发明公布-201280015352.3-通过快速电容器放电进行的金属玻璃的注射成型

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(19)中华人民共和国国家知识产权局
CN103443321A
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 103443321 A
(43)申请公布日 2013.12.11
(21)申请号 201280015352.3
(22)申请日 2012.02.15
(30)优先权数据
61/443,596 2011.02.16 US
(85)PCT申请进入国家阶段日
2013.09.26
代理人杨国权
(51)Int.Cl.
C22F 1/00 (2006.01)
C21D 1/34 (2006.01)
C21D 11/00 (2006.01)
C22C 45/00 (2006.01)
(86)PCT申请的申请数据
PCT/US2012/025201 2012.02.15
(87)PCT申请的公布数据
WO2012/112656 EN 2012.08.23
(71)申请人加利福尼亚技术学院
地址美国加利福尼亚州
(72)发明人 M·D·黛米里乌 J·P·施拉姆
G·卡腾波克 W·L·约翰逊
(74)专利代理机构中国国际贸易促进委员会专
利商标事务所 11038
(54) 发明名称
通过快速电容器放电进行的金属玻璃的注射
(57) 摘要
CN 103443321 A
本发明提供了用于使用快速电容器放电形成
（RCDF）工具对磁性金属玻璃均匀加热、流变软化
并使其快速地热塑性形成为净形的装置和方法。
RCDF 方法利用存储于电容器内的电能的放电在
几毫秒或更短的时间量级内将金属玻璃合金的样
品或炉料均匀快速地加热到在非晶材料的玻璃化
转变温度与合金的平衡熔点之间的预定“加工温
度”。一旦样品被均匀地加热，使得整个样品块具
有足够低的加工粘度，就可以经由包括例如注射
成型、动态锻造、冲压锻造、薄板形成和吹塑成型
的众多技术在小于 1 秒的时间范围内使其成形为
高质量的非晶块体物品。
权利要求书3页
权利要求书
3 页说明书18页
说明书 18 页附图19页
附图 19 页
CN 103443321 A
权利
1/3 页
<ol>
<li>一种快速电容器放电注射成型装置，包括：</li>
</ol>
非晶金属样品，所述样品具有基本上均匀的截面；
电能源；
用于将所述电能源与所述非晶金属样品互连的至少两个电极；
可相对所述样品移动的至少一个柱塞；
压注力发生器，它相对所述至少一个可移动柱塞布置，使得压注力能通过所述可移动
柱塞施加于样品；
注射成型模具，它被形成为两个协作的半部，使得当协作的半部被合到一起时，它们结
合以包含：
电绝缘的给料通道，被配置用于接纳样品并且将所述样品放置为与所述至少两个电极
电连接，使得在所述电极与所述样品之间形成充分紧密的连接，并且与所述至少一个柱塞
机械连接，使得所述压注力被传递给所述样品，
用于使所述样品形成为期望形状的并且使所述样品充分冷却的导热型模，以及
形成所述给料通道与所述型模之间的流体互连的至少一个导热流道；
其中所述电能源能够产生并释放的电能量足以将整个样品均匀地加热到在非晶材料
的玻璃化转变温度与平衡熔点之间的加工温度；
其中所述压注力发生器能够通过所述至少一个可移动柱塞施加的压注力足以驱使所
述受热样品通过所述流道进入所述型模，以在其内形成净形物品。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，还包括用于将所述型模加热到在非晶金属的玻璃化转</li>
</ol>
变温度处或附近的温度的温度可控的加热元件。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述非晶金属具有不随温度增加的电阻率。</li>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述样品的温度按照至少 500K/sec 的速度增加。</li>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述非晶金属具有不大于大约 1×10-4℃ -1 的每单</li>
</ol>
位温度变化的电阻率相对变化 S 以及在大约 80 和 300μΩ-cm 之间的室温下的电阻率 ρ0。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述电能量为至少大约 100J，并且电流脉冲的上</li>
</ol>
升时间为在大约 1μs 和 100ms 之间。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述加工温度在非晶材料的玻璃化转变温度与合</li>
</ol>
金的平衡熔点之间的中点附近。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述加工温度使得受热非晶金属的粘度为从大约</li>
</ol>
1 到 104Pa-sec。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述样品是基本上无缺陷的。</li>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述电极材料从如下的组中选择，该组包括：</li>
</ol>
Cu、
Ag、Ni、铜 - 铍合金、或者含有至少 95at% 的 Cu、Ag 或 Ni 之一的合金。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述柱塞由选自如下组的材料形成，该组包括</li>
</ol>
Cu、Ag、Ni、铜 - 铍合金、含有至少 95at% 的 Cu、Ag 或 Ni 之一的合金、Ni 合金、钢、玻璃陶瓷、
氧化钇稳定化的氧化锆和细粒度的氧化铝。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中将所述电能量的释放与所述至少一个电极的运</li>
</ol>
动同步。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述金属玻璃给料由选自如下组的合金制成，该</li>
</ol>
CN 103443321 A
权利
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组包括基于 Zr 的、基于 Ti 的、基于 Cu 的、基于 Ni 的、基于 Al 的、基于 Fe 的、基于 Co 的、基
于 Mg 的、基于 Ce 的、基于 La 的、基于 Zn 的、基于 Ca 的、基于 Pd 的、基于 Pt 的和基于 Au 的。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中至少一个电极充当所述至少一个柱塞。</li>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述金属玻璃给料的形式为圆柱形棒。</li>
<li>根据权利要求 15 所述的装置，其中所述圆柱形金属玻璃给料棒的直径在 2mm 和</li>
</ol>
15mm 之间。
<ol>
<li>根据权利要求 15 所述的装置，其中所述圆柱形金属玻璃给料棒的长度是所述棒直</li>
</ol>
径的至少两倍大。
<ol>
<li>根据权利要求 15 所述的装置，其中所述电极同样是圆柱形的，并且其中所述电极</li>
</ol>
的直径与所述圆柱形金属玻璃给料棒的直径相同。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述电绝缘给料通道由展示出至少 3MPa m1/2 的</li>
</ol>
断裂韧度的材料制成。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述电绝缘给料通道包括可加工陶瓷或增韧陶</li>
</ol>
瓷之一。
<ol>
<li>根据权利要求 20 所述的装置，其中所述绝缘给料通道由包含玻璃陶瓷、氧化钇稳</li>
</ol>
定化的氧化锆或细粒度的氧化铝的材料制成。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述电绝缘给料通道具有与所述金属玻璃给料</li>
</ol>
和电极的形状协作的形状，并且被做成使得所述金属玻璃给料与电极在所述通道内紧密匹
配的尺寸。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，</li>
</ol>
其中所述型模由展示出至少 10W/m2K 的热导率的材料
制成。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述型模包含选自如下组的材料，该组包括铜、</li>
</ol>
黄铜、工具钢、氧化铝、氧化钇稳定化的氧化锆或者它们的组合。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，还包括布置于所述至少一个流道与所述型模之间的</li>
</ol>
至少一个浇口。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述源包括与硅控整流器串行连接的电容器组。</li>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中在所述电能量释放之后所述金属玻璃给料内的</li>
</ol>
温度偏差在所述受热给料的平均温度的 10% 以内。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中施加于所述受热的金属玻璃给料的力在 100N 和</li>
</ol>
1000N 之间。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中施加于所述受热的金属玻璃给料的压力在 10MPa</li>
</ol>
和 100MPa 之间。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中压注力发生器选自如下组，该组包括气动驱动</li>
</ol>
器、液压驱动器、磁力驱动器，或者它们的组合。
<ol>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述压注力随时间改变。</li>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述至少一个可移动柱塞的运动随时间改变。</li>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述压注力在所述电能量的释放之后施加。</li>
<li>根据权利要求 1 所述的装置，其中所述压注力在所述电能量的释放完成之后施加。</li>
<li>根据权利要求 1</li>
</ol>

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