Herstellung massiver metallischer Gläser aus kristallinen Gefügen durch lokales kleinvolumiges Umschmelzen

Metallische Gläser oder sogenannte “bulk metallic glasses (BMGs)“ haben aufgrund ihrer amorphen Struktur besondere Eigenschaften wie extreme Festigkeit und Härte sowie einen durch die chemische Zusammensetzung zielgerichtet einstellbaren Ferromagnetismus, was sie interessant für Forschung und Anwendungen macht. Diese Arbeit stellt ein neues Verfahren zur Erzeugung amorpher Strukturen in massiven Volumen durch lokales, kleinvolumiges Umschmelzen von kristallinen Fe‐Basis‐Rohlingen dar. Zwei Legierungen (Fe₇₆Si₉B₁₀P₅ und Fe₄₃Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆) wurden geschmolzen, langsam dendritisch erstarrt und liegen als massives, kristallines Volumen vor. Es wird ein Elektronenstrahl auf die kristalline Oberfläche der Rohlinge fokussiert, sodass das Material auf der Oberfläche schnell und kurzzeitig aufschmilzt und anschließend durch Selbstabschreckung sehr schnell erstarrt. Durch diese Verfahrenstechnik werden die Oberfläche und ein unterliegendes, relativ großes Volumen des Materials glasartig. Für die Evaluierung einer amorphen Phase werden Rasterelektronenmikroskopie in Kombination mit energiedispersiver Röntgenanalyse (REM/EDX) und hochauflösende Elektronenbeugung (HRTEM) verwendet. Diese Methoden sind in der Lage, die Nichtexistenz jeglicher struktureller Atomanordnung, d. h. amorphe Strukturen nachzuweisen [1].

Metallic glasses, or the so‐called bulk metallic glasses (BMGs), have peculiar properties such as extreme strengths and hardness while their specific ferromagnetic properties can be controlled accurately by the alloy content which is due to their amorphous structure. This special properties combination makes them interesting for research and technology. In the current research work, the development of a novel method for the creation of amorphous structure via locally limited re‐melting of the crystalline Fe‐based pre‐alloys is presented. Two alloys, namely Fe₇₆Si₉B₁₀P₅ and Fe₄₃Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆ (at.‐%), are produced by melting and slow solidification. The solidified dendritic, crystallographic bulk afterwards is locally heat treated by electron beam welding. Here, a high‐energy electron beam is focused onto the crystalline surface of the pre‐alloy, so that the material is melted rapidly at the surface for a short time and then re‐solidified very fast by self‐quenching. By this process technique both the surface and a relative big volume of the material is glazed. For the evaluation of the amorphous phase scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X‐ray analysis (SEM/EDX) and high‐resolution electron diffraction based on transmission electron microscopy (HRTEM) were used. These methods are able to show the lack of structural order of the atoms and by that amorphous structures were evaluated [1].