JP5723078B2 - Dual plunger rod for controlled transfer in injection molding system - Google Patents
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Description
本開示は全体として、材料を溶融させ、溶融した材料から物品を成形するための射出成形システムに関する。 The present disclosure relates generally to an injection molding system for melting a material and molding an article from the molten material.
いくつかの従来型鋳造又は成形装置には、強い力を用いて金型内に材料を移動させて押し詰めるための単一のプランジャロッドが含まれている。しかしながら、そのようなシステム内でアモルファス合金を使用して高アスペクト比の部品を注型成形又は鋳造成形する際には、金型の焼入速度が不十分であるため(例えば材料の一方の側での冷却が急速すぎ、反対側(例えばプランジャ側)が十分に急冷されないなど)、その成形された部品が不均質になる及び/又は結晶化する傾向がある。単一のプランジャロッドの速度又は力を増大させても、この問題は低減されない。 Some conventional casting or molding equipment includes a single plunger rod for moving material into a mold and pressing it using a strong force. However, when casting or casting high aspect ratio parts using amorphous alloys in such systems, the mold quench rate is insufficient (eg, on one side of the material). The cooling on the other side (e.g. the plunger side is not sufficiently quenched), the molded part tends to be heterogeneous and / or crystallized. Increasing the speed or force of a single plunger rod does not reduce this problem.
加えて、水平射出システムにおいては、混合しすぎないよう、又は冷却が急速すぎないよう、溶融した材料が溶融領域内に保持されていなければならない。 In addition, in a horizontal injection system, the molten material must be held in the melt zone so as not to mix too much or to cool too quickly.
成形される物品又は部品の改良のために本明細書の実施形態により提案される解決策では、バルク凝固アモルファス合金を使用する。 The solution proposed by the embodiments herein to improve the molded article or part uses a bulk solidified amorphous alloy.
本開示の一態様は、溶融した溶融可能材料を内部に受け取るように構成された溶融ゾーンと、デュアルプランジャロッドアセンブリとを有する、射出成形システムを提供する。このデュアルプランジャロッドアセンブリには、第1プランジャロッド及び第2プランジャロッドが含まれ、少なくともこの第1プランジャロッドが、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に移動させるように構成されている。デュアルプランジャロッドアセンブリと溶融ゾーンは一線上に提供される。第1及び第2プランジャロッドは、長手方向軸に沿って動くように構成され、これによって少なくとも第1プランジャロッドが、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に長手方向に移動させる。 One aspect of the present disclosure provides an injection molding system having a melting zone configured to receive molten meltable material therein and a dual plunger rod assembly. The dual plunger rod assembly includes a first plunger rod and a second plunger rod, at least the first plunger rod being configured to move the molten material from the melting zone into the mold. The dual plunger rod assembly and melting zone are provided on one line. The first and second plunger rods are configured to move along a longitudinal axis, whereby at least the first plunger rod moves the molten material longitudinally from the melting zone into the mold.
別の態様は、内部に受容した溶融可能材料を溶融するように構成された溶融ゾーンと、成形のために内部に溶融した材料を受容するように構成された金型と、互いに対して動くように構成された第1プランジャロッド及び第2プランジャロッドとを含む、射出成形システムを提供する。この第1プランジャロッド及び第2プランジャロッドは、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に移動させるように構成されている。 Another aspect is to move relative to each other with a melting zone configured to melt the meltable material received therein and a mold configured to receive the material melted therein for molding. An injection molding system is provided that includes a first plunger rod and a second plunger rod configured as described above. The first plunger rod and the second plunger rod are configured to move the molten material from the melting zone into the mold.
更に別の態様は、射出成形システムを用いて溶融可能材料から物品を成形する方法を提供する。このシステムは、内部に受容した溶融可能材料を溶融させるように構成された溶融ゾーンと、第1プランジャロッド及び第2プランジャロッドを有するプランジャロッドアセンブリとを含み、このアセンブリは、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に移動させるように構成される。この方法には、溶融ゾーン内の溶融可能材料を溶融させる工程と、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に移動させる工程とを含み、第1プランジャロッド及び第2プランジャロッドは、溶融した材料を金型に向かって移動中、それらの間に溶融した材料を収容するように構成される。 Yet another aspect provides a method of molding an article from a meltable material using an injection molding system. The system includes a melting zone configured to melt a meltable material received therein, and a plunger rod assembly having a first plunger rod and a second plunger rod, the assembly melting the molten material. It is configured to move from the zone into the mold. The method includes melting a meltable material in a melting zone and moving the molten material from the melting zone into a mold, wherein the first plunger rod and the second plunger rod are the molten material. Is configured to accommodate molten material therebetween while moving toward the mold.
本明細書に引用される全ての刊行物、特許、及び特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。 All publications, patents, and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.
冠詞「a」及び「an」は、本明細書では、1つ又は2つ以上(すなわち、少なくとも1つ)の、その冠詞の文法的対象語を指すために使用される。例として、「ポリマー樹脂(a polymer resin)」は、1つのポリマー樹脂又は2つ以上のポリマー樹脂を意味する。本明細書に記載されるいずれの範囲も、包括的である。本明細書の全体を通して使用される用語「実質的に」及び「約」は、小規模な変動を記述及び説明するために使用される。例えば、それらの用語は、±2%以下など、±1%以下など、±0.5%以下など、±0.2%以下など、±0.1%以下など、±0.05%以下などの、±5%以下を指すことができる。 The articles “a” and “an” are used herein to refer to one or more (ie, at least one) grammatical objects of the article. By way of example, “a polymer resin” means one polymer resin or more than one polymer resin. Any ranges set forth herein are inclusive. The terms “substantially” and “about” as used throughout this specification are used to describe and explain minor variations. For example, the terms are ± 2% or less, ± 1% or less, ± 0.5% or less, ± 0.2% or less, ± 0.1% or less, ± 0.05% or less, etc. Of ± 5% or less.
バルク凝固アモルファス合金、すなわちバルク金属ガラス(「BMG」)は、最近開発された部類の金属材料である。これらの合金は、比較的穏やかな速度で、凝固及び冷却させることができ、それらはアモルファスの、非晶質(すなわち、ガラス質)状態を室温で保持する。アモルファス合金は、それらの結晶性の対応物よりも、多くの優れた特性を有する。しかしながら、冷却速度が十分に高速ではない場合には、冷却の間にその合金の内部で結晶が形成される恐れがあり、そのため、アモルファス状態の利益が失われる恐れがある。例えば、バルクアモルファス合金部品の製造に伴う1つの重要な課題は、徐冷又は合金原料中の不純物のいずれかによる、それらの部品の部分的な結晶化である。BMG部品内では、高い程度のアモルファス化度(また反対に、低い程度の結晶化度)が望ましいため、制御された量のアモルファス化度を有するBMG部品を鋳造するための方法を開発する必要性がある。 Bulk solidified amorphous alloys, or bulk metallic glass (“BMG”), is a recently developed class of metallic materials. These alloys can be solidified and cooled at a relatively moderate rate, and they maintain an amorphous, amorphous (ie, glassy) state at room temperature. Amorphous alloys have many superior properties than their crystalline counterparts. However, if the cooling rate is not sufficiently high, crystals may form within the alloy during cooling, thus losing the benefits of the amorphous state. For example, one important challenge associated with the manufacture of bulk amorphous alloy parts is the partial crystallization of those parts, either by slow cooling or by impurities in the alloy raw material. Within BMG parts, a high degree of amorphization (and conversely, a low degree of crystallinity) is desirable, so there is a need to develop a method for casting BMG parts with a controlled amount of amorphization. There is.
図1(米国特許第7,575,040号より入手)は、Liquidmetal Technologyにより製造された、Zr−−Ti−−Ni−−Cu−−BeファミリーのVIT−001シリーズからの、例示的なバルク凝固アモルファス合金の、粘度−温度グラフを示す。アモルファス固体の形成の間、バルク凝固アモルファス金属に関しては、明確な液体/固体変態が存在しないことに留意するべきである。この溶融合金は、ガラス転移温度近傍で固体形態に近づくまで、過冷却の増大と共に、ますます粘稠になる。したがって、バルク凝固アモルファス合金に関する凝固前面の温度は、ガラス転移温度近傍であり得、その温度近傍で、この合金は、急冷アモルファスシート製品を取り出すために、実際に固体として作用する。 FIG. 1 (obtained from US Pat. No. 7,575,040) is an exemplary bulk from the VIT-001 series of the Zr--Ti--Ni--Cu--Be family manufactured by Liquidmetal Technology. The viscosity-temperature graph of a solidified amorphous alloy is shown. It should be noted that there is no clear liquid / solid transformation for bulk solidifying amorphous metals during the formation of amorphous solids. This molten alloy becomes increasingly viscous with increasing supercooling until it approaches a solid form near the glass transition temperature. Thus, the temperature of the solidification front for a bulk solidified amorphous alloy can be near the glass transition temperature, where it actually acts as a solid to remove the quenched amorphous sheet product.
図2(米国特許第7,575,040号より入手)は、例示的なバルク凝固アモルファス合金の時間−温度−変態(TTT)冷却曲線、すなわちTTT図を示す。バルク凝固アモルファス金属は、従来の金属と同様に、冷却の際の液体/固体の結晶化変態を起こさない。その代わりに、高温で(「融解温度」Tm近傍で)見出される、流動性の高い非晶質形態の金属は、温度が低下するにつれて(ガラス転移温度Tg近傍まで)より粘稠になり、最終的に従来の固体の外面的な物理的特性を呈する。 FIG. 2 (obtained from US Pat. No. 7,575,040) shows a time-temperature-transformation (TTT) cooling curve, or TTT diagram, of an exemplary bulk solidified amorphous alloy. Bulk solidified amorphous metals, like conventional metals, do not undergo liquid / solid crystallization transformations upon cooling. Instead, the highly flowable amorphous form of the metal found at high temperatures (near the “melting temperature” Tm) becomes more viscous as the temperature decreases (to near the glass transition temperature Tg) In particular, it exhibits the external physical properties of a conventional solid.
バルク凝固アモルファス金属に関しては、液体/結晶化変態は存在しないにも関わらず、対応する結晶相の熱力学的液相温度として、「融解温度」Tmを定義することができる。この体系の下では、バルク凝固アモルファス合金の融解温度での粘度は、約0.1ポアズ〜約10,000ポアズの範囲に、更に場合によっては、0.01ポアズ未満にあることが可能である。この「融解温度」でのより低い粘度は、BMG部品を成形するためのバルク凝固アモルファス金属による、シェル/金型の複雑な部分のより速く完全な充填をもたらす。更には、BMG部品を成形するための溶融金属の冷却速度は、冷却の間の時間−温度プロファイルが、図2のTTT図内の結晶化領域を境界付けるノーズ形状領域を横断しないようなものでなければならない。図2では、Tノーズは、結晶化が最も急速であり、最短の時間スケールで生じる、臨界結晶化温度Txである。 For bulk solidified amorphous metals, the “melting temperature” Tm can be defined as the thermodynamic liquid phase temperature of the corresponding crystal phase, even though there is no liquid / crystallization transformation. Under this regime, the viscosity at the melting temperature of the bulk solidified amorphous alloy can range from about 0.1 poise to about 10,000 poise, and in some cases, less than 0.01 poise. . This lower viscosity at the “melting temperature” results in faster and complete filling of complex parts of the shell / mold with bulk solidified amorphous metal to form BMG parts. In addition, the cooling rate of the molten metal to form the BMG part is such that the time-temperature profile during cooling does not cross the nose shaped region that bounds the crystallization region in the TTT diagram of FIG. There must be. In FIG. 2, T nose is the critical crystallization temperature Tx where crystallization occurs most rapidly and occurs on the shortest time scale.
過冷却液体領域、すなわちTg〜Txの温度領域は、バルク凝固合金の結晶化に対する極度の安定性を明示するものである。この温度領域内では、バルク凝固合金は、高粘度の液体として存在し得る。この過冷却液体領域内でのバルク凝固合金の粘度は、ガラス転移温度での1012Pa・sから、結晶化温度である過冷却液体領域の高温限界での105Pa・sに至るまでの間で変化し得る。そのような粘度を有する液体は、加圧力の下で、実質的な塑性歪みを経験し得る。本明細書の実施形態は、成形及び分離方法として、この過冷却液体領域内での大きい塑性成形性を利用する。 The supercooled liquid region, i.e., the temperature region from Tg to Tx, demonstrates extreme stability against crystallization of the bulk solidified alloy. Within this temperature range, the bulk solidified alloy can exist as a highly viscous liquid. The viscosity of the bulk solidified alloy in this supercooled liquid region ranges from 10 12 Pa · s at the glass transition temperature to 10 5 Pa · s at the high temperature limit of the supercooled liquid region, which is the crystallization temperature. Can vary between. A liquid having such a viscosity can experience substantial plastic strain under pressure. Embodiments herein utilize the large plastic formability within this supercooled liquid region as a forming and separating method.
Txについて明確にする必要がある。技術的には、TTT図に示されるノーズ形状の曲線は、Txを温度及び時間の関数として説明する。それゆえ、金属合金を加熱又は冷却する間に辿る軌跡とは関係なく、このTTT曲線に当る場合に、Txに到達している。図2では、Txは破線として示されるが、これは、Tmの近位からTgの近位まで、Txが変化し得るためである。 It is necessary to clarify Tx. Technically, the nose shaped curve shown in the TTT diagram describes Tx as a function of temperature and time. Therefore, Tx is reached when it hits this TTT curve, regardless of the trajectory followed during heating or cooling of the metal alloy. In FIG. 2, Tx is shown as a dashed line because Tx can vary from proximal Tm to proximal Tg.
図2の概略的なTTT図は、時間−温度の軌跡(例示的軌跡として、(1)として示す)がTTT曲線に当ることがない、Tm以上〜Tg未満のダイカストの加工処理方法を示す。ダイカストの間、この成形は、軌跡がTTT曲線に当ることを回避するために、実質的に急速冷却と同時に行われる。時間−温度の軌跡(例示的軌跡として、(2)、(3)及び(4)として示す)がTTT曲線に当ることがない、Tg以下からTm未満までの超塑性成形(SPF)に関する加工処理方法。SPFでは、アモルファスBMGは、過冷却液体領域内へと再加熱され、利用可能な加工処理ウインドウは、ダイカストよりも遙かに大きく、より良好なプロセスの可制御性をもたらすことが可能である。SPFプロセスは、冷却の間の結晶化を回避するための急速冷却を必要としない。また、例示的軌跡(2)、(3)、及び(4)によって示されるように、SPFの間の最高温度が、Tノーズ超又はTノーズ未満、最大約Tmとなる状態で、SPFを実施することができる。アモルファス合金の断片を昇温させつつ、TTT曲線に当ることを回避させた場合には、「Tg〜Tm」に加熱しても、Txには到達していない。 The schematic TTT diagram of FIG. 2 shows a die casting processing method in which the time-temperature trajectory (shown as (1) as an exemplary trajectory) does not hit the TTT curve and is greater than or equal to Tm and less than Tg. During die casting, this shaping is performed at the same time as the rapid cooling to avoid the trajectory hitting the TTT curve. Time-temperature trajectory (shown as exemplary trajectories (2), (3) and (4)) does not hit the TTT curve, and processing related to superplastic forming (SPF) from Tg or less to less than Tm Method. In SPF, amorphous BMG is reheated into the supercooled liquid region and the available processing window can be much larger than die casting, resulting in better process controllability. The SPF process does not require rapid cooling to avoid crystallization during cooling. Also, as shown by exemplary trajectories (2), (3), and (4), SPF is performed with the highest temperature during SPF being above or below T nose and up to about Tm can do. In the case of avoiding hitting the TTT curve while raising the temperature of the piece of amorphous alloy, Tx is not reached even when heated to “Tg to Tm”.
20℃/分の加熱速度で得られる、バルク凝固アモルファス合金の典型的な示差走査熱量計(DSC)加熱曲線は、大部分は、TTTデータを横切る具体的な軌跡を説明するものであり、特定温度のTgと、DSC加熱傾斜がTTT結晶化開始と交差する場合のTxと、最終的に、同じ軌跡が融解に関する温度範囲と交差する場合の融解ピークとが認められるであろう。図2の軌跡(2)、(3)、及び(4)の上り傾斜部分によって示されるような急速な加熱速度で、バルク凝固アモルファス合金を加熱する場合には、TTT曲線を完全に回避することが可能であり、DSCデータは、加熱の際、ガラス転移を示すが、Txは示さない。このことについての別の考察方法は、軌跡(2)、(3)、及び(4)は、結晶化曲線に当らない限り、TTT曲線のノーズ(及び更にその上方)〜Tg線の温度内の、いずれの場所にも収まることができる点である。そのことは、加工処理温度が上昇するにつれて、軌跡内の水平な平坦部が遙かに短くなり得ることを単に意味する。
相
The typical differential scanning calorimeter (DSC) heating curve of bulk solidified amorphous alloys, obtained at a heating rate of 20 ° C./min, largely describes the specific trajectory across the TTT data. There will be a Tg of temperature, a Tx where the DSC heating ramp intersects the onset of TTT crystallization, and finally a melting peak where the same trajectory intersects the temperature range for melting. Avoid TTT curves completely when heating bulk solidified amorphous alloys at a rapid heating rate as shown by the up-tilted portions of trajectories (2), (3), and (4) in FIG. And DSC data show a glass transition upon heating but no Tx. Another way of thinking about this is that the trajectories (2), (3), and (4) are within the TTT curve nose (and further above) to the temperature of the Tg line, as long as they do not hit the crystallization curve. It can fit in any place. That simply means that as the processing temperature increases, the horizontal flats in the trajectory can become much shorter.
phase
本明細書での用語「相」は、熱力学状態図内で見出すことができるものを指すことができる。相は、その全体にわたって、材料の全ての物理的特性が本質的に均一である、空間の領域(例えば、熱力学系)である。物理的特性の例としては、密度、屈折率、化学組成、及び格子周期性が挙げられる。相の単純な説明は、化学的に均一で、物理的に異なっており、及び/又は機械的に分離可能な材料の領域である。例えば、ガラスジャー内の、氷及び水からなる系では、その角氷が1つの相であり、水が第2の相であり、その水の上の湿り空気が第3の相である。ジャーのガラスは、別の分離相である。相は、2成分、3成分、4成分以上の溶体などの固溶体、又は金属間化合物などの化合物を指すこともある。別の例としては、アモルファス相は、結晶相とは区別ができる。
金属、遷移金属、及び非金属
As used herein, the term “phase” can refer to what can be found in a thermodynamic phase diagram. A phase is a region of space (eg, a thermodynamic system) throughout which all physical properties of the material are essentially uniform. Examples of physical properties include density, refractive index, chemical composition, and lattice periodicity. A simple description of a phase is a region of material that is chemically uniform, physically different, and / or mechanically separable. For example, in a system consisting of ice and water in a glass jar, the ice cube is one phase, water is the second phase, and humid air above the water is the third phase. Jar glass is another separate phase. The phase may refer to a solid solution such as a solution of two components, three components, four components or more, or a compound such as an intermetallic compound. As another example, the amorphous phase can be distinguished from the crystalline phase.
Metals, transition metals, and non-metals
用語「金属」は、電気陽性の化学元素を指す。本明細書での用語「元素」は、全般的には、周期表に見出すことができる元素を指す。物理的には、基底状態の金属原子は、占有状態に近い、空状態を有する部分的充満帯を含む。用語「遷移金属」とは、不完全な内部電子殻を有し、一連の元素内の、最も電気陽性のものと最も電気陽性ではないものとの間の遷移リンクとして役立つ、周期表の第3族〜第12族の範囲内の金属元素のうちのいずれかである。遷移金属は、複数の原子価、着色化合物、及び安定な錯イオンを形成する能力によって特徴付けられる。用語「非金属」は、電子を失って陽イオンを形成する能力を有さない化学元素を指す。
The term “metal” refers to an electropositive chemical element. As used herein, the term “element” generally refers to an element that can be found in the periodic table. Physically, a ground state metal atom includes a partially filled band with an empty state close to the occupied state. The term “transition metal” is the third in the periodic table that has an incomplete internal electron shell and serves as a transition link between the most electropositive and the least electropositive in a set of elements. It is one of the metal elements within the range of
用途に応じて、任意の好適な非金属元素、又はそれらの組み合わせを使用することができる。合金(又は「合金組成物」)は、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ以上の非金属元素などの複数の非金属元素を含み得る。非金属元素は、周期表内の第13族〜第17族内に見出される、いずれかの元素とすることができる。例えば、非金属元素は、F、Cl、Br、I、At、O、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge、Sn、Pb、及びBのうちの、いずれか1つとすることができる。場合により、非金属元素はまた、第13族〜第17族内の特定の半金属(例えば、B、Si、Ge、As、Sb、Te、及びPo)を指すこともある。一実施形態では、非金属元素としては、B、Si、C、P、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。したがって、例えば、その合金は、ホウ化物若しくは炭化物、又は双方を含み得る。 Depending on the application, any suitable non-metallic elements, or combinations thereof, can be used. An alloy (or “alloy composition”) may include a plurality of non-metallic elements, such as at least two, at least three, at least four or more non-metallic elements. The nonmetallic element can be any element found within Groups 13-17 in the periodic table. For example, the nonmetallic elements are F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, Po, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, Pb, and B. It can be any one of them. In some cases, non-metallic elements may also refer to certain semimetals within Group 13 to Group 17 (eg, B, Si, Ge, As, Sb, Te, and Po). In one embodiment, the non-metallic element can include B, Si, C, P, or a combination thereof. Thus, for example, the alloy can include borides or carbides, or both.
遷移金属元素は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、ラザホージウム、ドブニウム、シーボーギウム、ボーリウム、ハッシウム、マイトネリウム、ウンウンニリウム、ウンウンウニウム、及びウンウンビウムのうちのいずれかとすることができる。一実施形態では、遷移金属元素含有BMGは、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、及びHgのうちの少なくとも1つを有し得る。用途に応じて、任意の好適な遷移金属元素、又はそれらの組み合わせを使用することができる。合金組成物は、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ以上の遷移金属元素などの、複数の遷移金属元素を含み得る。 Transition metal elements are scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, cadmium, hafnium, tantalum, tungsten , Rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, rutherfordium, dobnium, seaborgium, bolium, hassium, mitonium, ununnilium, ununnium, and ununbium. In one embodiment, the transition metal element-containing BMG is Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, It may have at least one of Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, and Hg. Depending on the application, any suitable transition metal element, or combinations thereof, can be used. The alloy composition may include a plurality of transition metal elements, such as at least 2, at least 3, at least 4 or more transition metal elements.
本明細書で説明される、合金又は合金「サンプル」又は「試料」合金は、任意の形状又はサイズを有し得る。例えば、合金は、球形、楕円、ワイヤ状、ロッド状、シート状、フレーク状、又は不規則形状などの形状を有し得る、微粒子の形状を有し得る。この微粒子は、任意のサイズを有し得る。例えば、その微粒子は、約5マイクロメートル〜約80マイクロメートルなど、約10マイクロメートル〜約60マイクロメートルなど、約15マイクロメートル〜約50マイクロメートルなど、約15マイクロメートル〜約45マイクロメートルなど、約20マイクロメートル〜約40マイクロメートルなど、約25マイクロメートル〜約35マイクロメートルなどの、約1マイクロメートル〜約100マイクロメートルの平均直径を有し得る。例えば、一実施形態では、微粒子の平均直径は、約25マイクロメートル〜約44マイクロメートルである。一部の実施形態では、ナノメートルの範囲のものなどの、より小さい微粒子、又は100マイクロメートルよりも大きいものなどの、より大型の微粒子を使用することができる。 An alloy or alloy “sample” or “specimen” alloy described herein may have any shape or size. For example, the alloy can have a particulate shape, which can have a shape such as a sphere, ellipse, wire, rod, sheet, flake, or irregular shape. The microparticles can have any size. For example, the microparticles can be about 5 micrometers to about 80 micrometers, such as about 10 micrometers to about 60 micrometers, such as about 15 micrometers to about 50 micrometers, such as about 15 micrometers to about 45 micrometers, etc. It may have an average diameter of about 1 micrometer to about 100 micrometers, such as about 25 micrometers to about 35 micrometers, such as about 20 micrometers to about 40 micrometers. For example, in one embodiment, the average diameter of the microparticles is from about 25 micrometers to about 44 micrometers. In some embodiments, smaller particles, such as those in the nanometer range, or larger particles, such as those larger than 100 micrometers, can be used.
合金のサンプル又は試料はまた、遙かに大きい寸法のものにすることもできる。例えば、インゴットなどのバルク構造構成要素、電子デバイスの筺体/ケーシング、又は更にミリメートル、センチメートル、又はメートルの範囲の寸法を有する構造的構成要素の一部分とすることができる。
固溶体
The alloy sample or specimen can also be of much larger dimensions. For example, it can be a bulk structural component such as an ingot, a housing / casing of an electronic device, or even a part of a structural component having dimensions in the millimeter, centimeter, or meter range.
Solid solution
用語「固溶体」は、溶体の固体形態を指す。用語「溶体」は、固体、液体、気体、又はこれらの組み合わせとすることができる、2種以上の物質の混合物を指す。この混合物は、均質又は不均質とすることができる。用語「混合物」とは、互いに組み合わされ、一般的には分離することが可能である、2種以上の物質の組成物である。一般的には、それらの2種以上の物質は、互いに化合されない。
合金
The term “solid solution” refers to the solid form of the solution. The term “solution” refers to a mixture of two or more substances that can be a solid, liquid, gas, or a combination thereof. This mixture can be homogeneous or heterogeneous. The term “mixture” is a composition of two or more substances that can be combined with each other and generally separated. In general, the two or more substances are not combined with each other.
alloy
一部の実施形態では、本明細書で説明される合金組成物は、完全に合金化することができる。一実施形態では、「合金」とは、一方の原子が他方の原子に置き換わるか、又は原子間の格子間位置を占有する、2種以上の金属の均質な混合物又は固溶体を指すものであり、例えば、黄銅は、亜鉛及び銅の合金である合金とは、複合材料とは対照的に、金属マトリックス中の1種以上の化合物などの、金属マトリックス中の1種以上の元素の部分的又は完全な固溶体を指すことができる。本明細書での合金という用語は、単一の固相の微細構造を呈し得る全率固溶合金、及び2つ以上の相を呈し得る部分的溶体の双方を指すことができる。本明細書で説明される合金組成物は、合金を含むもの、又は合金含有複合材料を含むものを指すことができる。 In some embodiments, the alloy compositions described herein can be fully alloyed. In one embodiment, an “alloy” refers to a homogenous mixture or solid solution of two or more metals in which one atom replaces another atom or occupies an interstitial position between atoms. For example, brass is an alloy that is an alloy of zinc and copper, as opposed to a composite material, which is partially or completely of one or more elements in a metal matrix, such as one or more compounds in the metal matrix. A solid solution. The term alloy herein may refer to both a fully solid solution alloy that may exhibit a single solid phase microstructure and a partial solution that may exhibit two or more phases. The alloy compositions described herein can refer to those comprising an alloy or those comprising an alloy-containing composite material.
それゆえ、完全に合金化した合金は、固溶体相であれ、化合物相であれ、又は双方であれ、その構成成分の均質な分布を有し得る。本明細書で使用される用語「完全に合金化された」は、許容誤差範囲内の僅かな変異を説明することができる。例えば、その用語は、少なくとも95%の合金化など、少なくとも99%の合金化など、少なくとも99.5%の合金化など、少なくとも99.9%の合金化などの、少なくとも90%の合金化を指すことができる。本明細書での百分率は、文脈に応じて、体積百分率又は重量百分率のいずれかを指すことができる。これらの百分率は、合金の部分ではない組成又は相の観点によるものとすることができる不純物によって均衡させることができる。
アモルファスすなわち非晶質固体
Thus, a fully alloyed alloy can have a homogeneous distribution of its constituents, whether in solid solution phase, compound phase, or both. As used herein, the term “fully alloyed” can describe slight variations within tolerances. For example, the term includes at least 90% alloying, such as at least 95% alloying, such as at least 99% alloying, such as at least 99.5% alloying, such as at least 99.9% alloying. Can point. Percentages herein can refer to either volume percentages or weight percentages, depending on the context. These percentages can be balanced by impurities that can be in terms of compositions or phases that are not part of the alloy.
Amorphous or amorphous solid
「アモルファス」すなわち「非晶質固体」は、結晶に特徴的な格子周期性を欠く固体である。本明細書で使用するとき、「アモルファス固体」は、ガラス転移を通じて、加熱されると液体状の状態へと軟化及び変態するアモルファス固体である、「ガラス」を含む。一般的には、アモルファス材料は、結晶に特徴的な長距離秩序を欠くが、それらのアモルファス材料は、化学結合の性質による、原子の長さスケールでの何らかの短距離秩序を保有し得る。アモルファス固体と結晶性固体との区別は、X線回折及び透過型電子顕微鏡検査などの構造特性評価技術によって判定される、格子周期性に基づいて行なうことができる。 An “amorphous” or “amorphous solid” is a solid that lacks the lattice periodicity characteristic of crystals. As used herein, “amorphous solid” includes “glass”, which is an amorphous solid that softens and transforms into a liquid state upon heating through the glass transition. In general, amorphous materials lack the long-range order characteristic of crystals, but these amorphous materials can possess some short-range order on the atomic length scale due to the nature of chemical bonds. A distinction between an amorphous solid and a crystalline solid can be made based on lattice periodicity determined by structural property evaluation techniques such as X-ray diffraction and transmission electron microscopy.
用語「秩序」及び「無秩序」とは、多粒子系内での何らかの対称性又は相関性の有無を指示する。用語「長距離秩序」及び「短距離秩序」は、長さスケールに基づいて、材料内の秩序を区別する。 The terms “order” and “disorder” indicate the presence or absence of any symmetry or correlation within a multiparticulate system. The terms “long-range order” and “short-range order” distinguish order within a material based on a length scale.
固体における秩序の最も厳密な形態は格子周期性であり、特定のパターン(単位格子内の原子配列)が何度も繰り返され、空間の並進的な一様の空間充填を形成する。この格子周期性は、結晶の定義特性である。可能な対称性は、14種のブラベー格子及び230種の空間群に分類されている。 The most rigorous form of order in a solid is lattice periodicity, and a specific pattern (atom arrangement in a unit cell) is repeated many times to form a translational uniform space filling of the space. This lattice periodicity is a defining characteristic of crystals. The possible symmetries are grouped into 14 Bravey lattices and 230 space groups.
格子周期性は、長距離秩序を示唆するものである。1つの単位格子のみが知られる場合には、その並進対称性によって、任意の距離での、全ての原子配置を正確に予測することが可能である。一般に逆も真であるが、ただし、例えば、完全に確定的な充填を有するが、格子周期性を保有しない、準結晶の場合は例外である。 Lattice periodicity suggests long-range order. If only one unit cell is known, its translational symmetry makes it possible to accurately predict all atomic arrangements at an arbitrary distance. The converse is generally true, except in the case of, for example, quasicrystals that have a completely deterministic filling but do not possess lattice periodicity.
長距離秩序は、同じサンプルの遠隔の部分が、相関する挙動を呈する、物理系を特徴付ける。この長距離秩序は、相関関数、すなわち次のスピン−スピン相関関数として表現することができる。
上記の関数では、sはスピン量子数であり、xは特定の系内の距離関数である。この関数は、x=x’である場合、単位元に等しく、距離|x−x’|が増大するにつれて減少する。典型的には、この関数は、長距離で、指数関数的にゼロまで減衰し、その系は無秩序であると見なされる。しかしながら、この相関関数が大きい|x−x’|で一定値へと減衰する場合には、その系は長距離秩序を保有すると述べることができる。この関数が、距離の累乗でゼロまで減衰する場合には、準長距離秩序と呼ぶことができる。大きい値の|x−x’|を構成するものは、相対的であることに留意されたい。 In the above function, s is a spin quantum number and x is a distance function in a specific system. This function is equal to the identity element when x = x ′ and decreases as the distance | x−x ′ | Typically, this function decays exponentially to zero over long distances and the system is considered disordered. However, if this correlation function decays to a constant value with a large | x−x ′ |, it can be stated that the system possesses long-range order. If this function decays to zero as a power of distance, it can be called quasi-long-range order. Note that what constitutes a large value of | x-x '| is relative.
系は、その挙動を定義する一部のパラメータが、経時的に進展しないランダム変数である(すなわち、それらが急冷又は凍結される)場合、急冷無秩序、例えば、スピングラスを呈すると延べることができる。この急冷無秩序は、ランダム変数自体が進展することが可能な、焼鈍無秩序とは反対である。本明細書の実施形態は、急冷無秩序を含む系を包含する。 A system can be extended to exhibit a quenching disorder, such as a spin glass, if some parameters that define its behavior are random variables that do not evolve over time (ie, they are quenched or frozen). it can. This quenching disorder is the opposite of the annealing disorder in which the random variable itself can develop. Embodiments herein include systems that include a quenching disorder.
本明細書で説明される合金は、結晶性、部分結晶性、アモルファス、又は実質的にアモルファスとすることができる。例えば、合金サンプル/試料は、少なくともある程度の結晶化度を含み得るものであり、結晶粒/結晶は、ナノメートル及び/又はマイクロメートルの範囲のサイズを有する。あるいは、合金は、完全にアモルファスであるなどの、実質的アモルファスとすることができる。一実施形態では、合金組成物は、完全に結晶性であるなど、実質的に結晶性であり、少なくとも実質的にアモルファスではない。 The alloys described herein can be crystalline, partially crystalline, amorphous, or substantially amorphous. For example, an alloy sample / specimen can include at least some degree of crystallinity, and the grains / crystals have a size in the nanometer and / or micrometer range. Alternatively, the alloy can be substantially amorphous, such as completely amorphous. In one embodiment, the alloy composition is substantially crystalline, such as fully crystalline, and at least not substantially amorphous.
一実施形態では、他のアモルファス合金中の1種の結晶又は複数種の結晶の存在は、その合金中の「結晶相」として解釈することができる。合金の結晶化度の程度(又は一部の実施形態では、略して「結晶化度」)とは、その合金中に存在する結晶相の量を指すことができる。その程度とは、例えば、合金中に存在する結晶の分率を指すことができる。この分率は、文脈に応じて、体積分率又は重量分率を指すことができる。アモルファス合金がどの程度「アモルファス」であるかの尺度を、アモルファス化度とすることができる。アモルファス化度は、結晶化度の程度の観点により測定することができる。例えば、一実施形態では、低い程度の結晶化度を有する合金は、高い程度のアモルファス化度を有すると述べることができる。一実施形態では、例えば、60体積%の結晶相を有する合金は、40体積%のアモルファス相を有し得る。
アモルファス合金又はアモルファス金属
In one embodiment, the presence of one or more crystals in another amorphous alloy can be interpreted as a “crystalline phase” in that alloy. The degree of crystallinity of an alloy (or in some embodiments, “crystallinity” for short) can refer to the amount of crystalline phase present in the alloy. The degree can refer, for example, to the fraction of crystals present in the alloy. This fraction can refer to a volume fraction or a weight fraction, depending on the context. A measure of how “amorphous” an amorphous alloy can be is the degree of amorphization. The degree of amorphization can be measured from the viewpoint of the degree of crystallinity. For example, in one embodiment, an alloy having a low degree of crystallinity can be described as having a high degree of amorphousness. In one embodiment, for example, an alloy having 60% by volume crystalline phase may have 40% by volume amorphous phase.
Amorphous alloy or amorphous metal
「アモルファス合金」とは、50体積%超のアモルファス含有量、好ましくは90体積%超のアモルファス含有量、より好ましくは95体積%超のアモルファス含有量、最も好ましくは99体積%超〜ほぼ100体積%のアモルファス含有量を有する合金である。上述のように、アモルファス化度が高い合金は、結晶化度の程度が同等に低いことに留意されたい。「アモルファス金属」とは、無秩序な原子スケール構造を有するアモルファス金属材料である。結晶性であり、したがって高度に秩序化された原子配置を有する、殆どの金属とは対照的に、アモルファス合金は非晶質である。そのような無秩序構造が、冷却の間に液体状態から直接作り出される材料は、「ガラス」と称される場合がある。したがって、アモルファス金属は、一般に「金属ガラス」又は「ガラス金属」と称される。一実施形態では、バルク金属ガラス(「BMG」)とは、その微細構造が少なくとも部分的にアモルファスである合金を指すことができる。しかしながら、アモルファス金属を作り出すためには、極度な急速冷却の他にも、物理蒸着、固相反応、イオン照射、メルトスピニング、及び機械的合金化を含めた、幾つかの方法が存在する。アモルファス合金は、それらが調製される方法とは関係なく、単一の部類の材料とすることができる。 “Amorphous alloy” means an amorphous content greater than 50% by volume, preferably greater than 90% by volume, more preferably greater than 95% by volume, most preferably greater than 99% by volume to almost 100% by volume. % Is an alloy with an amorphous content. As noted above, it should be noted that alloys with a high degree of amorphization have an equally low degree of crystallinity. An “amorphous metal” is an amorphous metal material having a disordered atomic scale structure. In contrast to most metals, which are crystalline and thus have a highly ordered atomic arrangement, amorphous alloys are amorphous. The material in which such a disordered structure is created directly from the liquid state during cooling may be referred to as “glass”. Thus, amorphous metals are commonly referred to as “metallic glass” or “glass metal”. In one embodiment, bulk metallic glass (“BMG”) can refer to an alloy whose microstructure is at least partially amorphous. However, in addition to extreme rapid cooling, there are several ways to create amorphous metals, including physical vapor deposition, solid phase reaction, ion irradiation, melt spinning, and mechanical alloying. Amorphous alloys can be a single class of materials regardless of how they are prepared.
アモルファス金属は、様々な急冷法を通じて作り出すことができる。例えば、アモルファス金属は、回転する金属ディスク上に溶融金属をスパッタリングすることによって、作り出すことができる。1秒当り約数百万度の急冷は、結晶が形成するには過度に高速である得るため、その金属は、ガラス状態で「固定」される。また、アモルファス金属/合金は、厚い層のアモルファス構造、例えば、バルク金属ガラスの形成を可能にするための、十分に低速な臨界冷却速度で作り出すこともできる。 Amorphous metal can be produced through various quenching methods. For example, amorphous metal can be created by sputtering molten metal onto a rotating metal disk. A quench of about several million degrees per second can be too fast for crystals to form, so that the metal is “fixed” in the glassy state. Amorphous metals / alloys can also be created with critical cooling rates that are slow enough to allow the formation of thick layer amorphous structures, such as bulk metallic glass.
用語「バルク金属ガラス」(「BMG」)、バルクアモルファス合金(「BAA」)、及びバルク凝固アモルファス合金は、本明細書で互換的に使用される。それらの用語は、少なくともミリメートルの範囲の最小寸法を有する、アモルファス合金を指す。例えば、その寸法は、少なくとも約1mmなど、少なくとも約2mmなど、少なくとも約4mmなど、少なくとも約5mmなど、少なくとも約6mmなど、少なくとも約8mmなど、少なくとも約10mmなど、少なくとも約12mmなどの、少なくとも約0.5mmとすることができる。幾何学形状に応じて、その寸法は、直径、半径、厚さ、幅、長さなどを指すことができる。BMGはまた、少なくとも約1.0cmなど、少なくとも約2.0cmなど、少なくとも約5.0cmなど、少なくとも約10.0cmなどの、センチメートルの範囲の少なくとも1つの寸法を有する、金属ガラスとすることもできる。一部の実施形態では、BMGは、少なくともメートルの範囲の、少なくとも1つの寸法を有し得る。BMGは、金属ガラスに関連する、上述の形状又は形態のうちの、いずれかを呈することができる。したがって、本明細書で説明されるBMGは、一部の実施形態では、重要な一態様での従来の堆積技術によって作製される薄膜とは異なるものとすることができ、前者のBMGは、後者の薄膜よりも遙かに大きい寸法のものとすることができる。 The terms “bulk metallic glass” (“BMG”), bulk amorphous alloy (“BAA”), and bulk solidified amorphous alloy are used interchangeably herein. These terms refer to an amorphous alloy having a minimum dimension in the range of at least millimeters. For example, the dimension is at least about 0, such as at least about 1 mm, at least about 2 mm, at least about 4 mm, at least about 5 mm, at least about 6 mm, at least about 8 mm, at least about 10 mm, at least about 12 mm, etc. .5 mm. Depending on the geometry, the dimensions can refer to diameter, radius, thickness, width, length, etc. The BMG may also be a metallic glass having at least one dimension in the centimeter range, such as at least about 1.0 cm, such as at least about 2.0 cm, such as at least about 5.0 cm, such as at least about 10.0 cm. You can also. In some embodiments, the BMG may have at least one dimension in the range of at least meters. BMG can take on any of the shapes or forms described above associated with metallic glass. Accordingly, the BMG described herein may differ from thin films made by conventional deposition techniques in one important aspect in some embodiments, the former BMG being the latter The size can be much larger than that of the thin film.
アモルファス金属は、純金属ではなく、合金とすることができる。この合金は、著しく異なるサイズの原子を含有し得ることにより、溶融状態で、低い自由体積がもたらされる(またそれゆえ、他の金属及び合金よりも、桁違いとなるまでの高い粘度を有する)。この粘度は、原子が、規則格子を形成するために十分に移動することを防ぐ。この材料構造は、冷却の間の低収縮性、及び塑性変形に対する抵抗性をもたらし得る。一部の場合には結晶性材料の弱点である、この結晶粒界の不在は、例えば、磨耗及び腐食に対する、より良好な抵抗性をもたらし得る。一実施形態では、技術的にはガラスであるが、アモルファス金属はまた、酸化物ガラス及びセラミックよりも遙かに強靭であり、脆性ではないものにすることもできる。 The amorphous metal can be an alloy rather than a pure metal. This alloy can contain atoms of significantly different sizes, resulting in a low free volume in the molten state (and therefore has a viscosity that is orders of magnitude higher than other metals and alloys). . This viscosity prevents atoms from moving sufficiently to form an ordered lattice. This material structure can provide low shrinkage during cooling and resistance to plastic deformation. This absence of grain boundaries, which in some cases is a weakness of crystalline materials, can result in better resistance to wear and corrosion, for example. In one embodiment, although technically glass, amorphous metals can also be much stronger and less brittle than oxide glasses and ceramics.
アモルファス材料の熱伝導率は、それらの結晶性対応物の熱伝導率よりも低いものにすることができる。より緩徐な冷却の間でも、アモルファス構造の形成を達成するために、3種以上の構成成分で合金を作製して、より高いポテンシャルエネルギー、及びより低い形成の確率を有する、複合結晶単位をもたらすことができる。アモルファス合金の形成は、以下の幾つかの因子:合金の構成成分の組成、構成成分の原子半径(好ましくは、高い押し詰め密度及び低い自由体積を達成するために、12%超の有意差を有する)、並びに結晶核生成を阻止し、溶融金属が過冷却状態に留まる時間を延長する、構成成分の組み合わせの負の混合熱によって決まり得る。しかしながら、アモルファス合金の形成は、多種多様な変数に基づくものであるため、合金組成物がアモルファス合金を形成するか否かを事前に判定することは、困難な場合がある。 The thermal conductivity of amorphous materials can be lower than the thermal conductivity of their crystalline counterparts. In order to achieve the formation of an amorphous structure even during slower cooling, an alloy is made with three or more components, resulting in a composite crystal unit with higher potential energy and lower probability of formation. be able to. The formation of an amorphous alloy is dependent on several factors: the composition of the alloy constituents, the atomic radii of the constituents (preferably more than 12% to achieve high compaction density and low free volume). As well as the negative mixing heat of the combination of components that prevents crystal nucleation and extends the time that the molten metal remains supercooled. However, since the formation of an amorphous alloy is based on a wide variety of variables, it may be difficult to determine in advance whether the alloy composition forms an amorphous alloy.
例えば、ホウ素、ケイ素、リン、及び他のガラス形成剤と、磁性金属(鉄、コバルト、ニッケル)とのアモルファス合金は、低い保磁力及び高い電気抵抗を有する、磁性のものとすることができる。この高い抵抗は、例えば、トランス用磁心として有用な特性である、交番磁界に晒された場合の渦電流による低損失をもたらす。 For example, amorphous alloys of boron, silicon, phosphorus, and other glass formers with magnetic metals (iron, cobalt, nickel) can be magnetic with low coercivity and high electrical resistance. This high resistance results in low loss due to eddy currents when exposed to an alternating magnetic field, which is a characteristic useful as a magnetic core for a transformer, for example.
アモルファス合金は、潜在的に有用な様々な特性を有し得る。具体的には、アモルファス合金は、同様の化学組成の結晶性合金よりも強固である傾向にあり、それらは結晶性合金よりも大きい可逆性(「弾性」)変形に耐え得る。アモルファス金属は、それらの強度を、それらの非晶質構造から直接導き出すものであり、この非晶質構造は、結晶性合金の強度を制限する欠陥(転位などの)を全く有し得ない。例えば、Vitreloy(商標)として知られる、1つの最新のアモルファス金属は、高級チタンのほぼ2倍の引張り強さを有する。一部の実施形態では、室温での金属ガラスは延性ではなく、張力が負荷されると突然破損するが、このことは、差し迫った破壊が明白ではないため、信頼性が重要な用途での、その材料の適用性を制限する。それゆえ、この課題を克服するために、延性の結晶性金属の樹枝状の粒子又は繊維を含有する金属ガラスマトリックスを有する、金属マトリックス複合材料を使用することができる。あるいは、障害を生じる傾向がある元素(例えば、Ni)が少ないBMGを、使用することができる。例えば、Niを含まないBMGを使用することにより、そのBMGの延性を改善することができる。 Amorphous alloys can have a variety of potentially useful properties. Specifically, amorphous alloys tend to be stronger than crystalline alloys of similar chemical composition, and they can withstand greater reversible (“elastic”) deformation than crystalline alloys. Amorphous metals derive their strength directly from their amorphous structure, which can have no defects (such as dislocations) that limit the strength of the crystalline alloy. For example, one state-of-the-art amorphous metal, known as Vitreloy ™, has a tensile strength approximately twice that of high-grade titanium. In some embodiments, the metallic glass at room temperature is not ductile and breaks suddenly when tension is applied, which is not evident in imminent failure, so in applications where reliability is important, Limit applicability of the material. Therefore, to overcome this challenge, a metal matrix composite having a metallic glass matrix containing ductile crystalline metal dendritic particles or fibers can be used. Alternatively, BMGs that are low in elements that tend to cause failure (eg, Ni) can be used. For example, by using BMG that does not contain Ni, the ductility of the BMG can be improved.
バルクアモルファス合金の別の有用な特性は、これらが真性のガラスであり、換言すれば、加熱により軟化及び流動し得ることである。これは、ポリマーと同様に射出成形などの容易な加工処理を可能にする。結果として、アモルファス合金は、スポーツ用品、医療用デバイス、電子部品及び電子装備、並びに薄膜を作製するために使用することができる。アモルファス金属の薄膜は、高速酸素燃料技術を介して、保護コーティングとして堆積させることができる。 Another useful property of bulk amorphous alloys is that they are intrinsic glasses, in other words they can soften and flow with heating. This allows easy processing such as injection molding as well as polymer. As a result, amorphous alloys can be used to make sports equipment, medical devices, electronic components and equipment, and thin films. Amorphous metal thin films can be deposited as protective coatings via high speed oxygen fuel technology.
材料は、アモルファス相、結晶相、又は双方を有し得る。これらのアモルファス相及び結晶相は、同じ化学組成を有し、微細構造のみが異なる(すなわち、一方はアモルファスであり、他方は結晶質である)ものとすることができる。一実施形態での微細構造は、25×以上の倍率の顕微鏡によって明らかとなるような材料の構造を指す。あるいは、これらの2つの相は、異なる化学組成及び微細構造を有し得る。例えば、組成物は、部分的アモルファス、実質的アモルファス、又は完全アモルファスとすることができる。 The material can have an amorphous phase, a crystalline phase, or both. These amorphous and crystalline phases can have the same chemical composition and differ only in microstructure (ie, one is amorphous and the other is crystalline). Microstructure in one embodiment refers to the structure of the material as revealed by a microscope with a magnification of 25 × or greater. Alternatively, these two phases can have different chemical compositions and microstructures. For example, the composition can be partially amorphous, substantially amorphous, or fully amorphous.
上述のように、アモルファス化度の程度(また反対に結晶化度の程度)は、合金中に存在する結晶の分率によって測定することができる。その程度とは、合金中に存在する結晶相の体積分率又は重量分率を指すことができる。部分的アモルファス組成物とは、少なくとも約10体積%など、少なくとも約20体積%など、少なくとも約40体積%など、少なくとも約60体積%など、少なくとも約80体積%など、少なくとも約90体積%などの、少なくともその約5体積%がアモルファス相である組成物を指すことができる。用語「実質的に」及び「約」は、本明細書中の他の場所で定義されている。したがって、少なくとも実質的にアモルファスである組成物とは、少なくとも約95体積%など、少なくとも約98体積%など、少なくとも約99体積%など、少なくとも約99.5体積%など、少なくとも約99.8体積%など、少なくとも約99.9体積%などの、少なくともその約90体積%がアモルファスであるものを指すことができる。一実施形態では、実質的アモルファス組成物は、内部に存在する、何らかの付随的な少量の結晶相を有し得る。 As described above, the degree of amorphization (and conversely, the degree of crystallinity) can be measured by the fraction of crystals present in the alloy. The degree can refer to the volume fraction or weight fraction of the crystalline phase present in the alloy. A partially amorphous composition includes at least about 10%, such as at least about 20%, such as at least about 40%, such as at least about 60%, such as at least about 80%, such as at least about 90%. , Which can refer to a composition at least about 5% by volume of which is in an amorphous phase. The terms “substantially” and “about” are defined elsewhere in this specification. Thus, a composition that is at least substantially amorphous includes at least about 99.8 vol%, such as at least about 95 vol%, such as at least about 98 vol%, such as at least about 99 vol%, such as at least about 99.5 vol%. %, Such as at least about 99.9% by volume, at least about 90% by volume of which is amorphous. In one embodiment, the substantially amorphous composition may have some accompanying small amount of crystalline phase present inside.
一実施形態では、アモルファス合金組成物は、アモルファス相に関して均質とすることができる。組成が均一である物質は、均質である。このことは、不均質である物質とは対照的である。用語「組成」とは、物質中の化学組成及び/又は微細構造を指す。物質は、その物質の体積を半分に分割して、両半分が実質的に同じ組成を有する場合に均質である。例えば、微粒子懸濁液は、その微粒子懸濁液の体積を半分に分割して、両半分が実質的に同じ体積の粒子を有する場合に均質である。しかしながら、顕微鏡下で個々の粒子を視認することが可能な場合もある。均質な物質の別の例は、空気であり、その空気中の種々の成分は等しく浮遊するが、空気中の粒子、気体、及び液体は、個別に分析することができ、又は空気から分離することもできる。 In one embodiment, the amorphous alloy composition can be homogeneous with respect to the amorphous phase. A substance with a uniform composition is homogeneous. This is in contrast to materials that are heterogeneous. The term “composition” refers to the chemical composition and / or microstructure in a substance. A material is homogeneous when the volume of the material is divided in half and both halves have substantially the same composition. For example, a particulate suspension is homogeneous when the volume of the particulate suspension is divided in half and both halves have substantially the same volume of particles. However, it may be possible to see individual particles under a microscope. Another example of a homogeneous material is air, where the various components in the air are equally floating, but the particles, gases, and liquids in the air can be analyzed separately or separated from the air. You can also.
アモルファス合金に関して均質である組成とは、その微細構造の全体にわたって実質的に均一に分布するアモルファス相を有するものを指すことができる。換言すれば、その組成物は、組成物の全体にわたって実質的に均一に分布するアモルファス合金を巨視的に含む。代替の実施形態では、この組成は、非アモルファス相を内部に有する、アモルファス相を有する複合材料のものとすることができる。この非アモルファス相は、1つの結晶又は複数の結晶とすることができる。それらの結晶は、球形、楕円、ワイヤ状、ロッド状、シート状、フレーク状、又は不規則形状などの、任意の形状の微粒子の形態とすることができる。一実施形態では、結晶は、樹枝状形態を有し得る。例えば、少なくとも部分的にアモルファスの複合組成物は、アモルファス相マトリックス中に分散する樹枝状結晶の形状の結晶相を有し得るものであり、この分散は、均一又は不均一なものとすることができ、アモルファス相と結晶相とは、同じ化学組成又は異なる化学組成を有し得る一実施形態では、それらの相は実質的に同じ化学組成を有し得る。別の実施形態では、結晶相は、BMG相よりも延性とすることができる。 A composition that is homogeneous with respect to an amorphous alloy can refer to one having an amorphous phase that is distributed substantially uniformly throughout its microstructure. In other words, the composition macroscopically comprises an amorphous alloy that is distributed substantially uniformly throughout the composition. In an alternative embodiment, the composition can be of a composite material having an amorphous phase with a non-amorphous phase therein. This non-amorphous phase can be a single crystal or multiple crystals. The crystals can be in the form of particulates of any shape, such as spherical, oval, wire, rod, sheet, flake, or irregular shape. In one embodiment, the crystals can have a dendritic morphology. For example, an at least partially amorphous composite composition may have a crystalline phase in the form of dendrites dispersed in an amorphous phase matrix, and this dispersion may be uniform or non-uniform. In one embodiment, the amorphous phase and the crystalline phase can have the same chemical composition or different chemical compositions, and the phases can have substantially the same chemical composition. In another embodiment, the crystalline phase can be more ductile than the BMG phase.
本明細書で説明される方法は、任意のタイプのアモルファス合金に適用可能とすることができる。同様に、組成物又は物品の成分として、本明細書で説明されるアモルファス合金は、任意のタイプのものとすることができる。このアモルファス合金は、Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Beの元素、又はこれらの組み合わせを含み得る。すなわち、この合金は、その化学式又は化学組成中に、これらの元素のいずれかの組み合わせを含み得る。それらの元素は、種々の重量百分率又は体積百分率で存在し得る。例えば、鉄「ベース」合金とは、内部に存在する有意な重量百分率の鉄を有する、合金を指すことができ、その重量百分率は、例えば、少なくとも約40重量%など、少なくとも約50重量%など、少なくとも約60重量%など、少なくとも約80重量%などの、少なくとも約20重量%などとすることができる。あるいは、一実施形態では、上述の百分率は、重量百分率の代わりに、体積百分率とすることができる。したがって、アモルファス合金は、ジルコニウムベース、チタンベース、白金ベース、パラジウムベース、金ベース、銀ベース、銅ベース、鉄ベース、ニッケルベース、アルミニウムベース、モリブデンベースなどとすることができる。この合金はまた、特定の目的に適合するように、上述の元素のうちのいずれかを含まない場合もある。例えば、一部の実施形態では、この合金、又はこの合金を含む組成物は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ベリリウム、又はこれらの組み合わせを実質的に含まないものであり得る。一実施形態では、この合金又は複合材料は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ベリリウム、又はこれらの組み合わせを全く含まない。 The methods described herein may be applicable to any type of amorphous alloy. Similarly, the amorphous alloy described herein as a component of the composition or article can be of any type. The amorphous alloy may include elements of Zr, Hf, Ti, Cu, Ni, Pt, Pd, Fe, Mg, Au, La, Ag, Al, Mo, Nb, Be, or combinations thereof. That is, the alloy may include any combination of these elements in its chemical formula or chemical composition. These elements can be present in various weight or volume percentages. For example, an iron “base” alloy can refer to an alloy having a significant weight percentage of iron present therein, such as at least about 50 wt%, such as at least about 40 wt%. , At least about 60%, such as at least about 80%, such as at least about 20%. Alternatively, in one embodiment, the percentages described above can be volume percentages instead of weight percentages. Thus, the amorphous alloy can be a zirconium base, a titanium base, a platinum base, a palladium base, a gold base, a silver base, a copper base, an iron base, a nickel base, an aluminum base, a molybdenum base, and the like. The alloy may also not include any of the above-described elements to suit a particular purpose. For example, in some embodiments, the alloy, or a composition comprising the alloy, can be substantially free of nickel, aluminum, titanium, beryllium, or combinations thereof. In one embodiment, the alloy or composite material does not include any nickel, aluminum, titanium, beryllium, or combinations thereof.
例えば、このアモルファス合金は、式(Zr,Ti)a(Ni,Cu,Fe)b(Be,A1,Si,B)cを有し得るものであり、式中、a、b、及びcはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、aは30〜75の範囲であり、bは5〜60の範囲であり、cは0〜50の範囲である。あるいは、このアモルファス合金は、式(Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)cを有し得るものであり、式中、a、b、及びcはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、aは40〜75の範囲であり、bは5〜50の範囲であり、cは5〜50の範囲である。この合金はまた、式(Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)cを有し得るものでもあり、式中、a、b、及びcはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、aは45〜65の範囲であり、bは7.5〜35の範囲であり、cは10〜37.5の範囲である。あるいは、この合金は、式(Zr)a(Nb,Ti)b(Ni,Cu)c(A1)dを有し得るものでもあり、式中、a、b、c、及びdはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、aは45〜65の範囲であり、bは0〜10の範囲であり、cは20〜40の範囲であり、dは7.5〜15の範囲である。上述の合金系の例示的一実施形態は、Liquidmetal Technologies(CA,USA)によって製作されるような、Vitreloy−1及びVitreloy−101などの、商品名Vitreloy(商標)の、Zr−Ti−Ni−Cu−Beベースのアモルファス合金である。種々の系のアモルファス合金の一部の実施例が、表1に記載される。 For example, the amorphous alloy may have the formula (Zr, Ti) a (Ni, Cu, Fe) b (Be, A1, Si, B) c , where a, b, and c are Each represents a weight percentage or an atomic percentage. In one embodiment, in atomic percent, a is in the range of 30-75, b is in the range of 5-60, and c is in the range of 0-50. Alternatively, the amorphous alloy can have the formula (Zr, Ti) a (Ni, Cu) b (Be) c , where a, b, and c are weight percentages or atomic percentages, respectively. Represent. In one embodiment, in atomic percent, a is in the range of 40-75, b is in the range of 5-50, and c is in the range of 5-50. The alloy may also have the formula (Zr, Ti) a (Ni, Cu) b (Be) c , where a, b, and c represent weight percentage or atomic percentage, respectively. In one embodiment, in atomic percent, a is in the range of 45-65, b is in the range of 7.5-35, and c is in the range of 10-37.5. Alternatively, the alloy can also have the formula (Zr) a (Nb, Ti) b (Ni, Cu) c (A1) d , where a, b, c, and d are each weight Represents a percentage or atomic percentage. In one embodiment, in atomic percent, a is in the range of 45-65, b is in the range of 0-10, c is in the range of 20-40, and d is in the range of 7.5-15. . One exemplary embodiment of the above alloy system is Zr-Ti-Ni- of the trade name Vitreloy (TM), such as Vitreloy-1 and Vitreloy-101, as manufactured by Liquidmetal Technologies (CA, USA). It is a Cu-Be based amorphous alloy. Some examples of various systems of amorphous alloys are listed in Table 1.
これらのアモルファス合金はまた、(Fe,Ni,Co)ベース合金などの、鉄合金とすることもできる。そのような組成物の例は、米国特許第6,325,868号、同第5,288,344号、同第5,368,659号、同第5,618,359号、及び同第5,735,975、Inoueら、Appl.Phys.Lett.,Volume 71,p 464(1997)、Shenら、Mater.Trans.,JIM,Volume 42,p 2136(2001)、及び日本特許出願第200126277号(公開番号第2001303218A号)に開示されている。1つの例示的な組成物は、Fe72Al5Ga2P11C6B4である。別の実施例は、Fe72Al7Zr10Mo5W2B15である。本明細書でのコーティングに使用することができる、別の鉄ベース合金系が、米国特許出願公開第2010/0084052号で開示されており、そのアモルファス金属は、例えば、括弧内に記される組成の範囲で、マンガン(1〜3原子%)、イットリウム(0.1〜10原子%)、及びケイ素(0.3〜3.1原子%)を含有し、また括弧内に記される組成の指定範囲で以下の元素:クロム(15〜20原子%)、モリブデン(2〜15原子%)タングステン(1〜3原子%)、ホウ素(5〜16原子%)、炭素(3〜16原子%)、及び残部の鉄を含有する。
These amorphous alloys can also be iron alloys, such as (Fe, Ni, Co) based alloys. Examples of such compositions are US Pat. Nos. 6,325,868, 5,288,344, 5,368,659, 5,618,359, and 735, 975, Inoue et al., Appl. Phys. Lett. , Volume 71, p 464 (1997), Shen et al., Mater. Trans. , JIM,
上述のアモルファス合金系は、Nb、Cr、V、及びCoを含めた添加遷移金属元素などの、添加元素を更に含み得る。これらの添加元素は、約20重量%以下など、約10重量%以下など、約5重量%など、約30重量%以下で存在し得る。一実施形態では、この任意選択の添加元素は、コバルト、マンガン、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、タングステン、イットリウム、チタン、バナジウム、及びハフニウムのうちの少なくとも1つであり、炭化物を形成して、耐摩耗性及び耐食性を更に改善する。更なる任意選択の元素としては、融点を低下させるための、合計で最大約2%の、好ましくは1%未満のリン、ゲルマニウム、及びヒ素を挙げることができる。他の少量の不純物は、約2%未満、好ましくは0.5%未満とするべきである。
一部の実施形態では、アモルファス合金を有する組成物は少量の不純物を含み得る。不純物元素を意図的に添加することにより、機械的特性(例えば、硬度、強度、破壊機構など)の改善、及び/又は耐食性の改善などの、その組成物の特性を修正することができる。あるいは、それらの不純物は、加工処理及び製造の副生成物として得られるもののような、不可避の付随的な不純物として存在し得る。これらの不純物は、約5重量%など、約2重量%など、約1重量%など、約0.5重量%など、約0.1重量%などの、約10重量%以下とすることができる。一部の実施形態では、これらの百分率は、重量百分率の代わりに、体積百分率とすることができる。一実施形態では、この合金サンプル/組成物は、アモルファス合金から本質的になる(少量の付随的な不純物のみを有する)。別の実施形態では、この組成物はアモルファス合金を含む(観察可能な微量の不純物を全く有さない)。 In some embodiments, a composition having an amorphous alloy can include a small amount of impurities. By intentionally adding impurity elements, the properties of the composition, such as improved mechanical properties (eg, hardness, strength, fracture mechanism, etc.) and / or improved corrosion resistance can be modified. Alternatively, the impurities may be present as inevitable incidental impurities, such as those obtained as processing and manufacturing by-products. These impurities can be up to about 10 wt%, such as about 5 wt%, such as about 2 wt%, such as about 1 wt%, such as about 0.5 wt%, such as about 0.1 wt%. . In some embodiments, these percentages can be volume percentages instead of weight percentages. In one embodiment, the alloy sample / composition consists essentially of an amorphous alloy (with only a small amount of incidental impurities). In another embodiment, the composition comprises an amorphous alloy (having no observable trace impurities).
一実施形態では、最終部品は、バルク凝固アモルファス合金の臨界鋳造厚さを超過するものであった。 In one embodiment, the final part exceeded the critical cast thickness of the bulk solidified amorphous alloy.
本明細書の実施形態では、バルク凝固アモルファス合金が高粘度の液体として存在することができる、過冷却液体領域の存在により、超塑性成形が可能となる。大きい塑性変形を得ることができる。過冷却液体領域内で大きく塑性変形する能力は、成形プロセス及び/又は切断プロセスに使用される。固体とは対照的に、この液体のバルク凝固合金は、局所的に変形し、このことが、切断及び成形のために必要とされるエネルギーを大幅に低下させる。切断及び成形の容易性は、合金、金型、及び切断工具の温度に応じて変化する。温度が高くなるにつれて、粘度が低下し、その結果として、切断及び成形が容易になる。 In embodiments herein, superplastic forming is possible due to the presence of a supercooled liquid region in which the bulk solidified amorphous alloy can exist as a high viscosity liquid. Large plastic deformation can be obtained. The ability to plastically deform significantly in the supercooled liquid region is used for the molding and / or cutting process. In contrast to solids, this liquid bulk solidified alloy deforms locally, which greatly reduces the energy required for cutting and forming. The ease of cutting and forming varies with the temperature of the alloy, mold and cutting tool. As the temperature increases, the viscosity decreases, resulting in easier cutting and molding.
本明細書の実施形態は、例えば、Tg〜Txで実施される、アモルファス合金を使用する熱可塑性成形プロセスを利用することができる。本明細書では、Tx及びTgは、結晶化の開始の温度、及びガラス転移の開始の温度として、典型的な加熱速度(例えば、20℃/分)での標準的なDSC測定から決定される。 Embodiments herein can utilize a thermoplastic molding process using amorphous alloys, for example, performed at Tg-Tx. As used herein, Tx and Tg are determined from standard DSC measurements at typical heating rates (eg, 20 ° C./min) as the temperature of onset of crystallization and the temperature of onset of glass transition. .
アモルファス合金構成要素は、臨界鋳造厚さを有し得るものであり、最終部品は、その臨界鋳造厚さよりも厚い厚さを有し得る。更には、加熱及び整形操作の時間並びに温度は、アモルファス合金の弾性歪み限界が、1.0%以上、好ましくは1.5%以上であることを実質的に維持し得るように選択される。本明細書の実施形態との関連では、ガラス転移近傍の温度とは、成形温度がガラス転移未満、ガラス転移温度若しくはガラス転位温度近傍、及びガラス転移温度超とすることができることを意味するが、結晶化温度Txより低い温度であることが好ましい。冷却工程は、加熱工程での加熱速度と同様の速度で、好ましくは、加熱工程での加熱速度を超える速度で実施される。冷却工程はまた、好ましくは、形成荷重及び成形荷重が依然として維持されている間にも達成される。
電子デバイス
The amorphous alloy component can have a critical casting thickness, and the final part can have a thickness greater than its critical casting thickness. Furthermore, the time and temperature of the heating and shaping operations are selected such that the elastic strain limit of the amorphous alloy can be substantially maintained at 1.0% or higher, preferably 1.5% or higher. In the context of embodiments herein, the temperature near the glass transition means that the molding temperature can be less than the glass transition, near the glass transition temperature or glass transition temperature, and above the glass transition temperature, it is preferably a temperature lower than the crystallization temperature T x. The cooling step is performed at a rate similar to the heating rate in the heating step, preferably at a rate exceeding the heating rate in the heating step. The cooling step is also preferably accomplished while the forming and forming loads are still maintained.
Electronic devices
本明細書の実施形態は、BMGを使用する電子デバイスの製作で有用であり得る。本明細書での電子デバイスとは、当該技術分野において既知の任意の電子デバイスを指すことができる。例えば、この電子デバイスは、携帯電話及び固定電話などの電話、あるいは、例えばiPhone(商標)を含めたスマートフォン、及び電子eメール送信/受信デバイスなどの、いずれかの通信デバイスとすることができる。この電子デバイスは、デジタルディスプレイ、TVモニタ、電子ブックリーダ、携帯ウェブブラウザ(例えば、iPad(商標))、及びコンピュータモニタなどの、ディスプレイの一部とすることができる。この電子デバイスはまた、携帯DVDプレーヤ、従来型DVDプレーヤ、ブルーレイディスクプレーヤ、ビデオゲームコンソール、携帯音楽プレーヤ(例えば、iPod(商標))などの音楽プレーヤなどを含めた、娯楽デバイスとすることもできる。この電子デバイスはまた、画像、ビデオ、音声のストリーミングを制御することなどの、制御を提供するデバイス(例えば、Apple TV(商標))の一部とすることもでき、又は電子デバイス用の遠隔制御装置とすることができる。この電子デバイスは、コンピュータ、あるいはハードドライブタワーの筺体若しくはケーシング、ラップトップ筺体、ラップトップキーボード、ラップトップトラックパッド、デスクトップキーボード、マウス、及びスピーカーなどの、コンピュータ付属品の一部とすることができる。この物品はまた、腕時計又は時計などのデバイスにも適用することができる。 Embodiments herein may be useful in the fabrication of electronic devices that use BMG. As used herein, an electronic device can refer to any electronic device known in the art. For example, the electronic device may be any communication device such as a phone such as a mobile phone and a landline phone, or a smartphone including, for example, iPhone ™, and an e-mail sending / receiving device. The electronic device can be part of a display such as a digital display, TV monitor, electronic book reader, portable web browser (eg, iPad ™), and computer monitor. The electronic device can also be an entertainment device, including music players such as portable DVD players, conventional DVD players, Blu-ray disc players, video game consoles, portable music players (eg, iPod ™), and the like. . The electronic device can also be part of a device that provides control (eg, Apple TV ™), such as controlling image, video, audio streaming, or remote control for an electronic device It can be a device. The electronic device may be part of a computer or computer accessory such as a hard drive tower enclosure or casing, laptop enclosure, laptop keyboard, laptop trackpad, desktop keyboard, mouse, and speakers. . This article can also be applied to devices such as watches or watches.
本明細書に記述される方法、技法、及び装置は、記述されている実施形態を限定することを意図したものではない。 The methods, techniques, and apparatus described herein are not intended to limit the described embodiments.
本明細書に開示されるように、システム(又は装置若しくは機械)は、材料(例えばアモルファス合金)の射出成形を実施するように構成される。このシステムは、高融解温度で溶融させてから、その溶融材料を金型内に注入して成形を行うことにより、そのような材料又は合金を加工するように構成される。下記で詳しく述べられるように、このシステムの部品は互いに一線上に配置される。いくつかの実施形態により、このシステムの部品(又はこのシステムへのアクセス)は、水平軸に沿っている。 As disclosed herein, a system (or apparatus or machine) is configured to perform injection molding of a material (eg, an amorphous alloy). The system is configured to process such a material or alloy by melting at a high melting temperature and then pouring the molten material into a mold for molding. As will be described in detail below, the components of the system are placed in line with each other. According to some embodiments, the components of the system (or access to the system) are along a horizontal axis.
図3は、そのような例示的システムの概略図を示す。図に示されているシステムは、水平軸に沿って揃えられているシステムであるが、同様の特徴が垂直に配置された射出成形システム(例えば、ここにおいて材料が金型内に垂直に移動する)にも提供され得ること、並びに本明細書に開示されている特徴が垂直システムに適用可能であることが理解されるべきであり、本開示の範囲内と見なされる。 FIG. 3 shows a schematic diagram of such an exemplary system. The system shown in the figure is a system that is aligned along the horizontal axis, but with an injection molding system in which similar features are arranged vertically (eg, where the material moves vertically into the mold) ) As well as the features disclosed herein are applicable to vertical systems and are considered within the scope of this disclosure.
図に示すように、水平射出成形システム10は、内部に受容した溶融可能材料を溶融するように構成される溶融ゾーン12と、溶融した材料を溶融ゾーン12から金型16内に移送するように構成されるデュアルプランジャロッドアセンブリとを有する。デュアルプランジャロッドアセンブリには、第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22が含まれる。少なくとも第1プランジャロッド14が、溶融した材料を、溶融ゾーン12から金型16内に移動、運搬、移送、及び/又は取り出すように構成される。一実施形態において、第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22は、溶融した材料を溶融ゾーン12から金型16内に移送するように構成される。第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22は、同じ軸に沿って動くように構成される。特に第1及び第2プランジャロッドは、溶融した材料を金型16内に向かって移動中、その溶融した材料(例えば溶融ゾーン12内で溶融したもの)をそれらロッドの間に保持するように構成される。第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22は、それぞれプランジャ先端24及び36を備えた可動性ロッドを有し、これら先端は材料に接触して材料を移送するように構成される。デュアルプランジャロッドアセンブリの特徴に関する更なる詳細が、図4〜図8を参照して下記に記述される。一実施形態において、デュアルプランジャロッドアセンブリ及び溶融ゾーン12は一線上及び水平軸(例えばX軸)上に提供され、これによりプランジャロッド14及び22は、水平方向に(例えばX軸に沿って)動く。
As shown, the horizontal
溶融可能材料は、任意の数の形態で溶融ゾーンに受容され得る。例えば、溶融可能材料は、インゴット(固体状態)、半固体状態、予熱されたスラリー、粉末、ペレットなどの形態で溶融ゾーン12内に供給され得る。いくつかの実施形態において、装入ポート(例えばインゴット装入ポート18の図示例)が、射出成形システム10の一部として提供され得る。装入ポート18は、任意の数の場所で装置内に提供される別々の開口部又は領域であってもよい。一実施形態において、装入ポート18は、装置の1つ以上の部分を通過する経路であり得る。例えば、材料(例えばインゴット)は、プランジャ14によって容器20内に水平方向に挿入することができ、あるいは、プランジャ22によって射出システム10の金型側から水平方向に挿入することができる(例えば、金型16を通って、及び/又は任意の移送スリーブ30を通って、容器20内に)。他の実施形態において、溶融可能材料は、他の方法及び/又は他の装置を用いて(例えば射出システムの反対側を通して)溶融ゾーン12内に供給することができる。
The meltable material can be received in the melting zone in any number of forms. For example, the meltable material may be fed into the
溶融ゾーン12は、溶融可能材料を受容し、その材料が溶融状態に加熱された際にそれを保持するように構成された溶融機構を有する。溶融機構は、容器20の形態であってよく、これは例えば、溶融可能材料を受容し、かつ、中にある材料を溶融するように構成された本体を有する。本開示全体にわたって使用されている容器は、物質を高温に加熱するために採用された材料で作製された容器である。例えば、一実施形態において、この容器はるつぼであってよく、例えばボート形るつぼ、又はスカルるつぼであり得る。一実施形態において、容器20は、真空下(例えば真空装置38又はポンプによって適用される)で溶融可能材料用に利用できるように構成された低温炉床溶融装置である。一実施形態において、容器は温度調節された容器である。
Melting
容器20は、本体の受容部分又は溶融部分内に材料(例えば原材料)を入れるための入口も有し得る。容器20は、任意の数の形状又は構成を含み得る。容器20は、送達のための射出システム(例えば装入ポート及び/又はプランジャ)の1つ以上の装置を使用して溶融部分内に材料(例えばインゴットの形態)を受容することができる。容器の本体は、ある長さを有し、長手及び水平方向に延在していてよく、これにより溶融した材料がプランジャ14及び/又はプランジャ22を用いてここから水平方向に取り外される。その本体は、任意の数の材料(例えば銅、銀)から形成され得、これには1つ以上のコーティング、及び/又は構成若しくは設計が挙げられる。容器20の本体は、少なくともプランジャロッド14を、内部を通じて水平方向に受容するように構成することができる。一実施形態において、第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22の両方、及び/又は少なくともそれぞれの先端24及び36の両方が、(例えば材料を溶融する際に)容器の本体内に又は容器の本体に隣接して配置されるように構成される。すなわち、一実施形態において、溶融機構はプランジャロッド14及び22と同じ軸上にあり、本体は、このプランジャロッド14及び22の少なくとも一部分を受容するような構成及び/又は寸法にすることができる。よって、少なくともプランジャロッド14は、(加熱/溶融後に)溶融した材料を、容器から、容器20を実質的に通過させて、金型16内に移動させるように構成することができる(例えば図5〜6に示され、これらを参照して記述されるように)。
The container 20 may also have an inlet for placing material (eg, raw material) within the receiving or melting portion of the body. The container 20 can include any number of shapes or configurations. The container 20 can receive material (eg, in the form of an ingot) within the molten portion using one or more devices of an injection system (eg, a loading port and / or plunger) for delivery. The body of the container may have a length and extend in the longitudinal and horizontal directions, whereby the molten material is removed horizontally therefrom using the
溶融ゾーン12を加熱して、容器20内に受容した溶融可能材料を溶融させるために、射出システム10には、その溶融可能材料を加熱して溶融させるのに使用する熱源が含まれる。本体自体の実質的に全体ではなくとも、少なくとも容器の溶融部分は、内部に受容した材料を溶融させるべく、加熱されるように構成される。加熱は、例えば、溶融可能材料を溶融させるように構成された、溶融ゾーン12内に配置された誘導源26を使用して達成される。一実施形態において、誘導源26は容器20に隣接して配置される。例えば、誘導源26は、実質的に、容器本体の一定の長さにわたってその周囲に、螺旋状に配置されたコイルの形状であり得る。したがって、容器20は、電源供給又は電源28を用いて、誘導源/コイル26に電力を供給することにより、その溶融部分内の溶融可能材料(例えば挿入されたインゴット)を電磁誘導により溶融させるように構成される。誘導コイル26は、容器20を溶融させて濡らすことなしに、容器20に収容されている任意の材料を加熱し溶融させるように構成される。誘導コイル26は容器20に対して無線周波数(RF)波を放射する。図示されているように、容器20を取り巻くコイル26は、水平軸(例えばX軸)に沿って水平方向に配置されるように構成され得る。
In order to heat the meltable
一実施形態において、容器20は温度調節された容器である。そのような容器は、1本以上の温度調節管を含み得、これは、容器に受容された材料の温度を調節する(例えば容器を強制的に冷やす)ために液体(例えば水又はその他の液)を内部に流すように構成される。そのような強制冷却されたるつぼはまた、プランジャロッドと同じ軸上に提供され得る。冷却管は、容器20の本体自体が過剰に加熱して溶融するのを防ぐのに役立つ。一実施形態において、第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22のいずれか又は両方に、温度調節管が含まれ得る。例えば、ロッドそれぞれの内部と、プランジャロッド14及び22の先端24及び36まで、ラインを提供することができる(図示なし)。そのような冷却液の追加により、材料移送中にプランジャ先端24及び36を低温に保つのに役立ち、例えば、先端の過熱及び/又は溶融を防ぐことが可能になる。一実施形態において、プランジャロッドは両方とも水冷(又は強制冷却)され、急冷メカニズムとして作用する。一実施形態において、両方のプランジャが、同様の温度で提供され、又は同様の温度に冷却され得る。別の実施形態において、一方のプランジャ(及び/又は先端)が、他方のプランジャ(及び/又は先端)よりも高い温度を有し得る。別の実施形態において、一方のプランジャ(及び/又は先端)が、材料/合金のTgよりも高い温度であり得る。更に別の実施形態において、一方のプランジャは、鋳造合金の過冷却領域内の温度であり得る。
In one embodiment, the container 20 is a temperature controlled container. Such containers may include one or more temperature control tubes, which are liquids (eg, water or other liquids) to adjust the temperature of the material received in the container (eg, to force the container to cool). ) To flow inside. Such a forced-cooled crucible can also be provided on the same axis as the plunger rod. The cooling tube serves to prevent the body of the container 20 itself from being overheated and melted. In one embodiment, either or both of the
本明細書のいずれの冷却管も、容器内の液体の流れを誘導するように構成された冷却システム(図示なし)に接続することができる。冷却管は、液体又は流体が内部を通じて流れるための1つ以上の入口及び出口を含み得る。この冷却管の入口及び出口は、任意の数の方法で構成することができ、限定することを意図したものではない。冷却管の数、配置及び/又は方向は限定されるべきではない。冷却液又は冷却流体は、誘導源26が通電しているとき、及び/又は溶融ゾーン12から溶融した材料が移送されている間に、溶融ゾーン12内にある溶融可能材料の溶融中に冷却管を通って流れるように構成することができる。
Any of the cooling tubes herein can be connected to a cooling system (not shown) that is configured to direct the flow of liquid in the container. The cooling tube may include one or more inlets and outlets for liquid or fluid to flow therethrough. The inlet and outlet of the cooling tube can be configured in any number of ways and is not intended to be limiting. The number, arrangement and / or orientation of the cooling tubes should not be limited. The cooling liquid or cooling fluid is applied to the cooling pipe during melting of the meltable material in the
前述のように、金属又は合金などの材料を成形するのに使用される射出成形システム10のようなシステムは、金型又はダイキャビティ内に溶融した材料を押し出す際、真空を利用することができる。射出成形システム10は更に、少なくとも溶融ゾーン12及び金型16に真空圧を適用するように構成された少なくとも1つの真空源38又はポンプを含み得る。この真空圧は、中の材料を溶融し、移動又は移送し、成形するのに使用される射出成形システム10の少なくとも部分に適用され得る。例えば、容器20、移送スリーブ30(後述)、及びデュアルプランジャロッドアセンブリは、溶融及び射出プロセス中に、その全体が真空圧下にあってよく、及び/又は真空槽内に封入されていてもよい。
As mentioned above, systems such as the
一実施形態において、金型16は、材料を成形する際に内部の真空圧を調節するように構成された封入構造である真空金型である。例えば、図6〜8に示されているように、一実施形態において、真空金型16は、互いに隣接して(それぞれ)配置された、第1金型プレート32(「A」金型又は「A」プレートとも呼ばれる)、第2金型プレート34(「B」金型又は「B」プレートとも呼ばれる)、及び真空イジェクタボックス36を有する。第1プレート32及び第2プレート34はそれぞれ、それらの間で溶融した材料を成形するために、それぞれに伴う金型キャビティ42及び44を有する。図7の代表的な断面図に示されているように、金型キャビティ42及び44は、移送スリーブ30を介してその間に受容される溶融した材料を成形するように構成される。金型キャビティ42及び44には、内部で部品を形成及び鋳造するための部品金型キャビティが含まれ得る。
In one embodiment, the
一般に、第1プレート32は、移送スリーブ30に接続することができる。移送スリーブ30(当該技術分野においてコールドスリーブ又は注入スリーブと呼ばれる場合がある)が、溶融ゾーン12と金型16との間に設けられる。移送スリーブ30は開口部を有し、開口部は、これを通じて溶融した材料を受容し、(プランジャ14を用いて)金型16内に移送するように構成される。この開口部は、水平軸(例えばX軸)に沿って水平方向に提供され得る。移送スリーブは、コールドチャンバである必要はない。一実施形態において、プランジャロッド14及び22、容器20(例えばその受容部分又は溶融部分)、及び移送スリーブ30の開口部は、一線上及び水平軸上に設けられ、これによりプランジャロッド14及び/又はプランジャロッド22は、溶融した材料を移送スリーブ30の開口部内に移動させる(及び、その後通過させる)ために、容器20を通って水平方向に移動できる。
In general, the
第1プレート32は、金型16の入口を含み得、これにより溶融した材料が内部に挿入され得る。溶融した材料は、移送スリーブ30を通って水平方向に押され、第1プレート32と第2プレート34との間の入口を介して金型キャビティ内に入る。材料の成形中、少なくとも第1プレート32及び第2プレート34は、その間にある材料(例えばアモルファス合金)が少なくとも酸素及び窒素に暴露するのを実質的に排除するように構成される。具体的には、プレート32及び34並びに金型キャビティ42及び44内から、大気空気が実質的に排除されるよう、真空が適用される。真空圧は、真空ラインに接続された少なくとも1つの真空源38を使用して、真空金型16の内部に適用される。例えば、システムの真空圧又は真空レベルは、溶融及びその後の成形サイクル中において、13.3〜0.013Pa(1×10-1〜1×10-4Torr)に維持され得る。別の実施形態において、この真空レベルは、溶融及び成形プロセス中において、約1.33〜0.013Pa(1×10-2〜約1×10-4Torr)に維持される。当然、他の圧力レベル又は範囲、例えば、1.3310-7〜約0.13Pa(1×10-9Torr〜約1×10-3Torr)、及び/又は0.13Pa〜約13.3Pa(1×10-3Torr〜約0.1Torr)を使用することができる。
The
図示されてはいないが、少なくとも第1及び第2プレート32及び34の間の金型キャビティから、成形された(アモルファス合金)材料(例えば物品)を取り出すために、取り出し機構が所望により提供され得る。取り出し機構は、金型に対して真空密封することができ、これには、直線方向に延出する1本以上(複数)のイジェクタピン(図示なし)を備えたイジェクタプレートが含まれ得る。当該技術分野で周知のように、イジェクタプレートの動きにより、イジェクタピンが相対的に動いて、成形された材料が金型16の金型キャビティから取り出される。この取り出し機構は、成形された材料又は部品を外すために、作動するように構成された作動機構(図示なし)に関連付けられるか、又は接続され得る(例えば、プレート32及び34の間の真空圧が解放された後、第1部品32及び第2部品34が互いからに離れるよう水平方向に動いた後に)。イジェクタピンは、例えば、成形された材料をキャビティ44から押し出すように構成することができる。一実施形態において、図8を参照して下記に詳述されるように、デュアルプランジャロッドアセンブリの第2プランジャロッド22は、成形された物品を金型16から取り出すように構成される。第2プランジャロッド22は、取り出し機構に追加して、又は取り出し機構の代わりに、成形された物品を取り出すために提供され得る。
Although not shown, a removal mechanism may optionally be provided to remove the molded (amorphous alloy) material (eg, article) from at least the mold cavity between the first and
金型16は、射出成形システム10と共に使用することができる金型16の一例である。別のタイプの金型も採用可能であることが理解されよう。例えば、任意の数の追加プレートを、第1プレートと第2プレートとの間及び/又はこれらに隣接するように設けて、金型を形成することができる。例えば「A」シリーズ、「B」シリーズ、及び/又は「X」シリーズの金型として知られる金型を、射出成形システム10に取り付けることができる。更に、一実施形態において、単一プレートタイプの金型を使用して、物品を成形することができる。
The
図3を参照して、デュアルプランジャロッドアセンブリの第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22は、水平軸に沿って水平に動くように構成される。例えば、矢印Aで示すように、第1プランジャロッド14は、溶融ゾーン12に向かって(及びここを通過して)動き、反対方向に戻るように構成される。矢印Bで示すように、第2プランジャロッド22は、溶融ゾーン12に向かって(及び少なくともここに隣接するかこの中に向かって)動き、反対方向に戻るように構成される。ここでも、第1プランジャロッド24及び第2プランジャロッド22は、それぞれの端にあるそれぞれのプランジャ先端24及び36を備えた可動ロッド(例えば基盤)を有し得る。一実施形態において、ロッド14及び22の先端24及び/又は36は、材料を移送するように構成される。少なくとも第1プランジャロッド14は、溶融した材料を金型16に向かって移動させるように構成される。前述したように、一実施形態において、第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22は、溶融した材料を溶融ゾーン12から金型16内に移動させるよう、互いに対して動くように構成することができる。それぞれのロッドは、独立に及び/又は一緒に、コントローラ及び/又は作動システム(例えばサーボ駆動又は液圧駆動、図示なし)を用いて制御し、動かすことができる。また、このプロセス中に材料に適用される速度、圧力、その他の測定値も、制限されるべきである。例えば、一実施形態において、第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22は、成形プロセス中に、溶融した材料に対し、約100MPa(1000bar)〜約140MPa(1400bar)の圧力を適用するように構成される。別の実施形態において、(材料の一方の側又は両側に)適用される圧力は、約120MPa(1200bar)である。
Referring to FIG. 3, the
これを行うために、図4に示すように、第1プランジャロッド14は、矢印Cで示されるように、溶融ゾーン12内の容器20に向かって水平軸に動く。同様に、第2プランジャロッド22は、矢印Dで示されるように、溶融ゾーン12内の容器20に向かって水平軸に動く。一実施形態において、プランジャロッド14及び22それぞれの少なくとも一部分(例えば先端)が、容器20に隣接又はこの内部に提供されてよく、これにより、溶融中の材料を溶融した形態で収容する。例えば、インゴットを容器の本体内に配置し、溶融プロセス中に、第1及び第2プランジャロッドが、互いにある距離を空けて配置されるようにすることができる。この距離は既定であり得る。第1プランジャロッド14の先端24及び第2プランジャロッド22の先端36は、溶融プロセスが始まる直前に、溶融可能材料(インゴット)に対して間隔を空けて、又は接触して、配置することができる。材料インゴットを溶融するために誘導コイル26が通電されるとき、第1プランジャロッド14は典型的に、その位置に保持される。一実施形態において、第2プランジャロッド22は、溶融ゾーン12内で第1プランジャロッド14からある距離離れて配置されているため、第2プランジャロッド22はしたがって、少なくとも溶融プロセス中に、保持又は収容ゲートとして働く。
To do this, as shown in FIG. 4, the
材料容器20内で材料が溶融した後、第2プランジャロッド22は、第1プランジャロッド14と協調して動くように構成され、これにより、溶融した材料の金型16に向かう水平方向の層流を促進する。この金型は、溶融ゾーンに隣接して配置され得る。溶融した材料の移動中に、プランジャロッド14と22との間に溶融した材料を収容することにより、溶融した材料の回転を低減し(これにより内部のスカル材料が混合するのを低減することができる)、溶融した材料を高い融解温度に維持するのに役立ち得る。図5は、溶融した材料の、第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22による金型16への移動を示し、それぞれ矢印F及びEで表わされている。例えば、第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22は、右から左へ水平方向に移動し、溶融した材料を溶融ゾーン12内の容器20から金型16へと動かし、押し出し得る。溶融した材料は、先端24と36との間の距離が維持されたまま(例えば、溶融した材料の移送を制御し、同時にその空間内に追加の空気又は材料が入るのを防ぐ)、溶融ゾーン12/容器20から、所望により移送スリーブ30を通過して移動される。したがって、第2プランジャロッド22は、射出成形プロセスの一部又は全体にわたって、溶融した材料を保持するゲートとして働く。
After the material has melted in the material container 20, the
金型16で、第1プランジャロッド14は、物品、部品、又は構成片に成形するために、溶融した材料を金型16内に押し込むのに使用することができる。溶融可能材料が合金(例えばアモルファス合金)である場合において、金型16は、成形されたバルクアモルファス合金の物体、部品又は構成片を形成するように構成される。金型16は、それを通じて溶融した材料を受容するための入口を有する。容器20の出口と金型16の入口は、一線上及び水平軸上に設けることができ、これによりプランジャロッド14及び22は、容器の20から水平方向に動き、溶融した材料を、金型16の入口を介して金型内に注入する。
In the
デュアルプランジャロッドアセンブリは、プランジャロッド14及び/又は22によって適用される大きな又は余分の力なしに、金型の金型キャビティ(例えば高アスペクト部品)に充填するのを容易にするよう、溶融した材料を金型内に押し詰める圧力を増大させるのに使用することができる。一実施形態において、第1プランジャロッド14は、ある軸に沿って金型に向けて一方向に動くように構成され、第2プランジャロッド22は、その軸に沿って第2の反対方向(第1プランジャロッドに対して)に動くように構成される。例えば、図6に示すように、第2プランジャロッド22は、金型16の一方の側34で、溶融した材料を停止させ及び/又は圧力を適用するよう、金型に対して配置され、構成され、同時に、第1プランジャロッド14は、水平方向(矢印Fを参照)に動いて、溶融した材料を金型16のキャビティ(又は接合されたキャビティ42及び44)に対して反対側32で押し込み又は射出し、これによって、材料が押し込まれるよう進行及び/又は継続(一時停止又は完全停止することなく)するように構成される。より具体的には、一実施形態において、第2プランジャロッド22はある位置に停止し、これにより少なくともその先端36が金型キャビティに対して配置される。第2プランジャロッド22は、ある停止位置に保持されるように構成することができ、これにより、金型16内に溶融した材料が射出されたときに、少なくとも第1プランジャロッド14がこれに圧力を適用する。別の実施形態において、第2プランジャロッド22は、逆又は反対方向(例えば左から右へ)動くように構成され、これにより、プランジャ14及び22の両方が、互いに対して又は互いに向かって動き、材料に対して圧力を適用する。更に別の実施形態において、圧力は、必要に応じて、逆又は反対の水平方向に、第2プランジャロッド22により選択的に適用することができる。よって、第2プランジャロッド22は、いずれかの側又は両側から、金型キャビティの充填物に対して圧力を追加するのに使用することができる。この追加圧力は、例えば、溶融した材料により大きな圧力を適用し、これにより通常成形可能なものよりも薄い部品にすることができる。
The dual plunger rod assembly is a molten material that facilitates filling the mold cavity (eg, high aspect part) of the mold without the large or extra force applied by the
したがって、上述のように、デュアルプランジャロッドアセンブリの第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22は、溶融した材料をそれらの間に保持しながら、その溶融した材料が水平方向に移動中、少なくとも、その溶融した材料を溶融ゾーン12から金型16内に移動させるように構成される。
Thus, as described above, the
ただし、デュアルプランジャアセンブリは、異なった様式での操作用に構成することができることに注意されたい。図7は、記述されている射出システム10に実用可能な別の実施形態を示し、少なくとも1つの第1プランジャロッド14が、溶融した材料を容器20から金型16内に(水平方向に、例えば矢印G参照)移動させるように構成される。第2プランジャロッド22は、溶融した材料を溶融ゾーン12から移送するのに使用できるが、別の実施形態において、第2プランジャロッド22は、金型16に隣接して又はその中に移動され配置してから、溶融した材料を第1プランジャロッド14により内部に注入することができる。したがって、第2プランジャロッド22は、金型16内の金型キャビティ(単数又は複数)に隣接して提供され、余分な力をかけることなく押し詰め圧力を増大し、高いアスペクト比のキャビティ(例えば図6を参照して上記に詳しく述べたように)に容易に充填するのに使用されるが、第2プランジャロッド22は必ずしも、溶融ゾーン12から金型16に向かって溶融した材料を連続的に移送するのに使用される必要はなく、またこれに限定されない。
Note, however, that the dual plunger assembly can be configured for operation in different ways. FIG. 7 shows another embodiment that is practical for the described
溶融した材料を移送することに加え、一実施形態において、デュアルプランジャロッドアセンブリの第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド22のうちのいずれか一方を、取り出し機構として使用し、成形プロセスが完了したときに、成形された物品又は部品を金型16から取り出すのに使用することができる。例えば、図7の矢印M1及びM2により示されるように、第1金型プレート32及び第2金型プレート34は、互いに対して、すなわち互いに近づき及び離れるように動くことができる。成形中、例えば、プレート32及び34は、互いに隣接し、真空圧下にある。成形が完了したら、真空圧が解除され、成形された物品を金型から取り外し又は取り出すことができる。典型的に、例えば、取り出し機構(例えば取り出しプレート及び/又は取り出しピン)は、例えば金型の第2の側34から、成形された部品を取り出すのに使用することができる。図8に示されている一実施形態により、第2プランジャロッド22は、水平方向(例えば左から右へ、矢印Hで示される方向)に動いて、成形された物品100を第2金型プレート34から取り出すように構成される。少なくともその先端36が、成形された物品100に圧力を適用するのに使用され、これによって金型16内から取り外される。第2プランジャロッド22(又は第1プランジャロッド14)は、取り出し機構に対する追加として、あるいは、取り出し機構の別のオプションとして、使用することができる。第1プランジャロッド14は、金型16に対して静止位置に提供することもできる。
In addition to transferring the melted material, in one embodiment, one of the
あるいは、別の実施形態において、プレートが分離したときにその成形された物品が第1金型プレート32内に保持される場合、あるいは、金型16として単一の金型のみが採用される場合には、第1プランジャロッド14は、水平方向(例えば右から左)に動いて、成形された物品を第1金型プレート32から取り出すように構成される。いくつかの実施形態において、第1プランジャロッド14は、取り出し機構に対する追加として、あるいは、取り出し機構の代わりとして、使用することができる。
Alternatively, in another embodiment, when the molded article is held in the
一般に、射出成形システム10は、下記のように作動させることができる:溶融可能な材料(例えば、アモルファス合金又はBMG)を、供給機構(例えば装入ポート18)に装入し、容器20内の溶融ゾーン12(これは誘導コイル26で取り囲まれている)に挿入し受容させる。射出成形装置の「ノズル」ストローク又はプランジャ14を使用して、この材料を、必要に応じて、容器20の溶融部分内に移動させる。このシステムは、真空源38を使用して真空圧下に置くことができる。第1プランジャロッド14及び第2プランジャロッド26は、互いに対して、及び溶融される材料に向かって、溶融ゾーン12内へと動き、材料を収容するのに適切な距離の位置に配置される。次に材料が、誘導コイル26の加熱により誘導プロセスで加熱される。溶融可能材料を溶融させるための温度に到達し維持されたら、誘導コイル26を使用した加熱を停止することができ、装置は次に、溶融した材料を、容器20から移送スリーブ30を通して真空金型16内に、水平軸に沿って水平方向に(右から左へ)動かすことにより、注入を開始する。溶融した材料の移動は、プランジャ14及び22(これらはサーボ駆動又は液圧駆動を使用して作動させることができる)の両方を使用して制御される。金型16は、溶融した材料を入口を介して受容するように構成され、真空下でその溶融した材料を成形するように構成される。すなわち、溶融した材料は、少なくとも第1プレートと第2プレートとの間のキャビティ内に注入されて、金型16で部品を成形する。第2プランジャロッド22は、金型の第2の側34に配置することができ、これにより、第1プランジャロッド14が溶融した材料をキャビティ内に移動させ又は押し続ける間、金型内の圧力を保持する。キャビティが充填され始めたら、真空圧(真空ライン及び真空源38を介して)を所定の圧力に保持して、溶融した材料をキャビティ内の残りの空洞領域に「詰め」、材料を成形することができる。成形プロセスの後(例えば約10〜15秒後)、金型16に適用した真空圧を解放する。次に金型16を開けて圧力を解放し、部品を大気に暴露させる。第2プランジャロッド22(及び/又は取り出し機構)は、水平及び直線方向(例えば右に向かって)に作動させて、固化し成形された物品を、金型16の少なくとも第1プレートと第2プレートとの間から取り出すことができる。この後、プロセスを再び開始することができる。金型16は、少なくとも第1及び第2プレートを互いに近づくように動かすことによって閉じ、これによって第1及び第2プレートを互いに隣接させることができる。プランジャ14及び22が装入位置(恐らくは溶融位置)に戻されると、溶融ゾーン12及び金型16は、真空源により排気され、これにより更に受容された溶融可能材料を溶融し、次の部品を成形することができる。
In general, the
したがって、本明細書に開示される実施形態は、溶融及び成形プロセス中に水平軸に沿って動くように構成されたデュアルプランジャロッドアセンブリと一線上になった溶融システムを有する、例示的な射出システムを示す。ただし、このシステム及び/又は部分は、水平方向の材料移動に配置されることに限定される必要はない。デュアルプランジャロッドアセンブリは、長手方向の任意の長手方向軸に沿って動くように構成することができる。例えば、別の実施形態において、デュアルプランジャロッドアセンブリ及び溶融ゾーンは、垂直軸(例えばY軸、図示なし)に沿って提供することができ、これによりプランジャロッド14及び22並びに材料は、垂直方向に、溶融ゾーン12から金型16内に動く。
Accordingly, embodiments disclosed herein include an exemplary injection system having a dual plunger rod assembly configured to move along a horizontal axis during a melting and molding process and a melting system in line. Indicates. However, the system and / or portion need not be limited to being arranged for horizontal material movement. The dual plunger rod assembly can be configured to move along any longitudinal axis in the longitudinal direction. For example, in another embodiment, a dual plunger rod assembly and melting zone can be provided along a vertical axis (eg, Y axis, not shown) so that the
したがって、本明細書に記述されるデュアルプランジャロッドアセンブリは、本明細書に記述される射出成形システム10に対し、数多くの採用可能な特徴を提供する。例えば、2つのプランジャを使用して、その間に材料を保持し、その移送を制御する。また、水平軸上に少なくとも溶融ゾーン及び金型を備え一線上に提供されるシステムに関して、溶融した材料を金型16内に注入する速度は、特に、材料を金型内に急速に注ぐ傾向がある注ぎ込みシステム、及び従来のダイカストシステムに比べて、プランジャ14及び22の動きによって制御することができる。開示されているデュアルプランジャシステムでは、部品をより均質に冷却することができ、単一のプランジャシステムよりも速い速度が可能になる。
Accordingly, the dual plunger rod assembly described herein provides a number of employable features for the
更に、第2プランジャロッド22は(例えば成形中に)保持又は閉じ込めゲートとして働くため、別のゲートの追加が不要である。これにより、先行又は既知のシステムで必要とする可能性があったスペースの長さと大きさが低減される。加えて、これにより移送スリーブ30(提供される場合)の長さも低減することができる。したがって、移送スリーブ30などのデュアルプランジャ隣接スリーブ及び/又は装置の他の部品を短くすることができることにより、溶融ゾーンから金型入口に到着するまでに移動が必要な距離が短くなり、溶融した材料を金型内により迅速に押し込むことが可能になる。またこれは、溶融した材料がより高い温度で金型に到着することを意味し、成形中に材料が、金型の急冷速度に由来する欠陥を生じにくくなることを意味する。特に、アモルファスになる材料を用いる場合には、より高い温度を維持し、金型に向かって移動する際にそのような溶融した材料が冷却する速度を低減することが、(金型で急速に冷却する前の)ガラス形成性を改善する。溶融した材料を、金型に向かって協調して動く2つのプランジャロッド14及び22の間のスペース又は距離に収容しておくことにより、その表面積、並びに温度を、比較的一定に保つことができる。
In addition, the
加えて、デュアルプランジャロッドアセンブリを使用することにより、材料の層流をより強化することによって、成形された物品における表面欠陥を低減するのに役立つことができる。典型的に、溶融した材料が回転可能なとき、スカル材料の少なくとも一部(例えば底から)が、その溶融した材料内に混入する可能性がある。したがって、望ましくない結晶化した材料が一部、成形され、最終部品内に残る可能性がある。ただし、プランジャ14及び22によって提供されるように、溶融した材料が比較的直線的に移動する場合、溶融物へのスカル材料の巻き込みは低減及び/又は回避することができる。本明細書に開示されるデュアルプランジャロッドアセンブリは更に、溶融物に対する圧力を常時維持することにより、金型内のより小さな形状を充填することによって、及び(両方のプランジャで制御されていることにより)流速を増加させることが可能なためより大きな部品を充填することによって、欠陥を低減することが可能になる。また、これは2つのプランジャ間の距離又はスペース内に生じる空気又は気泡をトラップし、及び/又は防止する。
In addition, the use of a dual plunger rod assembly can help to reduce surface defects in the molded article by further enhancing the laminar flow of material. Typically, when the molten material is rotatable, at least a portion of the skull material (eg, from the bottom) can become entrained in the molten material. Thus, some of the undesired crystallized material can be molded and remain in the final part. However, if the molten material moves relatively linearly as provided by the
本明細書に記述される特徴に加え、プランジャロッド14及び22に使用される寸法及び材料は、限定されるべきではないことが理解されよう。任意の数の材料を使用して、ロッド及び/又はその先端24及び36を形成することができる。異なる材料を使用して、さまざまな部品を形成することができる。先端24及び36は、1つ以上の材料で形成することができる。一実施形態において、両プランジャロッド14及び22の少なくとも先端は、同様の直径を有する。別の実施形態において、プランジャロッド14及びプランジャロッド22は、異なる直径を有する。別の実施形態において、ロッド14及び/又は22のうち1つ以上が、入れ子式の本体を含み得る。更に別の実施形態において、一方のプランジャが他方のプランジャを内部に収容してもよい。
In addition to the features described herein, it will be understood that the dimensions and materials used for the
詳しくは記述されていないが、本開示の射出システムは、1つ以上のセンサ、流量計など(例えば温度、冷却水流量などをモニタするため)、及び/又は1つ以上のコントローラを含むがこれらに限定されない追加部品を含み得る。更に、真空圧下にあるとき、顕著な空気暴露又は漏れを実質的に制限又は排除することにより、溶融した材料の一部の溶融及び形成を支援するため、任意の数の部品に、又はそれに隣接して、封止部が設けられてもよい。例えば、封止部はOリングの形態であり得る。封止部は、任意の材料で製造することができ、封止される部品間を物質(例えば空気)が移動するのを停止させる装置として定義される。射出システムは、内部に溶融可能材料を挿入し、真空を適用し、加熱し、注入し、材料を成形して部品を形成するための、自動又は半自動プロセスを実施し得る。 Although not described in detail, the injection system of the present disclosure includes one or more sensors, flow meters, etc. (eg, for monitoring temperature, coolant flow, etc.) and / or one or more controllers. Additional parts that are not limited to may be included. In addition, any number of parts or adjacent to assist in melting and forming part of the molten material by substantially limiting or eliminating significant air exposure or leakage when under vacuum pressure. And a sealing part may be provided. For example, the seal can be in the form of an O-ring. A seal can be made of any material and is defined as a device that stops a substance (eg, air) from moving between the parts to be sealed. The injection system may perform an automated or semi-automated process for inserting meltable material therein, applying a vacuum, heating, pouring, shaping the material to form a part.
本明細書に開示される射出システムの任意の実施形態を用いて成形される(及び/又は溶融される)材料には、任意の数の材料が含まれ得、限定されるべきものではない。一実施形態において、成形される材料は、上記に詳述されるように、アモルファス合金である。 The material formed (and / or melted) using any embodiment of the injection system disclosed herein can include any number of materials and should not be limited. In one embodiment, the material to be molded is an amorphous alloy, as detailed above.
本開示の原理は、上述の例示的実施形態において明確にされているが、本開示の実践に使用される構造、配置、割合、要素、材料、及び構成部品に対して様々な改変を行い得ることが、当業者には明らかであろう。 Although the principles of the present disclosure are clarified in the exemplary embodiments described above, various modifications may be made to the structures, arrangements, proportions, elements, materials, and components used in the practice of the present disclosure. This will be apparent to those skilled in the art.
上述並びにその他の特徴及び機能、又はそれらの代替物の多くは、数多くの他の異なるシステム/装置又は用途に好適に組み合わせ得ることが、理解されよう。これらにおける現在予想できない又は予測されないさまざまな代替物、変更、変形形態、又は改善が、続いて当業者によりなされる可能性があり、これも下記の請求項の範囲に包含されることが意図される。 It will be appreciated that many of the above and other features and functions, or alternatives thereof, may be suitably combined with many other different systems / devices or applications. Various alternatives, modifications, variations, or improvements in these that are not currently anticipated or anticipated may subsequently be made by those skilled in the art and are intended to be included within the scope of the following claims. The
Claims (20)
第1プランジャロッド及び第2プランジャロッドを含むデュアルプランジャロッドアセンブリと、を備える、射出成形システムであって、少なくとも前記第1プランジャロッドが、溶融した材料を前記溶融ゾーンから金型内に移動させるように構成され、前記デュアルプランジャロッドアセンブリ及び前記溶融ゾーンが一線上に提供され、前記第1及び前記第2プランジャロッドがそれぞれ、長手方向及び水平軸に沿って動くように構成され、これによって少なくとも前記第1プランジャロッドが、前記溶融した材料を前記溶融ゾーンから長手方向に移動させて、前記溶融した材料を前記金型内に水平方向に移動させ、前記射出成形システムが、バルク凝固アモルファス合金を含む物品を成形するように構成されている、システム。 A melting zone configured to melt the meltable material received therein;
A dual plunger rod assembly comprising a first plunger rod and a second plunger rod, wherein at least the first plunger rod moves molten material from the melting zone into the mold. Wherein the dual plunger rod assembly and the melting zone are provided in line, and the first and second plunger rods are configured to move along a longitudinal and horizontal axis, respectively, thereby at least the A first plunger rod moves the molten material longitudinally from the melting zone to move the molten material horizontally into the mold, and the injection molding system includes a bulk solidified amorphous alloy. A system configured to mold an article.
成形のために内部に溶融した材料を受容するように構成された金型と、
水平軸に沿って互いに対して動くように構成された第1プランジャロッド及び第2プランジャロッドと、を備える、射出成形システムであって、前記第1プランジャロッド及び前記第2プランジャロッドが、前記溶融した材料を前記溶融ゾーンから前記金型内に水平方向に移動させるように構成され、前記射出成形システムが、バルク凝固アモルファス合金を含む物品を成形するように構成されている、システム。 A melting zone configured to melt the meltable material received therein;
A mold configured to receive the material melted therein for molding;
An injection molding system comprising a first plunger rod and a second plunger rod configured to move relative to each other along a horizontal axis, wherein the first plunger rod and the second plunger rod are the melt The system is configured to move the material from the melting zone horizontally into the mold and the injection molding system is configured to mold an article comprising a bulk solidified amorphous alloy.
前記溶融ゾーン内の溶融可能材料を溶融させる工程と、
前記溶融した材料を前記溶融ゾーンから前記金型内に水平方向に移動させる工程と、
を含み、前記第1プランジャロッド及び前記第2プランジャロッドが、前記溶融した材料を水平軸に沿って前記金型に向かって水平に移動中、それらの間に前記溶融した材料を収容するように構成され、前記射出成形システムが、バルク凝固アモルファス合金を含む物品を成形するように構成されている、方法。 A method of forming an article comprising a bulk solidified amorphous alloy from a meltable material using an injection molding system, the system configured to melt the meltable material received therein, and a horizontal zone A plunger rod assembly including a first plunger rod and a second plunger rod movable along an axis, wherein the assembly is configured to move molten material from the melting zone horizontally into the mold. And the method comprises
Melting the meltable material in the melting zone;
Moving the molten material from the melting zone into the mold in a horizontal direction;
And wherein the first plunger rod and the second plunger rod receive the molten material therebetween while moving the molten material horizontally along the horizontal axis toward the mold. A method wherein the injection molding system is configured to mold an article comprising a bulk solidified amorphous alloy.
The method of claim 18, further comprising molding the molten material and removing the article from the mold using the second plunger rod after molding.
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