Są z metalu i szkła. Szkło metaliczne i sposób wytwarzania szkła metalicznego

metalowe szkło(stopy amorficzne, metale szkliste, metglasses)- stopy metali w stanie szklistym, formowane przy super szybkie chłodzenie metal topi się, gdy krystalizacja jest uniemożliwiona przez szybkie chłodzenie (szybkość chłodzenia)< 10 6 К/с).

Szkła metaliczne to metastabilne systemy, które krystalizują po podgrzaniu do temperatury ~ 1/2 t kw. Ogrzewanie, gdy wzrasta ruchliwość atomów, stopniowo doprowadza amorficzny stop przez szereg stanów metastabilnych do stabilnego stanu krystalicznego. Wiele szkieł metalicznych doświadcza relaksacji strukturalnej już w temperaturze nieco wyższej od temperatury pokojowej. Nałożenie naprężeń odkształcających zwiększa ruchliwość dyfuzyjną i związane z tym przegrupowanie strukturalne stopów.

Skład szkieł metalicznych jest najczęściej wyrażany wzorem M 80 X 20, gdzie M to metale przejściowe (Cr, Mn, Fe, Co, Ni itp.) lub metale szlachetne, a X to wielowartościowe niemetale (B, C , N, Si, P, Ge itp.), które są pierwiastkami szkłotwórczymi.

Szkła metaliczne różnią się od stopów krystalicznych brakiem takich defektów strukturalnych jak luki, dyslokacje, granice ziaren oraz wyjątkową jednorodnością chemiczną: nie ma segregacji, cały stop jest jednofazowy.

Cechy strukturalne szkieł metalicznych determinują brak anizotropii właściwości charakterystycznych dla kryształów, wysoką wytrzymałość, odporność na korozję i przenikalność magnetyczną oraz małe straty na odwrócenie namagnesowania.

Właściwości fizykochemiczne szkieł metalicznych znacznie różnią się od właściwości stopów odlewniczych. Charakterystyczne cechy właściwości konsumenckie szkła metalowe charakteryzują się wysoką wytrzymałością połączoną z dużą ciągliwością i wysoką odpornością na korozję. Niektóre szkła metaliczne to ferromagnetyki o bardzo niskiej koercji i wysokiej przenikalności magnetycznej (np. Fe 80 B 20), podczas gdy inne charakteryzują się bardzo niską absorpcją dźwięku (stopy ziem rzadkich z metalami przejściowymi). Szkła metaliczne są szeroko stosowane ze względu na ich właściwości magnetyczne i korozyjne.

Magnetycznie miękkie szkła metaliczne wykonane są na bazie Fe, Co, Ni z dodatkami 15...20% pierwiastków amorficznych B, C, Si, P...6 T) i niskiej koercji (32...35 mA /cm). Stop amorficzny Co 66 Fe 4 (Mo, Si, B) 30 ma stosunkowo niską wartość indukcji magnetycznej (0,55 T), ale wysokie właściwości mechaniczne (900...1000 HV).

Tylko stabilne stopy amorficzne mają wysoką odporność na korozję. Tak więc do produkcji części odpornych na korozję stosuje się szkła metalowe na bazie żelaza i niklu, zawierające co najmniej 3 ... 5% chromu i kilka innych pierwiastków. Krytyczne stężenie chromu, które zapewnia stabilność stopu amorficznego, jest określone przez stosunek pierwiastków stopowych stopu do aktywności ośrodka korozyjnego. Odporność szkieł metalowych na korozję zmniejszają procesy zwiększające niejednorodność chemiczną, a mianowicie:

pojawienie się wahań w składzie chemicznym; rozdzielenie pierwotnej fazy amorficznej na dwie inne fazy amorficzne lub fazy z innym skład chemiczny;

· przejście fazy amorficznej w dwu- lub wielofazową mieszaninę kryształów o różnym składzie chemicznym;

· tworzenie się fazy krystalicznej o takim samym składzie chemicznym jak otaczająca osnowa.

Chłodzenie?106 K/s). Szybkie rozpraszanie ciepła uzyskuje się, gdy przynajmniej jeden z wymiarów produkowanej próbki jest wystarczająco mały (folia, taśma, drut). Poprzez spłaszczenie kropli stopu pomiędzy chłodzonymi kowadłami uzyskuje się folię o szerokości 15–25 mm i grubości 40–70 µm, a przez schłodzenie na obracającym się bębnie (tarczu) lub przez toczenie strumienia pomiędzy dwoma rolkami, taśmę 3–6 Uzyskuje się szerokość mm i grubość 40-100 µm. Ściskając stop w schłodzony, można wytworzyć M. s. w postaci drutu.

Skład MS: = 80% przejściowych (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr itp.) lub metali szlachetnych i ok. 20% wielowartościowych niemetali (B, C, N, Si, P, Ge itp.), które pełnią rolę pierwiastków szkłotwórczych. Przykładami są stopy binarne (Au81Si19, Pd81Si19 i Fe80B20) oraz stopy pseudobinarne składające się z 3-5 lub więcej składników. MS - układy metastabilne, żyto krystalizują po podgrzaniu do temperatury ok. 1/2 temperatury topnienia.

M. studiuje z. pozwala na poznanie natury metalicznej., Magnes. i inne St. TV. tel. Wysoka (zbliżająca się do teoretycznej granicy dla kryształów) w połączeniu z wysoką ciągliwością i wysoką odpornością na korozję sprawia, że ​​M. s. obiecujące elementy wzmacniające materiały i produkty. Niektórzy M. s. (np. Fe80B20) - ferromagnesy o bardzo małej sile koercji i wysokiej przenikalności magnetycznej, co determinuje ich zastosowanie jako materiałów magnetycznie miękkich. Kolejna ważna klasa amorficznego magna. materiały - stopy ziem rzadkich z metalami przejściowymi. Obiecujące jest wykorzystanie energii elektrycznej. i akustyczne sv-in M. s. (wysoka i słabo zależna od temperatury rezystancja elektryczna, słaby dźwięk).

Fizyczny słownik encyklopedyczny. - M.: Encyklopedia radziecka. . 1983 .

METAL SZKŁO

(metokulary) - odmiana metale amorficzne, stopy amorficzne z metalem. rodzaj przewodnictwa, żyto nie mają dalekosiężnego uporządkowania w przestrzeni, ułożenia atomów i charakteryzują się makroskopową. współczynnik lepkość ścinania Pa. Wykonywane są w postaci folii, taśm i drutów przy pomocy specjalnych. technika metody (hartowanie ze stopu przy typowych szybkościach chłodzenia ~10 V K/s, natryskiwanie cieplne lub w próżni na schłodzonym podłożu itp.), które prowadzą do szybkiego krzepnięcia składników stopowych w stosunkowo wąskim zakresie temperatur około t. . temperatura zeszklenia Tg .

SM. posiadają unikalne połączenie wysokiej mech., magn., elektrycznej. i właściwości korozyjne.

SM. wyjątkowo twarde i mają wysoką wytrzymałość; np. s w dla M. s. Fe 80 B 20 osiąga 3,6-10 ° N / m 2 (370 kgf / mm 2), co znacznie przekracza wartość s w najlepsze stale; z tego powodu M. s. stosowany do zbrojenia w kompozytach. materiały (kompozyty).

Mag. właściwości M. z. dzielą się na dwie technologicznie ważne klasy. SM. klasa "ferromagnetyczny metal przejściowy (Fe, Co, Ni, w ilości 75-85%) - niemetaliczny (B, C, Si, P - 15-25%)" miękkie materiały magnetyczne z odrobiną siła przymusu N z ze względu na brak magn.-kryształu. anizotropia (makroskopowa anizotropia magnetyczna ze względu na niezerową magnetostrykcję zewn. lub wew. naprężenia, które można zmniejszyć podczas wyżarzania, a także indukowaną anizotropię w układzie sąsiednich atomów). magnetyczna struktura atomowa Główny takie układy można przedstawić jako zestaw równolegle zorientowanych zlokalizowanych magnesów. chwile w przypadku braku transmisji. okresowości w ich przestrzeniach, rozmieszczeniu, a także dzięki oddziaływaniu lokalnego środowiska magnetycznego. wielkość jonów może się zmieniać (patrz magnesy amorficzne). SM. tej klasy mają prawie prostokątną pętlę histereza magnetyczna o wysokiej wartości indukcji nasycenia B s , co w połączeniu z wysokimi dudnieniami. elektryczny rezystancja r, a co za tym idzie niskie straty przy sprawia, że ​​M. s. w porównaniu do elektrotechniki. stale bardziej preferowane, gdy są stosowane na przykład w transformatorach.

Charakterystyka porównawcza trochę krystaliczny. i obce bezpostaciowe magnetycznie miękkie stopy (a także jedna z ojczyzn. M. s. 94 ZhSR - A na bazie żelaza) pokazano w tabeli.

SM. klasa „pierwiastek ziem rzadkich - przejściowy D- metal”, zwykle przygotowywane w postaci warstw metodą napylania katodowego, w niektórych przypadkach (Gd - Co, Gd - Fe) ujawniają współliniową strukturę ferromagnetyczną o właściwościach obiecujących do tworzenia urządzeń z pamięcią na cylindryczne domeny magnetyczne(CMD), np. namagnesowanie o niskim nasyceniu m si wysokiej anizotropii prostopadłej do płaszczyzny filmu. W większości innych przypadków silny lokalny pojedynczy jon z losowym rozkładem łatwych osi magnesowania, który jest nieodłączny dla jonów ziem rzadkich o niezerowym orbitalnym momencie pędu, zwykle prowadzi do M. s. ta klasa do chao-ticha. niewspółliniowa struktura typu szkło wirowe.

Charakterystyka porównawcza niektórych magnetycznie miękkich stopów krystalicznych i amorficznych (w temperaturze 300 K).

* T c jest temperaturą przejścia do stanu paramagnetycznego ( Punkt Curie).

** Metglass - zarejestrowany znak towarowy Sprzymierzona Korporacja Chemiczna.

Z elektrycznego właściwości M. z. naib, znaczna ilość szczątkowego prądu. odporność (zwykle 2-4 razy większa niż w przypadku analogów krystalicznych) oraz niska wartość współczynnika temperaturowego. odporność (poza zakresem temperatur procesów relaksacji strukturalnej i krystalizacji).

Wiersz M. s. klasa "metal przejściowy - niemetal" z dodatkiem Cr i P wykazuje wykluczenie, odporność na korozję w środowiskach agresywnych, przekraczającą kilka. rzędów wielkości odporności stali nierdzewnych. Zaburzenie budowy atomowej M. s. jest również powodem wysokiej odporności ich właściwości na promieniowanie.

Amorficzna struktura SM, będąc metastabilna, ma bardzo długi czas życia. Na przykład oszacowania przedziału czasu działania, wyznaczonego przez początek procesu krystalizacji, dają jedną z najmniej stabilnych M. s.oc. 550 lat w 175 0 C i 25 lat w 200 0 C.

Specyfika fizyczności właściwości M. z. jest konsekwencją amorficznego charakteru ich struktury (jej chemicznej jednorodności, braku granic ziaren i liniowych defektów typu dyslokacje). Na rentgenowskich, elektronowych i neutronowych gramach M. s. istnieje kilka halo rozproszone, które opisuje się funkcją promieniowego rozkładu atomów (FRRA), gdzie p (r) to średni atom na odległość g z losowego atomu wybranego jako źródło (ryc.). FRRA nie dostarcza pełnych informacji o rozmieszczeniu atomów w przestrzeni trójwymiarowej, jednak w połączeniu z innymi metodami (badanie struktury subtelnej widm absorpcji promieniowania rentgenowskiego, anihilacja pozytonów itp.) daje możliwość wyboru te modele strukturalne M. s.,

Znormalizowaną funkcją promieniowego rozkładu atomów jest średnia gęstość atomowa substancji) dla żelaza amorficznego.

które najlepiej pasują do eksperymentów. dane. Podobieństwo FRRA dla stanów amorficznych i ciekłych, zwłaszcza w dużych ilościach i por. odległości, dopuszczonych początkowo do stosowania dla monoatomowych M. s. model losowego ścisłego upakowania twardych kul, w jego proponowanym J.D. Bernal (J.D. Bernal) dla cieczy jednoatomowych oraz dla M. s. typ "metal - non-metal" - modyfikacja tego modelu, zgodnie z którą małe niemetaliczne atomy wypełniają duże puste przestrzenie ("dziury" Bernala) w przypadkowym gęstym upakowaniu atomów metali i nie współistnieją ze sobą. Jednak dane dyfrakcyjne eksperymenty (np. rozszczepienie drugiego piku FRRA, którego nie ma w ciekłych metalach) mówi o istnieniu w M. strony. porządek atomowy krótkiego zasięgu. obliczenia termodynamiczne. stabilność mikroklastrów atomowych i czynnik strukturalny dla M. s. wskaż preferencję dla nich z modelu zamówienia krótkozasięgowego, w którym główny. elementem konstrukcji jest dwudziestościan – regularny dwudziestościan, uzyskany przez upakowanie 12 lekko zniekształconych czworościanów i posiadający 12 wierzchołków o 5 zbieżnych krawędziach, przez które można narysować 6 osi symetrii piątego rzędu.

Chociaż dwudziestościan nie może być elementem budowy kryształu, ponieważ niemożliwe jest gęste wypełnienie trójwymiarowości okresowo. tłumaczenia dwudziestościanu bez pozorów niespójności w konstrukcji, mocny argument na korzyść dwudziestościanu. zamówienie bliskiego zasięgu w M. s. jest także niedawnym odkryciem w stopie Al 86 MnI 4 całkowicie nowego typu struktury atomowej ciał stałych - quasi-krystalicznej. struktury z dwudziestościanem daleki zasięg (patrz Quasikryształ). Podobnie jak M. s., quasikryształy otrzymuje się przez szybkie hartowanie ze stopu/yatt. spojrzenie na popiołowe kompozycje w systemach

Xf_Fe), ale w przeciwieństwie do M. s. dają spójne odbicia Bragga na wzorcach rentgenowskich odpowiadających symetrii piątego, a nawet dziesiątego rzędu. Niektóre-żytoM. Z. (np. Pd 60 U 20 Si 20 ) po wyżarzaniu przechodzi w stan quasi-krystaliczny. stan, un-ruzhiva tym samym blisko genetyczny. połączenie stanu strukturalnego M. z. i quasikrystaliczny. państw.

Oświetlony-1) Petrovsky G. A., Magnesy amorficzne, „UFN”, „1981, v. 134, s. 305; 2) Lyuborsky F. V., Perspektywy zastosowania stopów amorficznych w urządzeniach magnetycznych, w książce Magnetyzm układów amorficznych , przetłumaczone z angielski, M., II)Sl; 3) Handrich K., Kobe S., Amorphous ferro- i ferrimagnets, przeł. z niemieckiego, M., 1982; 4) Kraposhin VS, Linetsky Ya. L., Właściwości fizyczne metale i stopy w stanie amorficznym, w: Itogi Nauki i Tekhniki. Metaloznawstwo · obróbka cieplna, t. 16, M., 1982; 5) Metalowe okulary, tor. z angielskiego, M., 1984; 6) Amorficzne stopy metali, red. F. Luborsky, L.-, 1983; 7) Stopy amorficzne, M., 1984; 8) Preobrazhensky A.A., Bishard E.G., Magnetic Materials i, wyd. 3, M 1986; 9) T. Ichikawa, Badanie dyfrakcji elektronów lokalnego układu atomów w amorficznych warstwach żelaza i niklu, „Phys. Stat. Sol. (a)”, 1973, v. dziewiętnaście, N, 2, s. 707; 10) Polk D. E Struktura szklistych stopów metali, "Acta Metall.", 1972, v. M, nr 4-485; 11) Sachdev S., Nelson D. R., Order m metalicznych szkieł i kryształów dwudziestościennych, „Phys. Rev. B”, 1985, s. 32, nr 7-4592" 12) Shechtman D. i in., Faza metaliczna z uporządkowaniem orientacji dalekiego zasięgu i bez symetrii translacyjnej, "Phys. Obrót silnika. Lett.", 1984, t. 53, M 20, s. 1951; 13) Levine D., Steinhardt P.J., Quasicrystals. 1-2, "Phys. Obrót silnika. B”, 1986 t. 34, MJ 2, s. 596; 14) Nelson D. R., Quasicrystals przetłumaczone z angielskiego, „W świecie nauki”, 1986, nr 10, s. 19; 15) Po-o h S J., Drehman AJ, Lawless KR, Przemiana fazy szklistej do dwudziestościennej w stopach Pd - U - Si, „Phys. Rev Lett, 1985, t. 55, Mi 21, s. 2324. M. W. Miedwiediew.

Encyklopedia fizyczna. W 5 tomach. - M.: Encyklopedia radziecka. Redaktor naczelny AM Prochorow. 1988 .

Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

szkło ze stopu metali

Wstęp

1. Okulary metalowe

2. Skład, struktura, właściwości

3. Własności mechaniczne szkieł metalicznych

4. Zakres

Wniosek

Bibliografia

Wstęp

Wytrzymałość i plastyczność to aktualne obszary badań w mechanice pękania. Te dziedziny mechaniki ciała stałego intensywnie się rozwijają w dużej mierze ze względu na stale rosnące wymagania przemysłu, dlatego z roku na rok wzrasta rola nowych materiałów i technologii. Ich rozwój, uzyskiwanie i badanie właściwości jest obiektywną koniecznością dla rozwoju społeczeństwa ludzkiego.

Odkrycie wpływu elektroplastycznego na metale doprowadziło do głębszego zrozumienia mechanizmu deformacji plastycznej. Stało się możliwe kontrolowanie właściwości mechanicznych materiałów metalicznych.

W eksperymentach z prądem pulsacyjnym stwierdzono wzrost plastyczności i spadek kruchości metalu. Prąd elektryczny powoduje również wzrost szybkości relaksacji naprężeń w metalu i okazuje się wygodnym czynnikiem technologicznym łagodzenia naprężeń wewnętrznych. Efekt elektroplastyczny liniowo zależy od gęstości prądu, jest najbardziej wyraźny przy prądzie pulsacyjnym i nie występuje przy prądzie przemiennym.

Celowość rozszerzenia zastosowania efektu elektroplastycznego stała się oczywista, ponieważ jego zastosowanie zmniejsza koszty energii, a tym samym ekonomiczne. W szczególności w przemyśle różne materiały są szeroko stosowane w polach elektrycznych, w wyniku czego zmieniają się ich właściwości mechaniczne.

Właściwości fizyczne szkieł metalicznych (wysoka wytrzymałość połączona z plastycznością, dużą twardością, odpornością na korozję, odpornością na ścieranie i opornością elektryczną itp.) są determinowane nie tylko składem chemicznym, ale również stanem strukturalnym tych materiałów.

Masowe zastosowanie amorficznych stopów metali pracujących w polach elektrycznych stwarza problem badania ich właściwości mechanicznych pod działaniem impulsowego prądu elektrycznego.

1. Okulary metalowe

Metale szkliste, metglasses, metale. Stopy w stanie szklistym powstające podczas ultraszybkiego chłodzenia stopionego metalu (szybkość chłodzenia 106 K/s). Szybkie rozpraszanie ciepła uzyskuje się, gdy przynajmniej jeden z wymiarów produkowanej próbki jest wystarczająco mały (folia, taśma, drut). Poprzez spłaszczenie kropli wytopu pomiędzy chłodzonymi kowadłami uzyskuje się folię o szerokości 15–25 mm i grubości 40–70 mikronów oraz przez chłodzenie na obracającym się bębnie (tarczu) lub przez walcowanie strumienia pomiędzy dwoma rolkami, uzyskuje się taśmę o szerokości 3–6 mm i grubości 40–100 mm. Wytłaczając stop w schłodzoną ciecz, można je wykonać w postaci drutu.

Badanie szkieł metalicznych umożliwia zbadanie natury metalicznych, magnetycznych i innych właściwości ciał stałych.

Wysoka wytrzymałość (zbliżająca się do teoretycznej granicy dla kryształów) w połączeniu z wysoką ciągliwością i wysoką odpornością na korozję sprawia, że ​​szkła metaliczne są obiecującymi elementami wzmacniającymi materiały i produkty.

Niektóre szkła metaliczne, takie jak Fe80B20, to ferromagnetyki o bardzo małej sile koercji i wysokiej przenikalności magnetycznej, co determinuje ich zastosowanie jako miękkich materiałów magnetycznych. Inną ważną klasą amorficznych materiałów magnetycznych są stopy metali ziem rzadkich z metalami przejściowymi. Obiecujące jest wykorzystanie właściwości elektrycznych i akustycznych szkieł metalicznych (wysokie i słabo zależne od temperatury, elektryczności, rezystancji, słabej absorpcji dźwięku).

W latach 90-tych w oparciu o powszechnie stosowane metale: magnez, tytan, miedź, żelazo itp. otrzymywano masowe szkła metaliczne (OMGs) o wielkości > 1 mm w każdym z 3 wymiarów przestrzennych (rys. 1). w stopach dwuskładnikowych, trójskładnikowych, czteroskładnikowych i wieloskładnikowych.

Ryż. 1. Próbki odlewów ze szkła luzem metalowego (obraz optyczny)

Analiza statystyczna dostępnych informacji na temat OMS wykazała wzrost ich zdolności do formowania szkła ze stopów dwuskładnikowych do trójskładnikowych i czwartorzędowych.

2. Pogarszać,struktura, właściwości

Skład szkieł metalicznych to 80% metali przejściowych (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr itp.) lub metali szlachetnych i około 20% niemetali wielowartościowych (B, C, N, Si, P, Ge itp.) pełniące rolę elementów szkłotwórczych. Przykładami są stopy binarne Au81Si19, Pd81Si19 i Fe80B20) oraz stopy pseudobinarne składające się z 3-5 lub więcej składników. Szkła metaliczne to metastabilne systemy, które krystalizują po podgrzaniu do temperatury równej ½ temperatury topnienia.

Budowa atomowa szkieł, świadcząca o braku dalekozasięgowego uporządkowania w ułożeniu atomów (rys. 2), determinuje ich właściwości, w szczególności mechaniczne. Pod względem wytrzymałości i wytrzymałości właściwej znacznie przewyższają odpowiadające im stopy krystaliczne ze względu na brak możliwości wykorzystania mechanizmów deformacji akomodacyjnej typu dyslokacyjnego lub bliźniaczego. Warunkowa granica plastyczności szkieł metalicznych luzem osiąga ~2 GPa dla szkieł metalicznych luzem na bazie Cu, Ti i Zr, ~3 GPa dla Ni, ~4 GPa dla Fe, ~5 GPa dla Fe i Co oraz 6 GPa dla kobaltu stopy. Struktura szkła metalicznego zapewnia również odkształcenie sprężyste do 2%, co w połączeniu z wysoką granicą plastyczności prowadzi do dużych wartości zmagazynowanej energii odkształcenia sprężystego (wskaźniki yy2/E i yy2/cE, gdzie yy, c i E to odpowiednio granica plastyczności, gęstość i moduł Younga). Należy zauważyć, że ostatnie badania wskazują na obecność klastrów atomowych w masowych szkłach metalicznych.

Ryż. 2. Obraz z transmisyjnej mikroskopii elektronowej wysoka rozdzielczość oraz wzory dyfrakcyjne z wybranego regionu submikroskopowego (SAED) i nanometrycznego (NBD). Zauważalny jest brak dalekozasięgowego uporządkowania w układzie atomów. Wielkość obszarów rozpraszania jest umownie pokazana za pomocą kółek. (W Rosji badanie struktury przeprowadzają w szczególności A.S. Aronin i G.E. Abrosimova)

Metalowe okulary wolumetryczne mają nie tylko wysoką wytrzymałość, twardość, odporność na zużycie i duże wartości odkształcenie sprężyste przed wystąpieniem odkształcenia plastycznego, ale także wysoka odporność na korozję, w tym w niektórych roztworach samoistna pasywacja. Wysoka twardość, odporność na ścieranie, jakość powierzchni masowych szkieł metalicznych, a także płynność po nagrzaniu decydują o ich zastosowaniu w mikromaszynach jako mechanizmach (przekładniach) przekładniowych, elementach precyzyjnych układów mechanicznych. Luzowe szkła metaliczne na bazie żelaza i kobaltu o namagnesowaniu nasycenia do 1,5 T mają rekordowo niskie wartości siły koercji poniżej 1 A/m i są aktywnie wykorzystywane jako miękkie materiały magnetyczne. Należy zauważyć, że w Rosji metalowe okulary na bazie żelaza i kobaltu były badane przez takich naukowców jak A.M. Glezer, SD Kaloshkin i wielu innych. Zjawisko zeszklenia obserwowane podczas przejścia od cieczy do szkła i dewitryfikacji po podgrzaniu jest jednym z najważniejszych nierozwiązanych problemów fizyki ciała stałego. Mianowicie, czy faza amorficzna i ciekła to ta sama faza, obserwowana tylko w różnych temperaturach, czy też jest przejście fazowe ze stanu ciekłego do stanu amorficznego i odwrotnie, a jeśli tak, to jakie to przejście fazowe? Pewne postępy osiągnięto dzięki symulacjom komputerowym, ale nie jest to jeszcze całkowicie jasne.

Przepływ plastyczny w szkłach metalicznych występuje w postaci silnie zlokalizowanych pasm odkształceń ścinających. Gdy warunki mechaniczne są takie, że można uniknąć katastrofalnej niestabilności procesu, podczas jednoosiowego ściskania, zginania, walcowania i ciągnienia, jak również podczas miejscowego wgniatania występuje wiele pasm ścinających.

Deformacje w poszczególnych pasmach są wyjątkowo duże. W badaniu replik powierzchniowych z ostro wygiętych taśm Pd80Si20 przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej Masumoto i Maddin zaobserwowali pasma ścinania o szerokości ~200 Å. Za pomocą mikroskopii interferencyjnej wykryto związane z nimi stopnie o wysokości do 2000 λ na powierzchni, co wskazuje na odkształcenia ścinania w zespole. Takie pasma pojawiają się na długo przed pęknięciem, dlatego odkształcenie ścinające pękania materiału przekracza 200 E. Zdolność do wytrzymywania dużych odkształceń wiąże się z brakiem sztywnej orientacji przestrzennej wiązań struktury lub z faktem, że amorficzny matryca jest stosunkowo wolna od takich makroskopowych defektów jak pory, wtrącenia tlenkowe, pojedyncze kryształy itp. Pierwsza wyjaśnia plastyczność szkieł metalicznych w porównaniu z innymi szkłami nieorganicznymi, takimi jak dwutlenek krzemu z wiązaniami kowalencyjnymi; druga wyjaśnia obecność bardziej zlokalizowanej plastyczności szkieł metalicznych w porównaniu z plastycznością zginania blach stalowych.

Silne zlokalizowane odkształcenie ścinające samo w sobie wskazuje na brak umocnienia zgniotowego w szkłach metalicznych. Dodatkowym potwierdzeniem tego są testy ściskania przeprowadzone przez Pampillo i Chen na amorficznym stopie Pd77.5Cu6Si16.5. Szkło o tym składzie jest amorfizowane, co umożliwia uzyskanie prętów o dużej średnicy (~2 mm), które są wygodne do badania ściskania. Próbki poddawano ściskaniu aż do pojawienia się pasm odkształcenia. Następnie zostały wypolerowane, aby usunąć stopnie utworzone przez paski na ich powierzchni, a następnie ponownie załadowane.

Okazało się, że pasma, które pojawiły się po pierwszym obciążeniu, pojawiły się ponownie, chociaż nie było koncentratorów naprężeń związanych z poślizgiem na powierzchni. Nie doszłoby do tego w przypadku umocnienia zgniotowego pasków. Kształt krzywych „naprężenie – odkształcenie” wskazuje na brak umocnienia odkształceniowego: naprężenie wymagane do płynięcia plastycznego pozostaje w przybliżeniu stałe.

3. Własności mechaniczne szkieł metalicznych

Ze względu na brak umocnienia odkształceniowego odkształcenie szkieł w trybie jednoosiowego naprężenia jest niestabilne mechanicznie, a płynięcie plastyczne przechodzi w pęknięcie. W przypadku drutów naprężenie powoduje katastrofalną niestabilność ścinania. W przypadku taśm, w celu wykluczenia rozdarcia, manifestacja takiej niestabilności poprzedzona jest wytworzeniem szyjki. W tym przypadku szyja jest trudna do wykrycia, chociaż orientacja przesunięcia wyraźnie wskazuje na jej istnienie, a co więcej wysokie temperatury powstaje bardziej rozwinięta szyja, którą można łatwo zaobserwować.

W przypadku pasków szkieł metalicznych o stałym przekroju poprzecznym w stanie naprężenia typowe jest zniszczenie przez propagację rozdarcia, co jest charakterystyczne dla cienkich pasków materiałów o wysokiej wytrzymałości. Zniszczenie zwykle rozpoczyna się w uchwytach ze względu na istniejące tam koncentracje naprężeń. Rozdarcie rozchodzi się podobnie do przemieszczenia śruby w płaszczyźnie zorientowanej pod kątem ~45° w stosunku do osi naprężenia i prostopadłej do powierzchni wstążki. W strefie plastycznej sąsiadującej z pęknięciem dochodzi do miejscowego odkształcenia ścinającego, a wzdłuż odkształconego materiału następuje pęknięcie ścinające.

W próbce promieniście symetrycznej tendencja do rozdzierania jest wyeliminowana, a uszkodzenie występuje jednocześnie z niestabilnością ścinania. Na wskroś Przekrój próbka pod kątem 45° do osi naprężenia powstaje wyjątkowo silne pasmo ścinające, wzdłuż którego następuje zerwanie ścinające.

Na powierzchni pęknięcia szkieł zwykle obserwuje się niewielki obszar gładki odpowiadający początkowemu ścinaniu. Pozostała część powierzchni jest zaznaczona „wzorem żył” zaobserwowanym i opisanym po raz pierwszy przez Leamy'ego. Za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej stereo Leamy i współpracownicy ustalili, że żyły zostały uniesione na płaskim tle. Pęknięcia ścinane w kształcie dysku są generowane w materiale i rozprzestrzeniają się wzdłuż pasma ścinania. Tam, gdzie się spotykają, materiał rozpada się, tworząc wewnętrzne szyjki, w wyniku czego powstają delikatnie zaokrąglone „żyły”. Powstawanie krążkowych pęknięć ścinających następuje przy udziale dylatacji (rozprężania lub ściskania) próbki. Potwierdza to fakt, że gdy drut amorficzny jest rozciągany w warunkach nałożonego ciśnienia hydrostatycznego, pęknięcie występuje preferencyjnie na zewnętrznym obrzeżu strefy ścinania. W tym przypadku powierzchnia pęknięcia jest zdominowana przez rodzinę blisko rozmieszczonych, w przybliżeniu równoległych żył zorientowanych prostopadle do kierunku ścinania. Krótkie segmenty pęknięć propagują się jako spiralne elementy pętli dyslokacyjnej, pozostawiając żyły analogiczne do dipoli dyslokacji brzegowych.

Ostateczne zniszczenie drutu badanego na zmęczenie następuje zawsze jednocześnie z ogólnym przepływem pozostałej części przekroju, przez którą pęknięcie zmęczeniowe jeszcze się nie rozprzestrzeniło. Zniszczenie taśmy z podłożem następuje w ten sam sposób, jeśli przyłożone naprężenie rozciągające wynosi około 99% naprężenia płynięcia. W przypadku niższych poziomów naprężeń zniszczenie następuje pod kątem 45°. W tym ostatnim przypadku w środkowej części przekroju bezpośrednio przed pęknięciem zmęczeniowym występuje stan naprężenia trójosiowego. Powierzchnia pęknięcia katastroficznego jest zorientowana pod kątem 90° do osi rozciągania. Makroskopowo takie pęknięcie jest kruche. W tym przypadku pęknięcie zmęczeniowe rozchodzi się z miejsca jego powstania na obszar, który jest półokręgiem. Po tym następuje szybkie zniszczenie. Powierzchnię pęknięcia, zorientowaną pod kątem 90° do osi rozciągania, charakteryzuje klasyczny wzór „jodełkowy” w kształcie litery V, którego linie są zorientowane w kierunku miejsca powstawania pęknięcia. W bardziej szczegółowym badaniu powierzchni przełomu szewrony mają kształt piłokształtny z powierzchniami ukośnie położonymi w stosunku do osi naprężenia. Szczegółowe badanie tych powierzchni wykazało, że są one pokryte drobną siatką o równoosiowym, przypominającym żyłkę wzorze. Wskazuje to, że nawet w makroskopowych warunkach odkształcenia płaskiego dochodzi do miejscowego pęknięcia na drodze ścinania.

4. Zakres

Zainteresowanie szkłami metalicznymi zapoczątkowały przede wszystkim możliwości ich zastosowania w technologii opartej na niezwykłych właściwościach tych materiałów.

Właściwości mechaniczne szkieł metalicznych umożliwiają zastosowanie ich jako nici wzmacniających w materiały kompozytowe stosowane w budownictwie, lotnictwie i sporcie, a także do zbrojenia betonu i podobnych materiałów. Mocne taśmy mogą służyć jako uzwojenia do wzmacniania zbiorników ciśnieniowych lub do budowy dużych kół zamachowych służących do magazynowania energii. Wysoka twardość i brak granic ziaren pozwala na uzyskanie doskonałych krawędzi tnących, w szczególności żyletek. Zastosowanie mogą znaleźć niektóre rodzaje sprężyn wykonanych ze szkieł metalicznych.

Właściwości magnetyczne szkieł metalicznych otwierają możliwość ich wykorzystania jako materiałów na rdzenie elementów indukcyjnych. elektroniczne obwody, w transformatorach mocy, gdzie mogą zastąpić konwencjonalne ziarniste zorientowane stopy Fe-Si, oraz w silnikach, jako miękkie materiały magnetyczne do ekranowania magnetycznego, jako magnetyczne głowice rejestrujące, czujniki, wzbudnice filtrów mechanicznych i linie opóźniające.

Ze względu na swoje właściwości elektryczne szkła metaliczne mogą być stosowane np. jako termometry oporowe i grzałki w niskich temperaturach oraz rezystory precyzyjne o zerowym współczynniku temperaturowym oporności. Nadprzewodzące metalowe wstążki szklane są niewrażliwe na uszkodzenia radiacyjne i dlatego mogą być preferowane w zastosowaniach termojądrowych.

Dobra odporność na korozję sprawia, że ​​są bardzo cenne w chemii, chirurgii, biomedycynie. Jednak w przypadku takich aplikacji przypadek ogólny metalowe okulary nie powinny mieć kształtu wstążki, ale jakiś inny kształt.

Możliwe są również inne zastosowania szkieł metalicznych, na przykład jako folie lutownicze, katody emisyjne, bezpieczniki i magazynowanie wodoru.

Wniosek

Początkowo szkła metaliczne były przedmiotem jedynie zainteresowania naukowego, jako nowy, niezwykły stan ciała stałego, obecnie są intensywnie wykorzystywane w przemyśle.

Pojawienie się szkieł metalicznych (stopów o niskiej krytycznej szybkości chłodzenia, co umożliwia uzyskanie wlewków o masie do 1 kg lub więcej w stanie amorficznym) stworzyło perspektywę ich zastosowania jako materiałów konstrukcyjnych. Okulary metalowe mają również wady. Mają dość niską ciągliwość, a także tracą wytrzymałość wraz ze wzrostem prędkości ładowania. Jednak stopy amorficzne nadal można uznać za plastikowe szkła: można je dziurkować i ciąć na paski w stemplach, na drut, można je tkać i wyginać. Można z nich wykonać siatki tkane, które z powodzeniem zastąpią zbrojenie w płytach żelbetowych, linach, wytrzymałych kompozytach włóknistych oraz różnorodnych produktach, co pozwoli zaoszczędzić ogromną ilość metalu.

Bibliografia

1. Gilman D.D., Leimi H.D. Okulary metalowe. Moskwa: Metalurgia. 1984. 264 s.

2. Bobrov O.L., Łaptev S.N. , Chonik V.A. Relaksacja naprężeń w szkle metalicznym luzem Zr52.5Ti5CU17.9Ni14.6 AII0 // FTT. 2004. T. 46. Wydanie. 6. S. 457 - 460.

3. Kozhushka A.A., Sinani A.B. Szybkość ładowania i kruchość ciał stałych. // FTT. 2005. T. 47. Wydanie. 5. S. 812 - 815.

4. Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., Petrzhik E.A. Efekt magnetoplastyczny: podstawowe właściwości i mechanizmy fizyczne // Krystalografia. 2003. T. 48. Wydanie. 2. S. 826-854.

5. Morgunov R.B., Baskakov A.A., Trofimov I.N., Yakunin D.V. Rola procesów aktywowanych termicznie w powstawaniu magnetycznie wrażliwych kompleksów defektów punktowych w monokryształach NaCl:EU // FTT. 2003. T. 45. Wydanie. 2. S. 257-258.

Hostowane na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Klasyfikacja, oznakowanie, skład, budowa, właściwości i zastosowanie aluminium, miedzi i ich stopów. Schematy stanu materiałów konstrukcyjnych. Właściwości fizyczne i mechaniczne oraz zastosowanie tworzyw sztucznych, porównanie materiałów metalicznych i polimerowych.

tutorial, dodany 13.11.2013


Zalety i wady konstrukcji metalowych. Klasyfikacja obciążeń i uderzeń. Zastosowania i nazewnictwo konstrukcji metalowych. Właściwości fizyczne i mechaniczne stali. Obliczanie konstrukcji metalowych budynków cywilnych i przemysłowych.

prezentacja, dodano 23.02.2015


Krótka recenzja i właściwości materiałów stałych. Grupy materiałów stałych metalicznych i niemetalicznych. Istota, tworzenie struktury i właściwości mechaniczne stopów twardych. Produkcja i zastosowanie stopów twardych niepowlekanych i powlekanych.

streszczenie, dodane 19.07.2010


Badanie metod konstruowania diagramów stanu stopów metali. Badanie procesów fizycznych i przemian zachodzących podczas krystalizacji stopów. Rodzaje obróbki cieplnej. Analiza wpływu temperatury na rozpuszczalność składników chemicznych.

test, dodano 21.11.2013


Poprawa właściwości użytkowych i technologicznych materiału metalicznego dzięki stopowi metali. Fazy ​​stopów metali. Diagramy równowagi fazowej. Stan stopów o nieograniczonej rozpuszczalności składników w stanie stałym.

streszczenie, dodane 31.07.2009


Pojęcie stopów metali. Rodzaje stopów podwójnych. Produkty powstałe podczas oddziaływania składników stopowych w warunkach równowagi termodynamicznej. Schematy stanu stopów dwuskładnikowych, charakter zmiany właściwości w zależności od ich składu.

test, dodano 12.08.2013


Stale austenityczne i zawierające azot odporne na korozję: metody produkcji, technologia produkcji, wytop, obróbka cieplno-mechaniczna, podstawowe właściwości. Metoda przetapiania elektrożużlowego elektrod metalowych w formie chłodzonej wodą.

praca dyplomowa, dodana 19.06.2011


Główne gatunki szkła stosowane w maszynowej produkcji rur szklanych. Możliwe kombinacje materiałów ceramicznych z odpowiednimi rodzajami szkła. Obróbka powierzchni szkła. Jego wiercenie i cięcie. Trawienie szkła i topionego kwarcu.

streszczenie, dodane 28.09.2009


Materiały do ​​otrzymywania sztucznej masy szklanej. Technologia topienia szkła. Właściwości fizyczne, mechaniczne, cieplne i elektryczne. Przepuszczalność gazów i odgazowanie szkieł. Odporność chemiczna. Surowce do dmuchania szkła.

praca semestralna, dodana 11.07.2009


Produkcja pianek metalowych z wytopów metali. Właściwości pianki aluminiowej i pianki niklowej. Zastosowanie pianek metalowych w inżynierii mechanicznej, technice kosmicznej, budownictwie i medycynie. Ich zastosowanie ma na celu zmniejszenie stężenia niepożądanych jonów.

Szkła metaliczne lub stopy amorficzne otrzymuje się przez ochłodzenie stopu z szybkością przekraczającą szybkość krystalizacji. W tym przypadku zarodkowanie i wzrost fazy krystalicznej stają się niemożliwe, a metal po zestaleniu ma strukturę amorficzną. wysokie prędkości można osiągnąć chłodzenie różne metody jednak najczęściej stosuje się hartowanie z wytopu na powierzchni szybko obracającej się tarczy (ryc. 177). Ta metoda pozwala uzyskać taśmę, drut, granulki, proszki.

Uzyskanie struktury amorficznej jest w zasadzie możliwe dla wszystkich metali. Najłatwiejszy stan amorficzny uzyskuje się w stopach Al, Pb, Sn, Cu itp. Aby otrzymać szkła metaliczne na bazie Ni, Co, Fe, Mn, Cr, niemetali lub pierwiastków półmetalicznych C, P, Si, Dodaje się do nich B, As, S. i inne (elementy amorficzne). Stopy amorficzne częściej odpowiadają wzorowi M 80 X 20, gdzie M to jeden lub więcej pierwiastków przejściowych, a X to jeden lub więcej niemetali lub innych pierwiastków amorficznych (Fe 80 P 13 C, Ni 82 P 18, Ni 80 S 20).

Ryż. 177. Schemat otrzymywania stopów amorficznych za pomocą szybkiego chłodzenia ze stopu: a - wlewanie do dysku; b - nalewanie między dwa dyski; 1 - cewka indukcyjna; 2 - stopić; 3 - tygiel; 4 - dysk; 5 - wstążka z materiału amorficznego

Stan amorficzny metali jest metastabilny. Podczas ogrzewania, gdy wzrasta ruchliwość atomów, postępuje proces krystalizacji, która stopniowo doprowadza metal (stop) przez szereg metastabilnych do stabilnego stanu krystalicznego. Mechaniczne, magnetyczne, elektryczne i inne właściwości wrażliwe na strukturę stopów amorficznych różnią się znacznie od właściwości stopów krystalicznych. charakterystyczna cecha Stopy amorficzne charakteryzują się wysoką granicą sprężystości i granicy plastyczności, prawie bez umocnienia przez zgniot.

Wysokie właściwości mechaniczne

Stopy amorficzne na bazie kobaltu mają wysokie właściwości mechaniczne.

Stopy amorficzne są często kruche przy rozciąganiu, ale stosunkowo plastyczne przy zginaniu i ściskaniu. Może podlegać walcowanie na zimno. Ustalono liniową zależność między granicą plastyczności a twardością dla stopów na bazie żelaza i kobaltu. Wytrzymałość stopów amorficznych jest zbliżona do teoretycznej. Wynika to z jednej strony z wysokiego
wartości m, a z drugiej strony niższe wartości modułu sprężystości E (o 30-50%) w porównaniu do stopów krystalicznych.

Stopy amorficzne na bazie żelaza i zawierające co najmniej 3-5% Cr mają wysoką odporność na korozję. Stopy amorficzne na bazie niklu mają również dobrą odporność na korozję. Jako materiały magnetycznie miękkie stosuje się stopy amorficzne Fe, Co, Ni z dodatkiem 15-25% pierwiastków amorficznych B, C, Si, P.

Grupy stopów amorficznych

Stopy amorficzne magnetycznie miękkie dzielą się na trzy główne grupy:

1. stopy amorficzne na bazie żelaza o wysokich wartościach indukcji magnetycznej i małej sile koercji (32-35 mA/cm);
2. stopy żelazowo-niklowe o średnich wartościach indukcji magnetycznej (0,75-0,8 T) i mniejszej koercji niż stopy żelaza (6-7 mA/cm);
3. stopy amorficzne na bazie kobaltu, charakteryzujące się stosunkowo niską indukcją nasycenia (0,55 T), ale wysokimi właściwościami mechanicznymi (900-1000 HV), niską siłą koercji i wysoką przenikalnością magnetyczną. Stopy amorficzne ze względu na bardzo wysoką oporność elektryczną charakteryzują się niskimi stratami na prądy wirowe - jest to ich główna zaleta.

Miękkie magnetycznie stopy amorficzne są stosowane w przemyśle elektrycznym i elektronicznym (obwody magnetyczne transformatorów, rdzeni, wzmacniaczy, filtrów dławikowych itp.). Stopy o wysokiej zawartości kobaltu są używane do produkcji osłon magnetycznych i głowic magnetycznych, gdzie ważne jest posiadanie materiału o wysokiej odporności na zużycie.

Zakres szkieł metalicznych jest nadal ograniczony faktem, że można je uzyskać poprzez szybkie schłodzenie (hartowanie) ze stanu ciekłego jedynie w postaci cienkich wstęg (do 60 μm) o szerokości do 200 mm lub większej lub drutu o średnica 0,5–20 μm. Perspektywy rozwoju tej grupy materiałów są jednak szerokie.

To właśnie dla tego materiału, dla którego energia powstawania pasm ścinania będzie znacznie mniejsza niż energia potrzebna do ich przekształcenia w pęknięcia, autorzy próbowali stworzyć. Po wypróbowaniu wielu opcji zdecydowali się na stop palladu, fosforu, krzemu i germanu, co pozwoliło uzyskać szklane pręty o średnicy około 1 mm. Po dodaniu srebra średnicę zwiększono do 6 mm; Zauważmy, że wielkość próbek jest ograniczona faktem, że początkowy stopiony materiał wymaga bardzo szybkiego schłodzenia.

„Dzięki mieszaniu pięciu pierwiastków zapewniamy, że materiał po schłodzeniu „nie wie, którą strukturę krystaliczną przyjąć, i wybiera amorficzną”, wyjaśnia Robert Ritchie, jeden z uczestników badania. Eksperymenty wykazały, że takie szkło metaliczne rzeczywiście łączy w sobie twardość właściwą szkieł z charakterystyczną odpornością na pękanie metali.

Nietrudno przewidzieć, że w praktyce nowy materiał zawierający niezwykle drogi pallad będzie rzadko używany – być może do produkcji implantów dentystycznych lub innych implantów medycznych.

„Niestety nie ustaliliśmy jeszcze, dlaczego nasz stop ma tak atrakcyjne właściwości”, mówi inny uczestnik prac, Marios Demetriou. „Jeśli nam się uda, możemy spróbować stworzyć tańszą wersję szkła na bazie miedzi, żelaza lub aluminium”.

Szkła metaliczne, czyli metale amorficzne, to nowe stopy technologiczne, których struktura nie jest krystaliczna, ale raczej niezorganizowana, z atomami w nieco przypadkowym ułożeniu. W tym sensie szkła metaliczne są podobne do szkieł tlenkowych, takich jak szkła sodowo-wapniowe stosowane do okien i butelek.

Z pewnego punktu widzenia amorficzna struktura szkieł metalicznych determinuje dwie ważne właściwości. Po pierwsze, podobnie jak inne rodzaje szkła, po podgrzaniu przechodzą one zeszklenie do przechłodzonego stanu ciekłego. W tym stanie płynność szkła można kontrolować na wiele sposobów, tworząc w ten sposób dużą liczbę możliwych kształtów, jakie można nadać szkłu. Na przykład firma Liquidmetal Technologies stworzyła kij golfowy.

Po drugie, amorficzna struktura atomowa oznacza, że ​​szkło metaliczne nie ma defektów sieci krystalicznej, tak zwanych dyslokacji, które wpływają na wiele właściwości wytrzymałościowych większości konwencjonalnych stopów. Najbardziej oczywistą tego konsekwencją jest większa twardość szkieł metalicznych niż ich krystalicznych odpowiedników. Ponadto szkła metaliczne są mniej sztywne niż stopy krystaliczne. Połączenie dużej twardości i małej sztywności daje szkiełom metalicznym wysoką elastyczność - zdolność do akumulowania energii odkształcenia sprężystego i jej uwalniania.

Inną konsekwencją struktury amorficznej jest to, że w przeciwieństwie do stopów krystalicznych, szkła metaliczne ulegają osłabieniu w wyniku odkształcenia. "Dekompresja odkształcenia" powoduje koncentrację odkształceń w bardzo wąskich pasmach poślizgu, transmisyjna mikroskopia elektronowa.

Metaliczne szkło czy przezroczysty metal?

opracowany w Kalifornijskim Instytucie Technologii nowa metoda produkcja niezwykle obiecujących materiałów konstrukcyjnych - wolumetrycznych szkieł metalicznych. Są to stopy kilku metali, które nie mają struktury krystalicznej. W tym są podobne do zwykłego szkła - stąd nazwa. Szkło metaliczne powstaje podczas bardzo szybkiego schładzania stopów, przez co po prostu nie mają one czasu na krystalizację i zachowanie amorficznej struktury. Najpierw nauczyli się w ten sposób uzyskać cienkie wstęgi szkieł metalicznych, które łatwiej sprawić, by szybko traciły temperaturę. Metalowe okulary wolumetryczne są znacznie trudniejsze w produkcji.

Okulary metalowe mają wiele zalet. Sieci krystaliczne zwykłych metali i stopów zawsze zawierają pewne wady strukturalne, które obniżają ich właściwości mechaniczne. W szkłach metalicznych takich wad nie ma i nie może ich być, dlatego wyróżnia je specjalna twardość. Niektóre szkła metaliczne są również bardziej odporne na korozję. ze stali nierdzewnej. Dlatego eksperci uważają, że materiały te czeka świetlana przyszłość.

Do tej pory, masowe szkła metaliczne miały jedną poważną wadę - niską ciągliwość. Dobrze znoszą zginanie i ściskanie, ale pękają po rozciągnięciu. Teraz Douglas Hoffman i jego koledzy opracowali technologię wytwarzania wolumetrycznych szkieł metalicznych na bazie stopów tytanu, cyrkonu, niobu, miedzi i berylu, co prowadzi do narodzin materiałów, które nie są gorsze pod względem wytrzymałości od najlepszych stopów tytanu i stali.

Deweloperzy wierzą, że najpierw znajdą zastosowanie w przemyśle lotniczym, a następnie, gdy będą mogli obniżyć koszty, w innych branżach.

Metalowe szkło jak przezwyciężyć kruchość

Pod skaningowym mikroskopem elektronowym schodkowa struktura pasma ścinania jest wyraźnie widoczna.

Podobne pasma ścinające tworzą się wzdłuż krawędzi pęknięć, co prowadzi do zniszczenia wierzchołka pęknięcia i uniemożliwia jego dalszy wzrost.

Ze względu na swoją amorficzną strukturę szkła metaliczne mogą być tak wytrzymałe jak stal i ciągliwe jak materiały polimerowe, są w stanie przewodzić prąd elektryczny i mają wysoką odporność na korozję. Takie materiały mogłyby znaleźć szerokie zastosowanie w produkcji implantów medycznych i różnych urządzeń elektronicznych, gdyby nie jedna nieprzyjemna właściwość: kruchość. Szyby metalowe są kruche i nierównomiernie wytrzymują obciążenia zmęczeniowe, co stawia pod znakiem zapytania ich niezawodność. Zastosowanie wieloskładnikowych metali amorficznych rozwiązuje ten problem, jednak nadal jest on istotny dla monolitycznych szkieł metalicznych.

W ramach nowego badania. Przeprowadzone wspólnie przez naukowców z Berkeley Laboratory i California Institute of Technology, znaleziono sposób na zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej szkieł metalicznych w masie. Masywne szkło metaliczne na bazie palladu, poddane obciążeniom zmęczeniowym, zachowywało się równie dobrze jak najlepsze kompozytowe szkła metaliczne. Jego wytrzymałość zmęczeniowa jest porównywalna z powszechnie stosowanymi polikrystalicznymi metalami konstrukcyjnymi i stopami, takimi jak stal, aluminium i tytan.

Pod obciążeniem na powierzchni metalicznego szkła palladowego tworzy się taśma ścinająca, lokalny obszar znacznego odkształcenia, który przybiera schodkowy kształt. W tym przypadku wzdłuż krawędzi pęknięć oddzielających stopnie pojawiają się te same pasma ścinania, co powoduje stępienie końców pęknięć i zapobiega ich dalszej propagacji.

Pallad charakteryzuje się wysokim stosunkiem modułu objętościowego do modułu ścinania. co maskuje kruchość właściwą materiałom szklistym, ponieważ tworzenie wielopoziomowych pasm ścinania, które uniemożliwiają dalszy wzrost pęknięć, jest energetycznie korzystniejsze niż powstawanie dużych pęknięć, które prowadzą do szybkiego zniszczenia próbki. Wraz z wysoką wytrzymałością zmęczeniową materiału, mechanizmy te znacząco zwiększają wytrzymałość zmęczeniową masowego szkła metalicznego na bazie palladu.

Metal lub stop niekrystaliczny, zwykle otrzymywany przez przechłodzenie roztopionego stopu przez osadzanie w fazie gazowej lub ciekłej lub metodami udarności zewnętrznej.

Źródła: www.nanonewsnet.ru, tran.su, www.razgovorium.ru, www.popmech.ru, enc-dic.com

Bitwa nad Newą 1240 - Bitwa nad Newą 1240, bitwa wojsk rosyjskich i szwedzkich na brzegach rzeki. Neva 15 lipca 1240. Cel...

Charybda

W starożytnej mitologii greckiej Scylla i Charybda były potworami morskimi. Według Odysei Homera, Scylla i Charybda...

Przyczyny I wojny światowej

W historii świata jest wiele różnych wydarzeń, które zmieniły istotę samej historii. W każdym okresie historii...