(57)【要約】本発明は、バルク凝固アモルファス材料と非アモルファス材料との間に鋳造の機械的接合を形成することを含む、アモルファス材料を非アモルファス材料に接合する方法に向けられる。該方法は、バルク凝固アモルファス合金部品を非アモルファスの予備成形された部品とともに鋳造すること（段階３）、随意にはヒートシンク（段階３ａ）を用いることを含むことができ、続いて接合された部品が急冷される（段階４）。
2004537417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１又は第２溶融温度のうちより高い方を有する材料から作製される予備成形されたピースを提供すること、
第１又は第２溶融温度のうちより低い方を有する材料から作製される第２ピースを、該予備成形されたピースと接合する関係で以って、第１及び第２溶融温度の間の温度で鋳造して、単一の一体化された製品を形成すること、並びに、
該単一の一体化された製品を、バルク凝固アモルファス合金材料が実質的にアモルファスのままであるのを確実にするのに十分な速度で冷却すること、
を含んで成る、第１溶融温度を有するバルク凝固アモルファス合金材料を第２溶融温度を有する非アモルファス金属材料に接合する方法。
【請求項２】
前記第２ピースが前記バルク凝固アモルファス合金材料から作製され、前記非アモルファス金属材料の前記予備成形されたピースの温度が、該バルク凝固アモルファス合金材料のガラス転移温度未満に維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２ピースが前記非アモルファス金属材料から作製され、前記バルク凝固アモルファス合金材料の前記予備成形されたピースの温度が、該バルク凝固アモルファス合金材料が固体のままであるように、該バルク凝固アモルファス合金材料のガラス転移温度未満に維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ヒートシンクが、前記バルク凝固アモルファス合金材料のガラス転移温度未満に前記予備成形されたピースの温度を維持するようさらに提供された、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記バルク凝固アモルファス合金材料が以下の式、即ち、
（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ）b（Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）c
で記載され、式中、原子百分率において、ａが約３０〜約７５の範囲にあり、ｂが約５〜約６０の範囲にあり、ｃが０〜約５０の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バルク凝固アモルファス合金材料が、約２０原子パーセントまでの少なくとも１つの付加的な遷移金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記バルク凝固アモルファス合金材料が以下の式、即ち、
（Ｚｒ，Ｔｉ）d（Ｎｉ，Ｃｕ）e（Ｂｅ）f
で記載され、式中、原子百分率において、ｄが約４０〜約７５の範囲にあり、ｅが約５〜約６０の範囲にあり、ｆが約５〜約５０の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記バルク凝固アモルファス合金材料が以下の式、即ち、
（Ｚｒ）a（Ｎｂ，Ｔｉ）b（Ｎｂ，Ｃｕ）c（Ａｌ）d
で記載され、式中、原子百分率において、ａが４５〜６５の範囲にあり、ｂが０〜１０の範囲にあり、ｃが２０〜４０の範囲にあり、ｄが７．５〜１５の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記非アモルファス材料が、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鋼、ニッケル合金、銅合金、及びチタン合金から成る群より選択された、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記予備成形されたピースと前記第２ピースが、前記単一の一体化された製品において機械的にかみ合うよう設計された、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
冷却段階が、前記第２ピースが前記予備成形されたピースに接触しているときに生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記冷却段階が、前記予備成形されたピースと前記第２ピースの両方を積極的に急冷することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
冷却速度が約５００Ｋ／秒以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
鋳造段階が射出鋳造又はダイカストの何れか一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法に従って作製された製品。
【請求項１６】
前記予備成形されたピースと前記第２ピースが機械的にかみ合い、単一の一体化されたピースを形成した、請求項１５に記載の製品。
【請求項１７】
バルク凝固アモルファス合金材料を非アモルファス金属材料に接合する方法であり、該バルク凝固アモルファス合金材料の溶融温度が該非アモルファス金属材料の溶融温度よりも低い接合方法であって、
該非アモルファス金属材料から作製される予備成形されたピースを提供すること、
該バルク凝固アモルファス合金材料から作製される第２ピースを、該予備成形されたピースと接合する関係で以って、該バルク凝固アモルファス合金材料の溶融温度よりも高い鋳込温度で鋳造して、単一の一体化された製品を形成すること、並びに、
該単一の一体化された製品を、該バルク凝固アモルファス合金材料が実質的にアモルファスのままであるのを確実にするのに十分な速度で冷却すること、
を含んで成る、バルク凝固アモルファス合金材料を非アモルファス金属材料に接合する方法。
【請求項１８】
ヒートシンクが、前記バルク凝固アモルファス合金材料のガラス転移温度未満に前記予備成形されたピースの温度を維持するようさらに提供された、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
バルク凝固アモルファス合金材料を非アモルファス金属材料に接合する方法であり、該バルク凝固アモルファス合金材料の溶融温度が該非アモルファス材料の溶融温度よりも高い接合方法であって、
該バルク凝固アモルファス合金材料から作製される予備成形されたピースを提供すること、
該非アモルファス金属材料から作製される第２ピースを、該予備成形されたピースと接合する関係で以って、該非アモルファス金属材料の溶融温度よりも高い鋳込温度で鋳造して、単一の一体化された製品を形成すること、並びに、
該単一の一体化された製品を、該バルク凝固アモルファス合金材料が実質的にアモルファスのままであるのを確実にするのに十分な速度で冷却すること、
を含んで成る、バルク凝固アモルファス合金材料を非アモルファス金属材料に接合する方法。
【請求項２０】
ヒートシンクが、前記バルク凝固アモルファス合金のガラス転移温度未満に前記予備成形されたピースの温度を維持するようさらに提供された、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
バルク凝固アモルファス合金材料から作製される予備成形されたピースを提供すること、
該予備成形されたピースと接合する関係で以って、非アモルファス材料の溶融温度よりも高い鋳込温度で該非アモルファス材料から第２ピースを鋳造すること、並びに、
該第２ピースを該バルク凝固アモルファス合金材料の少なくとも臨界冷却速度付近の速度で冷却して、単一の一体化された製品を形成すること、
を含んで成る、バルク凝固アモルファス合金材料を非アモルファス金属材料に接合する方法。
【請求項２２】
前記バルク凝固アモルファス合金材料が以下の式、即ち、
（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ）b（Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）c
で記載され、式中、原子百分率において、ａが約３０〜約７５の範囲にあり、ｂが約５〜約６０の範囲にあり、ｃが０〜約５０の範囲にある、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記バルク凝固アモルファス合金材料が、約２０原子パーセントまでの少なくとも１つの付加的な遷移金属を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記バルク凝固アモルファス合金材料が以下の式、即ち、
（Ｚｒ，Ｔｉ）d（Ｎｉ，Ｃｕ）e（Ｂｅ）f
で記載され、式中、原子百分率において、ｄが約４０〜約７５の範囲にあり、ｅが約５〜約６０の範囲にあり、ｆが約５〜約５０の範囲にある、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記バルク凝固アモルファス合金材料が以下の式、即ち、
（Ｚｒ）a（Ｎｂ，Ｔｉ）b（Ｎｂ，Ｃｕ）c（Ａｌ）d
で記載され、式中、原子百分率において、ａが４５〜６５の範囲にあり、ｂが０〜１０の範囲にあり、ｃが２０〜４０の範囲にあり、ｄが７．５〜１５の範囲にある、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記非アモルファス材料が、アルミニウム合金、マグネシウム合金、及び銅合金から成る群より選択された、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記非アモルファス材料が、鋼、ニッケル合金、チタン合金、及び銅合金から成る群より選択された、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記予備成形されたピースと前記第２ピースが、前記単一の一体化された製品において機械的にかみ合うよう設計された、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記予備成形されたピースが、前記バルク凝固アモルファス合金材料の臨界冷却速度の少なくとも約２倍の速度で冷却される、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
冷却段階が、前記予備成形されたピースと前記第２ピースの両方を積極的に急冷することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
冷却速度が約５００Ｋ／秒以下である、請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
鋳造段階が、射出鋳造、ダイカスト及び金型鋳造から成る群より選択された、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
鋳造される材料の溶融温度が、前記予備成形されたピース材料の溶融温度未満である、請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
請求項２１に記載の方法に従って作製された製品。
【請求項３５】
前記予備成形されたピースと前記第２ピースが機械的にかみ合い、単一の一体化されたピースを形成した、請求項２９に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年８月２日付け出願の米国の暫定的な出願番号６０／３０９，７６７号に関して優先権を主張しており、その内容は参照により本明細書に含まれる。
【０００２】
本発明は、バルク凝固アモルファス合金を非アモルファス金属と接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
バルク凝固アモルファス合金は、溶融された状態から以前の通常のアモルファス合金よりも相当に遅い冷却速度、約５００Ｋ／秒以下で冷却でき、それでもなお、そのアモルファス原子構造を実質的に保持できるアモルファス合金の系統群である。したがって、該バルク凝固アモルファス合金は、アモルファスの形態で、かつ非常により速い冷却速度を必要とする以前のアモルファス合金に関して可能であるよりも相当に厚い１ミリ以上の厚さで作製できる。バルク凝固アモルファス合金は、例えば、米国特許第５，２８８，３４４号明細書、同第５，３６８，６５９号明細書、同第５，６１８，３５９号明細書、及び同第５，７３５，９７５号明細書に記載されており、その開示は参照により含まれる。
【０００４】
最も興味深いバルク凝固合金の系統群は、分子式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ）b（Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）cで表すことができ、式中、原子百分率において、ａは約３０〜約７５の範囲にあり、ｂは約５〜約６０の範囲にあり、ｃは０〜約５０の範囲にある。これらの合金は、約２０原子パーセントまでの相当な量の他の遷移金属、好ましくはＮｂ、Ｃｒ、Ｖ及びＣｏなどの金属を収容できる。好ましい合金の系統群は（Ｚｒ，Ｔｉ）d（Ｎｉ，Ｃｕ）e（Ｂｅ）fであり、式中、原子百分率において、ｄは約４０〜約７５の範囲にあり、ｅは約５〜約６０の範囲にあり、ｆは約５〜約５０の範囲にある。さらにより好ましい組成物は、原子百分率でＺｒ41Ｔｉ14Ｎｉ10Ｃｕ12.5Ｂｅ22.5である。バルク凝固アモルファス合金は、何ら永久変形又は破損することなく、約１．５％まで又はそれ以上の歪み量に耐えることができ、約１０ｋｉｓ−ｓｑｒｔ（ｉｎ）以上（ｓｑｒｔは平方根を表す）、好ましくは２０ｋｉｓ−ｓｑｒｔ（ｉｎ）以上の高い破壊靭性を有し、４ＧＰａ以上、好ましくは５．５ＧＰａ以上の高い硬度値を有するので望ましい。望ましい機械的性質に加えて、バルク凝固アモルファス合金はまた非常に良好な耐腐食性を有する。
【０００５】
バルク凝固アモルファス合金の特性は、構造のいくつかの部分には必要とされない場合があり、多くの場合、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鋼及びチタン合金などの非アモルファス材料に比べて比較的高価であるので、バルク凝固アモルファス合金は、典型的には全構造を作製するのには用いられない。それゆえ、バルク凝固アモルファス合金の構造部分を、非アモルファス凝固合金の構造部分に接合することが必要である。
【０００６】
いくつかの異なる接合方法が、機械的な固定具、接着剤、並びに最後にろう付け及び溶接を含めて調査された。機械的な固定具はいくつかの場合には使用できるが、バルク凝固アモルファス合金と接触する場合に、耐腐食性などの物理的性質及び機械的性質の両方において不利を有し、接着剤は、接着剤がその強度を保持するよう十分低い使用温度の場合にしか使用できず、ろう付け及び溶接は可能であるが、アモルファス材料のろう付け及び溶接に申し分ない技術及び材料は開発されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、安価であるが丈夫に、アモルファス材料を非アモルファス材料に接合する方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、バルク凝固アモルファス合金と非アモルファス材料との間に鋳造の機械的接合を形成することを含む、バルク凝固アモルファス材料を非アモルファス材料に接合する方法に向けられる。
【０００９】
第１の実施態様においては、接合は、非アモルファス及びバルク凝固アモルファス合金（アモルファス金属）の溶融点を調節することによって形成される。１つのこのような実施態様においては、非アモルファス金属はアモルファス金属の溶融点よりも高い溶融点を有し、非アモルファス金属は適切に成形され、バルク凝固アモルファス合金は溶融されて、射出鋳造又はダイカストなどの技術により予備成形された非アモルファス金属のピースに対して鋳造される。別のこのような実施態様においては、非アモルファス金属はアモルファス金属の溶融点よりも低い溶融点を有し、非アモルファス合金を溶融して、射出鋳造又はダイカストによるように、固体のままである適切に成形かつ構成されたバルク凝固アモルファス合金のピースに対して鋳造することによって、非アモルファス材料をバルク凝固アモルファス合金に接合できる。
【００１０】
第２の実施態様においては、接合は、非アモルファス及びアモルファス金属の冷却速度を調節することによって形成される。１つのこのような実施態様においては、非アモルファス金属は、予備成形されたバルク凝固アモルファス合金のピースに対して鋳造され、バルク凝固アモルファス合金の少なくとも臨界冷却速度付近の速度で、非アモルファス合金の鋳込温度からバルク凝固アモルファス合金のガラス転移温度未満に冷却される。
【００１１】
上記の実施態様の何れかにおいて、ヒートシンクなどのシステムが、予備成形されたアモルファス金属、又は予備成形された非アモルファス金属何れかの温度を常にバルク凝固アモルファス合金のガラス転移温度未満に抑えることを確実にするのに提供できる。
【００１２】
さらに別の実施態様においては、バルク凝固アモルファス合金及び非アモルファス金属のピース形状は、最終的なピースの機械的なかみ合いを作り出すよう選択される。
【００１３】
本発明のこれら及び他の特徴並びに利点は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面より明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、バルク凝固アモルファス合金を非アモルファス金属に接合する方法に向けられる。
【００１５】
バルク凝固アモルファス合金は、溶融された状態から以前の通常のアモルファス合金よりも相当に遅い冷却速度、約５００Ｋ／秒以下で冷却でき、それでもなお、そのアモルファス原子構造を実質的に保持できるアモルファス合金の系統群である。したがって、該バルク凝固アモルファス合金は、アモルファスの形態で、かつ非常により速い冷却速度を必要とする以前のアモルファス合金に関して可能であるよりも相当に厚い１ミリ以上の厚さで作製できる。バルク凝固アモルファス合金は、例えば、米国特許第５，２８８，３４４号明細書、同第５，３６８，６５９号明細書、同第５，６１８，３５９号明細書、及び同第５，７３５，９７５号明細書に記載されており、その開示は参照により含まれる。
【００１６】
最も興味深いバルク凝固合金の系統群は、分子式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ）b（Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）cで表すことができ、式中、原子百分率において、ａは約３０〜約７５の範囲にあり、ｂは約５〜約６０の範囲にあり、ｃは０〜約５０の範囲にある。これらの合金は、約２０原子パーセントまでの相当な量の他の遷移金属、好ましくはＮｂ、Ｃｒ、Ｖ及びＣｏなどの金属を収容できる。好ましい合金の系統群は（Ｚｒ，Ｔｉ）d（Ｎｉ，Ｃｕ）e（Ｂｅ）fであり、式中、原子百分率において、ｄは約４０〜約７５の範囲にあり、ｅは約５〜約６０の範囲にあり、ｆは約５〜約５０の範囲にある。さらにより好ましい組成物は、原子百分率でＺｒ41Ｔｉ14Ｎｉ10Ｃｕ12.5Ｂｅ22.5である。別の好ましい合金の系統群は（Ｚｒ）a（Ｎｂ，Ｔｉ）b（Ｎｂ，Ｃｕ）c（Ａｌ）dであり、式中、原子百分率において、ａは４５〜６５の範囲にあり、ｂは０〜１０の範囲にあり、ｃは２０〜４０の範囲にあり、ｄは７．５〜１５の範囲にある。バルク凝固アモルファス合金は、何ら永久変形又は破損することなく、約１．５％まで又はそれ以上の歪み量に耐えることができる。該合金は、約１０ｋｉｓ−ｓｑｒｔ（ｉｎ）以上（ｓｑｒｔは平方根を表す）、好ましくは２０ｋｉｓ−ｓｑｒｔ（ｉｎ）以上の高い破壊靭性を有する。さらに該合金は、４ＧＰａ以上、好ましくは５．５ＧＰａ以上の高い硬度値を有する。望ましい機械的性質に加えて、バルク凝固アモルファス合金はまた非常に良好な耐腐食性を有する。
【００１７】
バルク凝固アモルファス合金の別の組は、鉄合金（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）に基づいた組成物である。このような組成物の例は、米国特許第６，３２５，８６８号明細書；（A. InoueらのＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌｕｍｅ ７１，４６４頁（１９９７））；（ShenらのＭａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．，ＪＩＭ，Ｖｏｌｕｍｅ ４２，２１３６頁（２００１））；及び特願２００１−２６２７７号明細書（特開２００１−３０３２１８号公報）に開示されており、それらすべてはその参照により本明細書に含まれる。このような合金の１つの例示的な組成物は、Ｆｅ72Ａｌ5Ｇａ2Ｐ11Ｃ6Ｂ4である。このような合金の別の例示的な組成物は、Ｆｅ72Ａｌ7Ｚｒ10Ｍｏ5Ｗ2Ｂ15である。これらの合金組成物はＺｒ基合金系の程度には加工できないが、それでもなお、それらは本発明で利用されるのに十分な約１．０ｍｍ以上の厚さに加工できる。
【００１８】
一般に、バルク凝固アモルファス合金の結晶性析出は、合金の特性、特にはこのような合金の靭性及び強度にとって非常に有害であり、したがって、これらの析出物の体積分率を可能な限り最小限に抑えることが一般に好ましい。しかしながら、延性のある結晶相が、バルク凝固アモルファス合金を加工する間にその位置で析出する場合があり、それはバルク凝固アモルファス合金の特性、特には靭性及び延性にとって実に有益である。このような有益な析出物を含んで成るこのようなバルク凝固アモルファス合金もまた、本発明に包含される。１つの例示的なケースは、（C. C. HaysらのＰｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８４，２９０１頁，２０００）に開示されており、その開示は参照により本明細書に含まれる。
【００１９】
異なる組成を有しかつ金属の場合に通常の結晶金属であるという点で、通常は非アモルファスであるので、本明細書で“非アモルファス”金属と一般に称される第２金属は、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鋼、ニッケル基合金、銅合金及びチタン基合金等を含む、任意の好適な非アモルファス金属から選択できる。
【００２０】
本発明は、第一にバルクアモルファス合金を非アモルファス金属に接合する方法に向けられる。図１及び図２で示されるように、金属の関連する物理的性質に応じて２つの異なる方法がある。
【００２１】
第１の例示的な実施態様においては、図１に示されるように、方法は、より高い溶融点を有する非アモルファス金属を、比較的より低い溶融点を有するバルク凝固アモルファス合金に接合するために準備する。アモルファス材料は、結晶金属と同じようには溶融現象を受けないが、観察者にとって該材料が溶融された固体としてふるまうほど、該材料の粘度が低くなる“溶融点”を示すと便利である。アモルファス金属の溶融点又は溶融温度は、材料の粘度が約１０2ポアズ未満に下がる温度とみなすことができる。あるいはまた、アモルファス金属の溶融温度として、バルク凝固アモルファス合金組成物の結晶相の溶融温度を採用することが便利な場合がある。
【００２２】
例えば、鋼、ニッケル基合金、及びほとんどのチタン基合金の溶融点は、ほとんどのバルク凝固アモルファス合金の溶融点よりも高い。この場合には、非アモルファス金属が適切に成形かつ構成され、固体のままであり（段階１）、バルク凝固アモルファス金属が溶融され（段階２）、予備成形された非アモルファス金属のピースに対して射出鋳造又はダイカストなどの技術により鋳造される（段階３）。バルク凝固アモルファス合金が溶融される金属である場合には、該合金はまた、加工の完了時にアモルファスの状態を達成するために十分速く冷却されなければならないが、このような冷却は、このような鋳造技術で達成できる範囲にある。急速冷却は、任意の実施可能なアプローチによって達成できる。１つの例においては、溶融されたバルク凝固アモルファス合金の急速冷却は、該合金が非アモルファス金属と鋳型とに接触している場合に十分である。他の場合には、封入された金属を有する鋳型全体が、鋳造に続いて急速に冷却できる。
【００２３】
さらに好ましい他の実施態様においては、破線のボックス（随意の段階３ａ）で示されるように、非アモルファスの部品に蓄積された熱によって、鋳造プロセスの間又はその後にアモルファス合金が流動又は結晶化することのないよう、非アモルファス金属の予備成形された部品がバルク凝固アモルファス合金ピースのガラス転移温度（Ｔg）を超えないことを確実にするために、更なるヒートシンク又は同様の温度保持システムが該部品に与えられる。ヒートシンクは、予備成形された非アモルファス金属の部品がヒートシンクそれ自体であるほど十分大きい場合のように消極的なものであることができる。あるいはまた、ヒートシンクは、予備成形された非アモルファス金属の部品と密接な又は緊密な接触を有する、鋳型又はダイの壁などの積極的な（又は外部の）ものであることができる。最後に、ヒートシンクは、（予備成形された非アモルファス金属の部品と密接又は緊密に接触している）バルク凝固アモルファス合金の鋳造ピースを積極的に冷却することによって達成できる。この積極的な冷却は鋳型又はダイの壁を通して達成することもできる。
【００２４】
図２のフローチャートに表される第２の例示的な方法においては、非アモルファス金属は、アモルファス金属の溶融点よりも低い溶融点を有する。
【００２５】
１つの例においては、上記のバルク凝固アモルファス合金は、アルミニウム合金のような低溶融点の非アモルファス金属に接合される。上記の典型的なアモルファス金属の溶融点は８００℃程度である。ほとんどのアルミニウム合金の溶融点は約６５０℃以下である。このような例示的な実施態様においては、図２に示されるように、アルミニウム合金（又はマグネシウム合金のような他の低溶融点合金）のピースは、バルク凝固アモルファス合金のピース（段階１）に、該アルミニウム合金を溶融して（段階２）、射出鋳造又はダイカストによるように、固体のままである適切に成形かつ構成されたバルク凝固アモルファス合金のピースに対して、該アルミニウム合金を鋳造すること（段階３）によって接合できる。
【００２６】
本発明のこの実施態様においては、バルク凝固アモルファス合金が固体のままであるのを確実にするために、バルク凝固アモルファス合金をその転移ガラス温度（Ｔg）未満の温度で保つヒートシンクが提供される。ヒートシンクは、予備成形されたバルク凝固アモルファス合金の部品がヒートシンクそれ自体であるほど十分大きい場合などの消極的なものであることができる。あるいはまた、ヒートシンクは、予備成形されたバルク凝固アモルファス合金のピースと密接又は緊密に接触している、鋳型又はダイの壁などの積極的な（又は外部の）ものであることもできる。最後に、ヒートシンクは、（予備成形されたバルク凝固アモルファス合金のピースと密接又は緊密に接触している）非アモルファス金属の鋳造物を積極的に冷却することによって達成することもできる。この冷却は鋳型又はダイの壁を通して達成することもできる。
【００２７】
上記の実施態様は、アモルファス及び非アモルファス金属の物理的性質、即ち、溶融温度に依存しているが、溶融又は鋳造金属の冷却速度を調節することで、このような制限が要求されないと解されるべきである。具体的には、鋳造金属の冷却速度を調節してアモルファス金属の結晶化を防ぐことで、何れの金属もその関連する溶融温度に関係なく“鋳造金属”として利用できる。
【００２８】
バルク凝固アモルファス合金の結晶化挙動は、それが溶融液からその平衡溶融点Ｔmelt未満まで過冷却される場合には、時間−温度−変態（“ＴＴＴ”）線図を用いて図式的に説明でき、説明的なＴＴＴ−線図が図３に示される。アモルファス金属の温度が溶融温度未満に下げられる場合、経過時間が臨界値ｔx（Ｔ）を超える前にガラス転移温度まで急冷されなければ、合金が最終的に結晶化することは周知である。この臨界値はＴＴＴ−線図によって与えられ、過冷却される温度に依存する。したがって、最初に、バルク凝固アモルファス合金は、材料のＴＴＴ−線図の“ノーズ領域”（Ｔnose、最小の時間で合金の結晶化が起こる温度を表す）をバイパスして、（図３の矢印で示されるように）結晶化を回避するほど十分速く、上記の溶融点からガラス転移温度（Ｔg）未満まで十分急速に冷却されなければならない。
【００２９】
図４に示されるフローチャートにまとめられる、このようなプロセスの１つの例示的な実施態様においては、非アモルファス金属が、予備成形されたバルク凝固アモルファス合金のピースに対して鋳造される。この実施態様においては、非アモルファス金属は、バルク凝固アモルファス合金の臨界冷却速度よりも速い速度で、非アモルファス金属の鋳込温度からバルク凝固アモルファス合金のガラス転移温度未満に冷却される。鋳造される非アモルファス金属の冷却速度を調節することで、予備成形されたバルクアモルファス金属のピースは、非結晶化領域（図３）において、そのＴＴＴ−線図の左側部分にある。このような実施態様においては、好ましくは、非アモルファス金属は、アモルファス金属ピースの部分が全く結晶化されないのを確実にするために、バルク凝固アモルファス合金の臨界冷却速度の２倍を超える速度で、非アモルファス金属の鋳込温度からバルク凝固アモルファス合金のガラス転移温度未満に冷却される。
【００３０】
いくつかの鋳造方法が、十分な冷却速度を提供するために実施できる。例えば、（特には、アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金のための）金型鋳造、ダイカストなど。この方法は２つの金属の溶融温度から独立して実施できるが、それはバルク凝固アモルファス合金が非アモルファス金属よりも高い溶融温度を有する場合に好ましい。冷却速度と溶融温度の両方を調節することで、バルクアモルファス合金の粘度及び活性が低減されたレベルで保たれ、それによって、不要な金属間化合物が冶金反応により２つの材料の界面で形成するのを防ぐように、バルクアモルファス合金の温度が鋳造の間常にその溶融温度未満にあることを確実にする。
【００３１】
さらに本発明は、上記の接合方法によって形成された製品にも向けられる。１つの例示的な実施態様においては、バルク凝固アモルファス合金及び非アモルファス金属のピース形状は、最終的なピースの機械的なかみ合いを作り出すよう選択される。図５及び図６はこのようなアプローチを図示している。図５及び図６において、金属Ａは非アモルファス金属であり、金属Ｂはバルク凝固アモルファス合金である。
【００３２】
図５について言えば、金属Ａが金属Ｂよりも低い溶融点を有する場合（上記の第１のケース）、金属Ｂがかみ合い形状１０を有するよう機械加工されるのを見ることができる。次いで金属Ａが溶融され、金属Ｂに対して鋳造され、かみ合い形状１０を満たし、それに適合させる。冷却すると、金属Ａがかみ合い形状１２に凝固し、２つのピース１０及び１２が互いに機械的に固定される。
【００３３】
あるいはまた、図６に示されるように、非アモルファス金属Ａがバルク凝固アモルファス金属Ｂよりも高い溶融点を有する場合（上記の第２ケース）、金属Ａはかみ合い形状１０を有するよう機械加工される。次いで金属Ｂが溶融され、金属Ａに対して鋳造され、かみ合い形状１０を満たし、それに適合させる。冷却すると、金属Ｂが凝固してかみ合い形状１２を形成し、２つのピース金属Ａ及び金属Ｂが互いに機械的に固定される。
【００３４】
２つの異なるかみ合い形状のみが図５及び図６で示されるが、鋳造プロセスが完了した後、金属Ａと金属Ｂの分離を妨げる機械的な干渉があるような任意の好適なかみ合い形状が、本発明で利用できると解されるべきである。
【００３５】
本発明の方法は、金属が永続的に互いに機械的に固定されるよう設計されるが、このようなピースは、より低い溶融点を有する金属を該溶融点に溶融することで分離される。
【００３６】
加えて、２つの独立したピースのみの接合が本発明において記載されるが、本発明の方法は、任意の数のバルク凝固合金及び非アモルファス金属製品を互いに接合するのに利用できると解されるべきである。
【００３７】
特定の実施態様が本明細書で開示されるが、当業者は、字義通り又は均等論のもと特許請求の範囲内にある、バルク凝固アモルファス合金を非アモルファス金属に接合するための他の方法を設計でき及び設計するであろうことが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の例示的な実施態様に従った方法のフローチャートである。
【図２】本発明の第２の例示的な実施態様に従った方法のフローチャートである。
【図３】本発明によるアモルファス金属の図式的な時間−温度−変態（“ＴＴＴ”）線図である。
【図４】本発明の第３の例示的な実施態様に従った方法のフローチャートである。
【図５】本発明に従った例示的な接合の概略図である。
【図６】本発明に従った例示的な接合の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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