似特征(例如，功能相 似和/或結(jié)構(gòu)相似的元件）。
[000引圖1描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的材料的微觀結(jié)構(gòu)。
[0009] 圖2描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的材料的微觀結(jié)構(gòu)。
[0010] 圖3描繪詳述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的工藝的流程圖。
[0011] 圖4描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例對于由完全非晶態(tài)粉末組成的進(jìn)料材料的X射線衍射 rXRD")圖樣，和根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例對于具有既包含非晶態(tài)又包含結(jié)晶成分的相似組成的 材料的XRD圖樣。
[0012] 圖5描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例對于包含非晶態(tài)合金的進(jìn)料材料的差式掃描量熱 ("DSC'）標(biāo)繪圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面接著是與用于粉末注射成型、提供具有改進(jìn)性質(zhì)的成品的進(jìn)料材料有關(guān)的各 種概念及其實(shí)施例和制作和/或使用該進(jìn)料材料的方法的更詳細(xì)描述。應(yīng)意識到因?yàn)楣_ 的概念不限于任何特定實(shí)現(xiàn)方式，上文引入且在下文更詳細(xì)論述的各種概念可采用許多方 式中的任一個(gè)實(shí)現(xiàn)。特定實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的示例主要為了說明的目的而提供。
[0014] -個(gè)實(shí)施例與組成有關(guān)，該組成包括粘合劑和微粒，其中運(yùn)些微粒包括非晶態(tài)合 金，并且組成是用于注射成型工藝的進(jìn)料。另一個(gè)實(shí)施例與方法有關(guān)，該方法包括將進(jìn)料注 入模具來產(chǎn)生工件，其中進(jìn)料包括粘合劑和微粒，其包括非晶態(tài)合金。另一個(gè)實(shí)施例與通過 燒結(jié)由前面的方法產(chǎn)生的工件所產(chǎn)生的物品有關(guān)。 非晶態(tài)合金
[0015] 合金可指兩個(gè)或W上金屬元素的混合物(其包括固溶體)-例如，至少2、3、4、5個(gè)或 W上的元素。本文的術(shù)語"元素"可指可在周期表中找到的符號所代表的化學(xué)物質(zhì)。金屬可 指堿金屬、堿±金屬、過渡金屬、后過渡金屬、銅系和澗系中的任一個(gè)。
[0016] 非晶態(tài)合金可指具有非晶態(tài)、非結(jié)晶原子結(jié)構(gòu)或微觀結(jié)構(gòu)的合金。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)可 指沒有可觀察的長程序的玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)；在一些實(shí)例中，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)可展現(xiàn)某一短程序。從 而，非晶態(tài)合金有時(shí)可稱為"金屬玻璃"。非晶態(tài)合金可指合金中至少約50%是非晶相-例 如，至少約60 %、約70%、約80 %、約90 %、約95 %、約99%或W上。本文的百分比可指體積百 分比或重量百分比，運(yùn)取決于上下文。本文的術(shù)語"相"可指物質(zhì)的物理獨(dú)特形式，例如微觀 結(jié)構(gòu)。例如，固體和液體是不同的相。相似地，非晶相與結(jié)晶相不同。
[0017] 非晶態(tài)合金可包含多種金屬元素。在一些實(shí)施例中，非晶態(tài)合金可包括鐵、銘、娃、 棚、儘、儀、鋼、妮、銅、鉆、碳、錯(cuò)、鐵、被、侶、金、銷、鈕、憐、鶴、錠、粗或其組合。在一些實(shí)施例 中，非晶態(tài)合金可W是基于錯(cuò)、基于鐵、基于鐵、基于銅、基于儀、基于金、基于銷、基于鈕或 基于侶的。術(shù)語"基于M的"在指合金時(shí)可指包括至少約30%的元素的合金-例如，約 40 %、約50 %、約60%、約70%、約80 %、約90 %、約95%或W上。本文的百分比可指體積百分 比或重量百分比，運(yùn)取決于上下文。
[0018] 非晶態(tài)合金可W是塊狀固化非晶態(tài)合金。塊狀固化非晶態(tài)合金、塊狀金屬玻璃 ("BMG")，或塊狀非晶態(tài)合金可指可適于具有在毫米范圍內(nèi)的至少一個(gè)尺度的非晶態(tài)合金。 在一個(gè)實(shí)施例中，該尺度可指最小尺度。根據(jù)幾何形狀，尺度可指厚度、高度、長度、寬度、半 徑及類似物。在一些實(shí)施例中，該最小尺度可W是至少約0.5mm-例如，約1mm、約2mm、約3mm、 約4mm、約5mm、約6mm、約8mm、約10mm、約12mm或W上。最大尺度的幅度不受限制并且可W在 毫米范圍、厘米范圍或甚至米范圍內(nèi)。
[0019] 本文描述的非晶態(tài)合金(其包括塊狀非晶態(tài)合金)可具有約500K/sec或更少的臨 界冷卻速率。本文的術(shù)語"臨界冷卻速率"可指運(yùn)樣的速率，在該速率W下非晶態(tài)結(jié)構(gòu)并不 十分有利并且從而不可能在制造過程期間形成。在一些實(shí)施例中，非晶態(tài)合金的臨界冷卻 速率可W是例如約400K/sec或更少-例如，約300K/sec或更少、約250K/sec或更少、約200K/ sec或更少。
[0020] 在一些實(shí)施例中，非晶態(tài)合金可W是基于黑色金屬的合金，例如基于(Fe、Ni、Co) 的組成。運(yùn)樣的組成的示例在美國專利號6,325,868中W及在出版物（A. Inoue等人， Appl .Phys 丄ett.，卷71、第464頁（1997)) (aien等人，Mater. Trans .，JIM,卷42、第2136頁 (2001))和日本專利申請2000126277。加 1.#20013032184)中公開。例如，合金可^是 Fe72Ai5Ga2PiiC6B4 或 F'eysAnZrioMosWsBi 已。
[0021] 在一些實(shí)施例中，非晶態(tài)合金可W是一些中的至少一個(gè):Fe-Cr-B-M〇-C合金、Ni- Cr-Si-B-Mo-Cu-Co 合金、Fe-Cr-B-Mn-Si 合金、Fe-Cr-B-Si 合金、Fe-Cr-B-Mn-Si-Cu-Ni-Mo 合金、Fe-Cr-B-Mn-Si-Ni 合金、Fe-Cr-Si-B-Mn-Ni-WC-TiC 合金、Fe-Cr-Si-Mn-C-Nd-Ti 合 金、Fe-Cr-P-C 合金、Fe-Cr-Mo-P-C 合金、Fe-Cr-Mo-P-C-Ni 合金、Fe-P-C-B-Al 合金、Fe-Cr- Mo-B-C-Si-Ni-P 合金、Fe-Cr-Mo-B-C-Si-W-Ni 合金、Ni-Cr-Mo-B 合金、Fe-B-Si-Cr-Nb-W 合 金、Fe-Cr-Mo-B-C-Y 合金、Fe-Cr-Mo-B-C-Y-Co 合金、Fe-Cr-Mo-W-師合金、Fe-Cr-Mo-B-C- Si-W-Mn合金和Fe-Cr-Si-W-Nb合金。在至少一個(gè)實(shí)施例中，非晶態(tài)合金可W是基于Fe的合 金或基于Ni/化的合金。
[0022] 非晶態(tài)合金（其包括塊狀固化非晶態(tài)合金)可具有比它們的結(jié)晶配對物更高的強(qiáng) 度和更高的硬度。強(qiáng)度可指拉伸或壓縮強(qiáng)度，運(yùn)取決于上下文。例如，基于Zr和Ti的非晶態(tài) 合金可具有約250ksi或更高的拉伸屈服強(qiáng)度、約450HV或更高的硬度值或兩者兼而有之。在 一些實(shí)施例中，拉伸屈服強(qiáng)度可W是約300ksi或更高-例如，至少約400ksi、約500ksi、約 eOOksi、約SOOksi或更高。在一些實(shí)施例中，硬度值可W是至少約500HV-例如，至少約 550HV、約 600HV、約 700HV、約 800HV、約 900HV、約 1000HV 或更高。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，基于黑色金屬的非晶態(tài)合金(其包括基于黑色金屬的塊狀固化 非晶態(tài)合金)可W具有約500ksi或更高的拉伸屈服強(qiáng)度和約1000HV或更高的硬度值。在一 些實(shí)施例中，拉伸屈服強(qiáng)度可W是約550ksi或更高-例如，至少約eOOksi、約700ksi、約 SOOksi、約900ksi或更高。在一些實(shí)施例中，硬度值可W是至少約1000HV-例如，至少約 1100HV、約 1200HV、約 1400HV、約 1500HV、約 1600HV 或更高。
[0024] 如此，前面描述的非晶態(tài)合金中的任一個(gè)可具有可取的強(qiáng)度重量比。此外，非晶態(tài) 合金(特別是基于Zr或Ti的合金)可展現(xiàn)可取的耐腐蝕性和環(huán)境耐久性。本文的腐蝕可指化 學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕或其組合。
[0025] 本文描述的非晶態(tài)合金(其包括塊狀非晶態(tài)合金)可具有至少約0.5%的高彈性應(yīng) 變極限，其包括至少約1 %、約1.2%、約1.5%、約1.6%、約1.8%、約2%或W上-該值比迄今 為止已知的任何其他金屬合金要高得多。
[0026] 在一些實(shí)施例中，非晶態(tài)合金（其包括塊狀非晶態(tài)合金）可另外包括一些結(jié)晶材 料，例如結(jié)晶合金。結(jié)晶材料可具有與非晶態(tài)合金相同或不同的化學(xué)組成。例如，在其中結(jié) 晶合金和非晶態(tài)合金具有相同化學(xué)組成的情況下，它們可僅關(guān)于它們的微觀結(jié)構(gòu)方面彼此 不同。
[0027] 在一些實(shí)施例中，非晶態(tài)合金中的結(jié)晶沉淀物可對非晶態(tài)合金的性質(zhì)、尤其對運(yùn) 些合金的初性和強(qiáng)度具有不良影響，并且如此一般優(yōu)選使運(yùn)些沉淀物的體積分?jǐn)?shù)最小化。 然而，可存在其中延性結(jié)晶相在處理非晶態(tài)合金期間原位沉淀的情況，運(yùn)對非晶態(tài)合金的 性質(zhì)、尤其對合金的初性和延性可是有益的。一個(gè)示范性情況在C.C.化ys等人在2000年 化ysical Review Letters、卷84、第2901頁中公開。在至少一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)晶沉淀物可包 括金屬或合金，其中合金可具有與非晶態(tài)合金的組成相同的組成或與非晶態(tài)合金的組成不 同的組成。在本文描述的至少一個(gè)實(shí)施例中可采用運(yùn)樣的非晶態(tài)合金，其運(yùn)些有益的結(jié)晶 沉淀物。 粉末注射成型
[0028] 粉末注射成型（"PIM")是用于在注射成型工藝中使用進(jìn)料(其包含粉末材料和粘 合劑)產(chǎn)生復(fù)雜組件的工藝。金屬注射成型（"MIM")是一類粉末注射成型，其中粉末可W是 金屬或合金。MIM工藝可典型地包括將進(jìn)料注入模具、從成型工件去除粘合劑W及燒結(jié)從其 處去除粘合劑的工件。
[0029] 在MIM工藝中使用的進(jìn)料可形成為工藝的部分或是即買即用型。在一個(gè)實(shí)施例中， 進(jìn)料可通過使微粒與粘合劑混合而產(chǎn)生。在另一個(gè)實(shí)施例中，混合可在弓刀型混合器或雙 螺桿或剪切漉擠出機(jī)中在升高的溫度持續(xù)預(yù)定時(shí)段地進(jìn)行。升高的溫度可具有高于室溫的 任何溫度，運(yùn)取決于應(yīng)用。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，混合可在約150°C的溫度進(jìn)行。在另一個(gè) 實(shí)施例中，混合可在約l〇〇°C至約200°C的溫度進(jìn)行-例如，約110°C至約190°C、約120°C至約 180°C、約130°C至約170°C或約140°C至約160°C。預(yù)定時(shí)段可具有任意時(shí)間長度，運(yùn)取決于 應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施例中，混合可持續(xù)約0.25至約3.75小時(shí)時(shí)段地進(jìn)行-例如，約0.5至約3.5、 約0.75至約3.25、約1至約3、約1.25至約2.75、約1.5至約2.5、約1.75至約2.25小時(shí)。在另一 個(gè)實(shí)施例中，混合可在從約130°C至約160°C范圍的溫度持續(xù)約2小時(shí)時(shí)期地進(jìn)行。
[0030] 進(jìn)料可在混合或形成顆粒W供存儲和后來使用之后直接供應(yīng)給注射器裝置。在一 個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料可形成大小在毫米大小范圍內(nèi)的球團(tuán)或顆粒。在另一個(gè)實(shí)施例中，可購買 球團(tuán)或顆粒進(jìn)料W供在注射成型工藝中使用。
[0031] 將進(jìn)料注入模具可在升高的溫度發(fā)生。升高的溫度可具有高于室溫的任何溫度， 運(yùn)取決于應(yīng)用。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料在約100°C至約150°C的溫度。注射進(jìn)料所處的 溫度可稱為"噴嘴溫度"。進(jìn)料中包括的粘合劑的烙融溫度可影響在注射期間使用的噴嘴溫 度。在一個(gè)實(shí)施例中，模具可被加熱來提高在注射期間進(jìn)料對模具型腔的填充。在另一個(gè)實(shí) 施例中，模具在注射工藝期間可在約50°C的溫度。
[0032] 從模具去除的工件可稱為"綠色工件"。綠色工件可包含微粒和粘合劑兩者，并且 維持模具所授予的形狀。
[0033] 粘合劑可在脫除工藝期間從綠色工件去除。粘合劑可通過熱、催化、溶解或超臨界 脫除工藝而去除。在一個(gè)實(shí)施例中，粘合劑可通過熱處理工藝去除，其中在高純度氨氣氛下 在電爐中對綠色工件加熱。在另一個(gè)實(shí)施例中，可采用熱脫除工藝，其中W約2TV分鐘的加 熱速率將綠色工件加熱到約300°C的溫度并且維持約一小時(shí)，從而W約：TC/分鐘的加熱速 率使溫度增加到約500°C并且維持約一小時(shí)，并且W約：TC/分鐘的速率使溫度增加到約750 °C并且維持約一小時(shí)。在熱脫除工藝中使用的溫度范圍可取決于所選的粘合劑。粘合劑去 除之后的工件可稱為"褐色工件"。
[0034] 褐色工件可被燒結(jié)來產(chǎn)生金屬部件。在去除任何余下粘合劑并且在金屬微粒之間 形成燒結(jié)頸時(shí)，燒結(jié)工藝可導(dǎo)致褐色工件收縮。在燒結(jié)后，產(chǎn)生的部件可大致沒有粘合劑。 在一個(gè)實(shí)施例中，部件可完全沒有粘合劑。對于燒結(jié)的溫度和時(shí)間可取決于金屬微粒的性 質(zhì)。
[0035] 在一些情況下，燒結(jié)的金屬部件可經(jīng)歷后燒結(jié)處理，例如加工或拋光。對于一些金 屬微粒和一些應(yīng)用，可采用額外熱處理來去除殘余孔隙。 包含非晶態(tài)合金的進(jìn)料
[0036] 在本文公開的一些實(shí)施例中，供在MIM工藝中使用的進(jìn)料可包括微粒，其包括非晶 態(tài)合金。非晶態(tài)合金可W是本文描述的非晶態(tài)合金中的任一個(gè)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，非晶 態(tài)合金可W是塊狀非晶態(tài)合金。在另一個(gè)實(shí)施例中，非晶態(tài)合金可不是塊狀非晶態(tài)合金。
[0037] 進(jìn)料材料可進(jìn)一步包括結(jié)晶材料。該結(jié)晶材料可W是具有與非晶態(tài)合金相同或不 同的化學(xué)組成的結(jié)晶合金。在至少一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)晶金屬包括在納米范圍、微米范圍、毫 米范圍、厘米范圍或其任何組合內(nèi)的晶體(或"晶粒"）大小。例如，第一材料可包括納米晶材 料。結(jié)晶材料可包括具有與涂層材料中的非晶態(tài)合金相同組成的合金、與涂層材料中的非 晶態(tài)合金不同的合金、金屬、非金屬或其任何組合。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料材料可另外包括部分非晶態(tài)材料、陶瓷材料、耐火微粒材 料、軟微粒材料、結(jié)晶金屬微粒材料、結(jié)晶合金微粒材料或其組合。陶瓷材料可包括碳化物 或氧化物-例如，二氧化娃、氧化侶、氧化錯(cuò)或氧化儀。耐火微粒材料可包括妮、鋼、粗、鶴、碳 化物或棚化物。在一個(gè)實(shí)施例中，耐火微粒材料可W是碳化鶴、碳化銘、碳化娃或其組合。在 另一個(gè)實(shí)施例中，耐火微粒材料可W是棚化銘、棚化娃或其組合。軟微粒材料可W是銅、銅 合金、鐵或具有小于含非晶態(tài)微粒的硬度的硬度的任何微粒材料。結(jié)晶金屬微粒材料可包 括鐵或銅。結(jié)晶合金微粒材料可包括化、化、(：〇、化、吐、]\1〇、8、(：、51、￥、]\111、￥、(：〇、41、抓、？或1'1 合金。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)晶合金微粒材料可包括不誘鋼或Inconel。在另一個(gè)實(shí)施例中，結(jié) 晶合金粉末可包括不誘鋼31化、630或17-4。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料材料可另外包括MIM工藝 中傳統(tǒng)使用的粉末。MIM工藝中傳統(tǒng)使用的粉末可從低合金鋼、軟磁合金、可控膨脹合金機(jī) 及其組合選擇。
[0039] 微粒可具有任何適合的幾何形狀，運(yùn)取決于應(yīng)用。例如，微?？删哂星蛐位驁A形幾 何形狀。球形粒子至少大致類似于球。圓形粒子缺乏尖角邊，例如在圓形薄片的情況下。在 一個(gè)實(shí)施例中，球形微粒通過氣體霧化工藝產(chǎn)生。由于充填效率增加，球形微?？稍跓Y(jié)后 產(chǎn)生較高密度產(chǎn)品。在另一個(gè)實(shí)施例中，圓形微?？赏ㄟ^水霧化工藝產(chǎn)生。
[0040] 微?？删哂腥魏芜m合的大小，運(yùn)取決于應(yīng)用。根據(jù)幾何形狀，本文的術(shù)語"大小"可 指微粒的直徑、半徑、長度、寬度、高度等。在一個(gè)實(shí)施例中，微粒可具有在約1至約150微米 范圍的大小-例如，約5至約120微米、約10至約100微米、約15至約90微米、約20至約85微米、 約25至約80微米、約30至約75微米。在另一個(gè)實(shí)施例中，微?？删哂行∮诩s100微米的大小- 例如，小于約95微米、約90微米、約85微米、約80微米、約75微米、約70微米或更少。在一個(gè)實(shí) 施例中，微粒可具有大于約1微米的大小-例如，大于約5微米、約10微米、約15微米、約20微 米、約25微米、約30微米或W上。在另一個(gè)實(shí)施例中，微粒可具有在約5至約30微米范圍的大 小。
[0041] 粘合劑可W是適合在MIM工藝中使用的任何粘合劑。在一個(gè)實(shí)施例中，粘合劑可W 是熱塑材料。在另一個(gè)實(shí)施例中，粘合劑可W是乙締醋酸乙締醋和石蠟的混合物。在一個(gè)實(shí) 施例中，粘合劑可W是約20wt. %的乙締醋酸乙締醋和約80wt. %石蠟的混合物。在另一個(gè) 實(shí)施例中，粘合劑可包括結(jié)合劑、表面活性劑、增塑劑、潤滑劑或其組合。
[0042] 進(jìn)料材料中可包含含量在約30至約90vol. %的微粒-例如，約35至約85vol. %、約 40至約80vol. %、約45至約75vol. %或約50至約70vol. %。在另一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料材料中 包含比粘合劑更大濃度的微粒(按體積計(jì)）。
[0043] 與傳統(tǒng)MIM進(jìn)料相比，進(jìn)料微粒中含非晶態(tài)微粒可允許減少燒結(jié)溫度和時(shí)間。在一 個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)溫度可小于1300°C-例如，小于約1200°C、約1100°C、約1000°C或更少。例 如，在使用基于Fe的非晶態(tài)微粒的一個(gè)實(shí)施例中，在約1100°C至約1165°C的溫度持續(xù)約30 分鐘地實(shí)施燒結(jié)。相比之下，兩個(gè)傳統(tǒng)MIM結(jié)晶進(jìn)料材料(不誘鋼31化和630)大體上在1350 °C的溫度持續(xù)約2小時(shí)地?zé)Y(jié)。由含非晶態(tài)微粒產(chǎn)生的燒結(jié)溫度和時(shí)間減少與傳統(tǒng)MIM進(jìn)料 材料相比提供相當(dāng)大的能量、成本和時(shí)間節(jié)省。在一些情況下，燒結(jié)溫度和時(shí)間可影響成品 的硬度和密度。燒結(jié)可在真空或受控氣體氣氛下實(shí)行。
[0044] 使用本文描述的含非晶態(tài)進(jìn)料產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品可包括非晶態(tài)合金。在另一個(gè)實(shí)施 例中，燒結(jié)產(chǎn)品可大致沒有非晶態(tài)合金。在再另一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可大致沒有結(jié)晶合 金材料。
[0045] 使用本文描述的含非晶態(tài)進(jìn)料產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品可具有約500HV至約1500HV的維氏 硬度-例如，約550VH至約1450HV、約600HV至約1400HV、約650HV至約1350HV、約700HV至約 1300HV、約 750HV 至約 1250HV、約 800HV 至約 1200HV、約 850HV 至約 1150HV、約 900HV 至約 1100HV或約950HV至約1050HV。在一個(gè)實(shí)施例中，涂層材料展現(xiàn)至少約500HV的維氏硬度-例 如，至少約 500HV、約 525HV、約 550HV、約 575HV、約 600HV、約 625HV、約 650HV、約 675HV、約 700HV、約725HV、約750HV、約775HV、約800HV、約825HV、約850HV、約875HV、約900HV、約 92甜V、約950HV、約97甜V、約1000HV、約1025HV、約1050HV、約1075HV、約1100HV、約1125HV、 約1150HV、約1175HV、約1200HV、約1225HV、約1250HV、約1275HV、約1300HV、約1325HV、約 1350HV、約1375HV或W上。在另一個(gè)實(shí)施例中，涂層材料可具有約900HV至約1200HV的維氏 硬度。
[0046] 在一個(gè)實(shí)施例中，基于Fe的含非晶態(tài)微粒的進(jìn)料產(chǎn)生具有約900至約1200HV硬度 的部件，運(yùn)取決于選擇的燒結(jié)工藝。相比之下，兩個(gè)傳統(tǒng)MIM結(jié)晶進(jìn)料材料（不誘鋼31化和 630)分別產(chǎn)生具有97HV至約360HV硬度的部件。從而，本文提供的含非晶態(tài)進(jìn)料允許使用的 MIM工藝產(chǎn)生硬度出奇高的部件。在一個(gè)實(shí)施例中，使用含非晶態(tài)進(jìn)料產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品不需 要額外熱處理步驟來實(shí)現(xiàn)增加的硬度等級。
[0047] 使用本文描述的含非晶態(tài)進(jìn)料產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品可具有大于約99%的密度-例如， 大于約 99.1 %、約 99.2%、約 99.3%、約 99.4%、約 99.5%、約 99.6%、約 99.7%、約 99.8%或 約99.9 %。在一個(gè)實(shí)施例中，產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品可具有約99.99 %的密度。相比之下，使用傳統(tǒng) MIM結(jié)晶進(jìn)料材料(不誘鋼316L)產(chǎn)生的部件在燒結(jié)后僅展現(xiàn)約96%的密度。從而，本文提供 的含非晶態(tài)進(jìn)料允許使用MIM工藝產(chǎn)生密度出奇高的部件。
[0048] 使用本文描述的含非晶態(tài)進(jìn)料產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品可具有拉伸剛度，其基于產(chǎn)品設(shè) 計(jì)、進(jìn)料組成和燒結(jié)處理的選擇來控制。
[0049] 使用本文描述的含非晶態(tài)進(jìn)料產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品可耐磨損和/或腐蝕。在一個(gè)實(shí)施 例中，腐蝕可指化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕或兩者。耐磨性可直接與材料的硬度有關(guān)，其中耐磨性 隨著硬度增加而增加。在至少一個(gè)實(shí)施例中，耐磨性是由不包括非晶態(tài)合金的進(jìn)料產(chǎn)生的 燒結(jié)產(chǎn)品的耐磨性的至少約兩倍高-例如，至少約=倍高、約四倍高或約五倍高。
[0050] 使用本文描述的含非晶態(tài)進(jìn)料產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品在與由不包括非晶態(tài)合金的進(jìn)料 產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品相比可展現(xiàn)改進(jìn)的性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可展現(xiàn)提高的硬度和 耐磨性。在另一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可展現(xiàn)提高的抗疲勞性。在一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品 可展現(xiàn)提高的耐溫性-即，在高溫硬度提高。在一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可在燒結(jié)工藝期間 展現(xiàn)減小的體積收縮。
[0051] 性質(zhì)在與另一個(gè)材料相比時(shí)視為改進(jìn)，該性質(zhì)對任何指定應(yīng)用更可取。例如，在拉 伸強(qiáng)度的情況下，改進(jìn)可指幅度增加。
[0052] 使用本文描述的含非晶態(tài)進(jìn)料產(chǎn)生的燒結(jié)產(chǎn)品可W是醫(yī)學(xué)組件、矯正組件、汽車 組件、電子設(shè)備組件、電信設(shè)備組件、航空航天組件、槍械組件、眼鏡組件、牙科組件、體育用 品組件、累組件、齒輪組件、較鏈組件、刀或刀口、切器的切削刃、套管組件和/或海洋組件。 在一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可W是供在石油或天然氣工業(yè)中使用的組件或設(shè)備。在另一個(gè) 實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可W是在國防工業(yè)中使用的軍事物品或組件。在一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn) 品可W是珠寶或手表組件。在另一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可W是微型組件或工具組件。在一 個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可W是耐純化的切削設(shè)備-例如，刀、剪刀或其他切削設(shè)備。在另一個(gè) 實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可W是軸承或其他抗摩設(shè)備或磨損表面。在一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)產(chǎn)品可 W是漁具或其他離岸項(xiàng)目組件。 使用含非晶態(tài)合金的進(jìn)料的方法
[0053] 在如上文描述的標(biāo)準(zhǔn)MIM工藝中可采用本文描述的含非晶態(tài)合金的進(jìn)料。在使用 含非晶態(tài)合金的進(jìn)料時(shí)，燒結(jié)工藝可在比傳統(tǒng)MIM工藝更低的溫度和更短的時(shí)段實(shí)行。更低 溫度和更短時(shí)段提供相當(dāng)大的能量、成本和時(shí)間節(jié)省。
[0054] 圖3描繪流程圖，其描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于使用含非晶態(tài)合金的進(jìn)料的MIM工藝 (100)。該工藝包括可選地使含非晶態(tài)合金的微粒與粘合劑混合（110)來形成進(jìn)料材料。進(jìn) 料材料可被注入（120)模具，并且綠色工件可從模具去除（130)。粘合劑可從綠色工件去除 (140)，從而形成褐色工件。褐色工件可被燒結(jié)（150)來形成成品。 非限制性工作示例
[0055] 產(chǎn)生并且分析下列非限制性示例。 示例A和B
[0056] 示范性產(chǎn)品A和B從含非晶態(tài)合金的相同進(jìn)料產(chǎn)生并且在不同條件下燒結(jié)。非晶態(tài) 合金是含鐵的非晶態(tài)合金。在五個(gè)不同位點(diǎn)處測試燒結(jié)樣品的硬度并且對每個(gè)樣品確定平 均硬度。示例A在1120°C持續(xù)1小時(shí)時(shí)期地?zé)Y(jié)，并且示例B在1145 °C的溫度持續(xù)1小時(shí)時(shí)期 地?zé)Y(jié)。如在表1中示出的，示例A的燒結(jié)過程產(chǎn)生具有910.1HV的平均硬度的產(chǎn)品，并且示 例B的燒結(jié)過程產(chǎn)生具有1170.0HV的平均硬度的產(chǎn)品。 表1
[0057] 圖1和2分別描繪由示例A和B的不同燒結(jié)過程產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)。如在圖1和2中可W 容易觀察的，示例A的燒結(jié)過程產(chǎn)生具有比示例B的燒結(jié)過程更小的晶粒大小的產(chǎn)品。
[005引圖4描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例對于由完全非晶態(tài)粉末組成的進(jìn)料材料的X射線衍射 rXRD")圖樣，和根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例對于具有既包含非晶態(tài)又包含結(jié)晶成分的相似組成的 材料的XRD圖樣。
[0059] 圖5描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例對于包含非晶態(tài)合金的進(jìn)料材料的差式掃描量熱 ("DSC'）標(biāo)繪圖。 額外注意事項(xiàng)
[0060] 在該申請中引用的所有文獻(xiàn)和相似材料(包括但不限于專利、專利申請、文章、書、 論文和web頁面)不管運(yùn)樣的文獻(xiàn)和相似材料的格式如何都通過引入完全顯式合并。在包含 的文獻(xiàn)和相似材料中的一個(gè)或多個(gè)(包括但不限于定義的術(shù)語、術(shù)語使用、描述的技術(shù)或類 似物)與該申請不同或相抵觸的情況下，該申請起主導(dǎo)作用。
[0061] 盡管本教導(dǎo)已經(jīng)連同各種實(shí)施例和示例一起描述，運(yùn)并不意味著本教導(dǎo)局限于運(yùn) 樣的實(shí)施例或示例。相反，本教導(dǎo)包含各種備選、修改和等同物，如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將意 識到的。
[0062] 盡管在本文描述和說明各種發(fā)明性實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將容易設(shè)想用于執(zhí) 行功能和/或獲得結(jié)果和/或本文描述的優(yōu)勢中的一個(gè)或多個(gè)的多種工具和/或結(jié)構(gòu)，并且 運(yùn)樣的變化和/或修改中的每個(gè)被認(rèn)為在本文描述的發(fā)明性實(shí)施例的范圍內(nèi)。更一般地，本 領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將容易意識到本文描述的所有參數(shù)、尺寸、材料和配置意在為示范性的并 且實(shí)際參數(shù)、尺寸、材料和/或配置將取決于發(fā)明性教導(dǎo)所用于的特定應(yīng)用或多個(gè)應(yīng)用。本 領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將認(rèn)識到本文描述的特定發(fā)明性實(shí)施例的許多等同物。因此，要理解前述 實(shí)施例僅通過示例的方式呈現(xiàn)并且在附上的權(quán)利要求和其等同物的范圍內(nèi)，除如?？诿枋?和要求保護(hù)的之外，還可實(shí)踐發(fā)明性實(shí)施例。本公開的發(fā)明性實(shí)施例針對本文描述的每個(gè) 個(gè)體特征、系統(tǒng)、物品、材料、裝備和/或方法。另外，兩個(gè)或W上運(yùn)樣的特征、系統(tǒng)、物品、材 料、裝備和/或方法的任何組合如果它們并不互相抵觸則包括在本公開的發(fā)明性范圍內(nèi)。
[0063] 本文描述的技術(shù)也可體現(xiàn)為方法，提供其中的至少一個(gè)示例。作為方法的部分執(zhí) 行的動作可采用任何適合的方式排序。因此，可構(gòu)造運(yùn)樣的實(shí)施例，其中按與圖示的不同的 順序執(zhí)行動作，其可包括同時(shí)執(zhí)行一些動作，即使在說明性實(shí)施例中示出為相繼動作也如 此。
[0064] 如本文定義和使用的所有定義應(yīng)理解成控制字典定義、通過引用合并的文件中的 定義和/或所定義術(shù)語的普通含義。
[0065] 除非明確地相反指示，如在本文在說明書和權(quán)利要求中使用的不定冠詞"a"和 "an"應(yīng)理解成意指"至少一個(gè)"。其中引用的任何范圍是包括性的。
[0066] 如在該整個(gè)說明書中使用的術(shù)語"大致"和"約"用于描述和解釋小的波動。例如， 它們可W指小于或等于±5%，例如小于或等于±2%，例如小于或等于±1%，例如小于或 等于±0.5%，例如小于或等于±0.2%，例如小于或等于±0.1 %，例如小于或等于± 0.05%。
[0067] 如在本文在說明書和權(quán)利要求中使用的短語"和/或"應(yīng)理解成意指運(yùn)樣結(jié)合的元 素中的"任一個(gè)或兩個(gè)"，即，在一些情況下結(jié)合地存在并且在其他情況下分離地存在的元 素。用"和/或"列出的多個(gè)元素應(yīng)采用相同方式解釋，即，運(yùn)樣結(jié)合的元素中的"一個(gè)或多 個(gè)"。除由"和/或"分句專口標(biāo)識的元素之外，可可選地存在其他元素，而不管是與?？跇?biāo)識 的那些元素有關(guān)還是無關(guān)。從而，作為非限制性示例，在結(jié)合例如"包括"等開端式語言一起 使用時(shí)，對"A和/或B"的引用在一個(gè)實(shí)施例中可W僅指A(可選地包括除BW外的元素）；在其 他實(shí)施例中，僅指B(可選地包括除AW外的元素）；在再另一個(gè)實(shí)施例中，指A和B兩者(可選 地包括其他元素）；等。
[0068] 如在本文在說明書和權(quán)利要求中使用的，"或"應(yīng)理解成具有與如上文定義的"和/ 或"相同的含義。例如，當(dāng)使列表中的項(xiàng)分離時(shí)，"或"或"和/或"應(yīng)解釋為包括性的，即，包括 許多元素或元素列表中的至少一個(gè)，但也包括它們中的不只一個(gè)，和額外的未列出項(xiàng)（可 選）。僅明確地相反指示的項(xiàng)（例如"…中的僅僅一個(gè)"或"…中的確切一個(gè)"，或"由…組成" (當(dāng)在權(quán)利要求中使用時(shí)））將指包括許多元素或元素列表中的確切一個(gè)元素。一般，在前面 是排他性術(shù)語(例如"任一個(gè)"、"…中的一個(gè)"、"…中的僅僅一個(gè)"或"…中的確切一個(gè)"）時(shí)， 如本文使用的術(shù)語"或"應(yīng)僅僅解釋為指示排他性備選物（即，"一個(gè)或另一個(gè)但不是兩 個(gè)。"基本上由…組成"當(dāng)在權(quán)利要求中使用時(shí)應(yīng)具有如它在專利法領(lǐng)域內(nèi)使用的普通含 義。
[0069] 如在本文在說明書和權(quán)利要求中使用的，關(guān)于一個(gè)或多個(gè)元素列表的短語"至少 一個(gè)"應(yīng)理解成意指從元素列表中的元素中的任一個(gè)或多個(gè)選擇的至少一個(gè)元素，但不一 定包括在元素列表內(nèi)專口列出的每一個(gè)元素中的至少一個(gè)并且不排除元素列表中的元素 的任何組合。該定義還允許可可選地存在除專口在短語"至少一個(gè)"所指的元素列表內(nèi)標(biāo)識 的元素 W外的元素，而不管是與?？跇?biāo)識的那些元素有關(guān)還是無關(guān)。從而，作為非限制示 例，"A和B中的至少一個(gè)"（或等同地，"A或B中的至少一個(gè)"，或等同地，"A和/或B中的至少一 個(gè)"）在一個(gè)實(shí)施例中可W指至少一個(gè)(A)，其可選地包括超過一個(gè)，其中B不存在(并且可選 地包括除BW外的元素）；在另一個(gè)實(shí)施例中，指至少一個(gè)(B)，其可選地包括超過一個(gè)，其中 A不存在(并且可選地包括除AW外的元素）；在再另一個(gè)實(shí)施例中，指至少一個(gè)(A)(其可選 地包括超過一個(gè)），和至少一個(gè)(B)，其可選地包括超過一個(gè)(并且可選地包括其他元素）； 等。
[0070] 在權(quán)利要求中，W及在上文的說明書中，例如"包括"、"攜帶"、"具有"、"包含"、"牽 設(shè)"、"持有"、"由…組成"及類似物的所有過渡短語要理解成開端式的，即，意指包括但不限 于。僅過渡短語"由…組成"和"基本上由…組成"將分別是封閉或半封閉式過渡短語，如在 美國專利局專利審查程序手冊、章節(jié)2111.03中闡述的。
[0071] 權(quán)利要求不應(yīng)解讀成局限于描述的順序或元素，除非那樣規(guī)定。應(yīng)理解可由本領(lǐng) 域內(nèi)普通技術(shù)人員做出形式和細(xì)節(jié)上的各種改變而不偏離附上的權(quán)利要求的精神和范圍。 落入下列權(quán)利要求及其等同物的精神和范圍內(nèi)的所有實(shí)施例要求保護(hù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種組成，其包括： 粘合劑，和 微粒， 其中所述微粒包括非晶態(tài)合金，并且所述組成可以是對于注射成型工藝的進(jìn)料。2. 如權(quán)利要求1所述的組成，其進(jìn)一步包括部分非晶態(tài)微粒材料、耐火微粒材料、軟微 粒材料、結(jié)晶金屬微粒材料、結(jié)晶合金微粒材料或其組合。3. 如權(quán)利要求1所述的組成，其進(jìn)一步包括合金微粒材料，所述合金微粒材料包括Fe、 Cu、Co、Ni、Cr、Mo、B、C、Si、W、Mn、Y、Co、Al、Nb、P、Ti或其組合。4. 如權(quán)利要求1所述的組成，其中所述粘合劑包括熱塑材料。5. 如權(quán)利要求1所述的組成，其中所述微粒具有球形或圓形幾何形狀。6. 如權(quán)利要求1所述的組成，其中所述微粒具有約1微米至約75微米的大小。7. 如權(quán)利要求1所述的組成，其中所述微粒以所述組成的約45vo 1. %至約75vo 1. %的 含量存在。8. 如權(quán)利要求1所述的組成，其中所述組成采用顆粒的形式。9. 一種方法，其包括： 將進(jìn)料注入模具來產(chǎn)生工件， 其中所述進(jìn)料包括粘合劑和微粒，所述微粒包括非晶態(tài)合金。10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括從所述工件去除所述粘合劑。11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括在小于或等于約1300°C的溫度燒結(jié)所述工 件。12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括通過使粘合劑與所述微?；旌蟻懋a(chǎn)生所述 進(jìn)料。13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括采用方法產(chǎn)生所述進(jìn)料，所述方法包括： 形成微粒，其包括非晶態(tài)合金，以及 使所述微粒與粘合劑混合， 其中形成包括氣體霧化工藝，并且所述微粒是球形的。14. 如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括在將加熱的進(jìn)料材料注入所述模具之前加 熱所述進(jìn)料材料。15. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述進(jìn)料材料在所述注射期間在約100°C至約150°C 的溫度。16. -種通過燒結(jié)由權(quán)利要求9的方法產(chǎn)生的工件而產(chǎn)生的物品。17. 如權(quán)利要求16所述的物品，其中所述微粒在所述燒結(jié)后大致沒有粘合劑。18. 如權(quán)利要求16所述的物品，其中所述微粒大致沒有所述非晶態(tài)合金。19. 如權(quán)利要求16所述的物品，其中所述物品包括所述非晶態(tài)合金。20. 如權(quán)利要求16所述的物品，其中所述物品具有至少約99 %的密度。21. 如權(quán)利要求16所述的物品，其中所述微粒具有至少約500HV的硬度。22. 如權(quán)利要求16所述的物品，其中所述物品是以下中的至少一個(gè):醫(yī)學(xué)組件、矯正組 件、汽車組件、電子設(shè)備組件、電信設(shè)備組件、航空航天組件、槍械組件、眼鏡組件、牙科組 件、體育用品組件、栗組件、齒輪組件、鉸鏈組件、刀或刀口、切器的切削刃、套管組件和海洋
【文檔編號】C22C45/00GK106062234SQ201480071375
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年10月20日
【發(fā)明人】C·P·金, J·康
【申請人】格爾登知識產(chǎn)權(quán)有限公司