aluminij-jeklena žica (KAS-1A), nikelj-volframova žica (VKN-1).

Kompozitni materiali z nekovinsko matrico. Neme-

matrica smukca je polimerni, ogljikov in keramični material. Kot polimeri se uporabljajo epoksi, fenol-formaldehidne in poliamidne matrice. Ojačevalci so steklena, ogljikova, borova, organska, anorganska (brki oksidov, boridov, karbidov, nitridov) vlakna; kovinske žice; razpršeni delci. Glede na vrsto trdilca delimo polimerne kompozite na steklena, ogljikova, borova in organovlakna.

IN večplastni materiali (glej riž. 8.3, c) vlakna, niti po impregnaciji z vezivom so položena v ravnine, ki so sestavljene v plošče. S spreminjanjem načina zlaganja vlaken dobimo izotropno ali anizotropno CM.

Steklena vlakna- To je kompozit sintetične smole in steklenih vlaken (ojačitvena komponenta). Neorientirana steklena vlakna imajo kratka, orientirana steklena vlakna pa dolga vlakna. To daje steklenim vlaknom visoko trdnost.

Ogljikova vlakna (ogljikova vlakna) so sestavljena iz matrice - polimernega veziva in trdilca - ogljikovih vlaken (ogljikovih vlaken). Vezivo je sintetični polimer (polimerna ogljikova vlakna) ali ogljikova vlakna z ogljikovo matriko - pirolitični ogljik (koks).

Borova vlakna so sestavljena iz polimernega veziva in utrjevalca - borova vlakna.

Imajo visoko trdnost (večjo kot ogljikova vlakna) in trdoto, toplotno in električno prevodnost, visoko kemično odpornost in odpornost proti utrujenosti. V odpornosti proti vibracijam so boljši od kovine.

Organska vlakna sestavljeni iz polimernega veziva in ojačitvenih sredstev - sintetičnih vlaken. Imajo visoko specifično trdnost in togost, so stabilni v agresivnih okoljih in neobčutljivi na poškodbe.

IN V rudarstvu se kompozitni materiali uporabljajo za izdelavo tornih in antifrikcijskih delov, vrtalnih orodij (kronskih svedrov), transportnih delov, kombajnov, elektrod, električnih kontaktov.

8.4. kovinsko steklo

kovinsko steklo(amorfne zlitine, steklaste kovine, metglass) so kovinske zlitine v steklastem stanju, pridobljene po ohlajanju talin pri visokih hitrostih (< 106 К/с). Металлические стекла – это «замороженные» расплавы, т.е. метастабильные системы и поэтому они кристаллизуются при нагревании до температуры около 0,5 Tпл . Образуют металлические стекла переходные металлы (Fe, Mn, Cr, Co, Ni), благородные и поливалентные неметаллы (C, B, N, Si, P, Ge), которые являются стеклообразующими.

Kovinska stekla so enofazna, nimajo strukturnih napak (prazna mesta, dislokacije). Imajo visoko trdnost, visoko duktilnost,

ODDELEK III. MATERIALZNANOST BARVNIH KOVIN IN ZLITIN

8. poglavje

visoka odpornost proti koroziji. Nekateri med njimi so feromagneti ali pa slabo absorbirajo zvok.

Magnetno mehka kovinska stekla so pridobljena na osnovi Fe, Co, Ni z dodatkom 15–20% amorfnih elementov - B, C, Si, P (na primer Fe81 Si3 5B13 C2 z visoko vrednostjo magnetne indukcije) . Amorfna zlitina Co66 Fe4 (Mo, Si, B)30 ima visoke mehanske lastnosti.

Stabilne amorfne zlitine imajo visoko odpornost proti koroziji. Na primer, kovinska stekla na osnovi Fe in Ni s 3–5 % Cr.

Uporaba kovinskih stekel določa njihove magnetne in korozijske lastnosti.

Kontrolna vprašanja in naloge

1. Navedite primere razredov antifrikcijskih zlitin.

2. Navedite primere znamk svinčenih in kositrnih babitov.

3. Kakšna struktura določa antifrikcijske lastnosti babitov?

4. Kakšen je namen bakrenih zlitin?

5. Navedite primere vrst zlitin na osnovi cinka.

6. Kateri materiali se imenujejo kermeti?

7. Opišite porozni kermet in njegove lastnosti.

8. Naštejte prednosti in slabosti kermetov.

9. Kateri postopek imenujemo sintranje?

10. Poimenujte vrste strukturnih kermetov, njihove lastnosti, namen.

11. Podajte značilnosti orodne kovinske keramike. Kakšen je njegov namen?

12. Katere vrste kermetov za posebne namene s posebnimi lastnostmi obstajajo in kako se pridobivajo?

13. Katere materiale imenujemo kompoziti?

14. Katere so komponente kompozitnih materialov?

15. Kako so razvrščeni kompozitni materiali?

16. Opišite dispergirane kompozite s kovinsko matriko ionsko ojačen in z vlaknastim trdilcem.

17. Podajte značilnosti kompozitnih materialov z nekovinsko matriko.

18. Katere materiale imenujemo kovinska stekla? Opišite njihove lastnosti in vrste.

19. Poimenujte vrste zaščite kovin pred korozijo in jih opišite.

RAZDELEK IV. MATERIALZNANOST NEKOVIN

MATERIALI

9. poglavje Mineralni zrahljani, razpršeni in kamniti materiali

9.1. materiali iz naravnega kamna

Anorganski minerali so kemični elementi in spojine (oksidi, brezkisikove spojine elementov), ​​ki nimajo kovinskih lastnosti. Ti materiali imajo kemično odpornost, negorljivost, trdoto, toplotno odpornost, stabilnost lastnosti. Njihove pomanjkljivosti so visoka krhkost, nizka odpornost na temperaturne spremembe, raztezanje in upogibanje.

Materiali iz naravnega kamna (PCM) - Gradbeni materiali,

pridobljeni iz kamnin z mehansko obdelavo (drobljenje, taljenje, cepljenje itd.), po kateri se struktura in lastnosti kamnine skoraj v celoti ohranijo (tabela 9.1).

Glede na naravo površinske obdelave PCM delimo na naslednje vrste:

naravni gradbeni kamni(izdelki iz kamna) - žagan zidni material in obložni kamni,arhitekturno in gradbenoizdelki (stopnice, okenske police), cestni materiali (položni kamni, stranski kamni), izdelki za hidrotehnične objekte, obloge mostnih nosilcev, tehnični izdelki (marmorne plošče, kalibrirne plošče, granitni jaški za opremo za izdelavo papirja),dekorativni in umetniški izdelki;

grobi kamniti materiali- ruševine in balvani, drobljen kamen, prod, pesek.

Razlogi za uničenje PCM so zmrzovanje vode v porah in razpokah; pogoste spremembe temperature in vlažnosti; kemična korozija pod delovanjem plinov (kisika, vodika itd.) in snovi, raztopljenih v podzemni in morski vodi.

Tabela 9.1

Razvrstitev PCM po metodi izdelave

		Način priprave	RMB primeri
		Iz vrste strojev za rezanje kamna	Bloki-polzdelki, veliki
		Iz polizdelkov blokov z	Zidni kamni in bloki
			plošče, masivne stopnice,
		naslednja obdelava kamna*	okenske deske
		Cepilni bloki z naknadno	stranski kamni, plošče in kamni
			klesani, tlakovci, cekarji za
		zdravljenje s pihanjem	tlakovanje itd.
	Grobo	Usmerjeno cepljenje	Bedrock
		blokov brez nadaljnje obdelave
		Eksplozija kamenja in ločevanje	lomljeni kamen
		fine frakcije
	zdrobljen	drobljenje skale z	Drobljen kamen, umetni pesek
		delitev na frakcije
		Brušenje kamna	Mleta mineralna kamnina
			šok, kamena moka

* Postopek dajanja naravnemu kamnu potrebne oblike in zunanjega videza.

Za zaščito kamnitih materialov pred uničenjem se uporabljajo naslednje metode:

konstruktivna zaščita je dajanje izdelkom oblike, ki olajša odtekanje vode, in gladko polirano površino obloge;

fizikalno in kemično zaščita je impregnacija površinskega sloja s tesnilnimi spojinami, nanos hidrofobnih (vodoodbojnih) spojin, filmsko oblikovanih polimernih materialov (prozornih in barvnih) na sprednjo površino.

Naravni gradbeni kamni (NCS) . To je gradbeni material iz kamnin po njihovem žaganju z ohranitvijo strukture in lastnosti. Glede na gostoto jih delimo na pljuča (gostota manj kot 1.800 kg/m³) in težka.

Trdnost je potrošniška lastnost PSK. Njegov pomen se uporablja

zuetsya v označevanju in ocenjena s končno tlačno trdnostjo σcom, MPa, vzorci v zračno suhem stanju.

Potrošniške lastnosti vključujejo tudi abrazijo in obrabo. Za cestne površine se uporabljajo tlaki, trde, drobno- in srednje zrnate kamnine.

Vodoodpornost PSK se ocenjuje s koeficientom mehčanja Krm (za hidravlične konstrukcije je Krm najmanj 0,8; za zunanje stene - najmanj 0,6).

Odpornost proti zmrzovanju se ocenjuje s številom ciklov izmeničnega zamrzovanja in odmrzovanja: F10, F15, ..., F500. Odvisno od sestave, strukture in

RAZDELEK IV. MATERIALZNANOST NEKOVINSKIH MATERIALOV

9. poglavje

vlažnost PSK. Visoka odpornost proti zmrzali v gostih kamnih z enakomerno zrnato strukturo in nizka - v večplastnih strukturah.

Požarna odpornost je odvisna od sestave in strukture kamna. Pri povišanih temperaturah lahko nekatere kamnine (mavec, apnenec) razpadejo, druge (granit) pa razpokajo.

Po namenu so PSK razdeljeni na: stenske, obložene, profilirane, cestne.

Za teksturo površine se uporabljajo naslednje vrste obdelave PSK: udarna, abrazivna, toplotna.

Zidne kamne pridobivamo iz gostih, poroznih tufov in apnencev. Splošne zahteve za zidne kamne: trdnost; gostota od 900 do 2.200 kg/m3; σco = 5–15 MPa za goste apnence in σco = 5–40 MPa za tufe; Krm = 0,6–0,7; odpornost proti zmrzovanju - ne nižja od F15; dekorativni videz. Fino porozni naravni kamni niso furnirani. Zidni kamni za polaganje zidov (tip I) in predelnih sten (tip II) se proizvajajo v razredih 4, 7, 10, 15, 20, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300 in 400 (znamka številke ustrezajo

vrednost σco ).

Stenski bloki imajo normalizirane linearne dimenzije s tolerancami< 10 мм. Каждый камень заменяет в кладке от 8 до 12 кирпичей, а их масса – не выше 40 кг. Один из возможных вариантов размеров стеновых камней – 390×190×188, а крупные стеновые блоки для механизирован-

noah polaganje - 300 × 800 × 900.

Žagani in rezani kosi iz apnenca, dolomita, tufa se uporabljajo za polaganje opornikov mostov, utrjevanje pobočij.

Soočanje s kamni- to so kamnine lepe barve in vzorca (dekorativne) s potrebno odpornostjo proti zmrzali (najmanj F15), trdnostjo (σco najmanj 5 MPa), trdnostjo. Velike bloke dobimo iz blokov naravnega kamna po žaganju, ki mu sledi mehanska obdelava.

Obložni kamni so lahko iz magmatskih, sedimentnih in metamorfnih kamnin. Razvrstitev po trdnosti je naslednja: močno (σco > 80 MPa); srednja trdnost (σco = 40–80 MPa); nizka trdnost

(σco< 40 МПа).

Po trajnosti se razlikujejo 4 razredi: zelo trpežni (začetek uničenja po 650 letih); vzdržljiv (200–250 let); relativno dolgoživa (75–120 let); kratkotrajna (20–75 let). Po dekorativnosti ločimo visoko dekorativne, dekorativne, nizko dekorativne in nedekorativne kamne.

Glede na namen delimo kamne za oblaganje na:

na oblogah hidravličnih konstrukcij (granit, magmatske kamnine z visoko trdnostjo in trdoto);

plošče za zunanjo oblogo stavb (apnenec, dolomiti, peščenjaki, tufi); stenska obloga podzemne železnice je najpogosteje izdelana iz marmorja;

podstavne plošče (iz odpornih kamnin).

RAZDELEK IV. MATERIALZNANOST NEKOVINSKIH MATERIALOV

9. poglavje

Tekstura sprednje površine obrnjenih plošč je lahko zrcalna (polirana), polirana (polirana s prahom), polirana z abrazivnim orodjem in žagana.

Cestni kamniti materiali pridobljen iz magmatskih in sedimentnih kamnin, ki niso preperele.

Cestni kamniti materiali so razdeljeni na naslednje vrste:

stranski kamni v obliki trama dolg 70–200 cm od trdnih magmatskih kamnin (diabaz, bazalt, granit); izdelani so ravni in ukrivljeni, visoki (do 40 cm) in nizki (do 30 cm);

tlakovci v obliki palic za tlakovanje cest iz finega in srednjega zrna

trdne močne (σco ne manj kot 100 MPa) magmatske kamnine (bazalt, granit, diabaz itd.); tlakovci so lahko visoki BV (do 160 mm višine), srednji BS (130 mm), nizki BN (100 mm);

lomljeni in tlakovci v obliki večplastne prizme (odlomljeni) ali ovalni (kaldrmci) iz diabaza, bazalta, granita;

tlakovci v obliki pravokotnih plošč večplastne gore

Grobi kamniti materiali . Ta skupina vključuje bu-

tovy in balvani, drobljen kamen, prod in pesek.

Ruševine - veliki drobci kamnin, pridobljeni z eksplozivnim rudarjenjem apnenca, dolomita, peščenjaka. Njegove vrste po obliki: raztrgana, posteljna, luskasta (širina je tri ali večkrat večja od debeline). Hidravlične konstrukcije, temeljni zidaki so postavljeni iz buta, pridobljen je drobljen kamen.

Prod je sipek material v obliki zaokroženih zrn velikosti 1–10 mm, ki nastane pri naravnem razkroju (preperenju) sedimentnih kamnin. Nečistoče v gramozu - prah, glina, če je prisoten pesek (25-40%), se material imenuje mešanica peska in gramoza. Lastnosti gramoza so odvisne od kamnine in so urejene s tehničnimi zahtevami standardov.

Trdnost gramoznih zrn mora zagotoviti, da je trdnost betona 20–50 % večja od predpisane. Glede na stopnjo odpornosti proti zmrzali razlikujemo gramoz F15, F25, F50, F100, F150, F200, F300. Ta lastnost je pomembna, če se gramoz uporablja za izdelavo betonskih konstrukcij za težke podnebne razmere. Naravni gramoz se uporablja tudi za pripravo armiranega in nearmiranega betona kot grobi agregat. Gramoz se uporablja za razred betona do 300, zahteve zanj so podane v GOST 8268-82.

Drobljen naravni kamen pridobljen z drobljenjem kamnov na koščke

5–70 mm velikosti iz zmrzali odpornih kamnin s σco = 120–200 MPa. Drobljen kamen se pridobiva iz granita, diabaza, magmatskih kamnin, iz sedimentnih kamnin (apnenec, dolomit). Naravni drobljen kamen se imenuje brus. Drobljen kamen ima pogosto ostrokotno obliko, najboljša oblika pa je kocka ali tetraeder. Drobljen kamen je čistejši od gramoza.

Svetovna gospodarska kriza ne ustavi aktivnega inovativnega razvoja na področju vesoljskih raziskav. Zdi se, da je kovinsko steklo "s čudnimi lastnostmi", ki ga je leta 1960 prvi izumil Paul Duwetz, končno našlo primerno uporabo. Njegova posodobljena sestava naj bi se uporabljala pri ustvarjanju vesoljskih raziskovalnih robotov. Portal OKNA MEDIA pripoveduje o novem materialu in projektu Nase o vesoljski robotizaciji.

Volumetrično kovinsko steklo kot futuristični objekt

Ko je Paul Duwetz leta 1960 zlil staljeno spojino na osnovi vroče kovine in opazoval njene lastnosti med hitrim ohlajanjem, mu niti na misel ni moglo pomisliti, da ta nenavadni izum ne bo le navdih za futuristično kinematografijo, ampak bo postal tudi prava osnova za nove vesoljske programe. Sprva je bila sestava, ki jo je pridobil Duwetz, izjemno krhka in krhka. Imenovali so ga ultrahitro zamrznjeno, ker je bilo proizvedeno z ostrimi temperaturnimi nihanji in hkratnim vlivanjem sestave na hitro vrteči se bakreni valj. Hlajenje je potekalo s hitrostjo 10.000.000 K/s.

Amorfnost kot glavna lastnost je takoj določila nov material. Ime "kovinsko steklo v razsutem stanju" je nastalo v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja za nove makroskopske paladijeve zlitine z volumnom 1 mm in tridimenzionalno strukturo. To ime je dobilo, ker je bila zlitina le v osnovi kovinska, njena ključna lastnost pa je bila fluidnost ali vitrifikacija, kot so jo imenovali eksperimentatorji. Pravzaprav je kovinsko steklo dvofazna struktura "steklo-kovina", kjer kompozit na osnovi kovine ali spojin različnih kovin med ohlajanjem neprekinjeno prehaja v steklasto stanje in je podvržen obratni transformaciji v strjeno kovino pri poznejšem segrevanju pri dovolj visoka stopnja ogrevalnega procesa.

foto: različne možnosti za kovinske steklene površine - sestava po strjevanju

Kasneje je ta sposobnost zlitine za metamorfozo spodbudila umetnike, scenariste in režiserja kultnega filma o Terminatorju, da so iz tekočega kovinskega stekla ustvarili podobo samogenerirajočih robotov morilcev. Vendar pa je bila praktična uporaba kompozicije do sedaj zelo ozka in je bila predvsem na področju mikrokovanja. Do nedavnega so bili argumenti, da bi se kovinsko steklo v razsutem stanju lahko uporabljalo v vesoljski industriji, izključno "domnevne" narave.

Kovinsko steklo: praktična uporaba - Vesolje

Do danes je NASA prva organizacija, kjer bo kovinsko steklo v razsutem stanju ali BMG postalo član obsežnega vesoljskega programa za robotizacijo vesolja. Glavna težava pri delu s kovinskim steklom je v receptu: sestava ostane krhka, če ne najdete filigranskega razmerja med kovinami, ki sodelujejo v zlitini. Prav tako kristalizacija pomaga preprečevati nastanek razpok s pomočjo posebnih snovi, ki z oblikovanjem kristalnih mrež pritrdijo drsne trakove znotraj zlitine in preprečijo, da bi le-ta »počila«. Doslej so poskusi s kovinskim steklom omogočili njegovo uporabo v mikroelektromehanskih sistemih (MEMS), pri izdelavi vsadkov in kirurških instrumentov.

Obkladek ni mogoče raztegniti: izjemne lastnostibmg

Poleg krhkosti – težave, s katero se morajo ukvarjati in jo rešiti izdelovalci vesoljskih robotov – ima kovinsko steklo skoraj nadnaravno prožnost, visoko protikorozijsko učinkovitost in celo lastnosti samozdravljenja po odstranitvi uporabljene obremenitve – skoraj kot v filmu. Zanimiva "slabost" BMG je njegova nestabilnost na različne vrste raztezanja. Vendar pa pri spreminjanju debeline na indeks< 10 нм образцы становятся гораздо более устойчивыми к деформациям, чем при толщине < 1 мм, что также называется «странным свойством» металлического стекла. Пока ученые работают с трехмерными микромоделями из металлического стекла и бдумывают пути снижения себестоимости использования состава для его широкого применения в производстве и промышленности, американское космическое агентство заявило о создании роботов-исследователей на основе BMG.

Terminator v realnem prostoru


foto: kljub temu, da je bila fantastična, je folija odražala glavne lastnosti BMG - zlahka se topi ter hitro in trdno strdi

Za razliko od igrivega kinematografskega prototipa so načrti Nase namenjeni izključno miroljubnim programom raziskovanja vesolja. Stabilnost in "dobro obnašanje" primerkov BMG pod stiskanjem omogoča uporabo zlitine za ustvarjanje robotov, namenjenih delu z zelo hladnimi predmeti. To je pomembno za delovanje vesoljskih roverjev Curiosity, ki ne morejo delovati na mazanje brez ogrevanja, postopek ogrevanja pa je zdaj postal predrag.

Kovinsko steklo vam omogoča oblikovanje nekakšne zaščitne lupine, ki bo zaščitila avtomobile pred nizkimi temperaturami in bo znatno zmanjšala porabo energije za ogrevanje. Fleksibilnost kovinskega stekla mu omogoča, da ob segrevanju teče po kateri koli obliki in površini, zato se njegove zaščitne funkcije lahko uporabljajo za skoraj vse izdelke vseh oblik. Uporaba snovi za kristalizacijo sestave in randomizacijo atomov v zlitini poveča njene zaščitne lastnosti in jo naredi neobčutljivo na obremenitve. Ena od pomanjkljivosti je še vedno velika teža zlitine in končne strukture iz nje.

Kovinsko steklo v Rusiji in sodelovanje z Naso

V Rusiji bodo inovativni visokotehnološki material BMG začeli razvijati na univerzi NUST MISIS na podlagi laboratorija Advanced Energy Efficient Materials. Pod vodstvom Akihise Inoueja, profesorja na Univerzi Tohoku (Japonska), ki je priznan svetovni strokovnjak na področju znanosti o materialih in kovinskega stekla, bodo razvili napredno kovinsko steklo, ki bo po mnenju znanstvenikov prekašalo jeklo v moč. Povsem možno je, da bodo ruski in ameriški znanstveniki v prihodnosti ustvarili skupni vesoljski program, kjer bo sodeloval BMG.

Danes se kljub gospodarskim sankcijam in zapletenosti v rusko-ameriški politični pokrajini ameriško-rusko sodelovanje pri raziskovanju vesolja nadaljuje. Eden od zanimivih poskusov bo zemeljski program za preučevanje človeka med dolgotrajno izolacijo, da bi astronavte pripravili na bivanje na postajah nezemljanov, na primer na Marsu ali Luni, pri čemer bo sodeloval Inštitut za biomedicinske probleme dr. Ruska akademija znanosti.

Program je v intervjuju za eno od ruskih tiskovnih agencij 6. decembra podrobno opisal direktor Human Science programa pri Nasi William Palosky.

Program Marsovsko in kovinsko steklo

Program je zasnovan za izgradnjo dvotedenskega izolacijskega eksperimenta s sodelovanjem ruskih in ameriških strokovnjakov, ki bo pomagal preučiti in določiti zmogljivosti človeškega telesa v pogojih simuliranega bivanja v vesolju na podlagi ruskega modula Mars-500. Projekt se bo izvajal v letih 2017-2018. Strokovnjaki IBMP (Inštitut za biomedicinske probleme) bodo postali udeleženci poskusov v izolacijskih sistemih NASA. Predvideva tudi sodelovanje enega astronavta iz Japonske pri projektu.

Za razliko od filma Marsovec bodo poskus izvajali v skupinah štirih do šestih ljudi in na Zemlji. William Palosky je dejal, da sta obe strani, tako ruska kot ameriška, enako zainteresirani za krepitev in širitev sodelovanja pri raziskovanju vesolja. Tudi uvodne izjave novega predsednika ZDA o razvoju sodelovanja med našima državama v vesoljskem sektorju kažejo na zanimanje in vlivajo optimizem.

Možno je, da bodo v prihodnosti novi roboti iz masivnega kovinskega stekla prispevali k delu mednarodnih posadk v orbiti in postajah zunaj Zemlje.


foto: amorfne in kristalne strukture v sestavi BMG v središču njegovih "spremenljivih" lastnosti - trdnost in fluidnost Kljub dolgemu časovnemu obdobju - več kot 50 let od datuma odkritja - lastnosti kovinskega stekla in dvofazne steklokristalne strukture še niso raziskane in predstavljajo ogromno ozemlje za revolucionarne tehnološke poskuse in odkritja z namenom uporabe na različnih področjih človekove dejavnosti - od elektronike in medicine do vesoljskih robotov. Nov porast zanimanja za kovinsko steklo v našem času je v skladu z iskanjem uporabe zlitine z dodatkom polimerov kompozitu in njegovo čim večjo komercializacijo.

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

steklo iz kovinske zlitine

Uvod

1. Kovinska očala

2. Sestava, struktura, lastnosti

3. Mehanske lastnosti kovinskih stekel

4. Področje uporabe

Zaključek

Bibliografija

Uvod

Trdnost in plastičnost sta aktualni področji raziskav lomne mehanike. Ta področja mehanike deformabilnega trdnega telesa se v veliki meri intenzivno razvijajo v povezavi z vedno večjimi zahtevami industrije, zato je vloga novih materialov in tehnologij vsako leto večja. Njihov razvoj, pridobivanje in proučevanje lastnosti je objektivna nuja za razvoj človeške družbe.

Odkritje elektroplastičnega učinka na kovine je pripeljalo do globljega razumevanja mehanizma plastične deformacije. Postalo je mogoče nadzorovati mehanske lastnosti kovinskih materialov.

Pri poskusih z impulznim tokom so ugotovili povečanje plastičnosti in zmanjšanje krhkosti kovine. Električni tok povzroči tudi povečanje hitrosti popuščanja napetosti v kovini in se izkaže kot priročen tehnološki faktor za razbremenitev notranjih napetosti. Elektroplastični učinek je linearno odvisen od gostote toka, najbolj je izražen pri pulznem toku, pri izmeničnem pa ga ni.

Smiselnost razširitve uporabe elektroplastičnega učinka je postala očitna, saj njegova uporaba zmanjšuje stroške energije in s tem ekonomske. Zlasti v industriji se različni materiali pogosto uporabljajo v električnih poljih, zaradi česar se spreminjajo njihove mehanske lastnosti.

Fizikalne lastnosti kovinskih stekel (visoka trdnost v kombinaciji s plastičnostjo, visoka trdota, odpornost proti koroziji, odpornost proti obrabi in električna upornost itd.) niso določene samo s kemično sestavo, temveč tudi s strukturnim stanjem teh materialov.

Množična uporaba amorfnih kovinskih zlitin, ki delujejo v električnih poljih, predstavlja problem preučevanja njihovih mehanskih lastnosti pod delovanjem impulznega električnega toka.

1. Kovinska očala

Steklaste kovine, kovinska stekla, kovine. Zlitine v steklastem stanju so nastale pri ultra hitrem ohlajanju kovinske taline (hitrost ohlajanja 106 K/s). Hitro odvajanje toplote je doseženo, če je vsaj ena od dimenzij vzorca, ki ga je treba izdelati, dovolj majhna (folija, trak, žica). S sploščenjem kapljice taline med ohlajenimi nakovali dobimo folijo širine 15–25 mm in debeline 40–70 mikronov, s hlajenjem na vrtljivem bobnu (disku) ali z valjanjem curka med dvema valjema pa dobimo trak širine 3–6 mm in debeline 40–100 mm µm. Z ekstrudiranjem taline v ohlajeno tekočino jih lahko izdelamo v obliki žice.

Preučevanje kovinskih stekel omogoča raziskovanje narave kovinskih, magnetnih in drugih lastnosti trdnih snovi.

Zaradi visoke trdnosti (približuje se teoretični meji za kristale) v kombinaciji z visoko duktilnostjo in visoko odpornostjo proti koroziji so kovinska stekla obetavni ojačitveni elementi za materiale in izdelke.

Nekatera kovinska stekla, kot je Fe80B20, so feromagneti z zelo nizko koercitivno silo in visoko magnetno prepustnostjo, kar določa njihovo uporabo kot mehke magnetne materiale. Drug pomemben razred amorfnih magnetnih materialov so zlitine redkih zemelj s prehodnimi kovinami. Obetavna je uporaba električnih in akustičnih lastnosti kovinskih stekel (visoka in šibka odvisnost od temperature, elektrike, upora, šibka absorpcija zvoka).

V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so na osnovi široko uporabljenih kovin: magnezija, titana, bakra, železa itd., pridobili kovinska stekla v razsutem stanju (OMG) z velikostjo > 1 mm v vsaki od 3 prostorskih dimenzij (slika 1). v binarnih, ternarnih, kvartarnih in večkomponentnih zlitinah.

riž. 1. Vzorci ulitkov iz razsutega kovinskega stekla (optična slika)

Statistična analiza razpoložljivih informacij o OMS je pokazala povečanje njihove sposobnosti tvorjenja stekla od binarnih do ternarnih in kvartarnih zlitin.

2. spojina,struktura, lastnosti

Sestava kovinskih stekel je 80 % prehodnih (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr itd.) ali plemenitih kovin in približno 20 % polivalentnih nekovin (B, C, N, Si, P, Ge). , itd.), ki igrajo vlogo elementov za oblikovanje stekla. Primeri so binarne zlitine Au81Si19, Pd81Si19 in Fe80B20) in psevdobinarne zlitine, sestavljene iz 3-5 ali več komponent. Kovinska stekla so metastabilni sistemi, ki kristalizirajo, ko se segrejejo na temperaturo, ki je enaka ½ tališča.

Atomska struktura stekel, ki kaže na odsotnost daljnosežnega reda v razporeditvi atomov (slika 2), določa njihove lastnosti, zlasti mehanske. Po trdnosti in specifični trdnosti bistveno presegajo ustrezne kristalne zlitine zaradi nezmožnosti uporabe mehanizmov akomodacijske deformacije tipa dislokacije ali dvojčka. Pogojna meja tečenja kovinskih stekel v razsutem stanju doseže ~2 GPa za kovinska stekla v razsutem stanju na osnovi Cu, Ti in Zr, ~3 GPa za Ni, ~4 GPa za Fe, ~5 GPa za Fe in Co ter 6 GPa za kobalt zlitine. Struktura kovinskega stekla zagotavlja tudi elastično deformacijo do 2%, kar v kombinaciji z visoko mejo tečenja vodi do velikih vrednosti shranjene energije elastične deformacije (indikatorja yy2/E in yy2/cE, kjer yy, c in E sta meja tečenja, gostota in Youngov modul). Opozoriti je treba, da nedavne študije kažejo na prisotnost atomskih grozdov v velikih kovinskih kozarcih.

riž. 2. Slika visoke ločljivosti s transmisijsko elektronsko mikroskopijo in uklonski vzorci iz izbrane submikroskopske (SAED) in nanovelike (NBD) regije. Opazna je odsotnost daljnosežnega reda v razporeditvi atomov. Velikost razpršenih območij je pogojno prikazana s krogi. (V Rusiji študijo strukture izvajata zlasti A.S. Aronin in G.E. Abrosimova)

Volumetrična kovinska stekla nimajo samo visoke trdnosti, trdote, odpornosti proti obrabi in visokih vrednosti elastične deformacije pred začetkom plastične deformacije, temveč tudi visoko odpornost proti koroziji, vključno s spontano pasivacijo v nekaterih raztopinah. Visoka trdota, odpornost proti obrabi, kakovost površine kovinskih stekel v razsutem stanju, pa tudi fluidnost pri segrevanju določajo njihovo uporabo v mikrostrojih kot prenosni mehanizmi (zobniki), komponente visoko natančnih mehanskih sistemov. Masivna kovinska stekla na osnovi železa in kobalta z nasičeno magnetizacijo do 1,5 T imajo rekordno nizke vrednosti prisilne sile manj kot 1 A/m in se aktivno uporabljajo kot mehki magnetni materiali. Treba je opozoriti, da so v Rusiji kovinska stekla na osnovi železa in kobalta preučevali znanstveniki, kot je A.M. Glezer, S.D. Kaloškin in mnogi drugi. Pojav steklastega prehoda, ki ga opažamo pri prehodu iz tekočine v steklo, in devitrifikacije pri segrevanju je eden najpomembnejših nerešenih problemov v fiziki trdne snovi. Namreč, ali sta amorfna in tekoča faza ista faza, le opazovana pri različnih temperaturah, ali gre za fazni prehod iz tekočega stanja v amorfno stanje in obratno, in če da, kakšen je ta fazni prehod? Nekaj ​​napredka je bilo doseženega z računalniškimi simulacijami, vendar še ni povsem jasno.

Plastični tok v kovinskih steklih se pojavi v obliki visoko lokaliziranih pasov strižne deformacije. V primeru, ko so mehanske razmere takšne, da se je mogoče izogniti katastrofalni nestabilnosti procesa, pride do več strižnih pasov pri enoosnem stiskanju, upogibanju, valjanju in vlečenju ter pri lokaliziranem vrezovanju.

Deformacije v posameznih pasovih so izjemno velike. Pri preučevanju površinskih replik ostro upognjenih trakov Pd80Si20 s transmisijsko elektronsko mikroskopijo sta Masumoto in Maddin opazila strižne pasove širine ~200 A. Z interferenčno mikroskopijo so na površini zaznali z njimi povezane stopnice do 2000 λ, kar kaže na strižne deformacije v bendu. Takšni pasovi se pojavijo dolgo pred zlomom, zato strižna deformacija zloma materiala presega 200 E. Sposobnost prenašanja velikih obremenitev je povezana z odsotnostjo toge prostorske orientacije strukturnih vezi ali z dejstvom, da je amorfna matrika je relativno brez takšnih makroskopskih napak, kot so pore, oksidni vključki, posamezni kristali itd. Prvi pojasnjuje plastičnost kovinskih stekel v primerjavi z drugimi anorganskimi stekli, kot je silicijev dioksid s kovalentnimi vezmi; drugi pojasnjuje prisotnost bolj lokalizirane plastičnosti kovinskih stekel v primerjavi z upogibno plastičnostjo jeklenih plošč.

Močna lokalizirana strižna deformacija sama po sebi kaže na odsotnost deformacijskega utrjevanja v kovinskih steklih. Nadaljnjo potrditev tega zagotavljajo kompresijski testi, ki sta jih opravila Pampillo in Chen na amorfni zlitini Pd77.5Cu6Si16.5. Steklo te sestave je amorfizirano, kar omogoča pridobivanje palic velikega premera (~ 2 mm), ki so primerne za tlačno testiranje. Vzorci so bili izpostavljeni stiskanju, dokler se niso pojavili deformacijski pasovi. Nato so jih polirali, da so odstranili stopnice, ki jih tvorijo proge na njihovi površini, in nato ponovno naložili.

Izkazalo se je, da so se pasovi, ki so se pojavili po prvi obremenitvi, ponovno pojavili, čeprav ni bilo koncentratorjev napetosti, povezanih z drsnimi stopnicami na površini. To se ne bi zgodilo v primeru deformacijskega utrjevanja trakov. Oblika krivulj "napetost - deformacija" kaže na odsotnost deformacijskega utrjevanja: napetost, potrebna za plastični tok, ostane približno konstantna.

3. Mehanske lastnosti kovinskih stekel

Zaradi odsotnosti deformacijskega utrjevanja je deformacija stekel v načinu enoosne napetosti mehansko nestabilna, plastična tečnost pa se razvije v zlom. Pri žicah napetost ustvari katastrofalno strižno nestabilnost. V primeru trakov, da bi izključili trganje, pred manifestacijo takšne nestabilnosti nastane vrat. V tem primeru je vrat težko zaznati, čeprav strižna orientacija jasno kaže na njegov obstoj, pri višjih temperaturah pa nastane bolj razvit vrat, ki ga zlahka opazimo.

Za trakove kovinskega stekla s konstantnim presekom pri napetosti je značilna porušitev zaradi širjenja trganja, ki je značilna za tanke trakove visokotrdnih materialov. Uničenje se običajno začne v prijemih zaradi koncentracije napetosti, ki tam obstaja. Raztrganje se širi podobno kot dislokacija vijaka v ravnini, usmerjeni pod kotom ~ 45° glede na natezno os in normalo na površino traku. V plastičnem območju ob razpoki se pojavi lokalizirana strižna deformacija in vzdolž deformiranega materiala pride do strižne rupture.

Pri radialno simetričnem vzorcu je nagnjenost k trganju odpravljena in do okvare pride sočasno s strižno nestabilnostjo. Po celotnem preseku vzorca se pod kotom 45° glede na natezno os razvije izjemno močan strižni trak, vzdolž katerega pride do strižnega preloma.

Majhno gladko območje, ki ustreza začetnemu strigu, je običajno opaziti na površini zloma očal. Preostanek površine je označen z "žilnim vzorcem", ki ga je prvi opazil in opisal Leamy. Z uporabo stereo skenirajoče elektronske mikroskopije so Leamy in sodelavci ugotovili, da so žile dvignjene proti ravnemu ozadju. Strižne razpoke v obliki diska nastajajo v materialu in se širijo vzdolž strižnega traku. Tam, kjer se srečata, se material razgradi z oblikovanjem notranjih vratov, rezultat pa so nežno zaobljene "žile". Nastanek strižnih razpok v obliki diska se pojavi s sodelovanjem dilatacije (raztezanja ali stiskanja) vzorca. To potrjuje dejstvo, da ko se amorfna žica raztegne v pogojih superponiranega hidrostatičnega tlaka, se razpoka pojavi prednostno na zunanjem obodu strižne cone. V tem primeru na površini preloma prevladuje družina tesno razporejenih, približno vzporednih žil, usmerjenih pravokotno na smer striga. Segmenti kratkih razpok se širijo kot vijačne komponente dislokacijske zanke in za seboj puščajo žile, ki so analogne robnim dislokacijskim dipolom.

Dokončno uničenje žice, testirane na utrujenost, se vedno pojavi hkrati s splošnim tokom po preostalem delu odseka, po katerem se utrujenostna razpoka še ni razširila. Uničenje traku z osnovo se zgodi na enak način, če je uporabljena natezna napetost približno 99% tečne napetosti. Pri nižjih stopnjah napetosti pride do porušitve pod kotom 45°. V slednjem primeru nastopi triosno napetostno stanje v osrednjem delu prereza neposredno pred utrujenostno razpoko. Katastrofalna lomna površina je usmerjena pod kotom 90° glede na natezno os. Makroskopsko je tak zlom krhek. V tem primeru se utrujenostna razpoka širi od mesta njenega nastanka čez območje, ki je polkrog. Temu sledi hitro uničenje. Za prelomno površino, ki je usmerjena pod kotom 90° glede na natezno os, je značilen klasičen "ševronski" vzorec v obliki črke V, katerega črte so usmerjene proti mestu nastanka razpoke. Pri podrobnejšem pregledu lomne površine imajo šivroni žagasto obliko s površinami, ki se nahajajo poševno glede na natezno os. Podrobna študija teh površin je pokazala, da so prekrite s fino mrežico enakoosnega "žilastega" vzorca. To kaže, da tudi pri makroskopskih pogojih ravninske deformacije pride do lokalnega loma po strižni poti.

4. Področje uporabe

Zanimanje za kovinska stekla so sprožile predvsem možnosti njihove uporabe v tehnologiji, ki temelji na nenavadnih lastnostih teh materialov.

Mehanske lastnosti kovinskih stekel omogočajo njihovo uporabo kot ojačitvene niti v kompozitnih materialih, ki se uporabljajo v gradbeništvu, aeronavtiki in športu, pa tudi za armiranje betona in podobnih materialov. Močne trakove je mogoče uporabiti kot navitja za ojačitev tlačnih posod ali za izdelavo velikih vztrajnikov, ki se uporabljajo za shranjevanje energije. Visoka trdota in pomanjkanje zrnatih meja omogočata odlične rezalne robove, zlasti za britvice. Nekatere vrste vzmeti iz kovinskih stekel lahko najdejo uporabo.

Magnetne lastnosti kovinskih stekel odpirajo možnost njihove uporabe kot materialov za jedra induktivnih komponent elektronskih vezij, v močnostnih transformatorjih, kjer lahko nadomestijo običajne Fe-Si zlitine z orientiranimi zrni, in tudi v motorjih kot mehko magnetna materiali za magnetno zaščito. , kot so snemalne magnetne glave, senzorji, vzbujevalniki mehanskih filtrov in zakasnilne linije.

Zaradi svojih električnih lastnosti se kovinska stekla lahko uporabljajo na primer kot uporovni termometri in grelniki pri nizkih temperaturah ter natančni upori z ničelnim temperaturnim koeficientom upora. Superprevodni trakovi iz kovinskega stekla so neobčutljivi na poškodbe zaradi sevanja in so zato morda prednostni za fuzijske aplikacije.

Zaradi dobre odpornosti proti koroziji so zelo dragoceni za kemijo, kirurgijo, biomedicino. Vendar pa za takšne aplikacije v splošnem primeru kovinska stekla ne bi smela imeti trakaste oblike, ampak kakšno drugo obliko.

Možne so tudi druge uporabe kovinskih stekel, na primer kot folije za spajkanje, emisijske katode, varovalke in shranjevanje vodika.

Zaključek

Sprva so bila kovinska stekla predmet zgolj znanstvenega zanimanja kot novo, nenavadno stanje trdne snovi, danes pa se intenzivno uporabljajo v industriji.

Pojav kovinskih stekel (zlitin z nizko kritično hitrostjo hlajenja, ki omogočajo pridobivanje ingotov, težkih do 1 kg ali več v amorfnem stanju), je ustvaril možnost njihove uporabe tudi kot konstrukcijskih materialov. Kovinska stekla imajo tudi slabosti. Imajo precej nizko duktilnost in tudi izgubijo moč z naraščajočo hitrostjo obremenitve. Vendar lahko amorfne zlitine še vedno štejemo za plastična stekla: lahko jih luknjamo in režemo na trakove v žigih, na žico, lahko jih tkamo in upogibamo. Iz njih lahko izdelamo pletene mreže, ki bodo uspešno nadomestile armaturo v armiranobetonskih ploščah, vrvi, trpežne vlaknene kompozite in različne izdelke, s katerimi bomo prihranili ogromno kovine.

Bibliografija

1. Gilman D.D., Leimi H.D. Kovinska očala. Moskva: Metalurgija. 1984. 264 str.

2. Bobrov O.L., Laptev S.N. , Khonik V.A. Sprostitev napetosti v razsutem kovinskem steklu Zr52.5Ti5CU17.9Ni14.6 AII0 // FTT. 2004. T. 46. Izdaja. 6. S. 457 - 460.

3. Kozhushka A.A., Sinani A.B. Stopnja obremenitve in krhkost trdnih snovi. // FTT. 2005. T. 47. Izdaja. 5. S. 812 - 815.

4. Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., Petrzhik E.A. Magnetoplastični učinek: osnovne lastnosti in fizikalni mehanizmi // Kristalografija. 2003. T. 48. Izd. 2. S. 826-854.

5. Morgunov R.B., Baskakov A.A., Trofimov I.N., Yakunin D.V. Vloga termično aktiviranih procesov pri tvorbi magnetno občutljivih kompleksov točkastih defektov v monokristalih NaCl:Eu // FTT. 2003. T. 45. Izdaja. 2. S. 257-258.

Gostuje na Allbest.ru

...

Podobni dokumenti

Klasifikacija, označevanje, sestava, struktura, lastnosti in uporaba aluminija, bakra in njunih zlitin. Diagrami stanja konstrukcijskih materialov. Fizikalno-mehanske lastnosti in uporaba plastičnih mas, primerjava kovinskih in polimernih materialov.

vadnica, dodana 13.11.2013


Prednosti in slabosti kovinskih konstrukcij. Razvrstitev obremenitev in vplivov. Uporaba in nomenklatura kovinskih konstrukcij. Fizikalne in mehanske lastnosti jekla. Izračun kovinskih konstrukcij civilnih in industrijskih zgradb.

predstavitev, dodana 23.02.2015


Kratek pregled in značilnosti trdnih materialov. Skupine kovinskih in nekovinskih trdnih materialov. Bistvo, nastanek strukture in mehanske lastnosti trdih zlitin. Proizvodnja in uporaba neprevlečenih in prevlečenih trdih zlitin.

povzetek, dodan 19.07.2010


Študij metod za izdelavo diagramov stanja kovinskih zlitin. Študij fizikalnih procesov in transformacij, ki se pojavljajo med kristalizacijo zlitin. Vrste toplotne obdelave. Analiza vpliva temperature na topnost kemičnih sestavin.

test, dodan 21.11.2013


Izboljšanje operativnih in tehnoloških lastnosti kovinskega materiala zaradi zlitine kovin. Faze kovinskih zlitin. Diagrami faznega ravnovesja. Stanje zlitin z neomejeno topnostjo komponent v trdnem stanju.

povzetek, dodan 31.7.2009


Koncept kovinskih zlitin. Vrste dvojnih zlitin. Produkti, ki nastanejo med interakcijo komponent zlitine v pogojih termodinamičnega ravnovesja. Diagrami stanja binarnih zlitin, narava spremembe lastnosti glede na njihovo sestavo.

test, dodan 12.08.2013


Avstenitna in dušik vsebujoča korozijsko obstojna jekla: metode izdelave, proizvodna tehnologija, taljenje, termomehanska obdelava, osnovne lastnosti. Metoda elektrožlindrnega pretaljevanja kovinskih elektrod v vodno hlajenem kokilu.

diplomsko delo, dodano 19.06.2011


Glavne vrste stekla, ki se uporabljajo pri strojni izdelavi steklenih cevi. Možne kombinacije keramičnih materialov z ustreznimi vrstami stekla. Obdelava steklene površine. Njegovo vrtanje in rezanje. Jedkanje stekla in taljenega kremena.

povzetek, dodan 28.09.2009


Materiali za pridobivanje umetnih steklenih mas. Tehnologija taljenja stekla. Fizikalne, mehanske, toplotne in električne lastnosti. Plinoprepustnost in izločanje plinov iz stekel. Kemična odpornost. Surovine za pihanje stekla.

seminarska naloga, dodana 11.7.2009


Proizvodnja kovinskih pen iz kovinskih talin. Lastnosti penastega aluminija in penastega niklja. Uporaba kovinskih pen v strojništvu, vesoljski tehnologiji, gradbeništvu in medicini. Njihova uporaba je zmanjšanje koncentracije neželenih ionov.

Posnetek transmisijskega elektronskega mikroskopa različnih stopenj kristalizacije amorfne kovine

Inženirji na Univerzi Južne Kalifornije so razvili novo vrsto kovinskega stekla, ki je bolj prožno. Material združuje, kot kaže, nezdružljive lastnosti - trdoto, trdnost in elastičnost. Material, ki je dobil tehnološko ime SAM2X5-630, ima med vsemi znanimi kovinskimi stekli največjo udarno trdnost.

Kovinska stekla ali amorfne kovine so razred kovinskih trdnih snovi z amorfno strukturo. Za razliko od kovin s svojo kristalno strukturo je struktura amorfnih kovin podobna atomski zgradbi preohlajenih talin.


Na levi skoči krogla iz novega kovinskega stekla, na desni - iz navadnega jekla

Material je sposoben prenesti močne udarce, pri tem pa se ne kruši in ne lomi, ampak se vrne v prvotno obliko. Možnosti njegove uporabe so skoraj neomejene - od svedrov in neprebojnih jopičev do vsadkov za krepitev kosti in zaščito vesoljskih satelitov.

Običajno amorfne kovine dobimo s segrevanjem na 630 ° C in nato zelo hitrim (približno stopinje na sekundo) ohlajanjem. Material SAM2X5-630 je bil pripravljen s segrevanjem praškaste sestave na osnovi železa (Fe 49,7 Cr 17,7 Mn 1,9 Mo 7,4 W 1,6 B 15,2 C 3,8 Si 2,4).

Edinstvene lastnosti kovine izhajajo iz uspešne ugotovitve kombinacije temperature ogrevanja in hitrosti hlajenja - ravno takšni pogoji, ki jih je doživela nastala sestava, vodijo v nastanek lokalnih žarišč šibko izražene kristalne strukture. Drugi pogoji segrevanja ali hlajenja vodijo do popolnoma amorfnih kovin z naključno razporeditvijo atomov.

"Nima skoraj nobene notranje strukture in v tem je podoben steklu, vendar obstajajo območja s kristalizacijo," pravi Veronica Elyason, docentka na Univerzi Viterbi School of Engineering in glavna avtorica dela. "Nimamo še pojma, zakaj majhno število kristaliziranih območij v kovinskih kozarcih vodi do tako velikih razlik v odzivih na udarce."

Dinamična Hugoniotova meja elastičnosti (največji udarec, ki ga material lahko prenese brez trajne deformacije) je bila določena za SAM2X5-630 v območju 12 GPa. Za nerjavno jeklo je ta številka 0,2 GPa, za volframov karbid (uporablja se za izdelavo trdih orodij in jeder za preboj oklepnih krogel) - 4,5 GPa, za diamante - do 60 GPa.

Študija amorfnih kovin se je začela leta 1960 na Kalifornijskem inštitutu za tehnologijo - prvo kovinsko steklo Au 75 Si 25 je pridobila skupina znanstvenikov. Od takrat je bilo pridobljenih veliko podobnih materialov z zanimivimi lastnostmi, vendar doslej obsega njihove praktične uporabe zaradi visokih stroškov ni mogoče imenovati širokega.

Na primer, Ti 40 Cu 36 Pd 14 Zr 10, nedavno pridobljen na Japonskem, ni rakotvoren, trikrat močnejši od titana, se malo obrablja, med trenjem ne tvori prahu in praktično sovpada s človeškimi kostmi v modulu vzdolžne elastičnosti - v možno ga je uporabiti kot odličen umetni nadomestek sklepa.

Amorfne zlitine (kovinska stekla)

Kovine in zlitine v amorfnem stanju, tj. kovinska stekla so bila prvič pridobljena v letih 1959–1960. Lastnosti kovinskih zlitin v amorfnem in kristalnem stanju imajo pomembne razlike. Kovinska stekla imajo kombinacijo visokih mehanskih, magnetnih in protikorozijskih lastnosti.

Amorfna struktura nastane pri ultravisokih hitrostih hlajenja - 106 K/s in več, pri čemer se doseže zelo visoka stopnja podhlajevanja, pri kateri so kristalizacijski parametri CCC in CK (glej 1.3.5 in sl. 1.22) enaki nič (hitrost hlajenja, ko so ulitki pridobljeni s tradicionalnimi metodami okoli 1 K/s). Obstaja več načinov za doseganje teh hitrosti:

• – visokohitrostno ionsko-plazemsko in termično razprševanje materiala, ki mu sledi kondenzacija pare na substrat, hlajen s tekočim dušikom; hitrost hlajenja približno 1013 K/s;
• – taljenje tankih površinskih plasti delov z laserskim žarkom, pri čemer je visoka hitrost ohlajanja zagotovljena s hitrim odvajanjem toplote v globoke plasti kovine; hitrost hlajenja 107-109 K/s;
• – utrjevanje iz tekočega stanja; hitrost hlajenja 106...1010 K/s.

Kaljenje iz tekočega stanja je glavna metoda za pridobivanje kovinskih stekel. Naprava za izvajanje te tehnologije (slika 10.14) je sestavljena iz treh vakuumskih komor ( 1). V zgornjem se kovina tali s plazemskim gorilnikom (6), v srednjem je bakren disk ( 3 ), spodnja komora je vakuumski rezervoar. Vodno hlajen bakren lonček (4) ki se nahaja na steni, ki ločuje zgornjo in srednjo komoro. Po namestitvi kovine (5) v lonček pride do črpanja do tlaka 10-4 Pa, nato se argon dovaja v zgornjo in srednjo komoro do tlaka 5...8 104 Pa. Ko se kovina stopi, se tlak v srednji komori z dušilnim ventilom (2) zniža na 104 Pa. Pod vplivom tlačne razlike talina vstopi v srednjo komoro in vstopi v vrtljivi baker

riž. 10.14.

disk. Pri neprekinjenem dovajanju tekoče kovine nastane trak z amorfno strukturo.

Nagnjenost k pridobitvi amorfne strukture je določena z vrsto in kemično sestavo zlitine. Zlitine, katerih komponente tvorijo diagrami stanj z evtektikom, in njihove sestave so skoraj evtektične. To je najprej razloženo z dejstvom, da je v zlitinah, ki vsebujejo evtektike, temperatura konca kristalizacije minimalna, zato tekočina ostane stabilna do najnižjih temperatur in ima visoko viskoznost, kar ovira difuzijske procese in s tem kristalizacijo (pri višjih temperaturah je viskoznost tekočine nižja). Drugič, čim bližje je sestava evtektiku, večja količina tekočine se zadrži do temperature solidusa (za evtektično zlitino je količina tekočine v skladu z diagramom ravnotežnega stanja 100%) in manjša je verjetnost, da nastanek jeder trdne faze.

Diagrami stanja z evtektiki so značilni za zlitine "kovine-nekovine" (spomnimo se dobro znanega diagrama stanja "železo-cementit" z evtektiki pri vsebnosti ogljika 4,3%). Nekovinski amorfni elementi vključujejo C, P, B, N, S itd. Trenutno je veliko amorfnih zlitin na osnovi titana v kombinaciji z vanadijem, niobijem, tantalom, pa tudi na osnovi železa, kroma, niobija z amorfnimi komponente so bile pridobljene. V tem primeru se doseže amorfna struktura za zlitine, katerih sestava je blizu evtektiku. Kot primer vzemimo zlitine Ta80Nb55Si15, Ti72Ta10SiI8, Fe8()B20 (številke so atomski odstotki ustreznega elementa).

Predpogoj za pridobivanje amorfnih čisto kovinskih zlitin je prisotnost na diagramu stanja "kovina - kovina" vmesne spojine – intermetalidi(glejte 3.2).

Te faze imajo tako kot kemične spojine svojo kristalno mrežo, stehiometrično sestavo, vendar za razliko od kemične spojine neurejeno razporeditev atomov različnih vrst v kristalni mreži. Kompleksna struktura takšnih faz zahteva pojav difuzijskih procesov za njihovo tvorbo, ki so potlačeni pri ultravisokih hitrostih hlajenja, zaradi česar zlitine pridobijo metastabilno amorfno strukturo.

Torej, v sistemu "železo - volfram" so bile pridobljene amorfne zlitine z atomsko vsebnostjo železa približno 31 ... 68%, tj. v območju obstoja faz Fe2W in Fe7W6 (na primer W50Fe50). V sistemih Mo–Fe, Nb–Ni in Ta–Ni so bile pridobljene tudi amorfne zlitine po sestavi, podobne vmesnim fazam: Mo46Co54, Nb60Ni40 in Ta50Ni50.

Amorfna struktura kovinskih stekel je nestabilna, zato teži k najstabilnejši strukturi, tj. kristalna struktura. To se zgodi pri segrevanju nad temperaturo začetka kristalizacije ( T cr), ki je odvisna od temperature taljenja ( T pl) kot sledi: T kr = (0,4...0,65) Tm, K.

Segrevanje pod temperaturo začetka kristalizacije ( T kr), ki vodi v stabilnejše stanje, spremljajo manjše spremembe lastnosti - zmanjšanje električnega upora in volumna (sl. 10.15, 10.16). Ko se temperatura dvigne nad T kr pride do ostre spremembe teh značilnosti na vrednosti, ki jih ima snov v kristalnem stanju.

Spremembe strukture in lastnosti med segrevanjem določajo toplotno obdelavo kovinskih stekel – to je stabilizacijsko žarjenje pri temperaturah pod T kr.

Uporaba kovinskih stekel je omejena s temperaturo kristalizacije, pri segrevanju katere se njihove lastnosti močno spremenijo.

Paleta kovinskih stekel je tanke folije, trakovi, niti. Njihova glavna uporaba je

riž. 10.15. Vpliv temperature na električni upor amorfne kovinske zlitine Fe 48co 15Nii 5Si 14

najdemo v mikroelektroniki in radijski elektroniki, kjer se uporabljajo folije in tanke plasti kovin, nanesenih na polprevodniške ali izolacijske podlage.

Vendar pa ta uporaba amorfnih kovinskih zlitin ni določena samo in ne toliko s tehnološkimi vidiki, kot z njihovimi posebnimi električnimi in magnetnimi lastnostmi. Zelo pomembne razlike v fizikalnih lastnostih kovinskih stekel in kristalnih materialov so razložene s temeljno razliko v njihovi strukturi, in sicer z naključno (v steklih) namesto z urejeno (v tradicionalnih kovinah) porazdelitvijo atomov, pa tudi z odsotnostjo zrn. v stekleni strukturi.

Za kovinska stekla sta značilna predvsem visoka električna upornost in nizki koeficienti toplotne razteznosti (tabela 10.4). Glede na te značilnosti znatno presegajo tradicionalno uporabljen nikrom (X20H80).

Tabela 10.4

Električna upornost in temperaturni koeficient (TC) upornosti kovinskih stekel sistema "Ni - Si - B"

riž. 10.16.

Amorfne zlitine železa in kobalta imajo visoko magnetno prepustnost in nizko koercitivno silo, kar je pomembno za mehke magnetne materiale. Lahko nadomestijo tradicionalne permaloje (zlitine, ki vsebujejo od 45 do 83 % Ni). Torej, za zlitino Fe5Co66Cr9Si5Bl5 je magnetna prepustnost μ = 2105, prisilna sila H c = 0,08 A/m, medtem ko so za permalloj razreda 4-79Mo te karakteristike 3104 oziroma 0,8 A/m. Koercitivna sila je tem manjša, čim večje je zrno, struktura amorfnih zlitin pa je tako rekoč enozrno.

Za amorfne zlitine, ki vključujejo železo, krom, kobalt, je značilna kombinacija visokih vrednosti trdote in trdnosti (tabela 10.5).

Tabela 10.5

Mehanske lastnosti amorfnih kovinskih zlitin

Sestava, % atom.	Trdota, HV

Vendar pa je uporaba amorfnih zlitin za izdelavo obremenjenih delov na žalost omejena s proizvedenim obsegom. Niti se uporabljajo za ojačitev kompozitnih materialov, trakovi se uporabljajo za navijanje pri izdelavi visokotlačnih posod za njihovo ojačitev. Iz traku so izdelani tudi elastični elementi.

Zelo visoko trdoto realnih delov lahko dosežemo z amorfizacijo površinskih plasti delov z lasersko obdelavo. Tako je laserska obdelava dela iz litega železa (3,2% C, 2,6% Si, 0,64% Mn, 0,06% P) omogočila pridobitev trdote površine 1200 H.V. Tako visoko trdoto dosežemo z nitriranjem jekel, ki vsebujejo aluminij.

Pridobivanje amorfnih zlitin je postalo zelo pomembno v povezavi z razvojem najpomembnejšega področja znanosti o materialih - nanotehnologije. Kristalizacija amorfnih zlitin omogoča pridobivanje kristalov velikosti v nanometrskem območju - nanomateriali (glej spodaj, 14.2.2).