TWI630100B - 使用呈現變質轉化之塗層之消費性電子加工過的外殼 - Google Patents

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Abstract

各種實施例提供可用於電子器件之材料、部分及方法。一實施例包括：在一基板之至少一表面上提供一塗層；增加該塗層之一非晶度；及將包括具有增加之非晶度之該塗層的該基板併入至一電子器件中。另一實施例係關於以摩擦方式將一塗層自結晶轉化為非晶，以形成用於一電子器件之一經變質轉化塗層。另一實施例係關於一電子器件部分，該電子器件部分具有安置於其至少一表面上之一經變質轉化塗層。

Description

使用呈現變質轉化之塗層之消費性電子加工過的外殼
本發明係關於消費性電子加工過的外殼，且更特定言之，係關於使用呈現變質轉化之塗層之消費性電子加工過的外殼。
已開發眾多鐵合金(例如，高強度鋼)及非鐵合金，以用於重型構造及機械中。儘管此等合金提供強度與韌性之良好組合，但其通常不展示足夠的抗磨損性、抗浸蝕性及抗腐蝕性。因此，此等合金無法良好地適用於此等合金之表面經受侵蝕性環境或磨蝕的應用中。補救此問題之一方法為使用沈積至下伏結構/基板之表面上的表面硬化材料來充當保護層。下伏結構(例如，鋼基板)提供層-基板結構所需之強度及結構完整性，且表面硬化合金保護基板免受不利環境中之磨損及磨蝕。表面硬化材料亦可保護基板免受腐蝕。
廣泛多種表面硬化材料係已知的，包括(例如)諸如碳化鎢/鈷之含陶瓷組合物及純金屬組合物。大多數表面硬化材料所遇到之一問題在於：當藉由熱噴塗塗覆時，表面硬化沈積常常含有孔隙率且具有垂直於塗層之厚度方向延伸的貫穿裂紋。孔隙率准許腐蝕性介質穿透塗層以到達基板，且藉由化學腐蝕或應力腐蝕而損壞基板。貫穿裂紋亦可導致抗磨損塗層之斷裂及散裂，藉此導致磨蝕性或腐蝕性介質到達下伏基板且迅速地磨破下伏基板。
針對電子器件的根據本文中之實施例的所提議解決方案為轉化在諸如電子器件部分之基板上的塗層。舉例而言，塗層可由可變質轉化材料形成，該可變質轉化材料在加熱後即能夠增加非晶度及/或將塗層轉化為非晶的。在一實施例中，經轉化塗層可用於電子器件之加工過的外殼中。該經轉化塗層可為至少實質上非晶的。
在一實施例中提供一種方法：在一基板之至少一表面上提供一塗層；增加該塗層之一非晶度；及將包括具有增加之非晶度之該塗層的該基板併入至一電子器件中。在諸實施例中，該基板在該電子器件被出售或使用之前併入至該電子器件中。
在一實施例中提供一種方法：在一基板之至少一表面上提供一塗層，該塗層含有結晶；以摩擦方式將該塗層自結晶轉化為非晶以形成一經轉化塗層；及將包含該經轉化塗層之該基板併入至一電子器件中。
在一實施例中提供一種電子器件。該電子器件可包括：一或多個電子器件部分；及一經轉化塗層，其安置於該一或多個電子器件部分之至少一表面上。舉例而言，該經轉化塗層可由可變質轉化材料形成，該可變質轉化材料在摩擦加熱後即能夠增加非晶度或將該塗層轉化為非晶的。
100‧‧‧方法
110‧‧‧塗佈裝置
120‧‧‧基板
130‧‧‧可變質轉化材料
140‧‧‧塗層
150‧‧‧加熱裝置
155‧‧‧輻射
160‧‧‧冷卻站/冷卻裝置
170‧‧‧器件
300‧‧‧用於處理塗層之方法
圖1提供例示性塊體凝固非晶合金之溫度-黏度圖。
圖2提供用於例示性塊體凝固非晶合金之時間-溫度-轉化(TTT)圖的示意圖。
圖3描繪根據本發明教示之各種實施例的用於處理塗層之例示性方法。
圖4描繪根據本發明教示之各種實施例的用於處理塗層之另一例 示性方法。
圖5展示根據本發明教示之各種實施例的方法之示意圖。
圖6展示根據本發明教示之各種實施例的用於將可轉化材料塗佈至基板中之HVOF製程的示意圖。
圖7展示根據另一實施例的用於將可轉化材料塗佈至基板中之電弧線熱噴塗製程的示意圖。
圖8展示根據另一實施例的用於將可轉化材料塗佈至基板中之電漿熱噴塗製程的示意圖。
本說明書中所引用之所有公開案、專利及專利申請案的全部內容特此以引用的方式併入。
詞「一」在本文中用以指代物品之語法物件中的一者或一者以上(亦即，至少一者)。藉由實例，「一聚合物樹脂」意謂一聚合物樹脂或一種以上聚合物樹脂。本文所引用之任何範圍為包括性的。遍及本說明書所使用之術語「實質上」及「約」用以描述及說明小的波動。舉例而言，該等術語可指代小於或等於±5%，諸如小於或等於±2%、諸如小於或等於±1%、諸如小於或等於±0.5%、諸如小於或等於±0.2%、諸如小於或等於±0.1%、諸如小於或等於±0.05%。
針對電子器件的根據本文中之實施例的所提議解決方案為轉化在諸如電子器件部分之基板上的塗層。舉例而言，塗層可由可變質轉化材料形成，該可變質轉化材料在加熱後即能夠增加非晶度及/或將塗層轉化為非晶的。在一實施例中，經轉化塗層可用於電子器件之加工過的外殼中。經轉化塗層可為至少實質上非晶的。在諸實施例中，塗層(非轉化或經轉化)可包括(例如)如本發明中所描述之塊體凝固非晶合金或塊體金屬玻璃(BMG)。
變質轉化
術語「變質轉化」指代材料歸因於變質作用之改變，其為預先存在之材料的非晶度歸因於物理及化學條件(諸如，熱量、壓力，及化學活性流體之引入)之改變的固態改變。不同形式之變質作用包括：通常歸因於溫度增加而發生之接觸(熱)變質作用；歸因於材料與(例如)具有可變組合物之高溫流體之相互作用的水熱變質作用；歸因於特徵常常在於高壓力條件之對材料之衝擊的震動變質作用；及歸因於材料中之應變的動態變質作用。
可變質轉化材料
術語「可變質轉化材料」指代(例如)藉由局部加熱、摩擦加熱、熱塑性轉化、磨蝕等而經歷變質轉化至具有較高非晶度之非晶狀態的材料。可變質轉化材料可歸因於已增加之非晶度及/或對磨蝕之非晶度的進一步增加而倖免於磨蝕性磨損。術語「非晶狀態」或「非晶相」指代其中具有非晶度之狀態。合適的摩擦轉化非晶合金可包括：自約40重量百分比至約75重量百分比之第一組份，其選自由以下各者組成之群：鐵、鈷，及其組合；大於約20重量百分比之第二組份，其選自由以下各者組成之群：鉻、鉬、鎢、鈮、釩，及鉻、鉬、鎢、鈮、釩及鈦之組合；及自約2重量百分比至約6重量百分比之第三組份，其選自由以下各者組成之群：硼、碳，及其組合。
另一合適的可變質轉化材料可包括自約20%至約35%之鉻、自約2%至約5%之硼、自約1%至約2.5%之矽、自約0至約0.5%之碳、自約0.5%至約2%之錳，及自約0.2%至約1.0%之鈦、平衡鐵及附帶雜質。其他合適的可變質轉化材料可包括在基板上提供抗磨損及抗腐蝕塗層之含鉬鐵合金粉末組合物。可變質轉化材料中之任一者的合金粉末組合物可藉由使用非反應性氣體之典型氣體霧化而製造。
提供塗層之方法涉及使用高速熱噴塗製程用可變質轉化材料來塗佈基板。使用熱噴塗製程塗覆可變質轉化材料係已知的。此等塗層 通常為多孔的，且並不始終產生基板之表面的有效塗層。舉例而言，孔可滲入有有害的及/或腐蝕性的液體及其他材料，該等材料可引起塗層中之弱點，或甚至引起在材料於使用期間抑或於使用之前經摩擦轉化時進一步削弱之表面中的顯著破裂。塗層亦可能並非充分地黏附至基板之表面。另外，當塗層極薄時，如同小型電子器件及其類似者上之塗層的狀況，大孔及缺陷之存在及藉此所引起的問題進一步加劇。
提供較佳實施例之塗層的方法包括使經塗佈基板經受額外加熱。額外加熱較佳處於低於可變質轉化材料之結晶溫度的溫度以防止材料損失其結晶度及以摩擦方式轉化之能力，但亦高於玻璃轉變溫度以允許材料稍微聚結。儘管並不意欲藉由任何操作理論限定，但發明者咸信，此額外加熱提供具有較少孔或無孔之較平滑表面，且將塗層更充分地黏附至基板之表面。在加熱之後，基板及塗層經冷卻以提供最終經塗佈產品。
含粉末組合物
術語「含粉末組合物」或「粉末組合物」在本文中指代其中含有粉末之任何組合物。術語「粉末」指代含有經輪磨、經粉碎或以其他方式精細分散之固體粒子的物質。
塗層及處理該塗層
術語「塗層」指代覆蓋物(例如，材料層)，其經塗覆至物件(通常稱為「基板」)之表面。在一實施例中，可將包括合金粉末組合物之當前所描述之組合物中的至少一者塗覆至基板上以提供塗層。在一實施例中，塗層本質上由當前所描述之組合物組成。在另一實施例中，塗層由當前所描述之組合物組成。在諸實施例中，塗層可為預先存在之塗層，例如，電子器件之一部分。或者，可將塗層提供至諸如電子器件部分之基板上。在諸實施例中，基板可為任何類型之合適基 板，諸如金屬基板、陶瓷基板或其組合。在另一實施例中，基板可為塊體凝固非晶合金。
塗層可包括如本文所描述之合金粉末組合物中的任一者。除合金粉末組合物之外，塗層亦可包括額外元素或材料，諸如來自黏合劑之元素或材料。術語「黏合劑」指代用以黏合其他材料之材料。塗層亦可包括有意添加之任何添加劑，或附帶雜質。在一實施例中，塗層本質上由合金粉末組合物組成，諸如由上文所描述之合金粉末組合物組成。
在諸實施例中，塗層可由包括合金之材料形成。在一實例中，合金可包括：自約40重量百分比至約75重量百分比之第一組份，其選自由以下各者組成之群：鐵、鈷，及其組合；大於約20重量百分比之第二組份，其選自由以下各者組成之群：鉻、鉬、鎢、鈮、釩，及鉻、鉬、鎢、鈮、釩及鈦之組合；及自約2重量百分比至約6重量百分比之第三組份，其選自由以下各者組成之群：硼、碳，及其組合。
合金之另一實例可包括：自約20%至約35%之鉻；自約2%至約5%之硼；自約1%至約2.5%之矽；自約0至約0.5%之碳；自約0.5%至約2%之錳；自約0.2%至約1.0%之鈦；以及平衡鐵及附帶雜質。
合金之非限制實例可包括由化學式(CraMobCcBd)Fe100-(a+b+c+d)所表示之合金，其中a、b、c、d各自獨立地表示重量百分比，且其中a為自約22至約28，b為自約14至約20，c為自約2至約3，且d為自約1.5至約2。
如本文中所揭示，可進一步處理所提供之塗層。塗層可由可變質轉化材料形成。塗層可(例如)經轉化以提供經轉化塗層，與所提供之非轉化塗層相比，經轉化塗層歸因於自結晶至非晶之轉化而具有增加之非晶度及/或為更具非晶度的。
在一實施例中所提供者包括如圖5中所展示之例示性方法300。 方法300包括(例如)：在基板之至少一表面上提供塗層，例如，參見區塊310；增加塗層之非晶度，例如，參見區塊320；及將包括具有增加之非晶度之塗層的基板併入至電子器件中，例如，參見區塊330。在諸實施例中，基板在電子器件被出售或使用之前併入至電子器件中。
在諸實施例中，塗層可經提供為具有非晶度。非晶度可為零或大於零。或者，塗層可具備或不具備結晶。在一實施例中，塗層可藉由(例如)以下操作來提供：在基板之至少一表面上沈積可變質轉化材料之前驅物；將基板加熱及將前驅物加熱至一溫度且歷時一時間段，以將前驅物充分地黏附至基板之該至少一表面；及在基板之該至少一表面上產生由可變質轉化材料形成之塗層。
在諸實施例中，塗層可(例如)經摩擦加熱、局部加熱及/或熱塑性處理以增加其非晶度。在諸實施例中，塗層可藉由(例如)輪磨、拋光、研磨、打磨及其組合來表面處理以增加其非晶度。此等製程提供以熱塑性方式使塗層之表面平滑的局部加熱，以減少裂縫在塗層之表面上的出現及降低其嚴重度。塗層之非晶度可在至少高於塗層材料之玻璃轉變溫度的溫度下增加。在一實施例中，具有增加之非晶度的塗層可為至少實質上非晶的。
上面具有具增加之非晶度之塗層的基板可在電子器件被出售或使用之前併入至該器件中。在一些狀況下，非晶度可在電子器件之使用期間經進一步增加。
在一實施例中，如圖4中所展示，可提供至少部分地含有結晶之塗層，例如，參見區塊410。可接著(例如)以摩擦方式將塗層自結晶轉化為非晶以形成經轉化塗層，例如，參見區塊420。可接著將包括經轉化塗層之基板併入至電子器件中，例如，參見區塊430。在一些狀況下，自結晶至非晶之摩擦轉化可在器件之使用期間繼續。
在諸實施例中，塗層可(例如)經摩擦加熱、局部加熱及/或熱塑性處理來以摩擦方式將結晶轉化為非晶。在諸實施例中，塗層可藉由(例如)輪磨、拋光、研磨、打磨及其組合來處理，以(例如)在至少高於塗層材料之玻璃轉變溫度的溫度下以摩擦方式將結晶轉化為非晶。此溫度不包括臨界結晶溫度。因此，經轉化塗層可為至少實質上非晶的。
存在本文中之實施例之經處理(例如，經轉化)塗層的若干優點。舉例而言，塗層可在不與基板之表面分離的情況下保持其完整性。另外，其可耐高溫，且與未經處理塗層相比可為更具延性且抗疲勞的。
與非轉化塗層相比，經轉化塗層可為更抗磨損及/或抗腐蝕的。腐蝕為工程設計材料歸因於與其周圍物之化學反應而變為其構成原子的崩解。此可指代與諸如氧氣之氧化劑反應的金屬之電化氧化。歸因於固溶體中之金屬原子之氧化形成金屬之氧化物為電化學腐蝕之實例(稱為生銹)。此類型之損壞通常可產生原始金屬之(多種)氧化物及/或(多種)鹽。腐蝕亦可指代除金屬以外之材料(諸如，陶瓷或聚合物)，但在此情形下，術語「降解」為更常用的。金屬及合金可僅由於曝露至空氣中之水分而腐蝕，但製程可藉由曝露至諸如鹽之某些物質而大受影響。腐蝕可為局部集中的以形成凹坑或裂紋，或其可延伸跨越寬的區域，從而或多或少均勻地腐蝕表面。因為腐蝕為擴散控制製程，所以其可在曝露表面上發生。結果，降低曝露表面(諸如，塗層)之活性、鈍化及鉻酸鹽變換之方法可增加材料之抗腐蝕性。
在本文中之實施例的塗層(例如，經轉化塗層)之情形下的術語「抗腐蝕性」可指代如下材料：與無塗層或塗層轉化(例如，自結晶至非晶，及/或為增加非晶度)之材料曝露至一環境之腐蝕相比，具有塗層之相同材料在曝露至相同環境時具有實質上較少腐蝕。在一實施例中，關於材料之化學組成及非晶相，本文中所描述之經轉化塗層相 對於如本文所描述之未轉化的塗層提供改良之抗腐蝕性。
經轉化塗層較佳可呈現所要硬度、韌性及黏結特性。經轉化塗層亦可為完全緻密的且適用於極廣的溫度範圍。經轉化塗層可為至少部分非晶的，諸如實質上非晶或完全非晶的。舉例而言，塗層可使其體積之至少50%為非晶的，諸如至少60%、諸如至少80%、諸如至少90%、諸如至少95%、諸如至少99%為非晶的。
由於可摩擦轉化組合物之性質，自其處理之塗層可具有優越的性質。舉例而言，經轉化塗層可具有高硬度。在一實施例中，塗層可具有至少約800HV-100gm之維氏硬度，諸如至少約850HV-100gm、諸如至少約1000HV-100gm、諸如至少約1100HV-100gm、諸如至少約1200HV-100gm、諸如至少約1250HV-100gm、諸如至少約1300HV-100gm。
藉由本文中所描述之方法及組合物所處理之塗層可為緻密的。舉例而言，該塗層可具有小於或等於約10%(體積)之孔隙率，諸如小於或等於約5%之孔隙率、諸如小於或等於約2%之孔隙率、諸如小於或等於約1%之孔隙率、諸如小於或等於約0.5%之孔隙率。取決於上下文(包括所使用之材料以及製造及處理方法)，前述百分比可為重量百分比而非體積百分比。尤其較佳的是，在加熱及冷卻之後，塗層具有顯著小於0.5%之孔隙率且為實質上平滑的。
經轉化塗層之厚度可為自約0.001"至約0.1"、諸如約0.005"至約0.08"，及諸如自約0.020"至約0.050"、諸如自約0.015"至約0.03"、諸如自約0.02"至約0.025"。在塗層係藉由電弧噴塗提供之一實施例中，塗層可具有約0.02"至約0.03"之厚度。在塗層係藉由HVOF提供之替代實施例中，塗層可具有約0.015"至約0.03"之厚度。
在一實施例中所提供者亦包括電子器件。電子器件可包括：一或多個電子器件部分；及經轉化塗層，其安置於該一或多個電子器件 部分之至少一表面上。
塊體凝固非晶合金，或塊體金屬玻璃(「BMG」)
塊體凝固非晶合金或塊體金屬玻璃(「BMG」)為新近開發之類別的金屬材料。此等合金可以相對慢之速率凝固及冷卻，且其在室溫下保持非晶、非結晶(亦即，玻璃質)狀態。非晶合金與其結晶對應物相比具有許多優越的性質。然而，若冷卻速率並非足夠高的，則晶體可在冷卻期間在合金內部形成，使得非晶狀態之益處可丟失。舉例而言，在塊體非晶合金部分之製造方面的一挑戰為該等部分歸因於慢的冷卻抑或原合金材料中之雜質的部分結晶。由於高非晶程度(及相反地，低結晶程度)在BMG部分中為所要的，因此需要開發用於鑄造具有受控量之非晶度之BMG部分的方法。
圖1(自美國專利第7,575,040號所獲得)展示例示性塊體凝固非晶合金之黏度-溫度曲線圖，該塊體凝固非晶合金係來自藉由Liquidmetal Technology所製造之Zr--Ti--Ni--Cu--Be族的VIT-001系列。應注意，在非晶固體之形成期間，不存在針對塊體凝固非晶金屬的清晰液體/固體轉化。熔融之合金隨著增加的過度冷卻而變得愈來愈有黏性，直至其在玻璃轉變溫度附近接近固體形式為止。因此，用於塊體凝固非晶合金之凝固前沿的溫度可在玻璃轉變溫度附近，其中合金將實際上充當用於拉出經淬滅之非晶薄片產品之目的之固體。
圖2(自美國專利第7,575,040號所獲得)展示例示性塊體凝固非晶合金之時間-溫度-轉化(TTT)冷卻曲線，或TTT圖。塊體凝固非晶金屬在冷卻後並不經歷液體/固體結晶轉化，如同習知金屬。實情為，在高溫下(接近「熔融溫度」Tm)發現之高度流體非晶形形式的金屬隨著溫度降低(接近玻璃轉變溫度Tg)而變得更有黏性，最終顯現習知固體之外在物理性質。
即使針對塊體凝固非晶金屬不存在液體/結晶轉化，「熔融溫度」 Tm仍可定義為對應結晶相之熱力學液相線溫度。在此典則下，塊體凝固非晶合金在熔融溫度下之黏度可處於約0.1泊至約10,000泊之範圍中，且甚至有時低於0.01泊。在「熔融溫度」下之較低黏度將提供用塊體凝固非晶金屬對殼層/模具之複雜部分的較快速及完全填充，以用於形成BMG部分。此外，用以形成BMG部分之熔融金屬的冷卻速率必須使得在冷卻期間之時間-溫度量變曲線不會橫過在圖2之TTT圖中定界結晶區的鼻形區。在圖2中，Tnose為臨界結晶溫度Tx，其中結晶為最迅速的且在最短的時間刻度中發生。
過度冷卻之液體區(在Tg與Tx之間的溫度區)為抵抗塊體凝固合金之結晶的非凡穩定性的表明。在此溫度區中，塊體凝固合金可作為高黏性液體而存在。塊體凝固合金在過度冷卻液體區中之黏度可在玻璃轉變溫度下之1012Pa s下降至結晶溫度(過度冷卻液體區之高溫極限)下之105Pa s之間變化。具有此等黏度之液體可在所施加壓力下經歷顯著塑性應變。本文中之實施例利用過度冷卻液體區中之大的塑性可成形性作為成形及分離方法。
需要澄清關於Tx之某些事項。在技術上，TTT圖中所展示之鼻形曲線將Tx描述為溫度及時間之函數。因此，不管在將金屬合金加熱或冷卻時所採取之軌跡，當碰上TTT曲線時，已達到Tx。在圖2中，Tx展示為虛線，此係由於Tx可自接近Tm變化至接近Tg。
圖2之示意性TTT圖展示自Tm或高於Tm至低於Tg之壓鑄的處理方法，而無碰上TTT曲線之時間-溫度軌跡(展示為(1)作為實例軌跡)。在壓鑄期間，成形與快速冷卻實質上同時發生，以避免碰上TTT曲線之軌跡。用於自Tg或低於Tg至低於Tm之超塑性成形(SPF)而無碰上TTT曲線之時間-溫度軌跡(展示為(2)、(3)及(4)作為實例軌跡)的處理方法被展示。在SPF中，將非晶BMG再加熱至過度冷卻液體區中，其中可用處理窗可遠大於壓鑄，從而導致製程之更好可控制性。SPF製 程不需要快速冷卻以避免在冷卻期間結晶。又，如藉由實例軌跡(2)、(3)及(4)所展示，可執行SPF，其中SPF期間之最高溫度高於Tnose或低於Tnose，直至約Tm。若加熱一塊非晶合金但設法避免碰上TTT曲線，則「在Tg與Tm之間」加熱，但將尚未達到Tx。
在加熱速率20℃/min下所取得之塊體凝固非晶合金的典型示差掃描熱析儀(DSC)加熱曲線主要描述跨越TTT資料之特定軌跡，其中將有可能在某一溫度下得到Tg，在DSC加熱斜坡越過TTT結晶開始點時得到Tx，且最終在同一軌跡越過用於熔融之溫度範圍時得到熔融峰值。若如藉由圖2中之軌跡(2)、(3)及(4)之斜坡上升部分所展示在迅速加熱速率下將塊體凝固非晶合金加熱，則可完全避開TTT曲線，且DSC資料在加熱後將展示玻璃轉變但不展示Tx。考慮其之另一方式為軌跡(2)、(3)及(4)可處於TTT曲線之鼻部(及甚至高於其)與Tg線之間的溫度之任何位置，只要其不碰上結晶曲線即可。彼情況僅意謂：隨著處理溫度增加，軌跡中之水平平線區可變得更短。
相
本文中之術語「相」可指代可在熱力學相圖中找到之相。相為如下空間區(例如，熱力學系統)：遍及該區，材料之所有物理性質為本質上均勻的。物理性質之實例包括密度、折射率、化學組成及晶格週期性。相之簡單描述為化學均勻、物理相異及/或可機械分離之材料的區。舉例而言，在由玻璃缸中之冰及水組成的系統中，冰塊為一相，水為第二相，且水上方之濕空氣為第三相。缸之玻璃為另一單獨相。相可指代固溶體，其可為二元、三元、四元或四元以上溶液或化合物(諸如，金屬間化合物)。作為另一實例，非晶相不同於結晶相。
金屬、過渡金屬及非金屬
術語「金屬」指代正電性化學元素。本說明書中之術語「元素」大體上指代可在週期表中找到之元素。在物理上，處於基態之金 屬原子含有部分填充之能帶，其中空態接近佔有態。術語「過渡金屬」為在週期表中之族3至12內的金屬元素中之任一者，該等元素具有不完整的內電子殼層且充當在一系列元素中之最具正電性元素與最不具正電性元素之間的過渡鏈。過渡金屬之特徵在於多個價、有色化合物及形成穩定錯離子之能力。術語「非金屬」指代不具有丟失電子及形成正離子之能力的化學元素。
取決於應用，可使用任何合適的非金屬元素或其組合。合金(或「合金組合物」)可包括多個非金屬元素，諸如至少兩個、至少三個、至少四個，或更多非金屬元素。非金屬元素可為在週期表中之族13至17中找到的任何元素。舉例而言，非金屬元素可為F、Cl、Br、I、At、O、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge、Sn、Pb及B中之任一者。偶爾地，非金屬元素亦可指代族13至17中之某些類金屬(例如，B、Si、Ge、As、Sb、Te及Po)。在一實施例中，非金屬元素可包括B、Si、C、P，或其組合。因此，例如，合金可包括硼化物、碳化物，或兩者。
過渡金屬元素可為鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、釔、鋯、鈮、鉬、鍀、釕、銠、鈀、銀、鎘、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉑、金、汞、鑪、釷、、鈹、、、鐽、錀及鎶中之任一者。在一實施例中，含有過渡金屬元素之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及Hg中之至少一者。取決於應用，可使用任何合適的過渡金屬元素或其組合。合金組合物可包括多個過渡金屬元素，諸如至少兩個、至少三個、至少四個，或更多的過渡金屬元素。
當前所描述之合金或合金「樣本」或「試樣」合金可具有任何形狀或大小。舉例而言，合金可具有微粒之形狀，其可具有諸如球 形、橢球、線狀、桿狀、薄片狀、片狀或不規則形狀之形狀。微粒可具有任何大小。舉例而言，微粒可具有介於約1微米與約100微米之間的平均直徑，諸如介於約5微米與約80微米之間、諸如介於約10微米與約60微米之間、諸如介於約15微米與約50微米之間、諸如介於約15微米與約45微米之間、諸如介於約20微米與約40微米之間、諸如介於約25微米與約35微米之間。舉例而言，在一實施例中，微粒之平均直徑介於約25微米與約44微米之間。在一些實施例中，可使用較小之微粒(諸如，在奈米範圍中之微粒)，或較大之微粒(諸如，大於100微米之微粒)。
合金樣本或試樣亦可具有大得多的尺寸。舉例而言，其可為塊體結構組件，諸如鑄錠、電子器件之外殼/殼體，或甚至結構組件之具有在毫米、公分或公尺範圍中之尺寸的一部分。
固溶體
術語「固溶體」指代固體形式之溶液。術語「溶液」指代兩種或兩種以上物質之混合物，其可為固體、液體、氣體，或此等各物之組合。混合物可為均質的或異質的。術語「混合物」為彼此組合且一般能夠分離之兩種或兩種以上物質的組合物。一般而言，該兩種或兩種以上物質彼此並不化學組合。
合金
在一些實施例中，本文中所描述之合金組合物可為完全合金的。在一實施例中，「合金」指代兩種或兩種以上金屬之均質混合物或固溶體，一種金屬之原子替代或佔據另一金屬之原子之間的間隙位置；例如，黃銅為鋅及銅之合金。與複合物對比，合金可指代金屬基質中之一或多個元素(諸如，金屬基質中之一或多個化合物)的部分或完全固溶體。本文中之術語「合金」可指代可給出單一固相微結構之完全固溶體合金及可提供兩個或兩個以上相之部分溶液兩者。本文中 所描述之合金組合物可指代包含合金之合金組合物或包含含合金複合物之合金組合物。
因此，完全為合金的合金可具有構成部分之均質分佈，其為固溶體相、化合物相或兩者。本文中所使用之術語「完全合金的」可說明誤差容限內之微小變化。舉例而言，其可指代至少90%合金、諸如至少95%合金、諸如至少99%合金、諸如至少99.5%合金、諸如至少99.9%合金。取決於上下文，本文中之百分比可指代體積百分比抑或重量百分比。此等百分比可藉由可依據並非合金之一部分的組合物或相的雜質平衡。
非晶或非結晶固體
「非晶」或「非結晶固體」為缺乏晶格週期性(其為晶體之特性)的固體。如本文中所使用，「非晶固體」包括「玻璃」，「玻璃」為經由玻璃轉變在加熱後即軟化且轉化為類液體狀態的非晶固體。一般而言，非晶材料缺乏晶體之長程有序特性，但其可歸因於化學鍵結之本質而在原子長度尺度下擁有某短程有序。在非晶固體與結晶固體之間的區別可基於如藉由結構特徵化技術(諸如，x射線繞射及透射電子顯微鏡術)所判定之晶格週期性來作出。
術語「有序」及「無序」指明某對稱性或相關性在多粒子系統中之存在或不存在。術語「長程有序」及「短程有序」基於長度尺度而區分材料中之次序。
固體中之最嚴格形式的次序為晶格週期性：某一圖案(單位晶胞中原子之配置)反覆地重複以形成空間之平移不變平鋪(translationally invariant tiling)。此為晶體之定義性質。可能之對稱性已按14個布拉菲晶格及230個空間群組來分類。
晶格週期性暗示長程有序。若僅一個單位晶胞為已知的，則依據平移對稱性，有可能準確地預測在任意距離處之所有原子位置。相 反情況為大體成立的，除了(例如)以下情況以外：在準晶體中，具有極佳確定性平鋪但不擁有晶格週期性。
長程有序特徵化如下實體系統：同一樣本之遠端部分呈現相關的行為。此可表達為相關函數，即，自旋-自旋相關函數：G(x,x')=〈s(x),s(x')〉。
在以上函數中，s為自旋量子數，且x為特定系統內之距離函數。此函數在x=x'時等於單位一，且隨著距離| x-x' |增加而減小。通常，其在大距離處以指數方式衰減至零，且系統被視為無序的。然而，若相關函數在大的| x-x' |處衰減為恆定值，則系統可據稱為擁有長程有序。若其以距離之冪衰減至零，則其可被稱為準長程有序。注意，何值構成| x-x' |之大值為相對的。
當定義系統之行為的參數為不隨時間演進(亦即，其經淬滅或冷凍)之隨機變數(例如，自旋玻璃)，該系統可據稱為顯現為淬滅無序的。其與允許隨機變數自身演進之退火無序相對。本文中之實施例包括包含淬滅無序之系統。
本文中所描述之合金可為結晶、部分結晶、非晶或實質上非晶的。舉例而言，合金樣本/試樣可包括至少一些結晶度，其中晶粒/晶體具有在奈米及/或微米範圍中之大小。或者，合金可為實質上非晶的，諸如完全非晶的。在一實施例中，合金組合物至少實質上不為非晶的，諸如實質上結晶的、諸如完全結晶的。
在一實施例中，一晶體或複數個晶體在另外非晶合金中之存在可解釋為其中的「結晶相」。合金之結晶程度(或在一些實施例中簡稱為「結晶度」)可指代存在於合金中之結晶相的量。該程度可指代(例如)存在於合金中之晶體的分率。取決於上下文，該分率可指代體積分率或重量分率。非晶合金之「非晶」程度的量測可為非晶度。非晶度可依據結晶程度來量測。舉例而言，在一實施例中，具有低結晶程 度之合金可據稱為具有高非晶程度。在一實施例中，例如，具有60體積%結晶相之合金可具有40體積%非晶相。
非晶合金或非晶金屬
「非晶合金」為具有大於50體積%之非晶含量、較佳大於90體積%之非晶含量、更佳大於95體積%之非晶含量，及最佳大於99體積%至幾乎100體積%之非晶含量的合金。注意，如上文所描述，合金之非晶度高等效於結晶程度低。「非晶金屬」為具有無序原子尺度結構之非晶金屬材料。與為結晶且因此具有原子之高度有序配置的大多數金屬對比，非晶合金為非結晶的。在冷卻期間直接自液態產生此無序結構的材料有時被稱為「玻璃」。因此，非晶金屬通常被稱為「金屬玻璃」或「玻璃質金屬」。在一實施例中，塊體金屬玻璃(「BMG」)可指代合金，其微結構為至少部分非晶的。然而，存在用以產生非晶金屬之除極迅速冷卻以外之若干方式，包括物理氣相沈積、固態反應、離子輻射、熔融自旋，及機械合金化。非晶合金可為單一類別之材料，而不管其製備方式。
非晶金屬可經由多種快速冷卻方法來產生。舉例而言，非晶金屬可藉由將熔融金屬濺鍍至自旋金屬盤上而產生。迅速冷卻(一秒約數百萬度)可過快而不能形成晶體，且材料由此「鎖定於」玻璃質狀態。又，非晶金屬/合金可用臨界冷卻速率來產生，該等速率足夠低以允許非晶結構在厚層(例如，塊體金屬玻璃)中形成。
術語「塊體金屬玻璃」(「BMG」)、塊體非晶合金(「BAA」)及塊體凝固非晶合金在本文中互換地使用。該等術語指代具有至少在毫米範圍中之最小尺寸的非晶合金。舉例而言，尺寸可為至少約0.5mm，諸如至少約1mm、諸如至少約2mm、諸如至少約4mm、諸如至少約5mm、諸如至少約6mm、諸如至少約8mm、諸如至少約10mm、諸如至少約12mm。取決於幾何形狀，尺寸可指代直徑、半 徑、厚度、寬度、長度等。BMG亦可為具有在公分範圍中之至少一尺寸的金屬玻璃，諸如至少約1.0cm、諸如至少約2.0cm、諸如至少約5.0cm、諸如至少約10.0cm。在一些實施例中，BMG可具有至少在公尺範圍中之至少一尺寸。BMG可採取上文所描述之如與金屬玻璃相關的形狀或形式中的任一者。因此，在一些實施例中，本文中所描述之BMG可不同於在一重要態樣中藉由習知沈積技術所製成的薄膜：前者與後者相比可具有大得多的尺寸。
非晶金屬可為合金而非純金屬。合金可含有具有顯著不同之大小的原子，從而導致在熔融狀態下的低自由體積(且因此具有高達高於其他金屬及合金之數量級的黏度)。黏度防止原子充分地移動以形成有序晶格。材料結構可在冷卻期間產生低的收縮且產生對塑性變形之抗性。晶粒邊界(在一些狀況下為結晶材料之弱點)之缺乏可(例如)導致更好的抗磨損性及抗腐蝕性。在一實施例中，非晶金屬(儘管技術上為玻璃)與氧化物玻璃及陶瓷相比亦可為更堅韌且較不易碎的。
非晶材料之熱導率可低於其結晶對應物之熱導率。為了甚至在較慢冷卻期間達成非晶結構之形成，合金可由三種或三種以上組份製成，從而導致具有較高勢能及較低形成機率的複雜晶體單元。非晶合金之形成可取決於若干因素：合金之組份的組合物；組份之原子半徑(較佳具有超過12%之顯著差異以達成高的包裝密度及低的自由體積)；及混合組份之組合的負熱量，從而抑制晶體成核且延長熔融金屬在過度冷卻狀態下停留之時間。然而，由於非晶合金之形成係基於許多不同變數，因此可能難以作出合金組合物是否將形成非晶合金的先前判定。
(例如)硼、矽、磷及具有磁性金屬(鐵、鈷、鎳)之其他玻璃形成劑的非晶合金可為磁性的，具有低矯頑磁力及高電阻。高電阻在經受交變磁場時藉由渦電流產生低的損耗，此可用作(例如)變壓器磁芯之 性質。
非晶合金可具有多種潛在有用之性質。詳言之，非晶合金傾向於強於具有類似化學組成之晶體合金，且其與結晶合金相比可保持較大可逆(「彈性」)變形。非晶金屬直接自其非結晶結構得出其強度，非結晶結構可不具有限制結晶合金之強度的缺陷(諸如，位錯)中的任一者。舉例而言，被稱為VitreloyTM之一種現代非晶金屬具有幾乎為高級鈦之拉伸強度之兩倍的拉伸強度。在一些實施例中，在室溫下之金屬玻璃並非延展性的且傾向於在以張力加載時突然碎裂，此情形限制在可靠性-臨界應用中之材料適用性，此係由於即將發生的碎裂並非明顯的。因此，為克服此挑戰，可使用具有金屬玻璃基質之金屬基質複合材料，該金屬玻璃基質含有延展性結晶金屬之樹枝狀粒子或纖維。或者，可使用具有少量的傾向於引起脆化之(多種)元素(例如，Ni)的BMG。舉例而言，無Ni之BMG可用以改良BMG之延展性。
塊體非晶合金之另一有用性質在於，其可為真實的玻璃；換言之，其可在加熱後即軟化及流動。此情形可允許(諸如)藉由射出模製以與聚合物幾乎相同之方式所進行的容易處理。結果，非晶合金可用於製成運動設備、醫療器件、電子組件及設備，及薄膜。非晶金屬之薄膜可經由高速氧燃料技術而沈積為保護性塗層。
材料可具有非晶相、結晶相或兩者。非晶相及結晶相可具有相同之化學組成且僅在微結構上不同一亦即，一者為非晶的且另一者為結晶的。在一實施例中，微結構指代如藉由顯微鏡在25倍放大率或更高放大率下所揭露之材料的結構。或者，該兩個相可具有不同的化學組成及微結構。舉例而言，組合物可為部分非晶的、實質上非晶的或完全非晶的。
如上文所描述，非晶程度(及相反地，結晶程度)可藉由存在於合金中之晶體的分率來量測。該程度可指代存在於合金中之結晶相之重 量分率或體積分率。部分非晶組合物可指代非晶相為至少約5體積%(諸如至少約10體積%、諸如至少約20體積%、諸如至少約40體積%、諸如至少約60體積%、諸如至少約80體積%、諸如至少約90體積%)的組合物。術語「實質上」及「約」已在本申請案中之別處定義。因此，為至少實質上非晶之組合物可指代至少約90體積%為非晶的組合物，諸如至少約95體積%、諸如至少約98體積%、諸如至少約99體積%、諸如至少約99.5體積%、諸如至少約99.8體積%、諸如至少約99.9體積%。在一實施例中，實質上非晶之組合物中可存在某附帶的微小量之結晶相。
在一實施例中，非晶合金組合物關於非晶相可為均質的。在組合物中均勻之物質為均質的。此與為異質之物質形成對比。術語「組合物」指代物質中之化學組成及/或微結構。當將物質之體積分為兩半且兩個半部具有實質上相同的組合物時，該物質為均質的。舉例而言，當將微粒懸浮液分為兩半且兩個半部具有實質上相同體積之粒子時，該微粒懸浮液為均質的。然而，可能有可能在顯微鏡下見到個別粒子。均質物質之另一實例為空氣，其中之不同成份為相等懸浮的，但空氣中之粒子、氣體及液體可單獨地分析或與空氣分離。
關於非晶合金為均質之組合物可指代具有遍及微結構實質上均勻地分佈之非晶相的組合物。換言之，組合物宏觀地包括遍及組合物實質上均勻地分佈之非晶合金。在一替代實施例中，組合物可為具有非晶相之複合物，該非晶相中具有非非晶相。非非晶相可為一晶體或複數個晶體。晶體可呈任何形狀之微粒的形式，諸如球形、橢球、線狀、桿狀、薄片狀、片狀或不規則形狀。在一實施例中，其可具有樹枝狀形式。舉例而言，至少部分非晶之複合組合物可具有呈分散於非晶相基質中之樹枝狀突起之形狀的結晶相；該分散可為均勻或非均勻的，且非晶相及結晶相可具有相同或不同的化學組成。在一實施例 中，非晶相及結晶相具有實質上相同的化學組成。在另一實施例中，相比BMG相，結晶相可更具延展性。
本文中所描述之方法可適用於任何類型之非晶合金。類似地，本文中描述為組合物或物品之構成部分的非晶合金可為任何類型。非晶合金可包括元素Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Be，或其組合。即，合金可在其化學式或化學組成中包括此等元素之任何組合。該等元素可以不同的重量或體積百分比存在。舉例而言，鐵「基」合金可指代存在有非微小重量百分比之鐵的合金，該重量百分比可為(例如)至少約20重量%，諸如至少約40重量%、諸如至少約50重量%、諸如至少約60重量%、諸如至少約80重量%。或者，在一實施例中，上文所描述之百分比可為體積百分比而非重量百分比。因此，非晶合金可為基於鋯、基於鈦、基於鉑、基於鈀、基於金、基於銀、基於銅、基於鐵、基於鎳、基於鋁、基於鉬的，及其類似者。合金亦可不含前述元素中之任一者以適合特定目的。舉例而言，在一些實施例中，合金或包括合金之組合物可實質上不含鎳、鋁、鈦、鈹，或其組合。在一實施例中，合金或複合物完全不含鎳、鋁、鈦、鈹，或其組合。
舉例而言，非晶合金可具有化學式(Zr,Ti)a(Ni,Cu,Fe)b(Be,Al,Si,B)c，其中a、b及c各自表示重量或原子百分比。在一實施例中，以原子百分比計，a在自30至75之範圍中，b在自5至60之範圍中，且c在自0至50之範圍中。或者，非晶合金可具有化學式(Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)c，其中a、b及c各自表示重量或原子百分比。在一實施例中，以原子百分比計，a在自40至75之範圍中，b在自5至50之範圍中，且c在自5至50之範圍中。合金亦可具有化學式(Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)c，其中a、b及c各自表示重量或原子百分比。在一實施例中，以原子百分比計，a在自45至65之範圍中，b在自7.5至35之範圍 中，且c在自10至37.5之範圍中。或者，合金可具有化學式(Zr)a(Nb,Ti)b(Ni,Cu)c(Al)d，其中a、b、c及d各自表示重量或原子百分比。在一實施例中，以原子百分比計，a在自45至65之範圍中，b在自0至10之範圍中，c在自20至40之範圍中，且d在自7.5至15之範圍中。前述合金系統之一例示性實施例為如藉由Liquidmetal Technologies(CA,USA)所製造之商標名稱為VitreloyTM(諸如，Vitreloy-1及Vitreloy-101)的基於Zr-Ti-Ni-Cu-Be之非晶合金。不同系統之非晶合金的一些實例提供於表1及表2中。
其他例示性的基於鐵金屬之合金包括諸如在美國專利申請公開案第2007/0079907號及第2008/0118387號中所揭示之組合物的組合物。此等組合物包括：Fe(Mn,Co,Ni,Cu)(C,Si,B,P,Al)系統，其中Fe含量係自60原子百分比至75原子百分比，(Mn,Co,Ni,Cu)之總量在自5原子百分比至25原子百分比之範圍中，且(C,Si,B,P,Al)之總量在自8原子百分比至20原子百分比之範圍中；以及例示性組合物Fe48Cr15Mo14Y2C15B6。此等組合物亦包括藉由以下化學式所描述之合金系統：Fe-Cr-Mo-(Y,Ln)-C-B、Co-Cr-Mo-Ln-C-B、Fe-Mn-Cr-Mo-(Y,Ln)-C-B、(Fe,Cr,Co)-(Mo,Mn)-(C,B)-Y、Fe-(Co,Ni)-(Zr,Nb,Ta)-(Mo,W)-B、Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)、Fe-(Co,Cr,Mo,Ga,Sb)-P-B-C、(Fe,Co)-B-Si-Nb合金，及Fe-(Cr-Mo)-(C,B)-Tm，其中Ln表示鑭系元素且Tm表示過渡金屬元素。此外，非晶合金亦可為描述於美國專利申請公開案第2010/0300148號中之以下例示性組合物中之一者：Fe80P12.5C5B2.5、Fe80P11C5B2.5Si1.5、 Fe74.5Mo5.5P12.5C5B2.5、Fe74.5Mo5.5P11C5B2.5Si1.5、Fe70Mo5Ni5P12.5C5B2.5、Fe70Mo5Ni5P11C5B2.5Si1.5、Fe68Mo5Ni5Cr2P12.5C5B2.5及Fe68Mo5Ni5Cr2P11C5B2.5Si1.5。
非晶合金亦可為鐵合金，諸如基於(Fe,Ni,Co)之合金。此等組合物之實例揭示於以下各者中：美國專利第6,325,868號；第5,288,344號；第5,368,659號；第5,618,359號；及第5,735,975號；Appl.Phys.Lett.之第71卷第464頁(1997)(Inoue等人)；Mater.Trans.,JIM之第42卷第2136頁(2001)(Shen等人)；及日本專利申請案第200126277號(公開案第2001303218 A號)中。一例示性組合物為Fe72Al5Ga2PllC6B4。另一實例為Fe72Al7Zrl 0Mo5W2B15。可用於本文中之塗層中的另一基於鐵之合金系統揭示於美國專利申請公開案第2010/0084052號中，其中非晶金屬含有(例如)在圓括號中所給出之組合物之範圍中的以下元素：錳(1原子%至3原子%)、釔(0.1原子%至10原子%)，及矽(0.3原子%至3.1原子%)；且含有在圓括號中所給出之組合物之指定範圍中的以下元素：鉻(15原子%至20原子%)、鉬(2原子%至15原子%)、鎢(1原子%至3原子%)、硼(5原子%至16原子%)、碳(3原子%至16原子%)，及平衡鐵。
非晶合金亦可為藉由美國專利申請公開案第2008/0135136號、第2009/0162629號及第2010/0230012號所描述之基於Pt或Pd之合金中的一者。例示性組合物包括Pd44.48Cu32.35Co4.05P19.11、Pd77.5Ag6Si9P7.5及Pt74.7Cu1.5Ag0.3P18B4Si1.5。
前述非晶合金系統可進一步包括額外元素，諸如額外過渡金屬元素，包括Nb、Cr、V及Co。額外元素可以小於或等於約30重量%存在，諸如小於或等於約20重量%、諸如小於或等於約10重量%、諸如小於或等於約5重量%。在一實施例中，額外的可選元素為鈷、錳、鋯、鉭、鈮、鎢、釔、鈦、釩及鉿中之至少一者以形成碳化物，且進 一步改良抗磨損性及抗腐蝕性。其他可選元素可包括磷、鍺及砷，總計高達約2%，且較佳小於1%，以降低熔融點。另外的附帶雜質應小於約2%且較佳0.5%。
在一些實施例中，具有非晶合金之組合物可包括小量之雜質。可有意地添加雜質元素以修改組合物之性質，諸如改良機械性質(例如，硬度、強度、斷裂機理等)及/或改良抗腐蝕性。或者，雜質可作為不可避免的附帶雜質而存在，諸如作為處理及製造之副產物而獲得的雜質。雜質可小於或等於約10重量%，諸如約5重量%、諸如約2重量%、諸如約1重量%、諸如約0.5重量%、諸如約0.1重量%。在一些實施例中，此等百分比可為體積百分比而非重量百分比。在一實施例中，合金樣本/組合物本質上由非晶合金組成(僅具有小量之附帶雜質)。在另一實施例中，組合物包括非晶合金(不具有雜質之可觀測跡線)。
在一實施例中，最終部分超過塊體凝固非晶合金之臨界鑄造厚度。
在本文中之實施例中，塊體凝固非晶合金可作為高黏性液體存在之過度冷卻液體區的存在允許超塑性成形。可獲得大的塑性變形。在過度冷卻液體區中經歷大的塑性變形的能力用於成形及/或切割製程。與固體相對，液體塊體凝固合金局部地變形，其大大地降低針對切割及成形所需之能量。切割及成形之容易性取決於合金之溫度、模具，及切割工具。溫度愈高，則黏度愈低，且因此切割及成形愈容易。
舉例而言，本文中之實施例可利用在Tg與Tx之間所執行的非晶合金之熱塑性成形製程。本文中，Tx及Tg係在典型加熱速率(例如，20℃/min)下由標準DSC量測判定為結晶溫度之開始點及玻璃轉變溫度之開始點。
非晶合金組件可具有臨界鑄造厚度，且最終部分可具有厚於臨界鑄造厚度之厚度。此外，選擇加熱及塑形操作之時間及溫度，使得非晶合金之彈性應變極限可實質上保持為不小於1.0%，且較佳不小於1.5%。在本文中之實施例的情形下，在玻璃轉變附近之溫度意謂成形溫度可低於玻璃轉變、在玻璃轉變處或附近，及高於玻璃轉變溫度，但較佳在低於結晶溫度Tx之溫度下。冷卻步驟係以類似於在加熱步驟之加熱速率的速率來執行，且較佳以大於在加熱步驟之加熱速率的速率執行。冷卻步驟亦較佳在成形及塑形負載仍得以維持之同時達成。
電子器件
本文中之實施例在使用BMG之電子器件的製造中可為有價值的。本文中之電子器件可指代此項技術中已知之任何電子器件。舉例而言，其可為電話，諸如行動電話及固定電話，或任何通信器件，諸如智慧型電話，包括(例如)iPhoneTM及電子郵件發送/接收器件。其可為顯示器之一部分，該顯示器諸如數位顯示器、TV監視器、電子書閱讀器、攜帶型web瀏覽器(例如，iPadTM)及電腦監視器。其亦可為娛樂器件，包括攜帶型DVD播放器、習知DVD播放器、藍光光碟播放器、視訊遊戲控制台、諸如攜帶型音樂播放器(例如，iPodTM)之音樂播放器等。其亦可為提供控制(諸如，控制影像、視訊、聲音之串流傳輸)之器件(例如，Apple TVTM)的一部分，或其可為電子器件之遙控器。其可為電腦或其配件之一部分，諸如硬碟塔外殼或殼體、膝上型電腦外殼、膝上型電腦鍵盤、膝上型電腦軌跡墊、桌上型電腦鍵盤、滑鼠及揚聲器。該物品亦可應用於諸如手錶或時鐘之器件。
化學組成
在一實施例中，塗層可藉由(例如)以下操作來提供：在表面上沈積可變質轉化材料之前驅物，且將前驅物加熱至一溫度且歷時一時間段以將前驅物充分地黏附至基板之至少一表面；及在材料之表面上產 生由可變質轉化材料形成之塗層。
取決於所涉及之製程及所要之應用，合金粉末組合物之化學組成可變化。舉例而言，在一實施例中，組合物可具有三個相，其中一者為固溶體相，且兩個剩餘相為其他組份相，例如，第一組份相及第二組份相。就化學組成而言，第二組份相(例如)可相同或不同於第一組份相。在一實施例中，第二組份相包括至少一過渡金屬元素及至少一非金屬元素，該等元素中之任一者可與第一組份相中之元素相同或不同。元素亦可以任何所要量存在。舉例而言，在一實施例中，過渡金屬元素可小於或等於整個合金組合物之約20重量%，諸如小於或等於約15重量%、諸如小於或等於約10重量%、諸如小於或等於約5重量%。
在一實施例中，當前所描述之粉末組合物為塗層之一部分。塗層包括具有合金之粉末組合物，該合金為至少部分非晶的且為可摩擦轉化合金。在一實施例中，合金包括：40重量百分比至約75重量百分比之第一組份，其選自由以下各者組成之群：鐵、鈷，及其組合；大於約20重量百分比之第二組份，其選自由以下各者組成之群：鉻、鉬、鎢、鈮、釩，及鉻、鉬、鎢、鈮、釩及鈦之組合；及自約2重量百分比至約6重量百分比之第三組份，其選自由以下各者組成之群：硼、碳，及其組合。
在此實施例中之尤其較佳的可摩擦轉化合金組合物展示於下表3中。
在另一實施例中，可變質轉化材料可包括自約20%至約35%之鉻、自約2%至約5%之硼、自約1%至約2.5%之矽、自0至約0.5%之碳、自約0.5%至約2%之錳，及自約0.2%至約1.0%之鈦、平衡鐵及附帶雜質。在此實施例中之尤其較佳的可摩擦轉化合金組合物展示於下表4中。
在另一實施例中，可摩擦轉化合金包括鉻、鉬、碳、硼及鐵。在一實施例中，合金組合物本質上由鉻、鉬、碳、硼及鐵組成。在一替代實施例中，合金組合物由鉻、鉬、碳、硼及鐵組成。取決於應用，當前所描述之合金粉末組合物可不含某些元素。舉例而言，組合物可不含鎳、鋁、鈹、矽，或其組合。粉末可為至少部分非晶的，諸如至少實質上非晶的、諸如完全非晶的。
合金組合物中之元素的含量可變化。關於元素鉻，合金組合物可包括之Cr為約15重量%，諸如至少約20重量%、諸如至少約25重量%、諸如至少約30重量%。
關於元素鉬(若使用)，合金組合物可包括之Mo為至少約10重量%，諸如至少約15重量%、諸如至少約20重量%、諸如至少約25重量%。
關於元素碳，合金組合物可包括之C為至少約0.5重量%，諸如至 少約1重量%、諸如至少約2重量%、諸如至少約3重量%。在一實施例中，元素C可以碳化物之形式存在。
關於元素硼，合金組合物可包括之B為至少約1重量%，諸如至少約1.5重量%、諸如至少約2重量%、諸如至少約2.5重量%。在一實施例中，元素B可以硼化物之形式存在。
前述合金組合物係藉由鐵來平衡。舉例而言，在一實施例中，合金係藉由以下化學式：(CraMobCcBd)Fe100-(a+b+c+d)表示，其中a、b、c、d各自獨立地表示重量百分比；且a為自約22至約28，b為自約14至約20，c為自約2至約3，且d為自約1.5至約2。在一例示性實施例中，合金組合物可藉由以下化學式表示：(Cr25Mo17C2.5B2.0)Fe53.5。
在一實施例中，合金粉末組合物為至少部分實質上合金的，諸如至少實質上合金的、諸如完全合金的。儘管並非必要的，但當前所描述之合金組合物較佳包括呈合金形式之元素，此與複合物形成對比。合金與組合物之間的區別已提供於本說明書中之別處。詳言之，在一些實施例中，本文中所描述之組合物並非呈複合物形式係較佳的；實情為，粉末合金組合物呈合金形式係較佳的。具有呈合金形式之元素(Cr、Mo、B、C、Fe等)的至少一優點在於：組合物關於化學組成可為均質的，且不會如在複合物之狀況下一樣在不同構成部分之界面處具有任何特定弱點。在複合物之狀況下，組合物可在高溫下散開，尤其關於其化學或物理(例如，機械)性質在作為相異實體或構成部分存在之不同元素的界面處。
包括合金粉末組合物之組合物可本質上由合金粉末組合物組成，此係由於化學組成亦可含有某小量之雜質。或者，組合物可由合金粉末組合物組成。雜質之量可為(例如)小於10重量%，諸如小於5重量%、諸如小於2重量%、諸如小於1重量%、諸如小於0.5重量%、諸如小於0.2重量%、諸如小於0.1重量%。在一實施例中，化學組合物 可由合金粉末組合物組成。
當合金粉末組合物用以製造諸如塗層之產品時，額外材料可視情況被添加。舉例而言，在合金粉末用以製造基板上之塗層的一實施例中，一些可選元素可以小量來添加，諸如小於15重量%、諸如小於10重量%、諸如小於5重量%。此等元素可包括(例如)鈷、錳、鋯、鉭、鈮、鎢、釔、鈦、釩、鉿，或其組合。此等元素(單獨或組合)可形成諸如碳化物之化合物，以進一步改良抗磨損性及抗腐蝕性。
可添加一些其他可選元素以修改所製造塗層之其他性質。舉例而言，可添加諸如磷、鍺、砷或其組合之元素以降低組合物之熔融點。此等元素可以小量來添加，諸如小於10重量%、諸如小於5重量%、諸如小於2重量%、諸如小於1重量%、諸如小於0.5重量%。
提供塗層之方法
用可轉化材料將塗佈器件之塗層的方法包括：在基板之至少一表面上沈積或塗佈可轉化材料；將基板及可轉化材料加熱至一溫度且歷時一時間段，以將可轉化材料充分地黏附至基板之該至少一表面；及以足以維持可轉化材料之非非晶狀態的速率將基板及可轉化材料冷卻至室溫。該方法之實施例說明於圖5中。
如圖5中所展示，方法100較佳包括三個相異製程，且器件或經塗佈之基板係根據箭頭來處理。方法100首先包括將可變質轉化材料130沈積至基板120上以形成塗層140。任何裝置110可用以執行沈積或塗佈，且特定裝置110說明於圖2至圖4中且在下文更詳細地描述。
較佳使用能夠將粉末化合金組合物沈積至表面上之任何方法來塗覆塗層140。可使用任何合適的安置技術。合適裝置110包括(例如)高速熱噴塗製程。舉例而言，可使用熱噴塗。熱噴塗技術可包括冷噴塗、***噴塗、火焰噴塗、高速氧燃料塗層噴塗(HVOF)、電漿噴塗、暖噴塗、線電弧噴塗，或其組合。線電弧噴塗可藉由雙線電弧噴 塗(TWAS)來執行。熱噴塗可以一或多個操作步驟來執行。
一旦已塗覆塗層，則接著使經塗佈之基板120經受熱處理，其中將塗層140加熱至一溫度且歷時一時間段，以將可轉化材料充分地黏附至基板120之至少一表面。可在諸實施例中使用能夠提供適於將塗層140加熱之輻射155的任何裝置150。烘烤經塗佈之鋼以防止氫脆化係已知的，且烘烤鋼之已知方法中的任一者可用於諸實施例中，但用於完全不同的目的。
舉例而言，加熱裝置150可為高壓釜、工業用電爐，諸如網帶式熱處理爐、真空管馬弗爐、電弧爐、間歇式爐、鼓風爐、窯爐、感應爐、耐火爐、帶式輸送爐、返焰爐，及其類似者。或者，加熱裝置可使塗層140經受適於將塗層之表面加熱的輻射155，諸如超音波輻射。另外，可用火焰或電熱源來一致地將基板120及塗層140。
在實施例中較佳的是，將基板120及塗層140加熱至稍微高於玻璃轉變溫度，但低於用以形成塗層140之可摩擦轉化合金之結晶溫度的溫度。精確溫度將取決於塗層140之化學構成而變化。合適加熱溫度之範圍可自約100℃至約600℃，較佳自約150℃至約550℃，且最佳自約250℃至約400℃。在形成塗層之後將可摩擦轉化合金加熱允許塗層部分地聚結，而不損害材料之結晶度或可轉化性，且因此填充顯著數目個孔。加熱亦在基板120之表面與塗層140之間提供更好的密封。以下情形為較佳的：將基板120及塗層140在裝置150中加熱歷時自約10分鐘至約2小時，較佳自約15分鐘至約1小時，且最佳約30分鐘之時段。
在已將基板120及塗層140充分加熱之後，在冷卻站160中將材料冷卻。儘管圖5描繪用以提供冷卻之特定裝置160，例如，淬滅裝置、冷空氣射流、冷氣體或液體射流及其類似者，但允許基板120及塗層140在無冷卻裝置160之情況下冷卻至周圍溫度亦在實施例內。然而， 材料以受控方式冷卻以維持塗層之摩擦非晶特性係較佳的。使用本文中所提供之準則，熟習此項技術者將能夠設計合適的加熱裝置150及冷卻裝置160以充分地將基板120及塗層140加熱且接著冷卻，此取決於基板120及塗層140之化學構成。
在冷卻之後，器件170準備好進一步處理塗層140以增加其非晶度或轉化為非晶狀態(例如，硬化非晶狀態)，從而使器件之表面更硬(例如，增加表面之硬度)，更能夠耐受一般的磨損及撕裂。在某些狀況下，器件170之表面可在器件之正常使用期間以摩擦方式轉化，尤其係在器件170為置放於皮套中或經受磨蝕性磨損及撕裂之手持型消費性電子器件的情況下。
將在下文更詳細地描述特定塗佈材料及各種塗佈裝置110。
在另一實施例中，基板可為如上文所描述之塊體凝固非晶合金。因此，在一實施例中，經噴塗之合金塗層可變為表面硬化結構/材料之一部分。
在一實施例中，該方法可進一步包括製成或提供合金粉末組合物之步驟。組合物可為本文中所提供之組合物中的任一者。各種技術可用以製造合金粉末組合物。一種此技術為霧化。
霧化為組合本文中之實施例之塗層的一種方式。霧化之一實例可為氣體霧化，其可指代熔融金屬藉由迅速地移動惰性氣體流而***為較小粒子的方法。氣體流可包括(多種)非反應性氣體，諸如包括氬氣或氮氣之惰性氣體。儘管各種構成部分可在塗佈之前實體地混合或摻合在一起，但在一些實施例中，諸如氣體霧化之霧化係較佳的。
在一實施例中，塗佈或製成塗層之方法可包括：提供混合物；將混合物形成至粉末組合物中；及隨後將粉末組合物安置至基板上以形成塗層。組合物可為前述組合物中之任一者。包括鉻、鎢、鉬、碳、硼及鐵之各種元素的混合物可預先混合，或其可在額外步驟中混 合。混合物中之元素可包括合金粉末組合物之元素中的任一者。在所產生之合金組合物為包括Cr、Mo、C、B及Fe之合金組合物的一實施例中，混合物可以元素形式、合金形式、複合物形式、化合物形式或其組合來包括鉻、鉬、碳、硼及鐵。混合物實質上不含非晶相或可含有某非晶相。
成形之步驟可藉由霧化執行，如上文所描述。可接著將合金粉末組合物安置至基板上。可使用任何合適的安置技術。舉例而言，可使用熱噴塗。熱噴塗技術可包括冷噴塗、***噴塗、火焰噴塗、高速氧燃料塗層噴塗(HVOF)、電漿噴塗、暖噴塗、線電弧噴塗，或其組合。線電弧噴塗可藉由雙線電弧噴塗(TWAS)來執行。熱噴塗可以一或多個操作步驟來執行。下文將參看圖2至圖4更詳細地描述某些較佳的塗佈技術。
當前所描述之HVOF塗層可為緻密的而具有極低之孔隙率(如前述)及/或包括極少氧化物，且可完成至低的單數字空間均方(「Ra」)值，其為層之平滑度的指示符。根據本發明之TWAS塗層亦可為緻密的，氧化物階梯殘留(oxide stringer)為低的，且展示有芯導線之良好合金化。TWAS塗層亦可完成至低Ra值。
當用於諸如HVOF之熱噴塗時，合金熱噴塗材料較佳為完全合金的。然而，其無需呈非晶形式，且甚至可具有自常用製造程序中之正常冷卻速率所得之一般巨形結晶結構。因此，熱噴塗粉末可藉由此標準方法製成為在周圍條件下自熔融霧化及將液滴冷卻。熱噴塗接著使在經塗佈之表面上淬滅的粒子熔融，從而提供可為實質上或完全非晶的塗層。藉由使用常用製造程序，熱噴塗粉末之產生保持為相對簡單的且成本得以最小化。
熱噴塗可指代將熔融(或經加熱)材料噴塗至表面上之塗佈製程。「原料」(塗層前驅物)可藉由(例如)電(電漿或電弧)或化學手段(燃燒 火焰)來加熱。與其他塗佈製程相比，熱噴塗可以高沈積速率在大面積上提供厚的塗層(例如，厚度範圍為約20微米或20微米以上，諸如至毫米範圍)。原料可以粉末或線形式饋送至系統中，加熱至熔融或半熔融狀態，且接著以微米大小粒子之形式朝向基板加速。燃燒或電弧放電可用作熱噴塗之能量源。所得塗層可藉由眾多經噴塗粒子之累積而製成。因為表面可能並未顯著加熱，所以熱噴塗塗佈可具有允許易燃物質之塗佈的優點。
組合物可包括前述合金粉末組合物中之任一者。安置步驟可經由諸如噴塗(諸如，熱噴塗)之任何合適技術執行。熱噴塗製程一般被稱為使用熱量將熔融或半熔融材料沈積至基板上以保護基板免受磨損及腐蝕的製程。舉例而言，在熱噴塗製程中，待沈積之材料係以粉末形式供應。此等粉末可包括小粒子，例如，在100網目美國標準篩大小(149微米)與約2微米之間。
當前所描述之合金粉末組合物可以數種(完全或實質上完全)合金形式使用，諸如經鑄造、燒結或焊接形式，或作為經淬滅粉末或條帶。該組合物作為藉由熱噴塗所產生之塗層可尤其適於應用。可使用任何類型之熱噴塗，諸如電漿、火焰、電弧-電漿、電弧及燃燒，及高速氧燃料(HVOF)噴塗。在一實施例中，使用諸如HVOF之高速熱噴塗製程。
熱噴塗製程大體上包括三個獨特的步驟：第一步驟為使材料熔融，第二步驟為使材料霧化，且第三步驟為將材料沈積至基板上。舉例而言，電弧噴塗製程使用電弧來使材料熔融，且使用壓縮氣體來使材料霧化且將材料沈積至基板上。
HVOF製程之實施例展示於圖6中。HVOF熱噴塗製程與燃燒粉末噴塗製程(「LVOF」)實質上相同，除了此製程已經開發以產生極高噴塗速度以外。存在使用不同方法來達成高速噴塗之數種HVOF槍。 一方法基本上為高壓冷卻水601冷卻燃燒腔室及長噴嘴。將燃料603(煤油、乙炔、丙烯及氫氣)及氧氣605饋送至腔室中，燃燒產生熱的高壓火焰，該火焰將噴嘴下壓，從而增加其速度。粉末607可在高壓下軸向地饋送至燃燒腔室中，或經由壓力較低之拉瓦爾型噴嘴側饋送以形成塗層609。另一方法使用高壓燃燒噴嘴及氣罩之較簡單系統。燃料氣體(丙烷、丙烯或氫氣)及氧氣係在高壓下供應，且燃燒在噴嘴外部但在供應有壓縮空氣之氣罩內發生。壓縮空氣使火焰收聚及加速，且充當用於槍之冷卻劑。粉末自噴嘴之中心在高壓下軸向地饋送。
在HVOF中，將氣體或液體燃料與氧氣之混合物饋送至燃燒腔室中，在燃燒腔室中混合物被點燃且連續地燃燒。在接近1MPa之壓力下的所得熱氣體經由縮擴噴嘴而發散，且行進通過筆直的區段。燃料可為氣體(氫氣、甲烷、丙烷、丙烯、乙炔、天然氣等)或液體(煤油等)。在槍管之出口處的噴射速度(>1000m/s)超過聲音之速度。將粉末原料注入至氣流中，此使粉末加速直至800m/s。將熱氣體及粉末之流導引朝向待塗佈之表面。粉末在流中部分地熔融，且沈積在基板上。所得塗層具有低的孔隙率及高的接合強度。
HVOF塗層可厚達12mm(1/2")。其通常用以將抗磨損及抗腐蝕之塗層沈積於材料(諸如，陶瓷及金屬層)上。常用粉末包括WC-Co、碳化鉻、MCrAlY及氧化鋁。製程已為最成功的，且可用於沈積金屬陶瓷材料(WC-Co等)及其他抗腐蝕合金(不鏽鋼、基於鎳之合金、鋁、用於醫學植入物之羥基磷灰石等)。
製成本文中之實施例之塗層的另一方法係藉由圖7中所展示之電弧線熱噴塗製程來進行。在電弧噴塗製程中，一對電導線701借助於電弧熔融，其中該對電導線分別通過+VE接觸管703及-VE接觸管705。熔融材料藉由壓縮空氣霧化且朝向基板表面推進，其中壓縮空氣係由一次霧化空氣707及二次空氣708所組成。基板上之衝擊熔融粒子迅速地凝固以形成塗層709，其中衝擊熔融粒子來自熔融霧化粒子之噴塗流711。正確地執行之此製程被稱為「冷製程」(相對於經塗佈 之基板材料)，此係由於基板溫度可在處理期間保持為低的以避免對基板材料之損壞、冶金改變及扭曲。
製成本文中之實施例之塗層的另一方法可藉由圖8中所展示之電漿熱噴塗製程來進行。電漿噴塗製程實質上涉及將熔融或熱軟化材料噴塗至表面上以提供塗層809。執行材料粉末注入801以將材料粉末注入至極高溫電漿火焰中，其中該材料經迅速地加熱且加速至高速度以產生熔融粒子噴塗流811，其中該極高溫電漿火焰係由陽極803、陰極805以及電漿氣體807所產生。熱材料衝擊在基板表面上且迅速地冷卻，從而形成塗層809。正確地執行之此製程被稱為「冷製程」(相對於經塗佈之基板材料)，此係由於基板溫度可在處理期間保持為低的以避免對基板材料之損壞、冶金改變及扭曲。
電漿槍包括銅陽極及鎢陰極，其兩者為水冷的。電漿氣體(氬氣、氮氣、氫氣、氦氣)在陰極周圍流動且流過陽極，該陽極塑形為縮窄噴嘴。電漿係藉由高壓放電引發，該高壓放電引起區域化離子化且引起在陰極與陽極之間形成用於DC電弧之導電路徑。來自電弧之電阻加熱使得氣體達到極端溫度、解離且離子化以形成電漿。電漿作為自由的或中性的電漿火焰(不攜載電流之電漿)退出陽極噴嘴，此情形與電弧延伸至待塗佈之表面的電漿轉移式電弧塗佈製程有很大不同。當電漿經穩定化且準備好噴塗時，電弧沿著噴嘴向下延伸，而非縮減至陽極噴嘴之最靠近的邊緣。電弧之此伸展係歸因於熱收聚效應。圍繞非導電之水冷陽極噴嘴之表面的冷氣體使電漿電弧縮窄，從而升高其溫度及速度。粉末最通常係經由安裝於陽極噴嘴出口附近之外部粉末孔口而饋送至電漿火焰中。粉末經迅速地加熱及加速，使得噴塗距離可為約25mm至150mm。
在組合物用作熱噴塗材料之一實施例中，組合物呈合金形式(與構成部分之複合物相對)為所要的。並不藉由任何特定理論限定，但所要效應可在經噴塗組合物之均質性經最大化(亦即，作為合金，與複合物相對)時在熱噴塗期間獲得。實際上，具有適於熱噴塗之大小及流動性的合金粉末可提供均質性最大化之此場地。粉末粒子可採取 任何形狀，諸如球形粒子、橢圓形粒子、不規則形狀粒子，或片，諸如扁平片。在一實施例中，合金粉末可具有屬於100網目(美國標準篩大小，亦即，149微米)與約2微米之間的範圍中之粒徑。此外，可如此使用熱噴塗材料，或(例如)作為摻合有至少一其他熱噴塗粉末(諸如，碳化鎢)之粉末使用。
在一些實施例中，用作熱噴塗材料之一部分的當前所描述之含粉末合金組合物可為完全合金的，或至少實質上合金的。因此，製程可進一步包括以下步驟：在安置步驟之前，預先合金化且將合金粉末組合物中之至少一些處理為粉末形式。合金粉末組合物無需呈非晶形式。組合物(例如)可具有至少一些結晶度，諸如為完全結晶的，或可為至少部分非晶的，諸如實質上非晶或完全非晶的。並不藉由任何特定理論限定，但結晶度中之一些可起因於在預先存在之合金粉末產生程序中之正常冷卻速率。換言之，熱噴塗粉末可藉由此等標準方法製成為在周圍條件下(諸如，在空氣中)自熔融霧化及將液滴冷卻。在一實施例中，合金粉末可藉由諸如使用非反應性氣體(諸如，氬氣或氮氣)之霧化的方法製造。使用此等方法已展示為開發合金內之二次相。熱噴塗可接著使可在經塗佈之表面上淬滅的粒子熔融，藉此提供可為實質上或完全非晶的塗層。
儘管複合物線塗佈及複合物粉末塗佈為兩種顯然不同之技術，但值得提及美國專利第7,256,369號。此專利揭示複合物線，其中外鞘可由纏繞額外材料之芯的任何金屬或合金建構，該等材料包括在噴塗後不會合金化之金屬陶瓷型材料。此方法亦可供當前所描述之合金組合物使用。
在使用期間，可使用粉末型熱噴塗槍以習知方式噴塗粉末，但亦有可能使用在槍之加熱分區中分解的塑膠或類似黏合劑將粉末組合為複合物線或桿之形式，該黏合劑如(例如)聚乙烯或聚胺基甲酸酯。 亦可在線熱噴塗製程中使用合金桿或線。桿或線應具有針對火焰噴塗線之習知大小及準確度容限，且因此(例如)在大小上可在6.4mm與20線規之間變化。
藉由使用本文中所揭示之製造程序，熱噴塗合金粉末之產生可保持為相對簡單的，且成本得以最小化。本文中所描述之方法可具有用以形成複合物粉末塗層作為圍繞額外材料之芯之外鞘的優點，該等材料包括在噴塗後不會合金化之金屬陶瓷型材料。在製程期間，可使用習知技術(諸如，藉由粉末型熱噴塗槍)來噴塗粉末。或者，亦有可能使用可在槍之加熱分區中分解的塑膠或類似黏合劑將粉末組合為複合物線或桿。黏合劑可為(例如)聚乙烯或聚胺基甲酸酯。亦可在線熱噴塗製程中使用合金桿或線。在一實施例中，桿或線應具有針對火焰噴塗線之大小及準確度容限，且因此(例如)在大小上可在6.4mm與20線規之間變化。
儘管組合物以數種完全合金形式(諸如，經鑄造、燒結或焊接形式，或作為經淬滅之粉末或條帶或其類似者)可為相當有用的，但其作為藉由熱噴塗所產生之塗層尤其適於應用。在此熱噴塗材料中，組合物應呈合金形式(如相異於構成部分之複合物)，此係因為所要益處係藉由自組合物可得之最大均質性獲得。具有適用於熱噴塗之大小及流動性的合金粉末為一種此形式。在一較佳實施例中，此粉末可在100網目(美國標準篩大小)(149微米)與約2微米之間的範圍中。舉例而言，粗略等級可為-140+325網目(-105+44微米)，且精細等級可為-325網目(-44微米)+15微米。可如此使用熱噴塗材料，或(例如)作為摻合有另一熱噴塗粉末(諸如，碳化鎢)之粉末使用。
含有鉬之一較佳合金組合物的一意外的所要性質為在當前所描述之合金組合物之熱導率方面的意外增加。並不藉由任何特定理論限定，但該增加可歸於鉬之存在，與不具有鉬或具有較低鉬含量之合金 相比。應注意，習知表面硬化合金材料之鉻含量時常為高的但鉬含量為低的(若存在)。在一實施例中，當前所描述之含Mo合金之熱導率高於其非含Mo(或含較低Mo)對應物至少約1%，諸如至少約2%、諸如至少約5%、諸如至少約6%、諸如至少約8%、諸如至少約10%。當前所描述之組合物的熱導率可為至少2W/mk，諸如至少3W/mk、諸如至少5W/mk、諸如至少10W/mk。在一實施例中，較佳組合物之熱導率介於約1W/mk與約10W/mk之間，諸如約2W/mk與約6W/mk之間、諸如約3W/mk與約5W/mk之間、諸如約3.5W/mk與約4W/mk之間。在一實施例中，熱導率為約3.4W/mk。
又，並不藉由任何特定理論限定，但熱導率之增加可導致合金之加速冷卻。此加急冷卻之一結果可為合金之非晶相的增加。換言之，Mo之存在亦令人驚訝地導致合金中之非晶相之含量的增加。此在塗層以摩擦方式轉化時可為尤其有益的，只要該轉化將引起塗層之較大非晶本質，從而導致器件上之表面更硬、更抗腐蝕即可。
實施例之應用
當前所描述之經處理材料提供優於其他預先存在的、習知的及/或未處理塗層的在抗磨損性、表面活性、熱導率及抗腐蝕性方面的顯著改良。由於優越的機械性質及抗腐蝕性，當前所描述之方法及材料可用於多種器件中。舉例而言，經處理(例如，經轉化)塗層可用作承載及抗磨表面，尤其係在存在腐蝕性條件之情況下。經處理(例如，經轉化)塗層亦可(例如)用於楊基乾燥器滾筒(Yankee dryer roll)；汽車及柴油機引擎活塞環；諸如軸桿、套筒、密封件、葉輪、殼體區域、柱塞之泵組件；諸如外殼、端板之汪克引擎組件；及諸如汽缸襯套、活塞、閥桿及液壓撞鎚之機器元件。塗層為以下各者之一部分：楊基乾燥器、引擎活塞；泵軸、泵套筒、泵密封件、泵葉輪、泵殼體、泵柱塞、組件、汪克引擎、引擎外殼、引擎端板、工業機器、機器汽缸 襯套、機器活塞、機器閥桿、機器液壓撞鎚或其組合。
在諸實施例中，經處理塗層可用於電子器件之外殼或其他部分上，諸如器件或其電互連器之外殼或殼體的一部分。所揭示方法可用以製造任何消費性電子器件之多個部分，該器件諸如行動電話、桌上型電腦、膝上型電腦，及/或攜帶型音樂播放器。如本文中所使用，「電子器件」可指代任何電子器件，諸如消費性電子器件。舉例而言，其可為電話，諸如行動電話及/或固定電話，或任何通信器件，諸如智慧型電話，包括(例如)iPhoneTM及電子郵件發送/接收器件。其可為顯示器之一部分，該顯示器諸如數位顯示器、TV監視器、電子書閱讀器、攜帶型web瀏覽器(例如，iPadTM)及電腦監視器。其亦可為娛樂器件，包括攜帶型DVD播放器、DVD播放器、藍光光碟播放器、視訊遊戲控制台、諸如攜帶型音樂播放器(例如，iPodTM)之音樂播放器等。其亦可為提供控制(諸如，控制影像、視訊、聲音之串流傳輸)之器件(例如，Apple TVTM)的一部分，或其可為用於電子器件之遙控器。其可為電腦或其配件之一部分，諸如硬碟塔外殼或殼體、膝上型電腦外殼、膝上型電腦鍵盤、膝上型電腦軌跡墊、桌上型電腦鍵盤、滑鼠及揚聲器。塗層亦可應用於諸如手錶或時鐘之器件。
儘管已參考尤其較佳之實施例詳細地描述了本發明，但熟習此項技術者將瞭解，在不顯著脫離本發明之精神及範疇的情況下，可對本發明進行各種修改。

Claims (19)

  1. 一種製作包含一金屬玻璃之一塗層的方法，該方法包含：在一主體上提供一塗層，其中該塗層至少部分地包含一結晶相，該結晶相可變質轉化(metamorphically transformable)為一金屬玻璃；及加熱該塗層以將該結晶相之至少一部分變質轉化為該金屬玻璃，使得該塗層變成至少實質非晶。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含以摩擦方式表面處理該塗層。
  3. 如請求項2之方法，其中以摩擦方式表面處理該塗層包含選自以下各者之一或多個製程：輪磨、拋光、研磨、打磨及其組合。
  4. 如請求項1之方法，其中該塗層之加熱係執行於一玻璃轉變溫度或高於該玻璃轉變溫度，並小於該金屬玻璃之一結晶溫度。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包含將該主體併入至一電子器件中。
  6. 如請求項1之方法，其中提供該塗層包含：在該主體之至少一表面上沈積一可變質轉化材料；將該主體及該可變質轉化材料加熱至一溫度且歷時一時間段，以將該可變質轉化材料充分地黏附至該主體之該至少一表面，藉此產生該塗層。
  7. 如請求項6之方法，其中沈積該可變質轉化材料包含：使用高速熱噴塗一粉末化合金組合物來形成該塗層。
  8. 如請求項7之方法，其中高速熱噴塗係選自由以下各者組成之群：冷噴塗、***噴塗、火焰噴塗、高速氧燃料塗層噴塗(HVOF)、電漿噴塗、暖噴塗、線電弧噴塗、雙線電弧噴塗(TWAS)或其組合。
  9. 如請求項6之方法，其中該加熱包含將該主體及該可變質轉化材料加熱至在自100℃至600℃之範圍內的一溫度。
  10. 一種電子器件，其包含：一或多個電子器件部分；及一經變質轉化塗層(metamorphically-transformed coating)，其包含一金屬玻璃，該金屬玻璃安置於該一或多個電子器件部分之至少一表面上，其中該經變質轉化塗層藉由加熱一可變質轉化結晶材料而被轉化為一至少實質非晶狀態，藉此將該結晶材料之至少一部分變質轉化為該金屬玻璃。
  11. 如請求項10之器件，其中該經變質轉化塗層具有自0.005吋至0.08吋之一厚度。
  12. 如請求項10之器件，其中該經變質轉化塗層具有小於5體積%之一孔隙率。
  13. 如請求項10之器件，其中該經變質轉化塗層具有至少800HV-100gm之一維氏硬度。
  14. 如請求項10之器件，其中該經變質轉化塗層具有至少3W/mk之一熱導率。
  15. 如請求項10之器件，其中該經變質轉化塗層包含一合金，該合金包含：自40重量百分比至75重量百分比之一第一組份，其選自由以下各者組成之群：鐵、鈷及其組合；大於20重量百分比之一第二組份，其選自由以下各者組成之群：鉻、鉬、鎢、鈮、釩，及鉻、鉬、鎢、鈮、釩及鈦之組合；及自2重量百分比至6重量百分比之一第三組份，其選自由以下各者組成之群：硼、碳及其組合。
  16. 如請求項10之器件，其中該經變質轉化塗層包含一合金，該合金包含：自20%至35%之鉻；自2%至5%之硼；自1%至2.5%之矽；自0至0.5%之碳；自0.5%至2%之錳；自0.2%至1.0%之鈦；及平衡鐵及附帶雜質。
  17. 如請求項10之器件，其中該經變質轉化塗層包含由化學式(CraMobCcBd)Fe100-(a+b+c+d)所表示之一合金，其中a、b、c、d各自獨立地表示一重量百分比，且其中a為自22至28，b為自14至20，c為自2至3，且d為自1.5至2。
  18. 如請求項10之器件，其中該電子器件係選自由以下各者組成之群：一電話、一行動電話、一固定電話、一智慧型電話、一電子郵件發送/接收器件、一電視、一電子書閱讀器、一攜帶型web瀏覽器、一電腦監視器、一DVD播放器、一藍光光碟播放器、一視訊遊戲控制台、一音樂播放器、經組態以控制影像、視訊及聲音之串流傳輸的一器件、一遙控器、一手錶，及一時鐘。
  19. 如請求項10之器件，其中藉由以摩擦方式表面處理該經變質轉化塗層，該經變質轉化塗層進一步經變質轉化以增加該塗層之該表面處之非晶度。
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