Amorfa metaller

Amorfa metaller ( metalliska glas ) är en klass av metalliska fasta ämnen med en amorf struktur, kännetecknad av frånvaron av långdistansordning och närvaron av kortdistansordning i arrangemanget av atomer. Till skillnad från metaller med en kristallin struktur , kännetecknas amorfa metaller av fashomogenitet, deras atomstruktur liknar den atomära strukturen av underkylda smältor .

Historik

Redan på 1940 -talet var det känt att metallfilmer som erhållits genom vakuumavsättning vid låg temperatur inte har en kristallin struktur. Studien av amorfa metaller började dock 1960 , när Au 75 Si 25 metallglaset erhölls vid California Institute of Technology under ledning av professor Pol Duwez [1] .  Ett stort vetenskapligt intresse för ämnet började visa sig sedan 1970, först i USA och Japan , och snart i Europa , Sovjetunionen och Kina .

På 1990-talet upptäcktes legeringar som blev amorfa redan vid avkylningshastigheter på cirka 1°C/s [2] [3] . Detta gjorde det möjligt att tillverka prover med dimensioner i storleksordningen flera millimeter.

Klassificering

Amorfa legeringar är indelade i två huvudtyper: metall - metalloid och metall-metall.

Under amorfisering genom släckning från flytande tillstånd kan legeringar som innehåller följande element erhållas:

Egenskaper

I vissa egenskaper skiljer sig ett antal amorfa metaller avsevärt från kristallina av samma sammansättning. I synnerhet kännetecknas några av dem av hög hållfasthet och seghet , korrosionsbeständighet , hög magnetisk permeabilitet [4] .

Mekaniska egenskaper

Ett antal metallglas kännetecknas av mycket hög hållfasthet och hårdhet . I amorfa legeringar baserade på element från järnundergruppen (Fe, Co, Ni) kan hårdheten HV överstiga 1000 H/m 2 , styrkan är 4 H/m 2 . Samtidigt har metallglas en mycket hög brottseghet : till exempel är brottenergin för Fe 80 P 13 C 7 110 kJ / m 2 , medan för stål X-200 är värdet på denna parameter 17 kJ / m . 2 .

Elektriska egenskaper

Motståndet hos amorfa metaller är som regel cirka 100-300 μΩ cm, vilket är mycket högre än motståndet för kristallina metaller. Dessutom kännetecknas motståndet hos olika metallglas i vissa temperaturområden av ett svagt temperaturberoende, och ibland till och med minskar med ökande temperatur. När man analyserar resistensegenskaperna hos amorfa metaller särskiljs 3 grupper:

Metallglas av den enkla metall-enkla metallgruppen kännetecknas av låg resistivitet (mindre än 100 μΩ cm). Med ökande temperatur kan motståndet hos olika material i denna grupp antingen öka eller minska.

Resistansen hos material i övergångsmetall-metalloidgruppen ligger i intervallet 100-200 μΩ cm. Resistansens temperaturkoefficient är initialt positiv, och när resistansen når ~150 μΩ cm blir den negativ. Minsta resistansvärde vid temperaturer på 10-20 K.

Resistansen hos material i övergångsmetall-övergångsmetallgruppen överstiger 200 μΩ cm. När temperaturen ökar, minskar motståndet.

Vissa amorfa legeringar uppvisar egenskapen supraledning samtidigt som de bibehåller god duktilitet.

Får

Det finns många sätt att få metallglas.

  1. Avsättning av gasformig metall
    • Vakuumbeläggning
    • besprutning
    • Kemiska reaktioner i gasfasen
  2. stelning av flytande metall
    • Släckning från flytande tillstånd
  3. Brott mot kristallstrukturen hos en solid metall
    • Bestrålning med partiklar
    • stötvågspåverkan
    • Jonimplantation
  4. Elektrolytisk avsättning från lösningar

Släckning från flytande tillstånd

Släckning från flytande tillstånd är huvudmetoden för att erhålla metallglas. Denna metod består i ultrasnabb kylning av smältan, som ett resultat av vilken den övergår i ett fast tillstånd, vilket undviker kristallisering - materialets struktur förblir nästan densamma som i flytande tillstånd. Den innehåller flera metoder som gör det möjligt att erhålla amorfa metaller i form av pulver, tunn tråd, tunn remsa och plattor. Dessutom utvecklades legeringar med låg kritisk kylhastighet, vilket gjorde det möjligt att skapa tredimensionella metallglas.

För att få plattor som väger upp till flera hundra milligram bränns en droppe smälta med hög hastighet på en kyld kopparplatta, kylhastigheten når i detta fall 10 9 °C/s. För att få tunna remsor med en bredd av tiondelar till tiotals millimeter extruderas smältan på en snabbt roterande kylyta. Olika metoder används för att erhålla trådar med en tjocklek från enheter till hundratals mikron. I det första fallet dras smältan i ett rör genom en kylande vattenlösning, kylhastigheten i detta fall är 10 4 -10 5 °C/s. I den andra metoden kommer smältstrålen in i kylvätskan, som är placerad på insidan av den roterande trumman, där den hålls av centrifugalkraft.

Applikation

Trots goda mekaniska egenskaper används metallglas inte som kritiska delar av strukturer på grund av deras höga kostnader och tekniska svårigheter. En lovande riktning är användningen av korrosionsbeständiga amorfa legeringar i olika industrier.

Inom försvarsindustrin , vid produktion av skyddande pansarstängsel, används mellanskikt av amorfa aluminiumbaserade legeringar för att släcka energin hos en penetrerande projektil på grund av den höga brottsegheten hos sådana mellanskikt.

På grund av deras magnetiska egenskaper används amorfa metaller i produktionen av magnetiska skärmar, läshuvuden ( ljud- och videoinspelare, informationslagringsenheter), transformatorer och andra enheter.

Sedan början av åttiotalet har amorfa material (mjuka magnetiska amorfa legeringar) använts i stor utsträckning i radio- och elektriska produkter för magnetiska kretsar (kärnor), som nu används i vissa fall istället för permalloys, ferriter, elektriska stål och magnetoelektriska komponenter. Den andra representanten för en ny klass av metastabila snabbt kylda legeringar och en aktiv rival av amorfa legeringar är nanokristallina legeringar. Nanokristallina material erhållna från amorfa material har utmärkta egenskaper i högfrekvensområdet.

Det låga temperaturberoendet av resistansen hos vissa amorfa metaller gör att de kan användas som referensmotstånd .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Klement, W.; Willens, RH; Duwez, P.O.L. Non-crystalline Structure in Solidified Gold-Silicon Alloys  (engelska)  // Nature : journal. - 1960. - Vol. 187 , nr. 4740 . - P. 869-870 . - doi : 10.1038/187869b0 .
  2. ↑ VV Molokanov och VN Chebotnikov. [Key Engineering Materials, 40-41 (1990) 319-332 Glasbildningsförmåga, struktur och egenskaper hos Ti och Zr-intermetalliska föreningsbaserade legeringar].
  3. ↑ A. Inoue, K. Ohtera, K. Kita och T. Masumoto. [Japan. J. Appl. Phys Nya amorfa Mg-Ce-Ni-legeringar med hög hållfasthet och god duktilitet]. - 1988. - T. 27 . — S. L2248 .
  4. ↑ Dmitrij Valentinovich Luzgin, Vladislav Igorevich Polkin. Volumetriska metallglas: erhållande, struktur, strukturella förändringar under uppvärmning  // Izvestiya vuzov. Icke-järnmetallurgi. 2015;(6). - doi : 10.17073/0021-3438-2015-6- .

Litteratur

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger