Metallklaasid ehk amorfsed sulamid saadakse sulatise jahutamisel kristalliseerumiskiirust ületava kiirusega. Sel juhul muutub kristalse faasi tuumastumine ja kasv võimatuks ning metallil on pärast tahkumist amorfne struktuur. Suured kiirused jahutamist on võimalik saavutada erinevaid meetodeid enim kasutatakse aga sulatuskustutust kiiresti pöörleva ketta pinnal (joonis 177). See meetod võimaldab teil saada teipi, traati, graanuleid ja pulbreid.

Amorfse struktuuri saamine on põhimõtteliselt võimalik kõikide metallide puhul. Amorfne olek saavutatakse kõige kergemini sulamites Al, Pb, Sn, Cu jne. Ni, Co, Fe, Mn, Cr, mittemetallide või poolmetalliliste elementide C, P, Si baasil valmistatud metallklaaside saamiseks, Neile ja teistele lisatakse B, As, S (amorfsed elemendid). Amorfsed sulamid vastavad enamasti valemile M 80 X 20, kus M on üks või mitu üleminekuelementi ja X on üks või mitu mittemetalli või muud amorfset elementi (Fe 80 P 13 C, Ni 82 P 18, Ni 80 S 20).

Riis. 177. Amorfsete sulamite valmistamise skeem sulatisest kiirjahutusega: a - kettale valamine; b - kahe ketta vahele valamine; 1 - induktiivpool; 2 - sulama; 3 - tiigel; 4 - ketas; 5 - amorfsest materjalist lint

Metallide amorfne olek on metastabiilne. Kuumutamisel, kui aatomite liikuvus suureneb, toimub kristalliseerumisprotsess, mis viib metalli (sulami) järk-järgult läbi metastabiilsete seeria stabiilsesse kristallisse olekusse. Amorfsete sulamite mehaanilised, magnetilised, elektrilised ja muud struktuuritundlikud omadused erinevad oluliselt kristalsete sulamite omadustest. Iseloomulik tunnus amorfsetel sulamitel on kõrge elastsuspiir ja voolavuspiir ning deformatsioonikõvenemine peaaegu täielikult puudub.

Kõrged mehaanilised omadused

Koobaltil põhinevatel amorfsetel sulamitel on kõrged mehaanilised omadused.

Amorfsed sulamid on sageli pinge all rabedad, kuid paindumisel ja kokkusurumisel suhteliselt plastilised. Saab külmvaltsutada. Raual ja koobaltil põhinevate sulamite voolavuspiiri ja kõvaduse vahel on kindlaks tehtud lineaarne seos. Amorfsete sulamite tugevus on teoreetilisele lähedane. Seda seletab ühelt poolt kõrge
väärtus m ja teisest küljest madalamad elastsusmooduli E väärtused (30-50%) võrreldes kristalsete sulamitega.

Amorfsed sulamid, mis põhinevad raual ja sisaldavad vähemalt 3-5% Cr, on kõrge korrosioonikindlusega. Amorfsetel niklipõhistel sulamitel on ka hea korrosioonikindlus. Pehmete magnetiliste materjalidena kasutatakse Fe, Co, Ni amorfseid sulameid, millele on lisatud 15-25% amorfseid elemente B, C, Si, P.

Amorfse sulami rühmad

Pehmed magnetilised amorfsed sulamid jagunevad kolme põhirühma:

1. amorfsed rauapõhised sulamid, millel on kõrge magnetilise induktsiooni väärtus ja madal sundjõud (32-35 mA/cm);
2. raud-nikli sulamid, mille magnetinduktsiooni keskmine väärtus (0,75–0,8 T) ja madalam koertsitiivsus kui rauasulamitel (6–7 mA/cm);
3. amorfsed koobaltil põhinevad sulamid, millel on suhteliselt madal küllastusinduktsioon (0,55 T), kuid kõrged mehaanilised omadused (900-1000 HV), väike koertsiivjõud ja suur magnetiline läbilaskvus. Väga suure elektritakistuse tõttu on amorfsetele sulamitele iseloomulikud väikesed pöörisvoolukaod – see on nende peamine eelis.

Pehmeid magnetilisi amorfseid sulameid kasutatakse elektri- ja elektroonikatööstuses (trafode magnetsüdamikud, südamikud, võimendid, drosselfiltrid jne). Kõrge koobaltisisaldusega sulameid kasutatakse magnetekraanide ja magnetpeade valmistamiseks, kus on oluline, et oleks kõrge kulumiskindlusega materjal.

Metallklaaside kasutusala piirab endiselt asjaolu, et vedelast olekust kiirel jahutamisel (kõvenemisel) saab neid ainult õhukeste (kuni 60 mikronit) lintidena laiusega kuni 200 mm või rohkem või juhtmed läbimõõduga 0,5-20 mikronit. Selle rühma materjalide arendamiseks on aga laialdased väljavaated.

alumiinium-terastraat (KAS-1A), nikkel-volframtraat (VKN-1).

Mittemetallilise maatriksiga komposiitmaterjalid. saksa keel

talliline maatriks on polümeer, süsinik ja keraamilised materjalid. Polümeeridena kasutatakse epoksü-, fenool-formaldehüüd- ja polüamiidmaatriksit. Tugevdajad on klaas-, süsinik-, boor-, orgaanilised, anorgaanilised (oksiidide, boriidide, karbiidide, nitriidide filamentkristallid) kiud; metalltraadid; hajutatud osakesed. Armatuuri tüübi järgi jaotatakse polümeerkomposiidid klaasiks, süsinikuks, booriks ja orgaaniliseks kiuks.

IN kihilised materjalid (vt riis. 8.3, c) kiud ja niidid asetatakse pärast sideainega immutamist tasapindadesse, mis kogutakse plaatidesse. Kiudude paigaldamise meetodit muutes saadakse isotroopne või anisotroopne CM.

Klaaskiud on sünteetilise vaigu ja klaaskiust (tugevdava komponendi) komposiit. Orienteerimata klaaskiududel on lühikesed kiud ja orienteeritud kiududel on pikad kiud. See annab klaaskiule suure tugevuse.

Süsinikkiud (süsinikplastid) koosnevad maatriksist - polümeerist sideainest ja tugevdajast - süsinikkiud(süsinikkiud). Sideaine on sünteetiline polümeer (polümeer süsinikkiud) või süsinikkiud süsinikmaatriksiga - pürolüütiline süsinik (koks).

Boorkiud koosnevad polümeersideainest ja tugevdajast – boorkiududest.

Neil on kõrge tugevus (kõrgem kui süsinikkiud) ja kõvadus, soojus- ja elektrijuhtivus, kõrge keemiline vastupidavus ja väsimuskindlus. Vibratsioonikindluse poolest on need metallist paremad.

Orgaanilised kiud koosnevad polümeersideainest ja tugevdajatest - sünteetilistest kiududest. Neil on suur eritugevus ja jäikus, nad on vastupidavad agressiivsele keskkonnale ja ei ole kahjustuste suhtes tundlikud.

IN Mäetehnikas kasutatakse komposiitmaterjale hõõrde- ja hõõrdumist takistavate detailide, puurimistööriistade (otsikute), konveieridetailide, kombainide, elektroodide ja elektrikontaktide valmistamiseks.

8.4. Metallist klaas

Metallist klaasid(amorfsed sulamid, klaasmetallid, metklaasid) on klaasjas olekus metallisulamid, mis saadakse pärast jahutamist ja sulavad suurel kiirusel (< 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.

Metallklaasid on ühefaasilised ja neil puuduvad ehituslikud vead (vabukohad, nihestused). Neil on suur tugevus, suur elastsus,

III JAGU. VÄRVILISTE METALLIDE JA SULAMITE MATERJALITEADUS

Peatükk 8. Hõõrdumisvastane, pulber- ja komposiitsulamid

kõrge korrosioonikindlus. Mõned neist on ferromagnetilised või neelavad heli nõrgalt.

Magnetilised pehmemetalliklaasid toodetakse Fe, Co, Ni baasil, millele on lisatud 15–20% amorfseid elemente - B, C, Si, P (näiteks kõrge magnetilise induktsiooni väärtusega Fe81 Si3 5B13 C2). Amorfsel sulamil Co66 Fe4 (Mo, Si, B)30 on kõrged mehaanilised omadused.

Stabiilsetel amorfsetel sulamitel on kõrge korrosioonikindlus. Näiteks metallklaasid Fe ja Ni baasil 3–5% Cr.

Metallklaaside kasutamise määravad nende magnetilised ja korrosiooniomadused.

Testi küsimused ja ülesanded

1. Tooge näiteid hõõrdumisvastaste sulamite kaubamärkide kohta.

2. Tooge näiteid plii- ja tinababbittide kaubamärkide kohta.

3. Milline struktuur määrab babbittide hõõrdumisevastased omadused?

4. Mis on babbitti vasega legeerimise eesmärk?

5. Tooge näiteid tsingipõhiste sulamite klassidest.

6. Milliseid materjale nimetatakse metallkeraamikaks?

7. Kirjeldage poorset metallkeraamikat ja selle omadusi.

8. Nimeta metallkeraamika eelised ja puudused.

9. Millist protsessi nimetatakse paagutamiseks?

10. Nimeta struktuurse metallkeraamika liigid, omadused ja otstarve.

11. Esitage instrumentaalse metallkeraamika omadused. Mis on selle eesmärk?

12. Milliseid eriomadustega eriotstarbelist metallkeraamikat eksisteerib ja kuidas neid saadakse?

13. Milliseid materjale nimetatakse komposiitmaterjalideks?

14. Millistest komponentidest on valmistatud komposiitmaterjalid?

15. Milliste kriteeriumide järgi komposiitmaterjale klassifitseeritakse?

16. Kirjeldage metallmaatriksiga metallkomposiite, hajutatud ioontugevdatud ja kiudtugevdusega.

17. Iseloomusta komposiitmaterjale mittemetallilise maatriksiga.

18. Milliseid materjale nimetatakse metallklaasiks? Kirjeldage nende omadusi ja tüüpe.

19. Nimetage metallide korrosioonikaitse liigid ja kirjeldage neid.

IV JAGU. MITTEMETALLISE MATERJALITEADUS

MATERJALID

9. peatükk. Mineraalselt kobestatud, hajutatud kivimaterjalid

9.1. Looduslikud kivimaterjalid

Anorgaanilised mineraalid on keemilised elemendid ja ühendid (oksiidid, hapnikuvabad elementide ühendid), millel puuduvad metallilised omadused. Nendel materjalidel on keemiline vastupidavus, mittesüttivus, kõvadus, kuumuskindlus ja stabiilsed omadused. Nende puuduseks on kõrge haprus, madal vastupidavus temperatuurimuutustele, venitamine ja painutamine.

Looduslikud kivimaterjalid (PCM) - Ehitusmaterjalid,

saadud kivid mehaaniline töötlemine (purustamine, sulatamine, lõhestamine jne), mille järel kivimi struktuur ja omadused säilivad peaaegu täielikult (tabel 9.1).

Pinnatöötluse olemuse alusel jagatakse PCM-id järgmisteks tüüpideks:

loomulik ehituskivid (kivitooted) – saetud seinamaterjalid ja kattekivid,arhitektuur ja ehitustooted (astmed, aknalauad), teematerjalid (sillutiskivid, küljekivid), hüdrokonstruktsioonide tooted, sillatugede vooderdised, tehnikatooted (marmorplaadid, kalibreerimisplaadid, paberivalmistusseadmete graniitšahtid),dekoratiivne ja kunstiline tooted;

töötlemata kivimaterjalid– killustik ja rändrahnud, killustik, kruus, liiv.

PCM-i hävimise põhjused on vee külmumine poorides ja pragudes; sagedased temperatuuri ja niiskuse muutused; keemiline korrosioon gaaside (hapnik, vesinik jne) ning põhja- ja merevees lahustunud ainete mõjul.

Tabel 9.1

PCM klassifikatsioon tootmismeetodi järgi

* Loodusliku kivi vormimise protsess soovitud kuju ja välisviimistlus.

Kivimaterjalide kaitsmiseks hävitamise eest kasutatakse järgmisi meetodeid:

konstruktiivne kaitse on toodetele vee ärajuhtimist hõlbustava kuju andmine ja voodri sileda poleeritud pind;

füüsikalis-keemiline kaitse on pinnakihi immutamine tihendussegudega, hüdrofoobsete (vetthülgavate) ühendite ja kilet moodustavate polümeermaterjalide (läbipaistvad ja värvilised) kandmine esipinnale.

Looduslikud ehituskivid (NSS) . See ehitusmaterjal kivimitest pärast nende saagimist, säilitades nende struktuuri ja omadused. Sõltuvalt tihedusest jagunevad need järgmisteks osadeks kopsud (tihedus alla 1800 kg/m³) ja raske.

Tugevus on PSK tarbijaomadus. Selle tähendust kasutatakse

on märgitud märgistusel ja seda hinnatakse õhukuivas olekus proovide survetugevuse σcom, MPa järgi.

Tarbeomadused hõlmavad ka hõõrdumist ja kulumist. Teepindade ja põrandate jaoks kasutatakse kõvasid peene- ja keskmiseteralisi kivimeid.

PSK veekindlust hinnatakse pehmenemiskoefitsiendiga Krm (hüdrauliliste konstruktsioonide puhul on Krm vähemalt 0,8; välisseinte puhul - vähemalt 0,6).

Külmakindlust hinnatakse vahelduva külmutamise ja sulatamise tsüklite arvu järgi: F10, F15, ..., F500. See sõltub koostisest, struktuurist ja

IV JAGU. MATERJALITEADUS MITTEMETALLLISTEST MATERJALIDEST

Peatükk 9. Mineraalsed kobestatud, dispergeeritud ja kivimaterjalid

niiskus PSK. Kõrge külmakindlus on ühtlase teralise struktuuriga tihedate kivide puhul ja madal kihilistel konstruktsioonidel.

Tulekindlus sõltub kivi koostisest ja struktuurist. Kõrgematel temperatuuridel võivad mõned kivimid (kips, lubjakivi) laguneda, teised (graniit) aga praguneda.

Eesmärgi järgi jagunevad ÜVKd: seina-, voodri-, profileeritud ja maanteedeks.

Pinnale tekstuuri andmiseks kasutatakse järgmist tüüpi PSC-töötlust: löök, abrasiivne, termiline.

Seinakivid saadakse tihedatest poorsetest tuffidest ja lubjakividest. Üldnõuded seinakivide puhul: tugevus; tihedus 900 kuni 2200 kg/m3; σco = 5–15 MPa tihedate lubjakivide puhul ja σco = 5–40 MPa tuffide puhul; Krm = 0,6–0,7; külmakindlus - mitte madalam kui F15; dekoratiivsed välimus. Peeneks poorsed looduslikud kivid ei ole kaetud. Müürseinte (tüüp I) ja vaheseinte (II tüüp) seinakive toodetakse klassides 4, 7, 10, 15, 20, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300 ja 400 (klass numbrid vastavad

väärtus σco).

Seinaplokkidel on standardsed lineaarsed mõõtmed lubatud kõrvalekalletega< 10 мм. Каждый камень заменяет в кладке от 8 до 12 кирпичей, а их масса – не выше 40 кг. Один из võimalikud variandid müürikivide mõõdud on 390×190×188 ja suured seinaplokid mehhaniseerimiseks

uus paigaldus – 300×800×900.

Paekivist, dolomiidist ja tufist saetud ja purustatud tükkkive kasutatakse sildade tugipostide paigaldamiseks ja nõlvade tugevdamiseks.

Vastamisi kivid– need on kaunite värvide ja mustritega (dekoratiivsed) kivimid, millel on vajalik külmakindlus (vähemalt F15), tugevus (σpressimine vähemalt 5 MPa) ja tugevus. Suured plokid saadakse looduslikust kivist plokkidest pärast saagimist ja sellele järgnevat mehaanilist töötlemist.

Pealiskivid võivad olla tard-, sette- ja moondekivimitest. Tugevuse klassifikatsioon on järgmine: tugev (σcom > 80 MPa); keskmine tugevus (σcom = 40–80 MPa); madal tugevus

(σcom< 40 МПа).

Vastupidavuse osas on 4 klassi: väga vastupidav (hävitamise algus 650 aasta pärast); vastupidav (200–250 aastat); suhteliselt vastupidav (75–120 aastat); lühiajaline (20–75 aastat). Dekoratiivsete omaduste järgi eristavad nad väga dekoratiivseid, dekoratiivseid, vähedekoratiivseid ja mittedekoratiivseid kive.

Vastavalt nende otstarbele jagunevad kattekivid:

hüdrokonstruktsioonide pinnakatteks (graniit, suure tugevuse ja kõvadusega tardkivimid);

plaadid hoonete välisvooderduseks (lubjakivi, dolomiidid, liivakivid, tufid); Metrooseinte vooder on enamasti marmorist;

alusplaadid (valmistatud vastupidavatest kivimitest).

IV JAGU. MATERJALITEADUS MITTEMETALLLISTEST MATERJALIDEST

Peatükk 9. Mineraalsed kobestatud, dispergeeritud ja kivimaterjalid

Katteplaatide esipinna tekstuuri saab peegeldada (poleerida), poleerida (pulberpoleerida), lihvida abrasiivse tööriistaga või saagida.

Teekivi materjalid saadakse tard- ja settekivimitest, mis ei allu ilmastikule.

Teekivimaterjalid jagunevad järgmisteks tüüpideks:

külgmised kivid puidu pikkuse kujul 70–200 cm vastupidavaid tardkivimeid (diabaas, basalt, graniit); need on valmistatud sirged ja kumerad, kõrged (kuni 40 cm) ja madalad (kuni 30 cm);

sillutuskivid lattidena peen- ja keskmiseteralisest teede sillutamiseks

madalad, tugevad (σkompressor mitte alla 100 MPa) tardkivimid (basalt, graniit, diabaas jne); sillutuskivid võivad olla kõrge BN (kõrgus kuni 160 mm), keskmine BN (130 mm), madal BN (100 mm);

purustatud ja munakivid, mis on kujundatud diabaasist, basaltist, graniidist mitmetahulise prisma (purustatud) või ovaalse (munakivi) kujul;

sillutusplaadid ristkülikukujuliste plaatide kujul kihilistest kividest

Karedad kivimaterjalid . Sellesse rühma kuuluvad

kivid ja rändrahnud, killustik, kruus ja liiv.

Killustik on suured kivide killud, mis saadakse lubjakivi, dolomiidi ja liivakivi lõhkamisel. Selle tüübid vastavalt kujule: rebenenud, kihiline, kihiline (laius on kolm või enam korda suurem kui paksus). Killustikku kasutatakse hüdroehitiste ehitamiseks, vundamentide rajamiseks ja killustiku tootmiseks.

Kruus on lahtine materjal 1–10 mm suuruste ümarate teradena, mis saadakse settekivimite loomuliku hävimise (ilmastiku mõju) teel. Kruusa lisandid on tolm, savi, liiva olemasolul (25–40%), siis nimetatakse materjali liiva-kruusa seguks. Kruusa omadused sõltuvad kivist ja on reguleeritud tehnilised nõuded standarditele.

Kruusaterade tugevus peaks tagama betooni tugevuse 20–50% võrra ettenähtust kõrgemal. Külmakindluse astme järgi eristatakse killustikku F15, F25, F50, F100, F150, F200, F300. See omadus on oluline, kui kruusa kasutatakse betoonkonstruktsioonide valmistamiseks karmides ilmastikutingimustes. Looduslikku killustikku kasutatakse ka raudbetooni ja raudbetooni valmistamiseks jämeda täitematerjalina. Kruusa kasutatakse betooni klasside jaoks kuni 300, nõuded sellele on toodud standardis GOST 8268-82.

Purustatud looduslik kivi saadakse kivide tükkideks purustamisel

5–70 mm suurune külmakindlatest kivimitest, mille σcom = 120–200 MPa. Killustikku saadakse graniidist, diabaasist, tardkivimitest ja settekivimitest (lubjakivi, dolomiit). Looduslikku killustikku nimetatakse gruks. Killustik on sageli teravnurga kujuga ja parim kuju on kuubik või tetraeeder. Killustik on puhtam kui kruus.

Nihkeribade moodustumine ja levimine metallklaasi proovi pinnal (Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2)

Skaneeriva elektronmikroskoobi all on nihkeriba astmeline struktuur selgelt nähtav.

Sarnased nihkeribad tekivad piki pragude servi, mis viib pragude otsa hävimiseni ja takistab selle edasist kasvu.

Tänu oma amorfsele struktuurile võivad metallklaasid olla sama tugevad kui teras ja sama painduvad kui polümeermaterjalid, on nad võimelised juhtima elektrit ja neil on kõrge korrosioonikindlus. Selliseid materjale saaks laialdaselt kasutada meditsiiniliste implantaatide valmistamisel ja mitmesugustel elektroonilised seadmed, kui mitte üks ebameeldiv omadus: haprus. Metallist klaasid kipuvad olema rabedad ja neil on ebaühtlane vastupidavus väsimusele, mis muudab nende töökindluse küsitavaks. Mitmekomponentsete amorfsete metallide (komposiitide) kasutamine lahendab selle probleemi, kuid monoliitsete metallklaaside puhul on see endiselt aktuaalne.

Uus uuring, mille viisid läbi Berkeley Labi ja California Tehnoloogiainstituudi teadlased, on leidnud viisi, kuidas parandada lahtiste metallklaaside väsimustugevust. Pallaadiumipõhine puistemetallist klaas toimis väsimuskoormuse korral sama hästi kui parimad komposiitmetallist klaasid. Selle väsimustugevus on võrreldav tavaliselt kasutatavate polükristalliliste konstruktsioonimetallide ja sulamite, nagu teras, alumiinium ja titaan, omaga.

Koormuse all moodustub pallaadiumi metallklaasi pinnale nihkeriba – olulise deformatsiooniga piirkond, mis võtab astmelise kuju. Samal ajal tekivad "astmeid" eraldavate pragude servadele samad nihkeribad, mis nüristavad pragude tipud ja takistavad nende edasist levimist.

Pallaadiumile on iseloomulik mahu- ja nihkemoodulite suur suhe, mis varjab klaasjastele materjalidele omast haprust, kuna pragude edasist kasvu takistavate "mitmetasandiliste" nihkeribade moodustumine osutub energeetiliselt soodsamaks kui suurte kihtide teke. praod, mis põhjustavad proovi kiiret hävimist. Koos kõrgega

Edastuselektronmikroskoobi pilt erinevad tasemed amorfse metalli kristalliseerumine

Lõuna-California ülikooli insenerid on välja töötanud uut tüüpi metallklaasi, mida iseloomustab suurenenud elastsus. Materjal ühendab kokkusobimatuna näivad omadused - kõvaduse, tugevuse ja elastsuse. Materjal, mis kannab tehnoloogilise nimetust SAM2X5-630, on kõigist teadaolevatest metallklaasidest suurima löögitugevusega.

Metallklaasid ehk amorfsed metallid on amorfse struktuuriga metalliliste tahkete ainete klass. Erinevalt kristalse struktuuriga metallidest sarnaneb amorfsete metallide oma ülejahutatud sulamite aatomistruktuuriga.


Vasakul on kuul, mis on valmistatud uuest metallklaasist, paremal – tavalisest terasest.

Materjal talub tugevaid lööke, samas ei murene ega purune, vaid taastub algne kuju. Selle rakendusvõimalused on peaaegu piiramatud – alates harjutustest ja soomusvestidest kuni luude tugevdamise ja kosmosesatelliitide kaitsmise implantaatideni.

Tavaliselt saadakse amorfsed metallid kuumutamisel temperatuurini 630 °C ja seejärel väga kiiresti (suurusjärgus kraad sekundis) jahutamisel. Materjal SAM2X5-630 saadi kuumutamisel pulbri koostis rauapõhine (Fe 49,7 Cr 17,7 Mn 1,9 Mo 7,4 L 1,6 B 15,2 C 3,8 Si 2,4).

Metalli ainulaadsed omadused tulenevad kuumutamistemperatuuri ja jahutuskiiruse edukast kombinatsioonist - just need tingimused, mida saadud koostis koges, põhjustavad nõrgalt määratletud kristalse struktuuriga lokaalsete fookuste moodustumist. Muude kuumutamis- või jahutamistingimuste tulemuseks on täiesti amorfsed metallid, mille aatomite paigutus on juhuslik.

"Sellel pole peaaegu mingit sisemist struktuuri ja sel viisil sarnaneb see klaasiga, kuid seal on kristalliseerumispiirkondi," ütleb Veronica Elyason, ülikooli Viterbi tehnikakooli dotsent ja töö juhtiv autor. "Meil pole veel aimugi, miks väikesed kristalliseerunud kohad metallklaasides põhjustavad löögile reageerimisel nii suuri erinevusi."

Dünaamiline Hugonioti elastsuspiir (maksimaalne jõud, mida materjal talub ilma püsiva deformatsioonita) määrati SAM2X5-630 jaoks umbes 12 GPa. Roostevaba terase puhul on see näitaja 0,2 GPa, volframkarbiidi puhul (kasutatakse kõvade tööriistade ja soomust läbistavate kuulisüdamike loomiseks) - 4,5 GPa, teemantide puhul - kuni 60 GPa.

Amorfsete metallide uurimine algas 1960. aastal California Tehnoloogiainstituudis – teadlaste rühm sai esimese metallklaasi Au 75 Si 25. Sellest ajast saadik on saadud palju sarnaseid huvitavate omadustega materjale, kuid seni nende pindala praktilise rakendamise ei saa nimetada laialt levinud nende kõrge hinna tõttu.

Näiteks hiljuti Jaapanist saadud Ti 40 Cu 36 Pd 14 Zr 10 on mittekantserogeenne, kolm korda tugevam kui titaan, kulub vähe, ei moodusta hõõrdumisel pulbrit ning oma pikisuunalise elastsusmooduli poolest kattub praktiliselt inimese luud – potentsiaalselt saab seda kasutada suurepärase kunstliku liigeste asendajana.

Autorid püüdsid luua just sellist materjali, mille puhul on nihkeribade moodustumise energia palju väiksem kui nende pragudeks muutmiseks vajalik energia. Pärast paljude võimaluste proovimist asusid nad pallaadiumi, fosfori, räni ja germaaniumi sulamile, mis võimaldas saada umbes 1 mm läbimõõduga klaasvardaid. Hõbeda lisamisega suurendati läbimõõtu 6 mm-ni; Märgime, et proovide suurust piirab asjaolu, et esialgne sulamine nõuab väga kiiret jahutamist.

"Viie elemendi segamisega tagame, et jahutatud materjal "ei tea", millist kristallstruktuuri kasutada, ja valib amorfse, " selgitab üks uuringus osalejatest, Robert Ritchie. Katsed on näidanud, et selline metallklaas ühendab tegelikult klaasile omase kõvaduse ja metallidele iseloomuliku vastupidavuse pragude tekkele.

Praktikas pole seda raske ennustada uus materjal, mis sisaldab ülikallist pallaadiumi, kasutatakse harva – võib-olla hambaravi või mõne muu meditsiinilise implantaadi valmistamiseks.

"Kahjuks ei ole me veel kindlaks teinud, miks meie sulamil on nii atraktiivsed omadused," ütleb teine ​​töös osaleja Marios Demetriou. "Kui see õnnestub, võime proovida luua vase-, raua- või alumiiniumipõhise klaasi odavama versiooni."

Metallklaasid ehk amorfsed metallid on uued tehnoloogilised sulamid, mille struktuur ei ole kristalne, vaid pigem organiseerimata, mille aatomid paiknevad mõnevõrra juhuslikult. Selles mõttes on metallklaasid sarnased oksiidklaasidega, nagu näiteks akende ja pudelite jaoks kasutatavad sooda-lubiklaasid.

Teatud vaatepunktist lähtudes määrab metallklaaside amorfne struktuur kaks olulist omadust. Esiteks, nagu muud tüüpi klaasid, läbivad need kuumutamisel klaasiülemineku ülejahutatud vedelaks olekuks. Selles olekus saab klaasi voolu mitmel viisil reguleerida, luues seeläbi suure hulga võimalikud vormid, klaasi külge kinnitatud. Näiteks Liquidmetal Technologies tegi lühikese golfikepi.

Teiseks tähendab amorfne aatomistruktuur seda, et metallklaasil puuduvad kristallvõre defektid, nn dislokatsioonid, mis mõjutavad enamiku tavasulamite paljusid tugevusomadusi. Selle kõige ilmsem tagajärg on see, et metallklaasid on kõvemad kui nende kristalsed kolleegid. Lisaks on metallklaasid vähem jäigad kui kristalsed sulamid. Kõrge kõvaduse ja madala jäikuse kombinatsioon annab metallklaasidele kõrge elastsuse – võime akumuleerida elastset deformatsioonienergiat ja seda vabastada.

Amorfse struktuuri teine ​​tagajärg on see, et erinevalt kristallilistest sulamitest on metallklaasid deformatsiooni tõttu nõrgenenud. "Tüvede lagunemine" põhjustab pinge koondumise väga kitsastesse libisemisribadesse,a.

Metallist klaas või läbipaistev metall?

Välja töötatud California Tehnoloogiainstituudis uus meetodäärmiselt perspektiivsete konstruktsioonimaterjalide tootmine - mahulised metallklaasid. Need on mitmete metallide sulamid, millel puudub kristalne struktuur. Selles on nad sarnased tavalise klaasiga - sellest ka nimi. Metallklaas tekib sulandite väga kiirel jahutamisel, mille tõttu neil lihtsalt ei ole aega kristalliseeruda ja amorfset struktuuri säilitada. Esiteks õppisid nad sel viisil tootma õhukesi metallklaasi ribasid, mida on lihtsam teha kiiresti temperatuuri kaotamiseks. Mahulisi metallklaase on palju keerulisem toota.

Metallklaasidel on palju eeliseid. Tavaliste metallide ja sulamite kristallvõred sisaldavad alati teatud struktuurivigu, mis vähendavad nende mehaanilisi omadusi. Metallklaasidel selliseid defekte ei ole ega saagi olla, mistõttu on need eriti kõvad. Mõned metallklaasid peavad korrosioonile vastu isegi paremini kui roostevaba teras. Seetõttu usuvad eksperdid, et neil materjalidel on helge tulevik.

Seni oli puistemetallist klaasidel üks suur puudus – madal elastsus. Nad taluvad hästi painutamist ja survet, kuid venitamisel purunevad. Nüüd on Douglas Hoffman ja tema kolleegid leiutanud titaani, tsirkooniumi, nioobiumi, vase ja berülliumi sulamitel põhinevate lahtiste metallklaaside valmistamise tehnoloogia, mille tulemusel sünnivad materjalid, mis ei jää tugevuselt alla parimatele titaani- ja terasesulamitele.

Arendajad usuvad, et esmalt leiavad nad rakenduse kosmosetööstuses ja seejärel, kui nende kulusid on võimalik vähendada, muudes tööstusharudes.

Metallklaas: kuidas rabedusest üle saada

Skaneeriva elektronmikroskoobi all on nihkeriba astmeline struktuur selgelt nähtav.

Sarnased nihkeribad tekivad piki pragude servi, mis viib pragude otsa hävimiseni ja takistab selle edasist kasvu.

Tänu oma amorfsele struktuurile võivad metallklaasid olla sama tugevad kui teras ja plast kui polümeermaterjalid, nad on võimelised juhtima elektrivoolu ja neil on kõrge korrosioonikindlus. Selliseid materjale saaks laialdaselt kasutada meditsiiniliste implantaatide ja erinevate elektroonikaseadmete valmistamisel, kui mitte ühe ebameeldiva omaduse jaoks: haprus. Metallist klaasid kipuvad olema rabedad ja neil on ebaühtlane vastupidavus väsimusele, mis muudab nende töökindluse küsitavaks. Mitmekomponentsete amorfsete metallide kasutamine lahendab selle probleemi, kuid monoliitsete metallklaaside puhul on see endiselt aktuaalne.

Uue uuringu osana. Berkeley Labi ja California Tehnoloogiainstituudi teadlaste ühisel läbiviimisel on leitud viis, kuidas suurendada lahtiste metallklaaside väsimustugevust. Pallaadiumipõhine puistemetallist klaas toimis väsimuskoormuse korral sama hästi kui parimad komposiitmetallist klaasid. Selle väsimustugevus on võrreldav tavaliselt kasutatavate polükristalliliste konstruktsioonimetallide ja sulamite, nagu teras, alumiinium ja titaan, omaga.

Koormuse all moodustub pallaadiumi metallklaasi pinnale nihkeriba, olulise deformatsiooniga lokaalne ala saab astmelise kuju. Samal ajal tekivad astmeid eraldavate pragude servadele samad nihkeribad, mis nüristavad pragude tipud ja takistavad nende edasist levimist.

Pallaadiumi iseloomustab suur mahu- ja nihkemoodulite suhe. mis varjab klaasjastele materjalidele omast haprust, kuna mitmetasandiliste nihkeribade moodustumine, mis takistavad edasist pragude kasvu, osutub energeetiliselt soodsamaks kui suurte pragude teke, mis viib proovi kiire hävimiseni. Koos materjali kõrge vastupidavuspiiriga suurendavad need mehhanismid pallaadiumipõhise puistemetallist klaasi väsimustugevust oluliselt.

Mittekristalliline metall või sulam, mis saadakse tavaliselt sulasulami ülejahutamisel auru- või vedelsadestamise teel või väliste meetoditega.

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

Neeva lahing 1240 – Neeva lahing 1240, Vene ja Rootsi vägede lahing jõe kaldal. Neeva 15. juuli 1240. Eesmärk...

Charybdis

Vana-Kreeka mütoloogias olid Scylla ja Charybdis merekoletised. Homerose Odüsseia järgi Scylla ja Charybdis...

Esimese maailmasõja puhkemise põhjused

Maailma ajaloos on palju erinevaid sündmusi, mis muutsid ajaloo enda olemust. Igal ajalooperioodil on olnud...