Metale amorfe

Metalele amorfe ( sticle metalice ) sunt o clasă de solide metalice cu o structură amorfă , caracterizată prin absența ordinii cu rază lungă și prezența ordinii cu rază scurtă în aranjarea atomilor. Spre deosebire de metalele cu structură cristalină , metalele amorfe sunt caracterizate prin omogenitate de fază, structura lor atomică este similară cu structura atomică a topiturii suprarăcite .

Istorie

În anii 1940, se știa că peliculele metalice obținute prin depunere sub vid la temperatură joasă nu au o structură cristalină. Totuși, studiul metalelor amorfe a început în 1960 , când sticla metalică Au 75 Si 25 a fost obținută la Institutul de Tehnologie din California sub îndrumarea profesorului Pol Duwez [1] .  Un mare interes științific pentru această temă a început să se manifeste din 1970, inițial în SUA și Japonia , iar în curând în Europa , URSS și China .

În anii 1990, au fost descoperite aliaje care au devenit amorfe deja la viteze de răcire de aproximativ 1°C/s [2] [3] . Acest lucru a făcut posibilă fabricarea de mostre cu dimensiuni de ordinul a câțiva milimetri.

Clasificare

Aliajele amorfe sunt împărțite în 2 tipuri principale: metal - metaloid și metal-metal.

În timpul amorfizării prin stingere din stare lichidă se pot obține aliaje care conțin următoarele elemente:

Proprietăți

În unele proprietăți, un număr de metale amorfe diferă semnificativ de cele cristaline cu aceeași compoziție. În special, unele dintre ele se disting prin rezistență și tenacitate ridicate , rezistență la coroziune , permeabilitate magnetică ridicată [4] .

Proprietăți mecanice

O serie de pahare metalice se caracterizează prin rezistență și duritate foarte ridicate . În aliajele amorfe pe bază de elemente din subgrupa fierului (Fe, Co, Ni), duritatea HV poate depăși 1000 H/m 2 , rezistența este de 4 H/m 2 . În același timp, sticlele metalice au o duritate la rupere foarte mare : de exemplu, energia de rupere a Fe 80 P 13 C 7 este de 110 kJ / m 2 , în timp ce pentru oțelul X-200 valoarea acestui parametru este de 17 kJ / m 2 .

Proprietăți electrice

Rezistența metalelor amorfe este, de regulă, de aproximativ 100-300 μΩ cm, ceea ce este mult mai mare decât rezistența metalelor cristaline. În plus, rezistența diferitelor sticle metalice în anumite intervale de temperatură se caracterizează printr-o dependență slabă de temperatură și uneori chiar scade odată cu creșterea temperaturii. Când se analizează caracteristicile de rezistență ale metalelor amorfe, se disting 3 grupuri:

Sticlele metalice din grupul metal simplu-metal simplu se caracterizează printr-o rezistivitate scăzută (mai puțin de 100 μΩ cm). Odată cu creșterea temperaturii, rezistența diferitelor materiale din acest grup poate crește sau scădea.

Rezistența materialelor din grupul metal de tranziție-metaloid se află în intervalul 100-200 μΩ cm. Coeficientul de temperatură al rezistenței este inițial pozitiv, iar când rezistența ajunge la ~150 μΩ cm, devine negativă. Valoarea minimă a rezistenței la temperaturi de 10-20 K.

Rezistența materialelor din grupa metal de tranziție-metal de tranziție depășește 200 μΩ cm. Pe măsură ce temperatura crește, rezistența scade.

Unele aliaje amorfe prezintă proprietatea de supraconductivitate menținând în același timp o bună ductilitate.

Obținerea

Există multe modalități de a obține ochelari metalici.

  1. Depunerea de metal gazos
    • Acoperire cu vid
    • pulverizare
    • Reacții chimice în faza gazoasă
  2. solidificarea metalului lichid
    • Stingerea din stare lichidă
  3. Încălcarea structurii cristaline a unui metal solid
    • Iradierea cu particule
    • impactul undei de șoc
    • Implantarea ionică
  4. Depunerea electrolitică din soluții

Stingerea din stare lichidă

Călirea din stare lichidă este principala metodă de obținere a sticlelor metalice. Această metodă constă în răcirea ultra-rapidă a topiturii, în urma căreia aceasta trece în stare solidă, evitând cristalizarea - structura materialului rămâne aproape aceeași ca în stare lichidă. Include mai multe metode care fac posibilă obținerea de metale amorfe sub formă de pulbere, sârmă subțire, bandă subțire și plăci. De asemenea, au fost dezvoltate aliaje cu o viteză critică de răcire scăzută, ceea ce a făcut posibilă crearea de sticle metalice tridimensionale.

Pentru a obține plăci cu o greutate de până la câteva sute de miligrame, o picătură de topitură este arsă cu viteză mare pe o placă de cupru răcită, viteza de răcire în acest caz atinge 10 9 °C/s. Pentru a obține benzi subțiri cu o lățime de la zecimi până la zeci de milimetri, topitura este extrudată pe o suprafață de răcire care se rotește rapid. Sunt folosite diferite metode pentru a obține fire cu o grosime de la unități la sute de microni. În primul caz, topitura este trasă într-un tub printr-o soluție apoasă de răcire, viteza de răcire în acest caz este de 10 4 -10 5 °C/s. În a doua metodă, jetul de topire intră în lichidul de răcire, care este situat în interiorul tamburului rotativ, unde este ținut de forța centrifugă.

Aplicație

În ciuda proprietăților mecanice bune, sticlele metalice nu sunt folosite ca părți critice ale structurilor din cauza costului ridicat și a dificultăților tehnologice. O direcție promițătoare este utilizarea aliajelor amorfe rezistente la coroziune în diverse industrii.

În industria de apărare , în producția de garduri blindate de protecție, straturile intermediare din aliaje amorfe pe bază de aluminiu sunt utilizate pentru a stinge energia unui proiectil penetrant datorită durității ridicate la rupere a unor astfel de straturi intermediare.

Datorită proprietăților lor magnetice, metalele amorfe sunt utilizate în producția de ecrane magnetice, capete de citire (recordatoare audio și video, dispozitive de stocare a informațiilor), transformatoare și alte dispozitive.

De la începutul anilor optzeci, materialele amorfe (aliaje amorfe magnetice moi) au fost utilizate pe scară largă în produse radio și electrice pentru circuite magnetice (miezuri), care sunt acum utilizate în unele cazuri în locul permalajelor, feritelor, oțelurilor electrice și magnetodielectricilor. Al doilea reprezentant al unei noi clase de aliaje metastabile răcite rapid și un rival activ al aliajelor amorfe sunt aliajele nanocristaline. Materialele nanocristaline obținute din amorfe au caracteristici excelente în regiunea de înaltă frecvență.

Dependența de temperatură scăzută a rezistenței unor metale amorfe le permite să fie utilizate ca rezistențe de referință .

Vezi și

Note

  1. ↑ Klement, W.; Willens, RH; Duwez, P.O.L. Structură necristalină în aliaje de aur-siliciu solidificat  (engleză)  // Nature : journal. - 1960. - Vol. 187 , nr. 4740 . - P. 869-870 . - doi : 10.1038/187869b0 .
  2. ↑ VV Molokanov și VN Cebotnikov. [Key Engineering Materials, 40-41 (1990) 319-332 Capacitatea de formare a sticlei, structura și proprietățile aliajelor pe bază de compuși intermetalici Ti și Zr].
  3. ↑ A. Inoue, K. Ohtera, K. Kita și T. Masumoto. [Japonia. J. Apl. Phys Noi aliaje amorfe Mg-Ce-Ni cu rezistență ridicată și ductilitate bună]. - 1988. - T. 27 . — S. L2248 .
  4. ↑ Dmitri Valentinovici Luzgin, Vladislav Igorevici Polkin. Geamuri metalice volumetrice: obținerea, structura, modificările structurale în timpul încălzirii  // Izvestiya vuzov. Metalurgia neferoasă. 2015;(6). - doi : 10.17073/0021-3438-2015-6- .

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice