專利名稱：帶涂層非晶態(tài)金屬部件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造第一部件的方法，該方法通過用給定的材料(在下文中稱作“第一材料”)制造第一部件而克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，該第一部件涂覆有涂層，其中，所述涂層呈現(xiàn)對金屬的良好附著性，并且，在選擇待涂覆的金屬和待沉積的涂層方面具有高度的靈活性。所述第一材料可以是合金、金屬或包括至少一種金屬元素的材料。因此，本發(fā)明涉及一種制造第一部件的方法，該第一部件具有至少一個(gè)由第一材料形成的表面，并且該第一部件在所述至少一個(gè)表面上涂覆有至少一個(gè)涂層。所述第一材料包括至少一種金屬元素，并且選擇為當(dāng)受到高于其熔點(diǎn)的溫升時(shí)能夠變成至少部分非晶態(tài)的，以便所述第一材料失去任何局部的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并且隨后冷卻到低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度，以便所述第一材料變成至少部分非晶態(tài)的，其特征在于，該方法包括以下步驟:a)取形成第一部件的底版件形式的包括空腔的第二部件。b)在所述第二部件上沉積所述涂層，所述涂層包括至少第一層。c )取第一材料。d)通過用所述第一材料填充第二部件的所述空腔使所述第一材料成形，以便將所述涂層固定在所述第一部件的所述至少一個(gè)表面上，所述第一材料已進(jìn)行處理，該處理使所述第一材料最遲在所述成形操作時(shí)能夠變成至少部分非晶態(tài)的。e)將第一部件從第二部件分離，以便獲得涂覆有所述涂層的所述第一部件。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它非常有助于成形，尤其是在第一至少部分非晶態(tài)材料的情況下，并使得能夠以更高精度制造復(fù)雜成形的部件。實(shí)際上，非晶態(tài)金屬具有在給定的溫度范圍[Tg-Tx](其中，Tx為結(jié)晶溫度，Tg為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)(例如，對于Zr41.24Ti13.75Cu12.5Ni1QBe22.5合金，Tg=350°C，TX=460°C)內(nèi)軟化同時(shí)保持一段時(shí)間的非晶態(tài)的特定特性。因此，可以在相對低的應(yīng)力和低的溫度下使這些金屬成形，因此可以使用簡化的方法。由于合金的黏度根據(jù)在溫度范圍[Tg-Tx]內(nèi)的溫度急劇降低，且因此合金適于底版件的所有細(xì)節(jié)，所以這種類型的材料的使用還允許非常精確地復(fù)制精細(xì)的幾何形狀。例如，對于鉬基材料，成形發(fā)生在約300°C，黏度達(dá)到IO3Pa *s，壓力為IMPa，而在溫度Tg時(shí)，黏度為 IO12Pa.S。令人吃驚的是，這種能夠在相對低的溫度范圍[Tg-Tx]內(nèi)軟化的能力使得非晶態(tài)金屬可以具有結(jié)晶金屬不具有的附著性能。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，其使得能夠在沒有非晶態(tài)金屬結(jié)晶的任何風(fēng)險(xiǎn)的情況下，將涂層沉積在非晶態(tài)金屬上，金屬的結(jié)晶會破壞它的某些性能，例如成形能力或凝固收縮率的缺失。實(shí)際上，對于該方法來說，在基底上沉積涂層可能需要比基底的結(jié)晶溫度更高的溫度。如果基底是非晶態(tài)金屬，則因此會存在結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)本發(fā)明，由于涂層首先沉積在底版件形式上，該底版件的材料選擇為與涂層完全兼容，所以不存在上述風(fēng)險(xiǎn)。因此，用于在第二部件上沉積涂層的該方法的工作溫度不會施加到非晶態(tài)金屬上，因而避免了任何結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。這種涂層沉積法的有利實(shí)施例形成從屬權(quán)利要求的主題。在第一有利實(shí)施例中，步驟e)包括溶解所述第二部件。在第二有利實(shí)施例中，步驟d)包括僅在所述第一材料已被預(yù)先轉(zhuǎn)變成至少部分非晶態(tài)的預(yù)制件之后使所述第一材料成形，所述預(yù)制件然后受到包含在第一材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶溫度之間的溫度，然后受到壓力成形操作，隨后受到冷卻操作，該冷卻操作使所述第一材料能夠保持至少部分非晶態(tài)的性質(zhì)。在第三有利實(shí)施例中，成形步驟d)與使得所述第一材料至少部分非晶態(tài)的處理是同時(shí)的，所述處理在鑄造期間這樣進(jìn)行:使所述第一材料受到高于其熔點(diǎn)的溫度，隨后在低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下進(jìn)行冷卻，這使得所述材料能夠變成至少部分非晶態(tài)的。在第四有利實(shí)施例中，附著裝鉻設(shè)鉻在所述涂層上，以便改善所述涂層和第一部件之間的附著。在另一有利實(shí)施例中，附著裝鉻設(shè)鉻在形成所述涂層的層上，以便改善所述層和所述第一部件或所述涂層的另一層之間的附著。在另一有利實(shí)施例中，附著裝鉻包括設(shè)鉻在涂層上的至少一個(gè)凹陷的或突出的部分。在另一有利實(shí)施例中,所述至少一個(gè)凹凸(in relief)部分是經(jīng)由所述涂層沉積法的變型獲得的。 在另一有利實(shí)施例中，所述至少一個(gè)凹凸部分是通過機(jī)加工所述涂層制成的。在另一有利實(shí)施例中，附著裝鉻包括設(shè)鉻在涂層的最靠近第一部件的層和第一部件之間的中間層。在另一有利實(shí)施例中，所述涂層包括至少一個(gè)第二層，并且所述涂層的最靠近第一部件的層是充當(dāng)所述涂層和第一部件之間的附著裝鉻的中間層。在另一有利實(shí)施例中，中間層具有與第一材料和涂層的最靠近第一部件的層的化學(xué)親和力，或者中間層具有與第一材料和所述中間層沉積在其上的所述涂層的層的化學(xué)親和力，以用于加速原子相互擴(kuò)散過程，因而改善所述涂層對所述第一部件的附著。在另一有利實(shí)施例中，中間層可以熔化，以便在成形步驟d)期間或在成形步驟d)之后但在分離步驟e)之前，將涂層的最靠近第一部件的層或者所述中間層沉積在其上的涂層的層與第一部件釬焊在一起。在另一有利實(shí)施例中，在將第一部件從第二部件分離的步驟e)之后，該方法還包括步驟f)，該步驟f)包括使第一部件結(jié)晶，以便加速涂層的原子和第一材料的原子之間的相互擴(kuò)散。在另一有利實(shí)施例中，第一部件還包括至少一個(gè)其它的涂層，所述涂層被沉積在所述第一部件的不同表面上。在另一有利實(shí)施例中，步驟d)使用CVD或PVD或電沉積法以用于沉積所述涂層。在另一有利實(shí)施例中，所述第一材料是完全非晶態(tài)的。
在另一有利實(shí)施例中，所述第一金屬材料是合金。在另一實(shí)施例中，所述第一材料的成分是:41.2%重量百分比的Zr，13.8%重量百分比的Ti，12.5%重量百分比的Cu，10%重量百分比的Ni和22.5%重量百分比的Be。這些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)之一是良好的附著性。實(shí)際上，可通過構(gòu)造涂層使得它具有凹凸部分來提高附著性。這些凹凸部分可采用凹槽或突出部的形式，其允許非晶態(tài)金屬被涂覆并因此充當(dāng)附著部件，因而提高了附著性。


從下面對僅作為非限制性示例給出并在附圖中示出的本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)說明中，可以更清楚地發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的用于形成第一部件的方法的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征，其中:-圖1至圖7示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟。-圖8是具有若干層的涂層的示意圖。-圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第一變型的涂層的示意圖。-圖10示出根據(jù)本發(fā)明的第二變型的涂層的示意圖。-圖11至圖16示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第四變型的第一可選方案的示意圖。-圖17至圖22示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第四變型的第二可選方案的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1至圖7示出根據(jù)本發(fā)明的用`于形成第一部件的方法的各個(gè)步驟。該方法能夠形成第一部件5，該第一部件5具有涂層3形式的外部覆蓋物。該涂層3是在表面的，即，它在第一部件5的至少其中一個(gè)接觸表面上直接施加在第一部件5上。該第一部件5由第一材料制成。第一部件5可以是裝飾或功能部件，例如表殼、輪系、表圈、獨(dú)立部件或系統(tǒng)(例如表)的元件。第一部件5也可以用作模具，元件將在該模具中制造。實(shí)際上，雖然擁有帶涂層的裝飾或功能部件是有利的，但是擁有加工特有涂層3 (例如對研磨材料提供良好抗性的金剛石涂層)的模具也是有利的。在圖1中示出的第一步驟包括取需要被制造和涂覆的第一部件5的底版件形式，在下文中稱為底版件I。為此，實(shí)施傳統(tǒng)的模具制造操作。上述底版件形式I (還稱作第二部件)由稱作“第二材料”的材料形成。底版件I具有空腔2，該空腔2是待制造的部件的空腔。在圖2中示出的第二步驟包括在底版件I上沉積涂層3，該涂層3希望被施加在第一部件5上。為此，取形成涂層3的材料。該材料(稱作“第三材料”)確定了形成底版件I的第二材料的選擇。實(shí)際上，涂層3在被轉(zhuǎn)移到第一部件5上之前首先沉積在底版件I上。因此，有利的是底版件I的材料選擇為優(yōu)化所述涂層3的沉積，從而消除待涂覆的部件和形成涂層3的材料之間的任何不兼容性。例如，為了沉積金剛石層，將使用硅底版件。實(shí)際的沉積包括使用已知的沉積法，諸如化學(xué)氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)或電沉積或其它方法等。顯然，使用的技術(shù)可取決于待沉積的材料，以便于優(yōu)化沉積。所述涂層還可以包括若干不同材料的層，如圖8所示。此時(shí)涂層3包括至少兩層，即，第一沉積層31和第二層32，該第一沉積層31是將面向外部元件的層，該第二層32是被沉積的最后一層，并將與第一部件5的第一材料相互作用。因此，不同層的相互疊加可提供裝飾和機(jī)械優(yōu)點(diǎn)，例如，改進(jìn)的耐疲勞性或更好的摩擦性能或改善的抗震性。例如，可以在DLC層上具有金層，以便將金的貴重外觀與DLC層的堅(jiān)硬特性組合。通?？梢允褂玫耐繉?例如是:金剛石、類金剛石(DLC)、氮化鈦(TiN)、氮化鋯(ZrN),碳化鈦(TiC)、碳化鋯(ZrC)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈀(Pd)、鉬(Pt)、硅(Si)，銠(Rh)或其它。(對于陶瓷沉積物，厚度必須在0.Ιμπι至10 μ m之間,對于金屬沉積物,厚度達(dá)到數(shù)百微米)。顯然，涂層3的沉積不在底版件I的整個(gè)表面上實(shí)施，可以僅在空腔2的必須被涂覆的表面上實(shí)施。也可以僅空腔2的一部分進(jìn)行涂層3的沉積。此外，該外部部分可包括若干涂層，每個(gè)涂層設(shè)鉻在對應(yīng)于第一部件5的表面的底版件I的表面上。因此，可以設(shè)想底版件I的底部具有金剛石涂層，側(cè)面具有金涂層。然而，也可以涂覆底版件I的整個(gè)表面，并通過機(jī)械或化學(xué)手段移除多余的涂層3。在圖3中示出的第三步驟包括取第一材料，即，形成第一部件5的材料。為了制造涂層具有良好附著性并且金屬和涂層3具有高度靈活性選擇的帶涂層的金屬部件，第一材料是至少部分非晶態(tài)的材料。更具體地，所述材料是金屬的，這意味著它包括至少一種金屬元素。第一材料可以是均質(zhì)的金屬合金或者至少部分或完全非晶態(tài)的金屬。因此，第一材料選擇為在溫度升至其熔點(diǎn)以上時(shí)能夠失去任何局部的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，隨后在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下的溫度冷卻，這使得所述材料能夠變成至少部分非晶態(tài)的。在圖4至圖6中示出的第四步驟包括將第一材料(其在這里是非晶態(tài)的金屬)成形，以便形成第一部件。為此，使用熱加工法。首先，制造由非晶態(tài)材料形成的預(yù)制件4。該預(yù)制件4由其外觀和尺寸與最終部件類似的部件組成。通常，如果希望制造例如圓形薄膜，則預(yù)制件4將采用盤的形式。重要的一點(diǎn)是，所述預(yù)制件4已具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。為此，通過將溫度升至其熔點(diǎn)以上，將構(gòu)成所述第一材料的一種或幾種材料鉻于液態(tài)。然后將它們均勻混合(在第一材料包括若干元素的情況下)，以形成所述第一材料。然后將上述混合物在具有預(yù)期形狀的模具中鑄造，并盡可能快地全部冷卻，以使得原子沒有時(shí)間被構(gòu)造。此時(shí)，第一材料變成至少部分非晶態(tài)的。然后將預(yù)制件4布鉻在底版件I上，以便覆蓋該底版件，如圖4所示。然后將熱壓機(jī)加熱到材料特有的溫度，優(yōu)選在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶溫度Tx之間。當(dāng)熱壓機(jī)處于該溫度后，則在預(yù)制件4上施加壓力以填充底版件1，如圖5所示。此壓制操作執(zhí)行預(yù)定的一段時(shí)間。由于非晶態(tài)金屬的優(yōu)點(diǎn)是它們具有在給定的溫度范圍[Tg-Tx](該溫度范圍是每種合金特有的)內(nèi)和在低溫下(因?yàn)檫@些溫度Tg和Tx都不高)軟化同時(shí)保持非晶態(tài)的特定特性，所以上述操作是可能的。這意味著，由于合金的黏度急劇降低并且合金能夠容易地變形以適應(yīng)底版件I的空腔2的所有細(xì)節(jié)，因此可以非常精確地復(fù)制精密的清晰的幾何形狀。此外，用于將非晶態(tài)金屬成形所需要的低溫度不會有損于底版件I或涂層3。一旦壓制時(shí)間結(jié)束，則將第一材料冷卻至Tg以下以形成第一部件5。壓制和冷卻必須足夠快速以防止第一材料結(jié)晶。實(shí)際上，對于處于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和結(jié)晶溫度Tx之間的給定溫度的給定的第一材料，存在最長的時(shí)間段，超過該時(shí)間段則所述材料結(jié)晶。當(dāng)溫度接近其結(jié)晶溫度Tx時(shí)， 上述時(shí)間段縮短，而當(dāng)溫度接近其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg時(shí)，上述時(shí)間段延長。因此，如果在Tg和Tx之間的溫度停留的時(shí)間超過每個(gè)溫度/合金組對的某個(gè)特定數(shù)值，則非晶態(tài)材料將結(jié)晶。通常，對于Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni1QBe22.5合金和440°C的溫度，壓制時(shí)間不應(yīng)超過大約120秒。因此，熱成形保持了預(yù)制件4的至少部分非晶態(tài)的初始狀態(tài)。作為上述第四步驟的一種變型，可以設(shè)想使用鑄造方法制造第一部件5。該方法包括取在第三步驟中獲得的第一材料，但是不對該材料進(jìn)行處理以使其至少部分非晶態(tài)，并且將該第一材料鉻于液態(tài)形式。通過熔化將所述第一材料鉻于液態(tài)形式。一旦第一材料處于液態(tài)形式，則在底版件I的空腔2中澆鑄該第一材料。當(dāng)?shù)装婕蘒的空腔2被充滿或至少部分填充時(shí)，將第一材料冷卻以賦予其非晶態(tài)形式。為此，將第一材料快速冷卻，使得形成該第一材料的原子不會布鉻成結(jié)晶形式。鑄造能夠是非晶態(tài)的金屬或合金的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是熔點(diǎn)低。實(shí)際上，能夠具有非晶態(tài)形式的金屬或合金的熔點(diǎn)通常比用于相同類型組合物的常規(guī)合金的熔點(diǎn)低2至3倍。例如，與鋯Zr和鈦Ti基合金的1500-1700°C的熔點(diǎn)相比，Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni1QBe22.5合金的熔點(diǎn)是750°C。這也避免了在鑄造期間 損壞涂層3的風(fēng)險(xiǎn)。另一優(yōu)點(diǎn)是，與結(jié)晶金屬的5%至7%的凝固收縮率相比，非晶態(tài)金屬的凝固收縮率非常低，小于1%。因此這一優(yōu)點(diǎn)允許使用鑄造原理，而不用擔(dān)心由收縮造成的脫落或?qū)与x。如圖6所示移除多余的機(jī)械或化學(xué)材料。可以在冷卻之前或之后移除多余的材料。在圖7中示出的第五步驟包括將第一帶涂層部件6從底版件I分離。為此，將底版件I (非晶態(tài)金屬在該底版件I中被包覆模制以形成第一部件5)機(jī)械地移除或浸入化學(xué)溶液中。該化學(xué)溶液特別地選擇為蝕刻底版件I。實(shí)際上，此步驟的目的是在不溶解涂層3或者由非晶態(tài)金屬形成的第一部件5的情況下溶解底版件I。例如，在硅底版件I的情況下，使用氫氧化鉀或碳酸鉀(KOH)溶液來溶解底版件I的硅。因此，最終的結(jié)果是獲得第一帶涂層非晶態(tài)金屬部件6。在圖9示出的本發(fā)明的第一變型中，涂層3和形成第一部件5的非晶態(tài)金屬之間的附著得到改善。為此，涂層3包括附著裝鉻7。該附著裝鉻7采用粗糙部、多孔或凹凸部分8的形式。在將與非晶態(tài)金屬接觸(當(dāng)該非晶態(tài)金屬包覆模制在底版件I中時(shí))的層上制造這些凹凸部分8。如果涂層3僅有一層，則在該單個(gè)層上制造凹凸部分8。相反地，如果涂層3具有若干層31、32，如圖8所示，則凹凸部分8優(yōu)選形成在待沉積的涂層3的最后一層上，即，圖8中的層32上。如果涂層3具有三層或四層，情況是一樣的。這些凹凸部分8采用突出部或凹槽的形式。因此，這些凹凸部分8允許利用非晶態(tài)材料的成形特性。實(shí)際上，如上所述，非晶態(tài)材料具有非常精確地復(fù)制精細(xì)的、清晰的幾何形狀的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)榉蔷B(tài)金屬的黏度急劇降低并且該金屬因此適于底版件I的所有細(xì)節(jié)，包括凹凸部分8。因此，所述凹凸部分將非晶態(tài)金屬錨固在所述涂層3上，并因此抵抗分離，并且改善了涂層3與第一部件5的附著。這些凹凸部分8例如在涂層3沉積期間通過改變沉積參數(shù)而形成。這些凹凸部分8例如也可通過光刻、激光或等離子蝕刻或微噴砂(micro-sandblasting)形成。凹凸部分8優(yōu)選在形成于底版件I上的所述涂層3的側(cè)面33上制成，以便用作豎直的保持裝鉻，從而防止涂層3從非晶態(tài)金屬第一部件5上脫離。
在第二變型中，通過使用中間層9來改善附著。事實(shí)上，在此變型中，在第二步驟期間所沉積的最后一層是有助于所述涂層3錨固到第一部件5的層，S卩，該層有助于所述涂層3錨固到非晶態(tài)金屬上。除了形成所述涂層3的層以外，可以特別地沉積中間層9以實(shí)現(xiàn)所述錨固，即，該中間層9位于涂層3的最靠近第一部件5的層和第一部件5之間。然而，可以使用已經(jīng)存在的層，優(yōu)選是最后沉積的層，以有助于所述涂層3的錨固。這意味著，在其中涂層3包括兩個(gè)層31、32的圖8中，該中間層將是層32。此外，當(dāng)然可以將凹凸部分8與中間層9相關(guān)聯(lián)。此時(shí)錨固可通過使用兩個(gè)不同的原理實(shí)現(xiàn)。首先，將中間層9選擇為與所述中間層9沉積在其上的涂層3的層和形成第一部件5的第一材料都具有很大的化學(xué)親和力。這種很大的化學(xué)親和力的特征在于，中間層9的原子與中間層9沉積在其上的涂層3的層和非晶態(tài)金屬的原子之間的加速的相互擴(kuò)散過程。該過程包括原子的相互擴(kuò)散以將不同材料相互連接。擴(kuò)散深度與原子在其它原子的網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散系數(shù)、以指數(shù)方式變化的溫度以及根據(jù)平方根變化的時(shí)間相關(guān)。通常，1-100 μ m的擴(kuò)散深度是可能的數(shù)值。然而，如果層的厚度等于或小于I μ m，則擴(kuò)散深度將是大約IO-1OOnm0其次，錨固可通過釬焊實(shí)現(xiàn)。此方案包括使用中間層9作為釬焊的固定元件。為此，使用低熔點(diǎn)的材料，例如錫，其具有231°C的熔點(diǎn)。此低熔點(diǎn)允許所述中間層9在非晶態(tài)金屬的熱成形期間從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。此時(shí)這造成涂層3和第一部件5的非晶態(tài)材料之間的釬焊，該釬焊提供了所述涂層3的良好附著性。當(dāng)然，形成中間層9的材料將選擇為在所述中間層9熔化時(shí)不會破壞涂層3。中間層9可具有1-10 μ m的厚度。此外，經(jīng)由中間層9實(shí)現(xiàn)的釬焊可在第一部件冷卻之后但在所述第一部件5從底版件分離之前執(zhí)行。通過提高所述第一部件5的溫度以熔化中間層9來實(shí)現(xiàn)釬焊，并因此將涂層3和第一部件5釬焊在一起。形成中間層9的材料選擇為不超過形成第一部件5的材料和形成涂層3的材料的熔點(diǎn)。顯然，本發(fā)明的上述前兩個(gè)變型提供了具有非晶態(tài)金屬的特質(zhì)的最終部件。非晶態(tài)金屬在[Tg-Tx]范圍 內(nèi)的黏度的降低意味著可以制造這樣的部件，即，所述部件不需要非晶態(tài)金屬的固有特質(zhì)，但是不能用其它方式獲得，其中僅在所述部件的制造期間使用非晶態(tài)金屬的特質(zhì)。在附圖中未示出的第三變型中，涂層3與第一非晶態(tài)金屬部件5的附著可通過結(jié)晶來改善。在形成第一部件5的金屬的非晶態(tài)特性不是必需的情況下，可以使用此方法。此時(shí)所述金屬的非晶態(tài)性質(zhì)僅用于成形。結(jié)晶構(gòu)成在第五步驟之后或者在第四步驟期間實(shí)施的第六步驟。通過在比非晶態(tài)金屬的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度更高的溫度下熱處理帶涂層的第一部件6來執(zhí)行此步驟。根據(jù)選擇的溫度和時(shí)間，合金將結(jié)晶并可呈現(xiàn)各種微結(jié)構(gòu)，例如納米晶體結(jié)構(gòu)等。當(dāng)然，溫度調(diào)節(jié)為不會破壞涂層3。使非晶態(tài)金屬結(jié)晶通過時(shí)間或通過溫度提高了附著層的原子和金屬原子之間的相互擴(kuò)散過程。結(jié)果，中間層9的原子和金屬原子互相擴(kuò)散，因而提高了所述涂層3和第一部件5之間的附著性。優(yōu)選地，形成第一部件5的第一材料和結(jié)晶的條件限定為使得允許形成樹枝晶，而不是金屬間相(inter-metallic phase)。這些樹枝晶防止了結(jié)晶金屬太易碎。在第四變型中，第一部件5在其中制成的底版件I具有兩個(gè)凹模(die)。實(shí)際上，要制成的第一部件5可具有復(fù)雜的幾何形狀，這意味著所述涂層3不能在良好的條件下沉積。在圖11至圖16示出的第一可選方案中，使用底版件I的兩個(gè)凹模11和12來制造整個(gè)涂層3。事實(shí)上，不可能通過圖1至圖7中公開的方法制造整個(gè)被涂覆的第一部件5。這主要是由于使用單個(gè)凹模I的事實(shí)。因此，該方案要使用兩個(gè)凹模11、12，這些凹模都涂覆有涂層3，如圖12所示。然后通過上述的并在圖13至圖15中示出的熱成形工藝制成第一部件5。因此，獲得第一帶涂層部件6，如圖16所示。該部件6整體帶涂層。在圖17至圖22中示出的第二可選方案中，凹模110、120中僅有一個(gè)包括涂層3。此可選方案的優(yōu)點(diǎn)是，可制成部分帶涂層的復(fù)雜部件。例如，以希望制造非晶態(tài)金屬螺釘為例，該螺釘?shù)穆葆旑^具有金剛石涂層3并且體部沒有涂層。由于螺釘頭比體部寬，該部件是復(fù)雜的。因此，通過單個(gè)凹模制造該螺釘是非常復(fù)雜的，且僅在螺釘頭上沉積涂層3也是困難的。一種解決方案在圖18中示出。這意味著，凹模120具有與螺釘頭相似的空腔2，并將被涂覆金剛石涂層3，而第二凹模110具有其形狀與螺釘?shù)捏w部的形狀類似的空腔2，該空腔2將不被涂覆。這意味著，在圖18至圖20示出的熱成形期間，能夠形成希望的螺釘，即局部被涂覆的螺釘。顯然，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對本發(fā)明的上述各種實(shí)施例進(jìn)行各種修改和/或改進(jìn)和/或組合。因此，清楚的是，形成第一部件5的第一材料是貴重的非晶態(tài)材料。同樣清楚的是，取底版件I的第一步驟還可以包括準(zhǔn)備所述底版件I。實(shí)際上，可將底版件I進(jìn)行裝飾，以便可以在帶涂層的第一部件6上直接形成表面狀態(tài)。這些表面狀態(tài)可以是“日內(nèi)瓦波狀飾紋(Cdte deGeneve)”、圓形紋理鉆石漩渦或緞紋裝飾。根據(jù)本發(fā)明的方法的其中一個(gè)變型的實(shí)施還意味著可將不同的涂層施加在第一部件5的不同表面上。` 涂層還可以在某些表面上疊加。例如，也可以制造由玻璃化層保護(hù)的彩色表面，這使得可以在珠寶方面進(jìn)行所有類型的大膽革新。還可以在涂層3的形成期間產(chǎn)生二維和/或三維裝飾，例如標(biāo)志、圖像或其它裝飾。
權(quán)利要求
1.一種制造第一部件(5)的方法，該第一部件(5)具有第一材料形成的至少一個(gè)表面，并且在所述至少一個(gè)表面上涂覆有至少一個(gè)涂層(3)，所述第一材料包括至少一種金屬元素，并且選擇為在受到高于所述第一材料的熔點(diǎn)的溫升時(shí)能夠變成至少部分非晶態(tài)的，該溫升使所述第一材料能夠局部地失去任何結(jié)晶結(jié)構(gòu)，所述第一材料隨后冷卻至低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度，該冷卻使所述第一材料能夠變成至少部分非晶態(tài)的，其特征在于，該方法包括以下步驟: a)取形成第一部件的底版件的包括空腔(2)的第二部件(I)； b )在所述第二部件上沉積所述涂層(3 )，所述涂層(3 )包括至少第一層； c)取第一材料； d)通過用所述第一材料填充所述第二部件的空腔來成形所述第一材料，以便將所述涂層固定在所述第一部件(5)的所述至少一個(gè)表面上，所述第一材料已進(jìn)行處理，該處理使所述第一材料最遲在成形操作時(shí)能夠變成至少部分非晶態(tài)的； e)將所述第一部件(5)從所述第二部件分離，以便獲得涂覆有所述涂層(3)的所述第一部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，步驟a)包括溶解所述第二部件(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，步驟d)包括僅在所述第一材料已經(jīng)預(yù)先轉(zhuǎn)變成至少部分非晶態(tài)的預(yù)制件(4)之后將所述第一材料成形，然后使所述預(yù)制件受到所述第一材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶溫度之間的溫度，然后進(jìn)行壓力加工操作，隨后進(jìn)行冷卻操作，這使得所述第一材料能夠保持至少部分非晶態(tài)的性質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任 一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，成形步驟d)與在鑄造操作期間使所述第一材料變成至少部分非晶態(tài)的處理是同時(shí)的，該處理包括:使所述材料受到高于其熔點(diǎn)的溫度并且隨后在低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下冷卻，這使得所述第一材料能夠變成至少部分非晶態(tài)的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，附著裝置(7)設(shè)置在所述涂層(3)上，以便提高所述涂層(3)和所述第一部件(5)之間的附著性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，附著裝置(7)設(shè)置在形成所述涂層(3)的一個(gè)層上，以便提高所述層和所述第一部件或所述涂層的另一個(gè)層之間的附著性。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的制造方法，其特征在于，所述附著裝置(7)包括設(shè)置在所述涂層(3)上的至少一個(gè)凹陷的或突出的凹凸部分(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述至少一個(gè)凹凸部分(8)是經(jīng)由沉積所述涂層(3)的方法的變型獲得的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述至少一個(gè)凹凸部分是通過機(jī)加工所述涂層(3)制成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，所述附著裝置(7)包括設(shè)置在涂層的最靠近所述第一部件的層和所述第一部件(5)之間的中間層(9)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，所述涂層(3)包括至少一個(gè)第二層，并且所述涂層的最靠近所述第一部件的層是用作所述涂層(3)和所述第一部件(5)之間的附著裝置(7)的中間層(9)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的制造方法，其特征在于，所述中間層(9)具有與所述第一材料和所述涂層(3)的最靠近所述第一部件(5)的層的化學(xué)親和力，或者具有與所述第一材料和所述中間層(9)沉積在其上的所述涂層的層的化學(xué)親和力，以用于加速原子相互擴(kuò)散過程，因而提高所述涂層對所述第一部件的附著性。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的制造方法，其特征在于，所述中間層(9)能夠熔化，以便在成形步驟d)期間或者在成形步驟d)之后但在分離步驟e)之前，將所述涂層的最靠近所述第一部件(5)的層或者所述中間層沉積在其上的所述涂層(3)的層與所述第一部件釬焊在一起。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，在將所述第一部件從所述第二部件分離的步驟e)之后，該方法還包括步驟f)，該步驟f)包括使所述第一部件(5)結(jié)晶，以便在所述涂層的原子和所述第一材料的原子之間加速相互擴(kuò)散。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，所述第一部件(5)還包括至少一個(gè)其它的涂層，所述涂層沉積在所述第一部件的不同表面上。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，步驟d)使用CVD或PVD或電沉積法以用于沉積所述涂層。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，所述第一材料是完全非晶態(tài)的。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，所述第一金屬材料是合金。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造方法，其特征在于，所述第一材料的組成是:41.2%重量百分比的Zr，13.8%重量百分比的Ti，12.5%重量百分比的Cu，10%重量百分比的Ni和22.5%重量百分比的Be 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造第一部件(5)的方法，該第一部件(5)具有至少一個(gè)由第一材料形成的表面。該第一部件包括在所述至少一個(gè)表面上的至少一個(gè)涂層(3)。該制造方法包括以下步驟a)取形成第一部件的底版件的包括空腔(2)的第二部件(1)；b)將所述涂層(3)沉積在所述第二部件上，該涂層(3)包括至少第一層；c)取第一金屬材料，所選擇的第一材料能夠變成至少部分非晶態(tài)的；d)將第一材料在第二部件的所述空腔中成形，以便將所述涂層固定連接到所述第一部件的所述至少一個(gè)表面上，所述第一材料在成形操作以前已受到處理，該處理使其能變成至少部分非晶態(tài)的；e)將第一部件從第二部件分離，以便獲得涂覆有所述涂層的所述第一部件。
文檔編號C22C16/00GK103080370SQ201180039152
公開日2013年5月1日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者Y·溫克勒, J-F·迪奧內(nèi), S·博爾班, A·杜巴赫, Y·法列特 申請人:斯沃奇集團(tuán)研究和開發(fā)有限公司