專利名稱：金屬玻璃體、其制造方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微晶均勻地分散在試樣全體中的金屬玻璃體、該金屬玻璃體的制造方法及其裝置，更詳細地說，涉及通過賦予熔融金屬以電磁振蕩力同時進行凝固可制造具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的金屬玻璃體的新的金屬玻璃體的制造方法、由該方法得到的新的金屬玻璃體及其制造方法。本發(fā)明提供在歷來必須有極大的急冷速度的金屬玻璃的制造技術(shù)的領(lǐng)域中，用不依存于冷卻速度的方法實現(xiàn)提供作為輕量、高強度、具有高功能性的結(jié)構(gòu)材料而迫切期待的金屬玻璃的大量生產(chǎn)化和高質(zhì)量的金屬玻璃體的新技術(shù)。
背景技術(shù)：
一般，金屬玻璃被期待應(yīng)用于例如微型機械用超精密構(gòu)件和精密機械部件、科里奧里流量計、壓力傳感器、直線運動促動器(lineractuator)等的高精度測定機器的功能構(gòu)件等中，此外，例如也迫切期待對于飛機和汽車作為輕量、高強度的結(jié)構(gòu)材料、發(fā)揮高功能的材料。歷來，為了制造金屬玻璃，必須使合金熔液以某一臨界的冷卻速度或其以上的冷卻速度進行急冷(專利文獻1～2)。合金熔液在不急冷的場合不能形成金屬玻璃而形成金屬結(jié)晶。因此，為了使金屬玻璃可以作為應(yīng)用于各種部件的實用材料而使用，必須開發(fā)即使不急冷也不會形成結(jié)晶的技術(shù)。但是，至今也沒有急冷方法以外的工藝。因此其現(xiàn)狀是，為了使冷卻速度的影響小，通過控制合金元素及其含量、按照即使盡可能使冷卻速度慢也能夠得到金屬玻璃那樣制造金屬玻璃(專利文獻3～4)。
但是，在依賴于急冷法的制造方法中，為了得到金屬玻璃，根據(jù)合金系而必需非常大的急冷速度，即使對不是那樣的合金系，也必須是規(guī)定的急冷，因而就限制了得到的構(gòu)件的尺寸，存在根據(jù)合金系不能制造太大尺寸構(gòu)件的問題。因此，為了使金屬玻璃可以作為各種構(gòu)件而適用，有必要用不依存于急冷速度的方法可以制造，并且由該方法可以制造作為部件所具有的大小程度的金屬玻璃體，迫切要求在該技術(shù)領(lǐng)域中開發(fā)可以使上述情況成為可能的新的技術(shù)。
專利文獻1特開2001-62548號公報專利文獻2特開2000-271730號公報專利文獻3特開2000-256812號公報專利文獻4特開平11-131199號公報發(fā)明內(nèi)容在這樣的狀況下，本發(fā)明人鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)，以開發(fā)不依存于冷卻速度的工藝而可以制造金屬玻璃的新的技術(shù)作為目標、反復(fù)銳意研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過賦予熔融金屬以電磁振蕩力就可以達成所期望的目的，進一步反復(fù)研究，直至完成本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于，提供利用電磁振蕩力提高金屬玻璃形成能力的方法和利用該方法制造金屬玻璃的方法及裝置。另外，本發(fā)明的目的還在于，提供與由歷來的急冷凝固生成的金屬玻璃的組織結(jié)構(gòu)本質(zhì)不同的具有特定的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的新的金屬玻璃體。本發(fā)明的目的還在于，提供由上述方法制造輕量、高強度、具有高功能性的金屬玻璃構(gòu)件及制品。
用于解決上述課題的本發(fā)明是用不依存于冷卻速度的方法制作的金屬玻璃體，是以具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)作為特征的金屬玻璃體。該金屬玻璃體優(yōu)選的實施方式是(1)微晶具有被控制在毫微級至微級范圍內(nèi)的大小，(2)金屬是具有玻璃形成能力的合金系，(3)是由規(guī)定組成的微晶和金屬玻璃單相構(gòu)成的復(fù)合材料，(4)微晶的組成由選擇合金組成控制。另外，本發(fā)明的金屬玻璃制品，其特征是包括上述金屬玻璃體。該金屬玻璃制品優(yōu)選的實施方式是制品具有高功能性，制品是結(jié)構(gòu)構(gòu)件。另外，本發(fā)明是一種金屬玻璃體的制造方法，其特征在于，通過賦予熔融金屬以電磁振蕩力同時進行凝固而制造單相的金屬玻璃或者具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的金屬玻璃體。該方法優(yōu)選的實施方式是(1)同時外加直流磁場和交流電場而產(chǎn)生電磁振蕩、作用于熔融金屬、制造金屬玻璃體，(2)在特定的電流頻帶內(nèi)(100Hz或其以上)、在發(fā)生電磁振蕩下制造金屬玻璃體，(3)在特定的磁場強度內(nèi)(1特斯拉或其以上)、在發(fā)生電磁振蕩下制造金屬玻璃體，(4)通過增加電流頻率提高金屬玻璃形成能力，(5)通過在凝固前的液體狀態(tài)下外加電磁振蕩而提高金屬玻璃的形成能力，(6)縮短外加電磁振蕩后的無振蕩保持時間，(7)通過增加電磁振蕩的外加電流強度提高金屬玻璃的形成能力，(8)金屬是具有玻璃形成能力的合金系，(9)通過選擇合金組成、調(diào)整電磁振蕩力條件和/或溫度條件而制造由金屬玻璃的功能性和取決于微晶的強度、韌性、抗斷裂性這些性質(zhì)得到控制的復(fù)合材料。另外，本發(fā)明是一種金屬玻璃體的制造裝置，其特征在于，具備試樣金屬材料的保持容器、該金屬材料的加熱熔融設(shè)備、電磁振蕩發(fā)生及外加設(shè)備、冷卻熔融金屬的冷卻設(shè)備、溫度計測及控制設(shè)備，賦予熔融金屬以電磁振蕩力的同時使其凝固，生成金屬玻璃。該設(shè)備優(yōu)選的實施方式是電磁振蕩發(fā)生設(shè)備優(yōu)選超導(dǎo)磁體。
以下更詳細地說明本發(fā)明。
本發(fā)明的特征在于，通過賦予熔融金屬以電磁振蕩力同時進行凝固，制造金屬玻璃及提供由該方法制作的具有特定的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的新的金屬玻璃體。在本發(fā)明中優(yōu)選以容易金屬玻璃化的金屬及合金作為對象，本發(fā)明適用于具有玻璃形成能力的全部合金系，例如可以例示出鎂基合金、鐵基合金等，但是不限于此，只要是可金屬玻璃化，對其種類就不作限定。作為鎂系，例如可以例示出Mg65Y10Ca25(Y0～30、Cu0～40)，作為鐵系，可以例示出(Fe0.6Co0.4)72Si4B20Nb4。作為其它的具體例，在鎂系中可以例示出Mg-Ca、Mg-Ni、Mg-Cu、Mg-Zn、Mg-Y、Mg-Ca-Al、Mg-Ca-Li、Mg-Ni-La、Mg-Cu-La、Mg-Cu-Y、Mg-Ni-Y、Mg-Cu-Ce、Mg-Cu-Nd、Mg-Zn-Si、Mg-Al-Zn、Mg-Ni-Si、Mg-Cu-Si、Mg-Ca-Si、Mg-Ni-Ge、Mg-Cu-Ge、Mg-Zn-Ge等，在鐵系中可以例示出(Fe0.8Co0.2)74Si4B20Nb2、Fe-Al-P、Fe-Al-C、Fe-Al-B、Fe-Si-B-Nb、Fe-Si-B-Zr、(Fe0.775Si0.10B0.125)98Nb2、(Fe0.75Si0.10B0.15)99Zr1、(Fe0.75Si0.10B0.15)96Nb4、Fe-Co-Ni-P-C-B、Fe-Si-B、Fe-P-C、Fe-Co-Si-B、Fe75Si10B15、Fe72Si6B18Nb4、Fe70Si4B20Nb6、Fe68Si4B20Nb8、Fe70Si4B20Nb6、Fe68Si4B20Nb8。作為鎂系、鐵系以外的合金系，可以例示出La(鑭)系、Zr(鋯)系、Pd(鈀)系、Co(鈷)系、Ni(鎳)系、Ti(鈦)系、Al(鋁)系、Cu(銅)系、Nd(釹)系、Pr(鐠)系、Pt(鉑)系。另外，在本發(fā)明中，作為電磁振蕩力使用由同時外加直流磁場和交流磁場而產(chǎn)生的電磁振蕩力，但是不限于此，只要與此同效就可以同樣使用。本發(fā)明的主要特征在于，為了可以用不依存于冷卻速度的方法制造金屬玻璃，通過同時并用直流磁場和交流電場產(chǎn)生電磁振蕩力，在該條件下使熔融金屬凝固。
另外，在本發(fā)明中可以通過增加電流頻率提高金屬玻璃形成能力。另外，在本發(fā)明中，通過在凝固前的液體狀態(tài)下外加電磁振蕩和在液體狀態(tài)下縮短電磁振蕩停止時間、即通過在液體狀態(tài)下使外加電磁振蕩后的無振蕩保持時間縮短，容易形成、制造金屬玻璃。另外，通過由電磁振蕩的外加電流強度的增加產(chǎn)生的電磁振蕩力的增加，可以提高金屬玻璃的形成能力。由歷來的急冷凝固法制作的金屬玻璃的組織結(jié)構(gòu)由單相的玻璃相構(gòu)成，但是由本發(fā)明的方法制作的金屬玻璃體的組織結(jié)構(gòu)具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的結(jié)構(gòu)，由于在這點上兩者本質(zhì)地不同，所以通過確認這些金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)，就可以將本發(fā)明的金屬玻璃體與由現(xiàn)有方法制造的金屬玻璃明確地區(qū)別(判別)開來。這樣，由本發(fā)明的方法制作的金屬玻璃體具有由現(xiàn)有方法的金屬玻璃中所沒有的特定的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，例如將試樣金屬材料固定在保持容器內(nèi)，通過例如由外部加熱器使其加熱熔化后，由超導(dǎo)磁體等以規(guī)定的時間外加電磁振蕩，同時由冷卻手段進行冷卻、凝固，形成金屬玻璃體。此時，作為電磁振蕩力，例如可以例示出磁場為2～10T、電磁振蕩電流為3～10A、電磁振蕩頻率為100～5000Hz，但是可以根據(jù)金屬材料的種類等任意地設(shè)定為最佳條件。
在由現(xiàn)有的急冷凝固的方法中，試樣的尺寸大時，試樣的表面部分和內(nèi)部其冷卻速度產(chǎn)生不同，微晶不可能均勻分散在試樣全體中，但是在本工藝中，由于在發(fā)生電磁振蕩下形成金屬玻璃，所以通過電磁振蕩表面部分和內(nèi)部的冷卻速度相同，微晶可以均勻地分散在試樣的全體中。也就是說，在本發(fā)明中，由于可以將電磁振蕩力作用于構(gòu)成金屬玻璃體的以液體狀態(tài)存在的一個個金屬原子上，所以由液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)而凝固時，可以抑制原子進行排列、進行修改，保持液體狀態(tài)的配置，照原樣轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)。藉此，可以得到具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組成結(jié)構(gòu)體的金屬玻璃體。
另外，在本發(fā)明中，由于通過電磁振蕩條件(電流頻率、電磁振蕩力等)可以控制金屬玻璃的形成能力，所以就可以將微晶的大小控制在毫微級至微級范圍內(nèi)，藉此可以制造、提供具有微晶被控制在毫微級至微級范圍內(nèi)的大小的上述金屬玻璃體。另外，在本發(fā)明的金屬玻璃體中，分散的微晶可以是通過選擇合金組成而使任意的組成成分的微晶分散。均勻分散了規(guī)定組成的微晶的金屬玻璃適宜作為比金屬玻璃單體發(fā)揮更高強度的復(fù)合材料使用。作為本發(fā)明的金屬玻璃體的制造裝置例示的上述裝置的特征在于以試樣的保持容器、金屬材料的加熱熔融設(shè)備、電磁振蕩發(fā)生及外加設(shè)備、冷卻熔融金屬的冷卻設(shè)備、溫度計測及控制設(shè)備作為構(gòu)成要素的金屬玻璃體制造裝置；其電磁振蕩發(fā)生裝置是超導(dǎo)磁體，但是不限于此，另外，在本發(fā)明中上述各設(shè)備的具體構(gòu)成可以任意地設(shè)計。
本發(fā)明的特征在于，通過賦予熔融金屬以電磁振蕩同時進行凝固，用不依存于冷卻速度的方法制造金屬玻璃。在本發(fā)明中，通過賦予熔融金屬以電磁振蕩力同時進行凝固制造具有毫微級至微級的微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的金屬玻璃體。此時，通過調(diào)整電磁振蕩力的條件和溫度條件，可以生成控制在毫微級至微級范圍內(nèi)的微晶，通過調(diào)整冷卻速度，也可以生成單相的金屬玻璃。在現(xiàn)有的急冷凝固法中，制造單相的金屬玻璃后、再使其進行熱處理、析出微晶而可以生成微晶，由于對其必須采用其它途徑的熱處理工序，所以工序復(fù)雜，而在本發(fā)明中無須這樣的熱處理工序。
本發(fā)明的方法適用于全部具有玻璃形成能力的合金系，此時，通過選擇合金的組成和進而調(diào)整微晶的大小，可以制作由微晶產(chǎn)生的高強度、高韌性等的性質(zhì)與金屬玻璃的固有的功能復(fù)合化的復(fù)合材料。也就是說，在本發(fā)明的復(fù)合材料中，例如通過選擇微晶的組成、大小及微晶的量，可以調(diào)整強度、韌性、抗斷裂性等，另外，通過選擇玻璃相，例如可以調(diào)整耐腐蝕性、磁特性、耐熱性等功能性，而且可以在一步工序中實施它們。由本發(fā)明的方法得到的金屬玻璃體的組織結(jié)構(gòu)被定義為具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)或者具有毫微級或微級晶以網(wǎng)格狀均勻地分散在全部玻璃相中的組織結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的金屬玻璃體根據(jù)需要，例如在作為玻璃穩(wěn)定溫度區(qū)域的過冷卻液體區(qū)域內(nèi)被加工成規(guī)定形狀、結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，可以作為具有相同組織結(jié)構(gòu)的金屬玻璃構(gòu)件而制品化。
根據(jù)本發(fā)明可以起到以下特別的效果(1)可以提供具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的金屬玻璃體，(2)可以通過賦予熔融金屬以電磁振蕩力而提高金屬玻璃形成能力，(3)可以用不依存于冷卻速度的方法制造上述金屬玻璃體，(4)可以制造輕量、高強度的金屬構(gòu)件，(5)得到的構(gòu)件的大小不受限制，可以制作大型尺寸的構(gòu)件，(6)通過金屬玻璃形成能力的提高，可以擴大適用金屬材料的范圍，(7)由于現(xiàn)有金屬玻璃的制法依存于冷卻速度，所以不能得到大體積狀的原材料，而用本工藝，由于難以受到冷卻速度的影響，所以可以得到大體積狀的原材料，(8)藉此，至今只能作為小的形狀的制品、即微型機械的部件或傳感器一類的微小部件等利用的金屬玻璃可以作為一般的結(jié)構(gòu)材料而利用，(9)本發(fā)明的金屬玻璃體，具體地說，可以被利用于例如運輸機器中的汽車車輪部分的部件(上桿(upper arm)、下桿(lower arm)等)、發(fā)動機周圍的氣閥的彈簧等可動部件、飛機的支撐桿套(strut cover)等部件，信息電子機器中例如收納箱、散熱器等。


圖1表示由電磁振蕩力導(dǎo)致的表現(xiàn)相的變化。
圖2表示由電磁振蕩力導(dǎo)致的XRD圖的變化。
圖3表示由電流頻率導(dǎo)致的表現(xiàn)相的變化。
圖4表示由電磁振蕩導(dǎo)致的表現(xiàn)相的變化。
圖5表示鐵系合金的電磁振蕩效果。
圖6表示電流頻率對鎂合金粗細(4mmΦ)的影響。
圖7表示由急冷凝固法和電磁振蕩法得到的金屬玻璃的組織結(jié)構(gòu)。
圖8表示由急冷凝固法和電磁振蕩法得到的金屬玻璃的組織結(jié)構(gòu)。
圖9表示凝固前的液體狀態(tài)下的外加電磁振蕩時間的效果。
圖10表示液體狀態(tài)下的外加電磁振蕩后的無振蕩保持時間的影響。
圖11表示電磁振蕩的外加電流強度的效果。
具體實施例方式
以下根據(jù)實施例具體說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于以下實施例。
實施例1在本實施例中說明保持容器使用Mo箔的電磁振蕩工藝。
1)方法制作保持容器使用Mo箔的電磁振蕩賦予機構(gòu)，將作為試樣的Mg65Y10Cu25(2Φ、12mm)合金放入該保持容器中，用外部加熱器將其加熱，在550℃、2分鐘下熔化后外加10秒鐘電磁振蕩，外加電磁振蕩的同時通過噴水進行水冷卻，研究電磁振蕩力對金屬玻璃形成能力的影響。
2)結(jié)果其結(jié)果可以判明，如圖1(a)的組織照片和圖2(a)的XRD圖所示，在以電磁振蕩電流為5A、1000Hz、磁場為10T外加電磁振蕩的條件下，得到金屬玻璃單相。
使磁場成為1T而使電磁振蕩力弱時，如圖1(b)組織照片所示，金屬玻璃相大幅度減少，觀察到大量結(jié)晶相的核。另外，在圖2(b)的XRD圖中，除了金屬玻璃相的寬峰以外，可以觀察到來自結(jié)晶相的尖銳的峰。使磁場成為0T而不外加電磁振蕩力時，如圖1(c)的組織照片所示，只能觀察到粗大的結(jié)晶相，另外在圖2(c)的XRD圖中，只能觀察到來自結(jié)晶相的尖銳的峰。由此可以判明，電磁振蕩力可以提高金屬玻璃形成能力。
實施例2在本實施例中說明保持容器使用氧化鋁管的電磁振蕩工藝。
1)方法保持容器使用比Mo箔的冷卻速度慢的氧化鋁管(外徑3Φ、內(nèi)徑2Φ)，將作為試樣的Mg65Y10Cu25(2Φ、12mm)合金放入該保持容器中，用外部加熱器將其加熱，在550℃、2min下熔化后外加10秒鐘電磁振蕩，外加電磁振蕩的同時通過噴水進行水冷，研究保持容器使用冷卻速度更慢的氧化鋁管的場合電磁振蕩力對金屬玻璃形成能力的影響。
2)結(jié)果圖3表示將電磁振蕩力固定在磁場為10T、電磁振蕩電流為5A、使電磁振蕩頻率變化為100Hz、1000Hz、5000Hz時的組織照片。如圖3(a)所示，電磁振蕩頻率為100Hz時，不能觀察到金屬玻璃相，只能觀察到結(jié)晶相。如圖3(b)所示，電磁振蕩頻率為1000Hz時，在金屬玻璃相中觀察到大量的結(jié)晶相的核。另外由圖3(c)可以判明，電磁振蕩頻率為5000Hz時，得到金屬玻璃單相。由此可以判明，電磁振蕩頻率越高，使金屬玻璃形成能力提高的能力越高。
圖4表示將電磁振蕩電流固定為5A、5000Hz、通過使磁場變化為10T、5T、2T而變化電磁振蕩力時的組織照片的變化。如圖4(a)所示，磁場為10T時，得到金屬玻璃單相，如圖4(b)所示，即使磁場成為5T而電磁振蕩力減弱，也能夠得到金屬玻璃單相，但是使磁場成為2T進一步減弱電磁振蕩力時，如圖4(c)的組織照片所示，金屬玻璃相大幅度減少、觀察到大量的結(jié)晶相的核，由此可以判明出現(xiàn)了結(jié)晶相。因此明顯看出，電磁振蕩力可以提高金屬玻璃形成能力。
實施例3本實施例進行Mg系以外的合金系的效果的確認。
1)方法為了確認即使對除了Mg65Y10Cu25合金以外的金屬材料該工藝也是有效的，對比Mg合金的熔點高800℃左右的(Fe0.6Co0.4)72Si4B20Nb4合金進行同樣的實驗，確認本工藝的效果。電流頻率的范圍是10Hz或其以上，磁場強度的范圍是1特斯拉或其以上、電流強度的范圍是1×106A/m2或其以上。
2)結(jié)果其結(jié)果如圖5所示可以明顯看出，在不外加電磁振蕩的場合，生成許多以黑色識別的結(jié)晶，在外加電磁振蕩(5A、5000Hz、10T)的場合，結(jié)晶減少，促進了玻璃化。由此可以明白，即使對于鎂系合金以外的金屬材料，由電磁振蕩工藝生成金屬玻璃也是有效的。
實施例4本實施例研究Mg系合金中的由增加電流頻率產(chǎn)生的金屬玻璃形成能力的提高。
1)方法調(diào)查電流頻率(5000Hz、50000Hz)對Mg65Y10Cu25合金的由電磁振蕩(20A、10T)產(chǎn)生的玻璃化難易程度的影響。
2)結(jié)果用Φ4mm的試樣比Φ2mm的試樣其直徑是其2倍，由于冷卻速度變慢，所以難以玻璃化。但是，即使在這樣的場合下，如圖6所示，可以明顯看出，在利用電磁振蕩力的工藝中，通過增加電流頻率容易玻璃化。由此表明，在用由電磁振蕩工藝生成金屬玻璃的方法中，用電磁振蕩力或電磁振蕩頻率可以抵消由冷卻速度造成的影響。
實施例5
本實施例研究與急冷凝固材料的組織結(jié)構(gòu)的不同。
1)方法用高分辨率FE-TEM(電解放射性透視電子顯微鏡)解析兩種玻璃的結(jié)構(gòu)，確認晶格像。
2)結(jié)果其結(jié)果可以判明，兩者有所不同。其不同點在于，由現(xiàn)有的急冷凝固法生成的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)由單相的玻璃相構(gòu)成，而由本發(fā)明工藝制成的金屬玻璃體的組織結(jié)構(gòu)具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)。由于通過確認該組織就可以確認由本發(fā)明的工藝制成的金屬玻璃體，所以通過利用該方法可以容易地將本發(fā)明的金屬玻璃體和由現(xiàn)有的急冷凝固法制成的金屬玻璃區(qū)別(判別)開來。也就是說，由本發(fā)明的工藝得到的金屬玻璃體的特征是具有微晶均勻分散的金屬玻璃結(jié)構(gòu)。圖7表示微晶形成網(wǎng)格狀而均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃體組織結(jié)構(gòu)。圖8表示微級的微晶均勻分散的金屬玻璃體的一例。
實施例6本實施例研究在凝固前的液體狀態(tài)下的電磁振蕩外加時間的效果。
1)方法研究水冷凝固開始前在加熱度約100℃的熔融狀態(tài)下外加電磁振蕩(5A、5000Hz、10T)的時間對Mg65Y10Cu25合金的玻璃化難易程度的影響。
2)結(jié)果該結(jié)果如圖9所示，水冷前電磁振蕩外加時間是0秒時，伴隨其后的冷卻幾乎完全結(jié)晶化。電磁振蕩外加時間為2.5秒時，雖生成結(jié)晶，但是其量非常少。電磁振蕩外加時間是10秒時，完成不發(fā)生結(jié)晶化而完全成為金屬玻璃。由此明白，增加在凝固前的液體狀態(tài)下的電磁振蕩外加時間可以提高金屬玻璃的形成能力。
實施例7
本實施例研究在液體狀態(tài)下的外加電磁振蕩后的無振蕩保持時間的影響。
1)方法研究在加熱度約100℃的熔融狀態(tài)下外加10秒鐘電磁振蕩(5A、5000Hz、10T)、其后水冷直至凝固開始的期間內(nèi)不賦予電磁振蕩的停止時間對Mg65Y10Cu25合金的玻璃化難易程度的影響。
2)結(jié)果該結(jié)果如圖10所示，停止時間為1秒時，伴隨其后的水冷稍微生成結(jié)晶。停止時間為9秒時，水冷時的結(jié)晶生成量增加相當多。停止時間為60秒時，水冷時幾乎完全結(jié)晶化。因此可以明白，液體狀態(tài)下的外加電磁振蕩后的無振蕩保持時間越長，金屬玻璃形成能力越低。
實施例8本實施例研究電磁振蕩的外加電流強度的效果。
1)方法調(diào)查在過熱度約100℃的熔融狀態(tài)下外加10秒鐘電磁振蕩(0～10A、5000Hz、10T)、接著通過水冷開始凝固、其后繼續(xù)電磁振蕩(0～10A、5000Hz、10T)10秒時的由電流變化造成的電磁振蕩力對Mg65Y10Cu25合金的玻璃化難易程度的影響。
2)結(jié)果該結(jié)果如圖11所示，可以明白，由電流強度的增加造成的電磁振蕩力的增加可以提高金屬玻璃的形成能力。
如以上詳述那樣，本發(fā)明涉及金屬玻璃體、其制造方法及其裝置，本發(fā)明可以提供具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的新的金屬玻璃體。過去，由于金屬玻璃的制法依存于冷卻速度，所以不能得到大體積狀的原材料，但是通過本工藝，由于難以受到冷卻速度的影響，所以可以得到大體積狀的原材料。本發(fā)明的金屬玻璃體可以利用于例如微型機械用的超精密構(gòu)件和精密機械構(gòu)件、科里奧里流量計、壓力傳感器、直線運動執(zhí)行元件等的高精度測定機器的功能構(gòu)件等中，另外可以作為相對于飛機和汽車等是輕量、高強度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件而利用。本發(fā)明的作用在于，通過電磁振蕩提高了玻璃形成能力，可以提供作為輕量、高強度、高功能性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件、高功能性構(gòu)件而迫切期待的金屬玻璃制品的大量生產(chǎn)化技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種金屬玻璃體，是用不依存于冷卻速度的方法制作的金屬玻璃體，其特征在于，具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃體，其特征在于，微晶具有被控制在毫微級至微級范圍內(nèi)的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃體，其特征在于，金屬是具有玻璃形成能力的合金系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬玻璃體，其特征在于，是由規(guī)定組成的微晶和金屬玻璃單相構(gòu)成的復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬玻璃體，其特征在于，微晶的組成由選擇合金組成來控制。
6.一種金屬玻璃制品，其特征在于，由權(quán)利要求1～5的任一項所述的金屬玻璃體構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬玻璃制品，其特征在于，制品是高功能性構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬玻璃制品，其特征在于，制品是結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
9.一種金屬玻璃體的制造方法，其特征在于，通過賦予熔融金屬以電磁振蕩力的同時進行凝固而制造單相的金屬玻璃或者具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的金屬玻璃體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，同時外加直流磁場和交流電場而產(chǎn)生電磁振蕩，作用于熔融金屬制造金屬玻璃體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在特定的電流頻帶內(nèi)(100Hz或其以上)、在發(fā)生電磁振蕩下制造金屬玻璃體。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在特定的磁場強度內(nèi)(1特斯拉或其以上)、在發(fā)生電磁振蕩下制造金屬玻璃體。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過增加電流頻率提高金屬玻璃形成能力。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過在凝固前的液體狀態(tài)下外加電磁振蕩而提高金屬玻璃的形成能力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，縮短外加電磁振蕩后的無振蕩保持時間。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過增加電磁振蕩的外加電流強度提高金屬玻璃的形成能力。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，金屬是具有玻璃形成能力的合金系。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，通過選擇合金組成、調(diào)整電磁振蕩力條件和/或溫度條件，制造金屬玻璃的功能性和取決于微晶的強度、韌性和/或抗斷裂性這些性質(zhì)得到控制的復(fù)合材料。
19.一種金屬玻璃體的制造裝置，其特征在于，具備試樣金屬材料的保持容器、該金屬材料的加熱熔融設(shè)備、電磁振蕩發(fā)生及外加設(shè)備、冷卻熔融金屬的冷卻設(shè)備、溫度計測及控制設(shè)備，賦予熔融金屬以電磁振蕩的同時使其凝固，生成金屬玻璃。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，電磁振蕩發(fā)生設(shè)備是超導(dǎo)磁體。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬玻璃體、其制造方法及其裝置，本發(fā)明涉及具有微晶均勻地分散在全部玻璃相中的特定的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的金屬玻璃體；通過賦予熔融金屬以電磁振蕩的同時進行凝固生成金屬玻璃，此時同時外加直流磁場和交流電場而產(chǎn)生電磁振蕩、作用于熔融金屬而制造上述金屬玻璃體的金屬玻璃體制造方法及金屬玻璃體的制造裝置。通過本發(fā)明可以提供作為輕量、高強度、高功能性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件而期待的金屬玻璃構(gòu)件的可大量生產(chǎn)化的新的金屬玻璃體的制造方法及由該方法得到的具有新的金屬玻璃組織結(jié)構(gòu)的金屬玻璃體。
文檔編號B22D27/02GK1856586SQ200480027769
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者三輪謙治, 田村卓也 申請人:獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所