CN103635270B - 热熔接合方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一个实施例中提供了一种方法，包括：提供第一部件，该第一部件包括突起部分，其中突起部分包括至少部分为非晶质的合金；提供第二部件，该第二部件包括开口；将第二部件布置在第一部件近旁，使得突起部分贯穿开口；以及在第一温度下将突起部分和开口相配合以将突起部分塑形为接合第一部件和第二部件的互锁装置。

Description

热熔接合方法及装置
特此通过引用将本说明书中引述的所有公布、专利和专利申请全部并入。
背景技术
在多种金属系统中制作了块体固化非晶质合金(bulk-solidifying amorphous alloy)。它们一般是通过从熔融温度以上淬火到环境温度来制备的。一般地，实现非晶质结构需要较高的冷却速率，例如大约105℃/秒。可以冷却块体固化合金以避免结晶、从而在冷却期间实现并维持非晶质结构的最低速率被称为合金的“临界冷却速率”。为了实现高于临界冷却速率的冷却速率，必须从样本中提取热量。从而，从非晶质合金制成的物品的厚度经常变成限制性尺寸，其一般被称为“临界(铸件)厚度”。非晶质合金的临界厚度可在考虑到临界冷却速率的情况下通过热流计算来获得。
接合不同的结构组件的传统方法包括焊接(soldering)、熔焊(welding)或利用紧固件来机械紧固。然而，焊接和熔焊一般需要在非常高的温度下执行，这经常导致对被接合的部件的损坏。另外，一般来说，焊接在用于接合化学上不相似的组件时变得无效。当要接合具有低软化温度的组件时，这些挑战可变得尤其加重。
从而，需要开发接合不同结构组件的方法，而没有诸如焊接和熔焊之类的传统接合方法的困难之处。
发明内容
一个实施例提供了一种方法，包括：提供第一部件，该第一部件包括突起部分，其中突起部分包括至少部分为非晶质的合金；提供第二部件，该第二部件包括开口；将第二部件布置在第一部件近旁，使得突起部分贯穿开口；以及在第一温度下将突起部分和开口相配合以将突起部分塑形为接合第一部件和第二部件的互锁装置。
另一实施例提供了一种方法，包括：提供组装件，包括：第一部件，该第一部件包括突起部分，其中突起部分包括至少部分为非晶质的合金；第二部件，该第二部件包括开口；第二部件被布置在第一部件近旁，使得突起部分贯穿开口；以及在介于合金的大约玻璃转变温度Tg和大约结晶温度Tx之间的温度下利用经加热的尖端将突起部分和开口相配合以将突起部分塑形为接合第一部件和第二部件的互锁装置。
替换实施例提供了一种装置，包括：第一部件，该第一部件包括突起部分，其中突起部分包括至少部分为非晶质的合金；第二部件，该第二部件包括开口；第二部件被布置在第一部件近旁，使得突起部分贯穿开口；以及互锁装置，该互锁装置接合第一部件和第二部件，其中突起部分和开口被互连以将突起部分塑形为互锁装置。
另一实施例提供了一种方法，包括：提供组装件，包括：第一部件，该第一部件包括突起部分，其中突起部分包括至少部分为非晶质的合金；第二部件，该第二部件与突起部分的基底的一部分接触；以及在介于合金的大约玻璃转变温度Tg和大约结晶温度Tx之间的温度下将突起部分朝着第二部件压缩以将突起部分塑形为接合第一部件和第二部件的互锁装置。
附图说明
图1(a)-1(d)提供了一系列漫画，示出了在一个实施例中利用突起来接合两个部件的过程，该突起在一个实施例中包括非晶质合金。
图2(a)-2(b)分别提供了一个实施例中的部件的组装件的截面图和鸟瞰图和具有互锁装置的组装件的照片的示意图。如图2(a)中所示的示意图是图2(b)中所示的结构中所示的接合元件和部件的放大版本。
图3(a)-3(b)示出了一个实施例中可用于将基板的突起按压到互锁装置中的尖端的示意图。图3(b)示出了在按压过程期间尖端与组件的 其他部件的关系的示意图。
图4(a)-4(c)提供了对被活塞形状的尖端压缩的第一部件的突起部分(未按比例)进行配合的过程的图示。突起部分通过夸张被示为与第一部件分开，这只是为了表明第一部件和突起部分不需要是相同的。图中还示出了突起部分的形状的逐渐变化。
图5(a)-5(c)示出了组装件的示意图(在一个实施例中具有被当前描述的接合元件接合的不锈钢部分(SUS)和非晶质合金部分(VIT))。图5(b)-5(c)示出了实施例，其中图5(a)中所示的组装件被制成样本，用于不同的机械属性测量测试：拉伸测试(5(b))和剪切测试(5(c))。
图6(a)-6(b)示出了在一个实施例中形成的接合元件的示意图。
图7(a)-7(b)分别示出了一个实施例中的拉伸测试样品和剪切测试样品的照片。每个样品包括接合元件，该接合元件包括具有至少两个不同部分的非晶质合金。在一个实施例中，样品的尺寸在图5(b)-5(c)中描述。
图8示出了一个实施例中的由当前描述的热熔方法制成的组装件的拉伸强度测量(如图7(a)中那样)的结果及其与若干个传统的不锈钢到不锈钢接合的比较。
图9示出了一个实施例中的由当前描述的热熔方法制成的组装件的剪切强度测量的结果及其与若干个传统的不锈钢到不锈钢接合的比较。
图10(1)-10(3)提供了一系列漫画，示出了在一个实施例中利用突起来接合两个部件的过程，该突起在一个实施例中包括非晶质合金。
具体实施方式
相态
这里的术语“相态”（phase）可以指在热力学相态图中可找到的那种。相态是一空间区域（例如，热力学系统），在该空间区域中的各处，材料的所有物理属性都是基本上均一的。物理属性的示例包括密度、折射率、化学成分和晶格周期性。一个简单的描述是相态是材 料的一区域，该区域是化学上均一的、物理上不同的和/或机械上可分离的。例如，在由玻璃罐中的冰和水构成的系统中，冰块是一个相态，水是第二相态，并且水上的潮湿空气是第三相态。罐子的玻璃是另一个单独的相态。相态可以指固体溶液，其可以是二元、三元、四元或更多元的溶液，或者可以是化合物，例如金属互化物。作为另一示例，非晶质相态与结晶相态是不同的。
金属、过渡金属和非金属
术语“金属”（metal）指的是正电性化学元素。本说明书中的术语“元素”（element）一般指的是可在周期表中找到的元素。物理上，处于基态的金属原子包含部分满带，其具有接近占有态的空态。术语“过渡金属”（transition metal）是周期表中的第3至12族内的金属元素中的任何一种，这些金属元素具有不完整的内电子壳层并且充当一系列元素中的最正电性与最不正电性之间的过渡链接。过渡金属的特征在于多个化合价、有色化合物和形成稳定的配离子的能力。术语“非金属”（nonmetal）指的是不具有失去电子并形成阳离子的能力的化学元素。
取决于应用，可以使用任何适当的非金属元素，或者其组合。合金成分可包括多种非金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种或者更多种非金属元素。非金属元素可以是在周期表中的第13-17族中找到的任何元素。例如，非金属元素可以是F、Cl、Br、I、At、O、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge、Sn、Pb和B中的任何一种。有时，非金属元素也可以指第13-17族中的某些类金属（例如，B、Si、Ge、As、Sb、Te和Po）。在一个实施例中，非金属元素可包括B、Si、C、P或者其组合。因此，例如，合金成分可包括硼化物、碳化物或者这两者。
过渡金属元素可以是钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、钅卢、钅杜、钅喜、钅波、钅黑、钅麦、鐽、錀和 鎶中的任何一种。在一个实施例中，包含过渡金属元素的BMG可具有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和Hg中的至少一种。取决于应用，可以使用任何适当的过渡金属元素或者其组合。合金成分可包括多种过渡金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种或者更多种过渡金属元素。
当前描述的合金或合金“样本”（sample）或“样品”（specimen）合金可具有任何形状或大小。例如，合金可具有微粒形状，该微粒可具有诸如球形、椭圆体形、线状、杆状、薄片状、碎片状或者不规则形状之类的形状。微粒可具有任何适当的大小。例如，其可具有如下的平均直径：大约1微米到大约100微米之间，例如大约5微米到大约80微米之间，例如大约10微米到大约60微米之间，例如大约15微米到大约50微米之间，例如大约15微米到大约45微米之间，例如大约20微米到大约40微米之间，例如大约25微米到大约35微米之间。例如，在一个实施例中，微粒的平均直径为大约25微米到大约44微米之间。在一些实施例中，可以使用更小的微粒，例如纳米范围中的那些，或者更大的微粒，例如大于100微米的那些。
合金样本或样品也可具有大得多的尺寸。例如，其可以是块体结构组件，例如铸锭、电子装置的壳体/外壳，或者甚至是具有毫米、厘米或米范围中的尺寸的结构组件的一部分。
固体溶液
术语“固体溶液”（solid solution）指的是固体形式的溶液。术语“溶液”（solution）指的是两种或更多种物质的混合物，这些物质可以是固体、液体、气体或者它们的组合。混合物可以是均质的或异质的。术语“混合物”（mixture）是被相互组合并且一般能够被分离的两种或更多种物质的组成物。一般地，这两种或更多种物体不相互化合。
合金
在一些实施例中，这里描述的合金粉末成分可被完全合金化。在一个实施例中，“合金”（alloy）指的是两种或更多种金属的均质混合物或固体溶液，其中一种的原子替换或占据另一种的原子之间的间隙位置；例如，黄铜是锌和铜的合金。与合成物不同，合金可以指金属基体中的一种或多种元素——例如金属基体中的一种或多种化合物——的部分或完全固体溶液。这里的术语“合金”既可以指可以给出单个固体相态微观结构的完全固体溶液合金，也可以指可给出两个或更多个相态的部分溶液。
从而，完全合金化的合金可具有组分的均质分布，无论其是固体溶液相态、化合物相态还是这两者。这里使用的术语“完全合金化”（fully alloyed）可计入误差容限内的微小变化。例如，其可以指至少90%合金化的，例如至少95%合金化的，例如至少99%合金化的，例如至少99.5%合金化的，例如至少99.9%合金化的。这里的百分比取决于上下文可以指体积百分比或重量百分比。这些百分比可被杂质所均衡，杂质可以是就不是合金的一部分的成分或相态而言的。
非晶质或非结晶固体
“非晶质”或“非结晶固体”是缺乏晶格周期性的固体，晶格周期性是晶体的特性。这里使用的“非晶质固体”（amorphous solid）包括“玻璃”（glass），其是在加热通过玻璃转变相态时软化并变换成类似液体的状态的非晶质固体。一般地，非晶质材料缺乏晶体的长程有序特性，虽然由于化学键结的性质，它们在原子长度尺度上可拥有某种短程有序性。非晶质固体与结晶固体之间的区分可基于由诸如X射线衍射和透射电子显微镜法之类的结构表征技术确定的晶格周期性来作出。
术语“有序”和“无序”指的是多粒子系统中的某种对称性或关联的存在或不存在。术语“长程有序”和“短程有序”基于长度尺度来区分材料中的有序性。
固体中的最严格形式的有序性是晶格周期性：特定的模式（单位单元中的原子的排列）一次又一次地重复以形成空间的平移不变铺砌。这是晶体的定义属性。可能的对称性被按14个布拉维晶格和230个空间组来分类。
晶格周期性意味着长程有序性。如果只有一个单位单元是已知的，则凭借着平移对称性，可以准确地预测任意距离处的所有原子位置。反过来一般也为真，除了例如在具有完全确定的铺砌但不拥有晶格周期性的准晶体中以外。
长程有序性表征着如下物理系统：在这种物理系统中，同一样本的遥远部分表现出关联的行为。这可表达为关联函数，即自旋-自旋关联函数：G(x,x')=(s(x),s(x'))。
在上述函数中，s是自旋量子数，并且x是特定系统内的距离函数。此函数在x=x'时等于单位一，并且随着距离|x–x'|增大而减小。通常，其在大距离处指数衰减到零，并且系统被认为是无序的。然而，如果关联函数在大|x–x'|处衰减到恒定值，则可以说系统拥有长程有序性。如果其随着距离的幂衰减到零，则可称其为准长程有序。注意，什么构成|x–x'|的大值是相对的。
当定义一系统的行为的一些参数是不随着时间而演变的随机变量时（即，它们被淬火或冻结），则可以说该系统呈现出淬火无序性——例如自旋玻璃。其与退火无序性是相反的，在退火无序性中允许随机变量自己演变。这里的实施例包括包含淬火无序性的系统。
这里描述的合金可以是结晶的、部分结晶的、非晶质的或基本上非晶质的。例如，合金样本/样品可包括至少一些结晶性，其中颗粒/晶体具有纳米和/或微米范围中的大小。或者，合金可以是基本上非晶质的，例如完全非晶质的。在一个实施例中，合金粉末成分至少基本上不是非晶质的，例如是基本上结晶的，例如是完全结晶的。
在一个实施例中，在一否则非晶质的合金中的一个或多个晶体的存在可被理解为其中的“结晶相态”。合金的结晶程度（或者在一些实施例中简称为“结晶性”）可以指该合金中存在的结晶相态的量。 该程度可以指例如合金中存在的晶体的比率。该比率取决于上下文可以是体积比率或重量比率。关于非晶质合金有多“非晶质”的度量可以是非晶性。可以就结晶程度来度量非晶性。例如，在一个实施例中，可以说具有低结晶程度的合金具有高非晶程度。在一个实施例中，例如，具有60vol%结晶相态的合金可具有40vol%非晶质相态。
非晶质合金或非晶质金属
“非晶质合金”（amorphous alloy）是如下的合金：该合金具有按体积算多于50%的非晶质含量，优选具有按体积算多于90%的非晶质含量，更优选具有按体积算多于95%的非晶质含量，并且最优选具有按体积算多于99%到几乎100%的非晶质含量。注意，如上所述，非晶性高的合金相当于结晶程度低。“非晶质金属”（amorphous metal）是具有无序的原子尺度结构的非晶质金属材料。与是结晶性的并且因此具有非常有序的原子排列的大多数金属不同，非晶质合金是非结晶性的。在冷却期间直接从液体状态产生这种无序结构的材料有时被称为“玻璃”。因此，非晶质金属通常被称为“金属玻璃”（metallic glass）或“玻璃金属”（glassy metal）。在一个实施例中，“块体金属玻璃”（bulk metallic glass，BMG）可以指其微观结构至少部分非晶质的合金。然而，除了极迅速地冷却以外，还有若干种方式来产生非晶质金属，包括物理汽相淀积、固态反应、离子辐射、熔体纺丝和机械合金化。非晶质合金可以是单类材料，无论它们是如何制备的。
非晶质金属可通过多种迅速冷却方法来产生。例如，非晶质金属可通过将熔化的金属溅射到旋转金属盘上来产生。迅速冷却——大约一秒数百万度——可能太快以至于晶体不能形成，并且材料从而被“锁定”在玻璃态中。另外，非晶质金属/合金可利用低到足以允许厚层的非晶质结构的形成的临界冷却速率来产生——例如块体金属玻璃。
术语“块体金属玻璃”（“BMG”）、块体非晶质合金和块体固化非晶质合金在这里可互换使用。它们指的是具有至少在毫米范围中的最小尺寸的非晶质合金。例如，尺寸可以为至少大约0.5mm，例如 至少大约1mm，例如至少大约2mm，例如至少大约4mm，例如至少大约5mm，例如至少大约6mm，例如至少大约8mm，例如至少大约10mm，例如至少大约12mm。取决于几何结构，尺寸可以指直径、半径、厚度、宽度、长度，等等。BMG也可以是具有在厘米范围中的至少一个尺寸的金属玻璃，例如至少大约1.0cm，例如至少大约2.0cm，例如至少大约5.0cm，例如至少大约10.0cm。在一些实施例中，BMG可具有至少在米范围中的至少一个尺寸。BMG可采取以上描述的与金属玻璃有关的任何形状或形式。因此，这里描述的BMG在一些实施例可在一个重要方面上与由传统的淀积技术制成的薄膜不同——前者的尺寸可远大于后者。
非晶质金属可以是合金而不是纯金属。合金可包含大小很不相同的原子，从而导致熔化状态中的低自由体积（并且因此具有比其他金属和合金高到多达若干数量级的粘度）。粘度防止原子移动到足以形成有序晶格。该材料结构可导致冷却期间的低收缩和对塑性形变的耐抗性。颗粒边界的缺乏——一些情况下结晶材料弱点——可例如带来更好的耐磨损性和耐腐蚀性。在一个实施例中，非晶质金属虽然严格来说是玻璃，但也可比氧化物玻璃和陶瓷坚韧得多且不易碎得多。
非晶质材料的热导率可比其结晶对应物的低得多。为了即使在更慢的冷却期间也实现非晶质结构的形成，合金可由三种或更多种成分制成，从而带来了具有更高的势能和更低的形成概率的复杂晶体单位。非晶质合金的形成可取决于若干个因素：合金的成分的组成；成分的原子半径（优选具有超过12%的显著差异以实现高组装密度和低自由体积）；以及混合成分的组合的负热，从而抑制了晶体成核并且延长了熔化的金属停留在过冷状态中的时间。然而，由于非晶质合金的形成是基于许多不同的变量的，因此可能难以预先判定合金成分是否将会形成非晶质合金。
例如，硼、硅、磷和具有磁性金属（铁、钴、镍）的其他玻璃形成体的非晶质合金可以是磁性的，具有较低的矫顽性和较高的电阻。高电阻使得在经受交变磁场时由涡流引起的损耗较低，这是例如作为 变压器磁芯有用的属性。
非晶质合金可具有多种可能有用的属性。具体地，它们倾向于比类似化学成分的结晶合金更强韧，并且它们可比结晶合金承受更大的可逆（“弹性”）形变。非晶质金属的强度直接源于其非结晶结构，非结晶结构可不具有限制结晶合金的强度的缺陷（例如位错）。例如，一种被称为VitreloyTM的现代非晶质金属具有几乎是高品级钛的两倍的拉伸强度。在一些实施例中，室温下的金属玻璃不易延展并且倾向于在担负张力时会突然失效，这限制了材料在可靠性关键应用中的适用性，因为即将发生的失效是不明显的。因此，为了克服此挑战，可以使用具有包含易延展的结晶金属的树枝状粒子或纤维的金属玻璃基体的金属基体复合材料。或者，可以使用倾向于引起脆化的元素（例如Ni）含量较低的BMG。例如，可以使用无Ni的BMG来改善BMG的延展性。
块体非晶质合金的另一个有用的属性是它们可以是真正的玻璃；换言之，它们可在加热时软化并流动。这允许了容易处理，例如通过注射成型来处理，就好像聚合物那样。结果，非晶质合金可用于制作体育器材、医疗设备、电子组件和设备以及薄膜。非晶质金属的薄膜可经由高速氧燃技术被淀积为保护性涂层。
材料可具有非晶质相态、结晶相态或者这两者。非晶质和结晶相态可具有相同的化学成分并且仅在微观结构上不同——即，一个是非晶质的，另一个是结晶的。微观结构在一个实施例中指的是由25X倍率以上的显微镜揭示的材料的结构。或者，两个相态可具有不同的化学成分和微观结构。例如，成分可以是部分非晶质的、基本上非晶质的或者完全非晶质的。
如上所述，非晶程度（以及相反地，结晶程度）可以由合金中存在的晶体的比率来度量。该程度可以是合金中存在的结晶相态的体积比率或重量比率。部分非晶质成分可以指如下成分：其至少大约5vol%是非晶质相态的，例如至少大约10vol%是非晶质相态的，例如至少大约20vol%是非晶质相态的，例如至少大约40vol%是非晶质相 态的，例如至少大约60vol%是非晶质相态的，例如至少大约80vol%是非晶质相态的，例如至少大约90vol%是非晶质相态的。术语“基本上”和“大约”已在本申请中别处定义。因此，至少基本上为非晶质的成分可以指如下成分：其至少大约90vol%是非晶质的，例如至少大约95vol%是非晶质的，例如至少大约98vol%是非晶质的，例如至少大约99vol%是非晶质的，例如至少大约99.5vol%是非晶质的，例如至少大约99.8vol%是非晶质的，例如至少大约99.9vol%是非晶质的。在一个实施例中，基本上非晶质的成分中可存在一些附带的微小量的结晶相态。
在一个实施例中，非晶质合金成分就非晶质相态而言可以是均质的。成分均一的物质是均质的。这与异质的物质形成对比。术语“成分”（composition）指的是物质中的化学成分和/或微观结构。当物质的体积被分成两半并且两半都具有基本相同的成分时，该物质是均质的。例如，当微粒悬浮体的体积被分成两半并且两半都具有基本上相同的粒子体积时，该微粒悬浮体是均质的。然而，有可能在显微镜下看到个体粒子。均质物质的另一示例是空气，其中的不同成分是均等悬浮的，虽然空气中的粒子、气体和液体可被分别分析或者被从空气中分离出来。
就非晶质合金而言均质的成分可以指如下的成分：该成分具有在其微观结构各处基本上均一分布的非晶质相态。换言之，该成分宏观上在该成分各处包括基本上均一分布的非晶质合金。在替换实施例中，该成分可以是合成物，具有非晶质相态，其中具有非非晶质相态。非非晶质相态可以是晶体或多个晶体。晶体可以采取诸如球形、椭圆体形、线状、杆状、薄片状、碎片状或者不规则形状之类的任何形状的微粒的形式。在一个实施例中，其可具有树枝状形式。例如，至少部分非晶质的合成物成分可具有散布在非晶质相态基体中的树枝形状的结晶相态；散布可以是均一的或非均一的，并且非晶质相态和结晶相态可具有相同或不同的化学成分。在一个实施例中，它们具有基本上相同的化学成分。在另一实施例中，结晶相态可比BMG相态更易延 展。
这里描述的方法可应用到任何类型的非晶质合金。类似地，这里描述为成分或物品的组分的非晶质合金可以是任何类型的。非晶质合金可包括元素Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Be或者其组合。即，合金在其化学式或化学成分中可包括这些元素的任何组合。这些元素可以按不同的重量或体积百分比存在。例如，“基于”铁的合金可以指其中存在非微小重量百分比的铁的合金，该重量百分比例如可以是至少大约20wt%，例如至少大约40wt%，例如至少大约50wt%，例如至少大约60wt%，例如至少大约80wt%。或者，在一个实施例中，上述百分比可以是体积百分比，而不是重量百分比。因此，非晶质合金可以是基于锆的、基于钛的、基于铂的、基于钯的、基于金的、基于银的、基于铜的、基于铁的、基于镍的、基于铝的、基于钼的，等等。在一些实施例中，合金或者包括合金的成分可以基本上不含镍、铝或铍或者其组合。在一个实施例中，合金或者合成物完全不含镍、铝或铍或者其组合。
例如，非晶质合金可具有分子式(Zr,Ti)a(Ni,Cu,Fe)b(Be,Al,Si,B)c，其中a、b和c各自表示重量或原子百分比。在一个实施例中，按照原子百分比，a在从30到75的范围中，b在从5到60的范围中，并且c在从0到50的范围中。或者，非晶质合金可具有分子式(Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)c，其中a、b和c各自表示重量或原子百分比。在一个实施例中，按照原子百分比，a在从40到75的范围中，b在从5到50的范围中，并且c在从5到50的范围中。合金也可具有分子式(Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)c，其中a、b和c各自表示重量或原子百分比。在一个实施例中，按照原子百分比，a在从45到65的范围中，b在从7.5到35的范围中，并且c在从10到37.5的范围中。或者，合金可具有分子式(Zr)a(Nb,Ti)b(Ni,Cu)c(Al)d，其中a、b、c和d各自表示重量或原子百分比。在一个实施例中，按照原子百分比，a在从45到65的范围中，b在从0到10的范围中，c在从20到40的范围中，并且d在从7.5到15的范围中。上述合金系统的一个示范性实施例是基 于Zr-Ti-Ni-Cu-Be的非晶质合金，其商品名为VitreloyTM，例如Vitreloy-1和Vitreloy-101，由Liquidmetal Technologies,CA,USA制造。不同系统的非晶质合金的一些示例在表1中提供。
非晶质合金也可以是铁合金，例如基于(Fe、Ni、Co)的合金。这种成分的示例在以下文献中公开：美国专利No.6,325,868；5,288,344；5,368,659；5,618,359；和5,735,975；Inoue et al.,Appl.Phys.Lett.,Volume71,p464(1997)；Shen et al.,Mater.Trans.,JIM,Volume42,p2136(2001)；以及日本专利申请No.200126277（公布号2001303218A）。一个示范性成分是Fe72Al5Ga2P11C6B4。另一个示例是Fe72Al7Zr10Mo5W2B15。在这里的涂层中可使用的另一种基于铁的合金系统在美国专利申请公布No.2010/0084052中公开，其中非晶质金属例如包含括号中给出的成分范围中的锰（1至3原子%）、钇（0.1至10原子%）和硅（0.3至3.1原子%）；并且包含括号中给出的指定成分范围中的以下元素：铬（15至20原子%）、钼（2至15原子%）、钨（1至3原子%）、硼（5至16原子%）、碳（3至16原子%）和平衡铁。
上述非晶质合金系统还包括额外的元素，例如额外的过渡金属元素，包括Nb、Cr、V和Co。额外的元素可以按如下含量存在：小于或等于大约30wt%，例如小于或等于大约20wt%，例如小于或等于大约10wt%，例如小于或等于大约5wt%。在一个实施例中，额外的可选元素是钴、锰、锆、钽、铌、钨、钇、钛、钒和铪中的至少一种，以形成碳化物并且进一步改善耐磨损性和耐腐蚀性。另外的可选元素可包括磷、锗和砷，总共最多达大约2%，优选小于1%，以降低熔点。其他附带杂质应当小于大约2%，并且优选小于0.5%。
在一些实施例中，具有非晶质合金的成分可包括少量的杂质。杂质元素可以是故意添加的，以修改成分的属性，例如改善机械属性（例如硬度、强度、断裂机理等等）和/或提高耐腐蚀性。或者，杂质可以作为不可避免的附带杂质存在，例如作为处理和制造的副产品获得的那些。杂质可小于或等于大约10wt%，例如大约5wt%，例如大约2 wt%，例如大约1wt%，例如大约0.5wt%，例如大约0.1wt%.在一些实施例中，这些百分比可以是体积百分比而不是重量百分比。在一个实施例中，合金样本/成分基本上由非晶质合金构成（只有少量的附带杂质）。在另一实施例中，成分由非晶质合金构成（没有可观察到的杂质痕迹）。
非晶质合金系统可表现出若干种合乎需要的属性。例如，它们可具有较高的硬度和/或硬度；铁基非晶质合金可具有尤其高的屈服强度和硬度。在一个实施例中，非晶质合金可具有如下的屈服强度：大约200ksi或更高，例如250ksi或更高，例如400ksi或更高，例如500ksi或更高，例如600ksi或更高。至于硬度，在一个实施例中，非晶质合金可具有如下硬度值：高于大约400维克斯-100毫克，例如高于大约450维克斯-100毫克，例如高于大约600维克斯-100毫克，例如高于大约800维克斯-100毫克，例如高于大约1000维克斯-100毫克，例如高于大约1100维克斯-100毫克，例如高于大约1200维克斯-100毫克。非晶质合金还可具有非常高的弹性应变极限，例如至少大约1.2%，例如至少大约1.5%，例如至少大约1.6%，例如至少大约1.8%，例如至少大约2.0%。非晶质合金还可表现出较高的强度重量比，尤其是在例如基于Ti和基于Fe的合金的情况下。它们还可具有较高的耐腐蚀性以及较高的环境耐久性，尤其是例如基于Zr和基于Ti的合金。
表1.示范性非晶质合金成分
合金 Atm％ Atm％ Atm％ Atm％ Atm％ Atm％
1 Zr Ti Cu Ni Be
41.20％ 13.80％ 12.50％ 10.00％ 22.50％
2 Zr Ti Cu Ni Be
44.00％ 11.00％ 10.00％ 10.00％ 25.00％
3 Zr Ti Cu Ni Nb Bc
56.25％ 11.25％ 6.88％ 5.63％ 7.50％ 12.50％
4 Zr Ti Cu Ni Al Be
64.75％ 5.60％ 14.90％ 11.15％ 2.60％ 1.00％
5 Zr Ti Cu Ni Al
52.50％ 5.00％ 17.90％ 14.60％ 10.00％
6 Zr Nb Cu Ni Al
57.00％ 5.00％ 15.40％ 12.60％ 10.00％
7 Zr Cu Ni Al Sn
50.75％ 36.23％ 4.03％ 9.00％ 0.50％
8 Zr Ti Cu Ni Be
46.75％ 8.25％ 7.50％ 10.00％ 27.50％
9 Zr Ti Ni Be
21.67％ 43.33％ 7.50％ 27.50％
10 Zr Ti Cu Be
35.00％ 30.00％ 7.50％ 27.50％
11 Zr Ti Co Be
35.00％ 30.00％ 6.00％ 29.00％
12 Au Ag Pd Cu Si
49.00％ 5.50％ 2.30％ 26.90％ 16.30％
13 Au Ag Pd Cu Si
50.90％ 3.00％ 2.30％ 27.80％ 16.00％
14 Pt Cu Ni P
57.50％ 14.70％ 5.30％ 22.50％
15 Zr Ti Nb Cu Be
36.60％ 31.40％ 7.00％ 5.90％ 19.10％
16 Zr Ti Nb Cu Be
38.30％ 32.90％ 7.30％ 6.20％ 15.30％
17 Zr Ti Nb Cu Be
39.60％ 33.90％ 7.60％ 6.40％ 12.50％
18 Cu Ti Zr Ni
47.00％ 34.00％ 11.00％ 8.00％
19 zr Co Al
55.00％ 25.00％ 20.00％
特性温度
非晶质合金可具有若干个特性温度，包括玻璃转变温度Tg、结晶温度Tx和熔融温度Tm。在一些实施例中，Tg、Tx和Tm中的每一个可以指温度范围，而不是离散的值；从而，在一些实施例中，术语玻璃转变温度、结晶温度和熔融温度是分别可与玻璃转变温度范围、结晶温度范围和熔融温度范围互换使用的。这些温度是公知的并且可通过不同的技术来测量，这些技术之一是差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC），其可以以例如大约20℃/分的加热速率来执行。
在一个实施例中，随着温度增大，非晶质合金的玻璃转变温度Tg可以指非晶质合金开始软化并且原子变得运动时的温度或者在一些实施例中是温度范围。非晶质合金在高于玻璃转变温度时可具有比低于该温度时更高的热容量，从而此转变可允许对Tg的识别。随着温度增大，非晶质合金可达到结晶温度Tx，在该温度时晶体开始形成。由于结晶在一些实施例中一般是放热反应，所以结晶在DSC曲线中可被观察为低谷，并且Tx可被确定为该低谷的最小温度。Vitreloy的示范性Tx可以是例如大约500℃，并且基于铂的非晶质合金的示范性Tx可以是例如大约300℃。对于其他合金系统，Tx可以更高或更低。注意到，在Tx时，非晶质合金一般没有熔融或被熔融，因为Tx一般低于Tm。
最后，随着温度继续增大，在熔融温度Tm，晶体的熔融可以开始。熔融是吸热反应，其中热被用于以最小的温度变化来熔融晶体，直到晶体被熔融成液体相态为止。因此，熔融转变可类似于DSC曲线上的峰，并且Tm可被观察为该峰的最大值处的温度。对于非晶质合金，Tx与Tg之间的温度差ΔT可用于表示超临界区域（即，“超临界液体区域”或“超临界区域”），其中非晶质合金的至少一部分保持并表现出非晶质合金而不是结晶合金的特性。该部分可不同，包括至少40wt%，至少50wt%，至少60wt%，至少70wt%，至少80wt%，至少90wt%，至少99wt%；或者这些百分比可以是体积百分比而不是重量百分比。
非晶质合金的制作
合金成分内的非晶质相态（即，非晶质合金）可通过任何适当的预先存在的方法来制作。在一个实施例中，制作合金成分作为要塑形的原材料的方法可包括首先加热合金装料（例如，合金元素的混合物）以熔融装料，然后迅速冷却经加热的装料到合金的过冷区域，以使得合金变成至少部分非晶质的。额外的步骤可包括：（1）提供合金装料；将装料加热到高于装料的熔融温度Tm的第一温度；以及（3）将经加热的装料淬火到低于装料的玻璃转变温度Tg的第二温度以形成合金的成分，该成分是至少部分非晶质的。所形成的成分随后可经历当前描述的接合方法。最后成型的产品可具有大于其非晶质合金成分的临界铸件厚度的至少一个尺寸。
原料中的合金可以是任何类型的，并且其可以是非晶质的或结晶的，或者这两者的。在一个实施例中，原料是至少部分非晶质的，例如至少基本上非晶质的，例如完全非晶质的。在另一实施例中，原料基本上不是非晶质的，例如是至少部分结晶的，例如至少基本上结晶的，例如完全结晶的。
取代合金装料，可以使用合金原料。原料可包括至少部分非晶质的合金。原料也可以是任何大小和形状的。例如，其可以是薄片状的、碎片状的、杆状的、线状的、粒子状的，或者其间的任何形状。从结晶合金制作非晶质合金的技术是已知的，并且这里可以采用任何已知的方法来制造该成分。虽然这里描述了形成方法的不同示例，但也可使用其他类似的形成过程或其组合。在一个实施例中，原料被加热到高于原料中的合金的熔融温度Tm的第一温度，以使得合金中的任何晶体被熔融。经加热和熔融的原料随后被迅速冷却（或“淬火”）到低于合金的Tg的第二温度以形成上述成分，该成分随后可被加热以被布置和/或塑形。淬火的速率和要加热到的温度可由传统方法确定，例如利用时间-温度-晶体变换（Time-Temperature-crystal Transformation，TTT）图。所提供的薄片、弹丸（shot）或任何形 状的原料可具有较小的临界铸件厚度，但最终部件可具有比临界铸件厚度更薄或更厚的厚度。
形成互锁装置
因为其合乎需要的属性，非晶质合金可用在多种应用中，包括利用包含非晶质合金的成分形成至少两个组件之间的（机械）互锁装置。这里的“形成”可包括将成分塑形为期望的或预定的配置，以例如提供锁定机构。如下文将进一步论述的，形成可包括——但不限于——热塑性成形、热塑性挤压、浇铸、焊接、包覆成型和溢流浇铸。
部件
在一个实施例中，包括非晶质合金的成分可用于形成接合机构，例如机械互锁装置，以接合至少两个分开的部件。利用当前描述的方法可接合多于两个部件。图1(a)-1(d)示出了在一个实施例中的这种过程的漫画流程图。如图1(a)-1(d)中所示，此示范性接合方法的特征可在于：提供包括突起部分的第一部件，其中该突起部分包括至少部分非晶质的合金；提供包括开口的第二部件；将第二部件布置在第一部件近旁，以使得突起部分贯穿开口；以及在第一温度下使突起部分和开口相配合以将突起部分塑形为接合第一部件和第二部件的互锁装置。注意，图1(a)-1(d)只是用于例示的，并且可存在各种替换实施例。例如，第一部件可以在第二部件上面，从而将图1(d)中所示的图像颠倒180度。
取决于应用，如下所述的要接合的部件可由任何适当的材料制成。例如，部件中的每一个或至少一个可包括结晶的、部分非晶质的、基本非晶质的或完全非晶质的材料。部件可与接合元件（例如，机械互锁装置）具有相同或不同的微观结构。例如，它们可以是非晶质、基本上非晶质的，部分非晶质的，或者结晶的，或者它们可以是不同的。如上所述，部件的非晶质成分可以是均质非晶质合金或者具有非晶质合金的合成物。在一个实施例中，该合成物可包括围绕结晶相态—— 例如多个晶体——的非晶质基体相态。晶体可以是任何形状的，包括具有树枝形状。
部件的材料可以是相同或不同的。例如，它们可具有相同的化学成分，但具有不同的结晶程度。或者，它们可具有不同的化学成分。在另一实施例中，它们可具有不同的特性温度（如上所述）。取决于应用，部件可以是电子装置的部件或者任何类型的可利用具有当前描述的接合机构的益处的部件。在下文中进一步详细描述电子装置。
第一部件可以是具有突起部分的那个，如图1(a)中所示。突起部分（或突起）可包括含有合金的成分，该合金是至少部分非晶质的。在一些实施例中，第一部件也可被称为“阳性结构”。合金可以例如是至少基本上非晶质的，例如完全非晶质的。在一个实施例中，合金包括至少基本上非晶质的合金、包含非晶质合金的合成物或者其组合。突起可具有任何形状或大小。例如，其可以是弹丸、薄片、板、圆柱、立方体、矩形盒、球体、椭圆体、多面体或者不规则形状，或者其间的任何形状。
在一个实施例中，合金可以是BMG。合金可以是上述合金中的任何一种。例如，合金可包括Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb或者其组合。在一些实施例中，第一部件可充当基板。突起部分和第一部件的其余部分可包括相同材料或不同材料。例如，在一个实施例中，只有突起包括至少部分非晶质的合金，而第一部件的其余部分包括结晶合金。或者，突起和第一部件的其余部分都包括至少部分非晶质的合金。类似地，突起和第一部件的其余部分可包括相同元素或不同元素。例如，突起可包括基于Zr的合金，而其余部分可包括基于铁的合金。突起可通过任何附着机制（例如焊接）被引入到第一部件的其余部分上，或者突起可在制作第一部件时已经被形成为第一部件的一部分。
第二部件可具有开口，如图1(b)中所示。因此，在一些实施例中，第二部件可被称为“阴性结构”。第二部件可包括任何适当的材料。第二部件可包括金属、合金或化合物。在一个实施例中，第二部件可 包括铁、钛、铜、锆、铝、钨、其合金或者其组合。可用作第二部件的铁合金例如可以是不锈钢、工具钢，等等。一般地，第二部件可包括任何至少能够承受在形成突起时使用的（例如像热塑性成形中使用的）温度的材料。在一个实施例中，第二部件可具有高于突起中的合金的结晶的结晶温度或熔融温度。
第二部件可以是任何大小或形状的板。或者，第二部件（和/或第一部件）不需要具有板的形状，或者甚至不需要是平坦的。例如，只要第一部件的突起和第二部件的开口可被配合，则周围的几何结构可以是任何形状——例如平坦的（像板一样）、圆顶状的、花键状的、不连续处（即拐角）。在一个实施例中，第一和第二部件可以是“同心的”或者彼此偏移的（例如，具有恒定的间隔）。然而，并不需要始终如此——例如，接触/互锁装置可在部件的更大突起部上形成。在一些实施例中，第二部件是要被接合到第一部件的装置的结构组件，反之亦然。开口可在第二部件中的任何地方。
第二部件上的开口可在第二部件中的任何地方。开口可在第二部件中的任何地方。开口可具有任何形状或大小。例如，开口可具有圆形、椭圆形、方形、矩形或不规则形状。优选地，开口具有与第一部件的突起相似的形状，以促进两个部件的配合。对于大小也没有限制，因为开口的大小优选将与第一部件的突起的大小相似。在一个实施例中，开口的大小与突起的大小大约相同。在另一实施例中，开口的大小在至少一个尺寸上大于突起的大小。第二部件的材料可以与第一部件的相同或不同。在一个实施例中，当前描述的方法出乎意料地可提供比先前存在的焊接机制更优秀的接合机制，因为前者允许了接合化学上不相似的金属，而后者则不允许。
第二部件不需要具有开口。换言之，组装件可以不同于以上描述的那些。例如，第一部件可具有底切状结构。该结构可包括突起部分和基底，如图10(1)中所示。底切部从而可类似于边缘，其可具有任何形状和大小。第二部件的一部分可与突起部分的一部分接触，尤其是在其基底处，如图10(2)中所示。在一个实施例中，第二部件的一端可 安置在第一部件的底切部的一部分中。可通过布置使第一部件和第二部件在一起，或者它们可作为一个组装件一起出现。
可执行布置以确保第一部件的突起部分从第二部件的开口伸出（或者贯穿第二部件的开口），如图1(b)中所示。例如，在一个实施例中，第二部件包括开口，并且被布置在第一部件近旁，使得突起部分贯穿开口。如上所述，取决于突起和第二部件的开口的相对尺寸，在突起和开口的壁之间可以有一些间距（间隙），就像例如图4(a)中看到的那样。图2(a)也提供了这种组装件的侧视图和顶视图的示意图示。作为制造过程的一部分，不是始终需要布置步骤。例如，在一些情况中，第一部件和第二部件可作为组装件出现并且如下所述的接合方法被直接应用到该组装件。图2(a)-2(b)示出了一个实施例中的组装件。
配合
一旦第二部件被布置在第二部件上（或者它们作为组装件出现），就可执行配合以形成接合。形成机制可包括上述塑形机制中的任何一种。例如，该机制可包括热塑性成形。在一个实施例中，该机制包括在第一温度下使突起部分和开口相配合以将突起部分塑形为接合第一部件和第二部件的互锁装置。配合可在第一温度下执行，第一温度相对于发生布置的温度是升高的温度。
取决于合金成分，第一/升高温度可以有所不同，但在大多数实施例中其低于合金的Tx。如上所述，合金也可被预加热以便可跳过加热步骤。在一些实施例中，该温度优选在合金的大约玻璃转变温度Tg和大约结晶温度Tx之间。术语“大约”已在说明书中别处定义，考虑到了小变化。例如，范围中的温度的下端可以大约为Tg，指的是略低于Tg、等于Tg和略高于Tg。类似地，范围中的温度的上端可以大约为Tx，指的是略低于Tx，等于Tx和略高于Tx。温度的值可取决于突起部分的合金的化学性质。例如，其可低于或等于大约750℃，例如低于或等于大约700℃，例如低于或等于大约650℃，例如低于 或等于大约600℃，例如低于或等于大约500℃，例如低于或等于大约450℃，例如低于或等于大约400℃，例如低于或等于大约350℃，例如低于或等于大约300℃，例如低于或等于大约250℃。在一个实施例中，该温度相对于合金的熔融温度可较低。
在一些实施例中，优选该温度在上述温度范围的高端。在一个实施例中，优选该温度接近Tx，但不超过它。较高的温度在此情况下可减小粘度，从而促进形成过程。在一个实施例中，过冷液体区域中的非晶质合金的粘度可在Tg时1012Pa·s下至Tx时105Pa·s之间变化，这一般被认为是过冷区域的高温极限。在一些情况下，随着合金的温度增大（直到Tx），粘度变得越来越低，从而合金结晶的速率可加快，从而减少了可用于形成合金的时间量。然而，过冷区域中的非晶质合金针对结晶具有高稳定性并且可作为非常粘性的液体存在。具有这种粘度的液体在施加的压力下可经历相当大的塑性应变。与固体不同，液体非晶质合金可局部形变，这可大幅降低切割和成形所需的能量。
这里的配合可包括将突起部分朝着开口压缩或者将开口朝着突起部分压缩。压缩可以以如图1(a)-1(d)中所示的方式执行，其中使第一部件的突起和第二部件的开口离得更近。或者，压缩可以通过将第一部件的突起朝着第二部件压缩并因此朝着突起的基底压缩来执行，如图10(1)-10(3)中所示。后一实施例在珠宝应用中可尤其有用。例如，第一部件（和/或第二部件）可以是宝石边框——例如连续的宝石边框——的一部分，就像在手表或戒指中那样。这些部件也可以是戒指的爪的一部分，其中镶嵌宝石。例如，每个爪可以是一突起，该突起被压缩以形成互锁装置以锁定宝石。
压缩可以利用一单独的结构——例如尖端——来执行。一个实施例中的这种尖端的示意图在图3(a)-3(b)中示出。取决于应用和第一部件的突起的形状和大小，尖端可具有任何形状或大小。例如，尖端可具有活塞的形式，该活塞具有平端，如图3(a)-3(b)的示意图中所示。或者，尖端可具有半球端、锥状端或者具有不规则形状的末端。在一个实施例中，尖端的表面面积大于突起的。在另一实施例中，两个表 面面积是相当的。尖端优选被加热到至少上述升高（或第一）温度以促进配合（包括塑形和压缩）过程。在一个实施例中，尖端可被加热到高于上述升高温度的温度以确保充分的温度。可通过任何传统的加热机制来加热尖端。例如，其可被电感式加热、导电式加热、放射式加热、对流式加热（例如利用热气体或液体流）。
尖端可包括任何适当的材料。例如，尖端可包括铁及其合金。例如，尖端可包括金属或合金，例如钨、不锈钢、工具钢或者其组合。或者，尖端可包括陶瓷。在这里的一些实施例中，尖端被称为“热熔尖端”。取决于突起的几何结构和化学性质，压缩可被执行任何适当的时间段。例如，该时间段可小于或等于大约20秒，例如小于或等于大约15秒，小于或等于大约10秒，小于或等于大约5秒，小于或等于大约1秒，小于或等于大约500ms，小于或等于大约200ms，小于或等于大约100ms。在一个实施例中，优选该时段至少为50ms，例如至少100ms，例如至少500ms。另外，取决于所涉及的材料，在配合期间给予的应力（例如通过尖端）可以是任何值的。例如，应力可以大约是室温下突起中的非晶质合金的屈服强度，或者应力可以低于或高于该屈服强度。应力不需要是恒定的，虽然其可以是恒定的。例如，应力可随着向突起施加的应力的变化而变化，例如增大或减小。在一个实施例中，非晶质合金在特定粘度下应变得越快，系统的部件受到的力就会越高（从而应力就会越高）。
随着突起被压缩，合金的至少一部分可被热塑性形变，如图4(a)-4(c)中所示的示意图中所示。例如，如图中所示，作为垂直力的结果，突起的上部发生形变以水平铺开。具体地，如图中所示，0.5mmx0.75mm部分可被压缩成0.94mm x0.4mm部分，甚至进一步压缩成2.5mm x0.15mm部分。图6(a)-6(b)提供了替换实施例中的压缩/塑形过程的图示。具体地，图6(a)提供了具有从第二部件的开口伸出的突起的组装件的截面图。在突起被热熔尖端压缩之后，如图6(b)中所示，突起的几何结构和尺寸可变化。
在配合期间的塑形之后，“塑形”的突起（现在在一个实施例中 是互锁装置的形状，如图6(b)中所示）可被冷却到低于合金的Tg的温度以硬化或固化。冷却时间可取决于合金的化学成分。在冷却步骤期间，可以维持在成形步骤期间施加的压缩压力。该压力相对于在布置步骤中使用的压力可以减小、相同或增大。因此，在一个实施例中，在施加的压力的辅助下，互锁装置在冷却步骤期间可继续被塑形。
在配合过程之后，组装件——尤其是突起中的合金成分——可以被冷却。合金成分可被冷却到低于该成分的Tg，例如最终冷却到环境温度。所得到的冷却成分是至少部分非晶质的，例如至少基本上非晶质的，例如完全非晶质的。在存在两个金属部件的一个实施例中，非晶质合金成型物品可在两个金属部件之间产生机械互锁装置，其中从部件互扩散到成型物品中的金属物种很少。在配合——包括压缩、加热和冷却——期间使用的参数可被评估并优化。
在一些实施例中，非晶质合金的加热历史可以是累积的。从而，加热、压缩和冷却的步骤可被重复许多次，只要加热历史中的总加热时间小于将会触发晶体形成的时间即可。这可提供如下的出乎意料的益处：能够对界面层和部件进行再塑形、再成型和/或再连结。
压缩可在部分真空下执行，例如在低真空下或者甚至高真空下执行，以避免合金与空气的反应。在一个实施例中，真空环境可以为大约10-2托以下，例如大约10-3托以下，例如大约10-4托以下。或者，加热和/或布置的步骤可在惰性气氛中执行，例如在氩、氮、氦或其混合物中执行。也可使用非惰性气体，例如环境空气，如果它们适合于应用的话。在另一实施例中，其可在部分真空和惰性气氛的组合中执行。在这些类气氛中执行压缩/塑形过程可防止杂质对最终产品（即，互锁装置）的污染。
当前描述的方法还可防止由于互扩散引起的最终产品的污染。在热塑性成形被用作塑形机制的一个实施例中，成形过程可有效地防止突起（以及在某种程度上，第一部件）、第二部件和经加热的尖端之间的化学元素的互扩散。结果，在一个实施例中，所得到的互锁装置基本上没有从第二部件和/或尖端扩散的元素，除非该元素是在接合过 程之前已经存在于成型物品中的合金成分中的共同元素。例如，作为这里描述的成形方法的结果，发生最低限度的来自部件的元素的扩散。从而，成型物品基本上没有从（一个或多个）部件扩散的任何元素，例如完全没有从（一个或多个）部件扩散的任何元素。这可具有避免所得到的锁定形式的污染和/或互锁装置与之接触的部件的表面的腐蚀的益处。在互锁装置（或突起）与任何部件共享一些共同元素的情况下，这个扩散的缺乏指的是来自部件的元素的扩散，而不是已经存在于成型物品中的共同元素的存在。
所得到的结构（例如，在一个实施例中的互锁装置）可包括至少基本上非晶质的合金，包含非晶质合金的合成物，或者其组合。在一个实施例中，配合步骤之前和之后的突起的结晶程度保持相当。在另一实施例中，在配合步骤期间基本上不发生相态变换。
当前描述的方法允许了在比诸如焊接、熔焊或硬焊之类的传统方法更低的温度下形成由非晶质合金成分物制成的接合元件——即，这些传统方法经常在大约1000℃或更高温度发生，而不是当前描述的方法中使用的温度（见上）。当前描述的方法的一个优点从而是更低的温度可使得对被接合的部件的损坏量更小，该损坏是由于传统的接合方法中的高温操作引起的。
另外，当前描述的方法出人意外地可允许制造将在冷却步骤期间的体积收缩量很小的情况下制成的接合元件；这与诸如硬焊之类的传统连结方法形成鲜明对比。在一个实施例中，（形成的界面层/密封相对于布置到部件的表面上的合成物的）体积收缩可小于大约1%，例如小于大约0.8%，例如小于大约0.6%，例如小于大约0.5%，例如小于大约0.3%，例如小于大约0.2%，例如小于大约0.1%，例如小于大约0.09%。这种小体积收缩可允许界面层或密封与（一个或多个）部件之间的紧密接触；结果，密封可以是不透流体的，如上所述。
结果，互锁/接合元件可形成与第二部件的至少一个表面的紧密接触，如图5(a)中所示。因为该紧密接触，互锁装置可在第一和第二部件之间形成有效密封。例如，该紧密接触可允许互锁装置形成不透流 体-气体或液体的气密密封。
互锁装置可具有优秀的属性。除了具有化学污染对其无效的金属玻璃的属性（如前所述）以外，互锁装置还可具有优秀的机械属性。例如，互锁装置可具有与（相同材料的）传统熔焊接合相当或者甚至比其更高的强度。如图8中所示，在一个实施例中的互锁装置的拉伸强度（带圆圈处）可高于10千克力（“kgf”），例如高于15kgf，例如高于18kgf，例如高于20kgf。另外，如图9中所示，在一个实施例中的当前描述的互锁装置可具有比发明人迄今为止测试过的所有传统方法更高的剪切强度。具体而言，剪切强度可大于大约30kgf，例如大于大约35kgf，例如大于大约40kgf。使用当前描述的接合方法的一个优点从而是坚固的接合，而不需要像传统操作中那样使用紧固件、熔焊、焊接等等。
应用
当前描述的方法可被应用来接合不同的结构组件，例如装置或珠宝中的那些。装置可以是电子装置。珠宝可包括宝石边框，例如连续的宝石边框，或者分立的爪，如戒指中的镶嵌宝石的爪。
这里的电子装置可以指本领域已知的任何电子装置。例如，其可以是电话，例如蜂窝电话和陆线电话，或者任何通信装置，例如智能电话，包括例如iPhoneTM，以及电子邮件发送/接收装置。其可以是显示器的一部分，例如数字显示器，TV监视器，电子书阅读器，便携式web浏览器（例如iPadTM），以及计算机监视器。其也可以是娱乐装置，包括便携式DVD播放器，传统DVD播放器，蓝光盘播放器，视频游戏机，音乐播放器，例如便携式音乐播放器（例如iPodTM），等等。其也可以是提供控制——例如控制图像、视频、声音的流传输的装置（例如Apple TVTM）的一部分，或者其可以是电子装置的遥控器。其可以是计算机或其配件的一部分，例如硬盘塔壳体或外壳、膝上型电脑壳体、膝上型电脑键盘、膝上型电脑触控板、桌面电脑键盘、鼠标和扬声器。该物品也可应用到诸如手表或时钟之类的装置。
非限制性工作例
形成机械互锁装置来接合两个部件并且产生不同的测试样本用于测量机械属性。样本的几何结构在图5(a)-5(c)中的示意图中示出，并且其截面图在图6(a)-6(b)中提供。图7(a)和图7(b)分别提供了所进行的实验中的拉伸测试样本和剪切测试样本的照片。
突起部分中使用的非晶质合金是基于Zr的合金，有时称为Vitreloy106。其化学成分是Zr67.5Cu12.79Ni9.79Nb6.07Al3.53（按wt%）。基板（第一部件）是不锈钢，并且热熔工具尖端由安装在高温焊接铁上的工具钢制成。尖端温度保持在大约450℃。尖端在突起上的按压时间在大约5-10秒之间。用手按压尖端。图8和图9示出了结果。
为了比较，示出拉伸测试结果的图8中提供了其他不锈钢到不锈钢熔焊和不锈钢到Vitreloy106熔焊。作为比较性的阴性对照组，不锈钢基板被焊接到不锈钢部件，而不是基于Zr的合金通过互锁装置与不锈钢基板接合。从图8看出，热熔（当前方法）（圆圈）是唯一的表现出与最强的不锈钢到不锈钢熔焊相当的拉伸强度的接合方法——均值大于大约17kgf。
图9展示了剪切强度结果。如图9中所示，热熔（带圆圈的）表现出所有测试过的接合方法的最高剪切强度结果，均值大于大约32.6kgf，这与传统接合的最高值大约20kgf形成对比。
冠词“一”在这里用来指该冠词的受词的一个或多于一个（即，至少一个）。作为示例，“一聚合树脂”指的是一个聚合树脂或者多于一个聚合树脂。这里引述的任何范围都是包含性的。本说明书中各处使用的术语“基本上”和“大约”用于描述并计入小波动。例如，它们可以指小于或等于±10%，例如小于或等于±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%。

Claims (31)

1.一种热熔接合方法，包括：
提供形成边框的第一部件，该第一部件包括：
突起部分，其中所述突起部分包括至少部分为非晶质的合金；和
延伸远离所述突起部分的基底部分；
提供第二部件；
将所述第二部件布置在所述基底部分上并且在所述第一部件近旁，使得所述突起部分邻近所述第二部件的外边缘并且延伸超出所述第二部件的顶表面；以及
通过使所述突起部分热塑性形变以将所述第二部件保持在由所述基底部分和所述突起部分形成的底切中而形成接合所述第一部件和所述第二部件的互锁装置；
其中，使所述突起部分热塑性形变包括将所述突起部分加热到第一温度。
2.如权利要求1所述的热熔接合方法，其中，所述合金是块体非晶质合金。
3.如权利要求1所述的热熔接合方法，其中，所述合金包括Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb或者其组合。
4.如权利要求1所述的热熔接合方法，其中，所述突起部分包括与所述第一部件的其余部分不同的材料。
5.如权利要求1所述的热熔接合方法，其中，所述第二部件包括铁、钛、铜、锆、铝、钨、其合金或者其组合。
6.如权利要求1所述的热熔接合方法，其中，所述第二部件和所述第一部件包括不同的材料。
7.如权利要求1所述的热熔接合方法，其中，所述第一温度介于所述合金的玻璃转变温度Tg和结晶温度Tx之间。
8.如权利要求1所述的热熔接合方法，其中，形成所述互锁装置包括将所述突起部分朝着所述第二部件压缩。
9.一种热熔接合方法，包括：
提供组装件，该组装件包括：
形成边框的第一部件，该第一部件包括：
突起部分，其中所述突起部分包括至少部分为非晶质的合金；和
延伸远离所述突起部分的基底部分；
第二部件，所述第二部件被布置在所述基底部分上并且在所述第一部件近旁，使得所述突起部分邻近所述第二部件的外边缘并且延伸超出所述第二部件的顶表面；以及
通过在介于所述合金的玻璃转变温度Tg和结晶温度Tx之间的温度下利用经加热的尖端接触所述突起部分以将所述突起部分塑形为将所述第二部件保持在由所述突起部分和所述基底部分形成的底切中的互锁装置，来使所述突起部分和所述第二部件配合，从而接合所述第一部件和所述第二部件。
10.如权利要求9所述的热熔接合方法，还包括将所述互锁装置冷却到低于所述合金的所述Tg的温度。
11.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述突起部分不允许所述突起部分、所述第二部件和所述经加热的尖端的元素的互扩散。
12.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述尖端包括铁。
13.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述配合是在至少部分真空下、在惰性气氛中或者既在至少部分真空下又在惰性气氛中执行的。
14.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述合金包括基本上为非晶质的合金、包含非晶质合金的合成物或者其组合。
15.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述互锁装置与所述第二部件的至少一个表面紧密接触。
16.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述温度低于或等于500℃。
17.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述经加热的尖端与所述突起部分接触持续短于或等于10秒。
18.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述组装件是电子装置的一部分。
19.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述互锁装置包括基本上为非晶质的合金、包含非晶质合金的合成物或者其组合。
20.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述互锁装置具有10kgf的拉伸强度。
21.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述互锁装置具有30kgf的剪切强度。
22.如权利要求9所述的热熔接合方法，其中，所述配合包括将所述突起部分朝着所述第二部件压缩。
23.一种热熔接合装置，包括：
形成边框的第一部件，该第一部件包括：
突起部分，其中所述突起部分包括至少部分为非晶质的合金；和
延伸远离所述突起部分的基底部分；
第二部件，所述第二部件被布置在所述基底部分上并且在所述第一部件近旁，使得所述突起部分邻近所述第二部件的外边缘；以及
互锁装置，该互锁装置接合所述第一部件和所述第二部件，其中所述第二部件被保持在由所述突起部分和所述基底部分形成的底切中。
24.如权利要求23所述的热熔接合装置，其中，所述合金是块体非晶质合金。
25.如权利要求23所述的热熔接合装置，其中，所述合金包括Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb或者其组合。
26.如权利要求23所述的热熔接合装置，其中，所述突起部分包括与所述第一部件的其余部分不同的材料。
27.如权利要求23所述的热熔接合装置，其中，所述第二部件包括铁、钛、铜、锆、铝、钨、其合金或者其组合。
28.一种热熔接合方法，包括：
提供组装件，该组装件包括：
形成边框的第一部件，该第一部件包括：
突起部分，其中所述突起部分包括至少部分为非晶质的合金；和
延伸远离所述突起部分的基底部分；
第二部件，该第二部件与所述第一部件的基底部分接触并且邻近所述突起部分；以及
在介于所述合金的玻璃转变温度Tg和结晶温度Tx之间的温度下将所述突起部分朝着所述第二部件压缩以将所述突起部分塑形为将所述第二部件保持在由所述突起部分和所述基底部分形成的底切中的互锁装置，从而接合所述第一部件和所述第二部件。
29.如权利要求28所述的热熔接合方法，其中，所述合金是块体非晶质合金。
30.如权利要求28所述的热熔接合方法，其中，所述边框是连续边框。
31.如权利要求28所述的热熔接合方法，其中，所述压缩是利用经加热的尖端执行的。
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