شیشه های فلزی یا آلیاژهای آمورف با سرد کردن مذاب با سرعتی بیش از سرعت تبلور به دست می آیند. در این حالت هسته زایی و رشد فاز کریستالی غیرممکن می شود و فلز پس از انجماد دارای ساختاری بی شکل می شود. سرعت های بالاخنک کننده قابل دستیابی است روش های مختلفبا این حال، خاموش کردن از مذاب بر روی سطح یک دیسک به سرعت در حال چرخش اغلب استفاده می شود (شکل 177). این روش به شما امکان می دهد نوار، سیم، گرانول، پودر را دریافت کنید.

به دست آوردن ساختار بی شکل اصولاً برای همه فلزات امکان پذیر است. راحت ترین حالت آمورف در آلیاژهای Al، Pb، Sn، Cu و غیره حاصل می شود. برای به دست آوردن شیشه های فلزی بر پایه Ni، Co، Fe، Mn، Cr، عناصر غیر فلزی یا نیمه فلزی C, P, Si, B، As، S به آنها اضافه می شود. آلیاژهای آمورف اغلب با فرمول M 80 X 20 مطابقت دارند، که در آن M یک یا چند عنصر انتقالی است و X یک یا چند عنصر غیر فلزی یا سایر عناصر آمورف است (Fe 80 P 13 C، Ni 82 P 18، Ni 80 S 20).

برنج. 177. طرحی برای به دست آوردن آلیاژهای آمورف با استفاده از خنک سازی سریع از مذاب: a - ریختن در یک دیسک; ب - ریختن بین دو دیسک. 1 - سلف؛ 2 - ذوب; 3 - بوته ; 4 - دیسک؛ 5 - روبان از مواد بی شکل

حالت آمورف فلزات ناپایدار است. در حین حرارت دادن، هنگامی که تحرک اتم ها افزایش می یابد، فرآیند تبلور ادامه می یابد، که به تدریج فلز (آلیاژ) را از طریق یک سری از متابولیت ها به حالت کریستالی پایدار می آورد. خواص مکانیکی، مغناطیسی، الکتریکی و سایر خواص حساس به ساختار آلیاژهای آمورف به طور قابل توجهی با آلیاژهای کریستالی متفاوت است. ویژگی مشخصهآلیاژهای آمورف دارای حد الاستیک بالا و استحکام تسلیم هستند و تقریباً هیچ سختی کاری ندارند.

خواص مکانیکی بالا

آلیاژهای آمورف بر پایه کبالت دارای خواص مکانیکی بالایی هستند.

آلیاژهای آمورف اغلب در کشش شکننده هستند، اما در خمش و فشار نسبتاً انعطاف پذیر هستند. قابل نورد سرد یک رابطه خطی بین استحکام تسلیم و سختی برای آلیاژهای مبتنی بر آهن و کبالت ایجاد شده است. استحکام آلیاژهای آمورف نزدیک به نظری است. این امر از یک سو به دلیل بالا بودن است
مقدار m و از طرف دیگر مقادیر کمتر مدول الاستیک E (30-50 درصد) نسبت به آلیاژهای کریستالی.

آلیاژهای آمورف بر پایه آهن و حاوی حداقل 5-3 درصد کروم از مقاومت در برابر خوردگی بالایی برخوردارند. آلیاژهای آمورف مبتنی بر نیکل نیز مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند. آلیاژهای آمورف آهن، کبالت، نیکل با افزودن 15 تا 25 درصد عناصر آمورف B، C، Si، P به عنوان مواد مغناطیسی نرم استفاده می‌شوند.

گروه های آلیاژهای آمورف

آلیاژهای آمورف مغناطیسی نرم به سه گروه اصلی تقسیم می شوند:

1. آلیاژهای مبتنی بر آهن آمورف با مقادیر بالای القای مغناطیسی و نیروی اجباری کم (32-35 میلی آمپر بر سانتی متر)؛
2. آلیاژهای آهن نیکل با مقادیر متوسط ​​القای مغناطیسی (0.75-0.8 T) و نیروی اجباری کمتر نسبت به آلیاژهای آهن (6-7 mA/cm).
3. آلیاژهای آمورف بر پایه کبالت، دارای القای اشباع نسبتا کم (0.55 T)، اما خواص مکانیکی بالا (900-1000 HV)، نیروی اجباری کم و نفوذپذیری مغناطیسی بالا. با توجه به مقاومت الکتریکی بسیار بالا، آلیاژهای آمورف با تلفات جریان گردابی کم مشخص می شوند - این مزیت اصلی آنها است.

آلیاژهای آمورف مغناطیسی نرم در صنایع برق و الکترونیک (مدارهای مغناطیسی ترانسفورماتورها، هسته ها، تقویت کننده ها، فیلترهای چوک و غیره) استفاده می شوند. آلیاژهای با محتوای کبالت بالا برای ساخت سپرهای مغناطیسی و سرهای مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که مهم است که موادی با مقاومت سایش بالا داشته باشید.

دامنه شیشه های فلزی هنوز محدود است به این دلیل که می توان آنها را با خنک کردن سریع (کوئنچ) از حالت مایع فقط به صورت نوارهای نازک (تا 60 میکرومتر) تا عرض 200 میلی متر یا بیشتر یا سیم با یک سیم به دست آورد. قطر 0.5-20 میکرومتر با این حال، چشم انداز گسترده ای برای توسعه این گروه از مواد وجود دارد.

سیم آلومینیوم-فولاد (KAS-1A)، سیم نیکل- تنگستن (VKN-1).

مواد کامپوزیت با ماتریس غیر فلزی. نمه-

ماتریس تالیوم - اینها پلیمری، کربن و مواد سرامیکی. از ماتریس های اپوکسی، فنل فرمالدئید و پلی آمید به عنوان پلیمر استفاده می شود. تقویت کننده ها الیاف شیشه، کربن، بور، آلی، معدنی (سبیل های اکسید، بورید، کاربید، نیترید) هستند. سیم های فلزی؛ ذرات پراکنده با توجه به نوع سخت کننده، کامپوزیت های پلیمری به الیاف شیشه، کربن، بور و ارگانو تقسیم می شوند.

که در مواد لایه ای (نگاه کنید بهبرنج. 8.3، ج) الیاف، نخ ها پس از آغشته شدن به چسب در صفحاتی قرار می گیرند که در صفحات مونتاژ می شوند. با تغییر نحوه چیدمان الیاف، یک CM همسانگرد یا ناهمسانگرد به دست می آید.

فایبرگلاس- این کامپوزیت از رزین مصنوعی و فایبرگلاس (جزء تقویت کننده) است. الیاف شیشه غیر جهت دار دارای الیاف کوتاه و الیاف شیشه جهت دار دارای الیاف بلند هستند. این به فایبرگلاس استحکام بالایی می دهد.

کربوفیبرها (پلاستیک های کربنی) از یک ماتریس - یک اتصال دهنده پلیمری و یک سخت کننده - تشکیل شده اند. الیاف کربن(کربوفیبر). بایندر یک پلیمر مصنوعی (الیاف کربن پلیمری) یا فیبر کربن با ماتریس کربن - کربن پیرولیتیک (کک) است.

الیاف بور از یک اتصال دهنده پلیمری و یک سخت کننده - الیاف بور تشکیل شده است.

آنها دارای استحکام بالا (بیشتر از الیاف کربن) و سختی، هدایت حرارتی و الکتریکی، مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت در برابر خستگی هستند. از نظر مقاومت در برابر ارتعاش نسبت به فلز برتری دارند.

الیاف ارگانیکاز یک اتصال دهنده پلیمری و عوامل تقویت کننده - الیاف مصنوعی تشکیل شده است. آنها استحکام و استحکام ویژه بالایی دارند، در محیط های تهاجمی پایدار هستند و نسبت به آسیب حساس نیستند.

که در در مهندسی معدن از مواد کامپوزیت برای ساخت قطعات اصطکاکی و ضد اصطکاک، ابزارهای حفاری (تاج تاج)، قطعات نوار نقاله، کمباین، الکترودها، کنتاکت های الکتریکی استفاده می شود.

8.4. شیشه فلزی

شیشه فلزی(آلیاژهای آمورف، فلزات شیشه‌ای، مت شیشه‌ها) آلیاژهای فلزی در حالت شیشه‌ای هستند که پس از سرد شدن مذاب در سرعت‌های بالا به دست می‌آیند.< 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.

شیشه های فلزی تک فاز هستند، عیوب ساختاری ندارند (جای خالی، دررفتگی). آنها دارای استحکام بالا، شکل پذیری بالا هستند،

بخش III. علم مواد فلزات و آلیاژهای غیرآهنی

فصل 8

مقاومت در برابر خوردگی بالا برخی از آنها فرومغناطیس هستند یا صدا را ضعیف جذب می کنند.

شیشه های فلزی نرم مغناطیسی بر اساس Fe، Co، Ni با افزودن 15-20٪ عناصر آمورف - B، C، Si، P (به عنوان مثال، Fe81 Si3 5B13 C2 با مقدار بالایی از القای مغناطیسی) به دست می آیند. . آلیاژ آمورف Co66 Fe4 (Mo, Si, B)30 دارای خواص مکانیکی بالایی است.

آلیاژهای آمورف پایدار دارای مقاومت در برابر خوردگی بالایی هستند. به عنوان مثال، شیشه های فلزی مبتنی بر آهن و نیکل با 3-5٪ کروم.

استفاده از شیشه های فلزی خاصیت مغناطیسی و خوردگی آنها را تعیین می کند.

سوالات و وظایف را کنترل کنید

1. نمونه هایی از گریدهای آلیاژهای ضد اصطکاک را ذکر کنید.

2. نمونه هایی از مارک های بابیت سرب و قلع را ذکر کنید.

3. چه ساختاری خاصیت ضد اصطکاک بابیت ها را تعیین می کند؟

4. هدف از بابیت های آلیاژی مس چیست؟

5. نمونه هایی از گریدهای آلیاژهای مبتنی بر روی را ذکر کنید.

6. به چه موادی سرمت می گویند؟

7. سرمت متخلخل و خواص آن را شرح دهید.

8. مزایا و معایب سرمت ها را ذکر کنید.

9. به چه فرآیندی تف جوشی می گویند؟

10. انواع سرمت های سازه ای، خواص و کاربرد آنها را نام ببرید.

11. مشخصات فلز سرامیک ابزار را بیان کنید. هدف آن چیست؟

12. چه نوع سرمت هایی با کاربرد خاص با خواص ویژه وجود دارد و چگونه به دست می آید؟

13. به چه موادی کامپوزیت می گویند؟

14. مواد کامپوزیت از چه اجزایی تشکیل شده است؟

15. مواد کامپوزیت چگونه طبقه بندی می شوند؟

16. کامپوزیت های ماتریس فلزی پراکنده را شرح دهیدتقویت شده با یون و با سخت کننده فیبری.

17. مشخصه ای از مواد کامپوزیتی با ماتریس غیرفلزی ارائه دهید.

18. به چه موادی شیشه های فلزی می گویند؟ خواص و انواع آنها را شرح دهید.

19. انواع حفاظت فلزات در برابر خوردگی را نام برده و آنها را شرح دهید.

بخش IV. علم مواد غیر فلزی

مواد

فصل 9 مواد معدنی سست، پراکنده و سنگ

9.1. مواد سنگ طبیعی

کانی های معدنی هستند عناصر شیمیاییو ترکیباتی (اکسیدها، ترکیبات بدون اکسیژن عناصر) که خاصیت فلزی ندارند. این مواد دارای مقاومت شیمیایی، غیر قابل احتراق، سختی، مقاومت در برابر حرارت، پایداری خواص هستند. معایب آنها شکنندگی زیاد، مقاومت کم در برابر تغییرات دما، کشش و خمش است.

مواد سنگ طبیعی (PCM) - مصالح و مواد ساختمانی،

ناشی شدن از سنگ هاپردازش مکانیکی (خرد کردن، ذوب شدن، شکافتن، و غیره)، که پس از آن ساختار و خواص سنگ تقریباً به طور کامل حفظ می شود (صفحه 9.1).

با توجه به ماهیت عملیات سطحی، PCM به انواع زیر تقسیم می شود:

طبیعی سنگ های ساختمانی (محصولات سنگی) - مصالح دیوار اره شده و سنگ های روبرو،معماری و ساخت و سازمحصولات (پله‌ها، طاقچه‌ها)، مصالح جاده‌ای (سنگ‌های تنظیم، سنگ‌های جانبی)، محصولات سازه‌های هیدرولیک، پوشش تکیه‌گاه‌های پل، محصولات فنی (تخته‌های مرمری، دال‌های کالیبراسیون، شفت‌های گرانیتی برای تجهیزات کاغذسازی)،تزئینی و هنریمحصولات؛

مصالح سنگی خشن- سنگ قلوه سنگ و تخته سنگ، سنگ خرد شده، شن، ماسه.

دلایل تخریب PCM یخ زدن آب در منافذ و ترک ها است. تغییرات مکرر دما و رطوبت؛ خوردگی شیمیایی تحت اثر گازها (اکسیژن، هیدروژن و غیره) و مواد محلول در آب های زیرزمینی و دریا.

جدول 9.1

طبقه بندی PCM بر اساس روش ساخت

* فرآیند دادن سنگ طبیعی شکل مورد نظرو پرداخت های بیرونی

برای محافظت از مصالح سنگی در برابر تخریب، از روش های زیر استفاده می شود:

حفاظت سازنده به محصولات شکلی می دهد که تخلیه آب را تسهیل می کند و سطح صیقلی صاف روکش را دارد.

فیزیکی و شیمیاییحفاظت عبارت است از اشباع لایه سطحی با ترکیبات آب بند، استفاده از ترکیبات آبگریز (دفع آب)، مواد پلیمری تشکیل دهنده فیلم (شفاف و رنگی) در سطح جلویی.

سنگ های ساختمانی طبیعی (NCS) . این مصالح ساختمانیاز سنگ ها پس از اره کردن آنها با حفظ ساختار و خواص. با توجه به تراکم آنها به دو دسته تقسیم می شوندریه ها (چگالی کمتر از 1800 کیلوگرم بر متر مکعب) وسنگین.

Strength یک ویژگی مصرف کننده PSK است. از معنای آن استفاده می شود

zuetsya در علامت گذاری و با مقاومت فشاری نهایی σcom، MPa، نمونه ها در حالت خشک هوا ارزیابی می شود.

خواص مصرف کننده نیز شامل سایش و سایش است. برای سطوح جاده ها، کف ها، سنگ های سخت، دانه ریز و متوسط ​​استفاده می شود.

مقاومت در برابر آب PSK با ضریب نرم شدن Krm ارزیابی می شود (برای سازه های هیدرولیک، Krm حداقل 0.8 است؛ برای دیوارهای خارجی - حداقل 0.6).

مقاومت در برابر یخ زدگی با تعداد چرخه های انجماد و ذوب متناوب ارزیابی می شود: F10، F15، ...، F500. بستگی به ترکیب، ساختار و

بخش IV. علم مواد مواد غیر فلزی

فصل 9

رطوبت PSK مقاومت در برابر یخ زدگی بالا در سنگ های متراکم با ساختار دانه ای یکنواخت و ساختارهای کم لایه.

مقاومت در برابر آتش بستگی به ترکیب و ساختار سنگ دارد. در دماهای بالا، برخی از سنگ ها (گچ، سنگ آهک) می توانند تجزیه شوند، در حالی که برخی دیگر (گرانیت) می توانند ترک بخورند.

با توجه به هدف آنها، PSK به: دیوار، رو به رو، پروفیل، جاده تقسیم می شود.

برای ایجاد بافت سطح، انواع زیر از پردازش PSK استفاده می شود: شوک، ساینده، حرارتی.

سنگ های دیواری از توف های متراکم و متخلخل و سنگ آهک به دست می آیند. الزامات کلیبه سنگ های دیوار: استحکام; چگالی از 900 تا 2200 کیلوگرم بر متر مکعب؛ σco = 5-15 مگاپاسکال برای سنگ آهک های متراکم و σco = 5-40 مگاپاسکال برای توف. Krm = 0.6-0.7; مقاومت در برابر سرما - نه کمتر از F15؛ تزئینی ظاهر. سنگ های طبیعی متخلخل ریز روکش نمی شوند. سنگ های دیواری برای دیوار کشی (نوع I) و پارتیشن (نوع II) در گریدهای 4، 7، 10، 15، 20، 25، 35، 50، 75، 100، 125، 150، 200، 300 و 400 تولید می شوند. اعداد مطابقت دارند

مقدار σco).

بلوک های دیواری دارای ابعاد خطی نرمال شده با تلورانس هستند< 10 мм. Каждый камень заменяет в кладке от 8 до 12 кирпичей, а их масса – не выше 40 кг. Один из گزینه هاابعاد سنگ دیوار 390 × 190 × 188 و بلوک دیواری بزرگ برای مکانیزه

تخمگذار نوح - 300 × 800 × 900.

سنگ های اره شده و خرد شده از سنگ آهک، دولومیت، توف برای چیدن تکیه گاه پل ها، استحکام بخشی دامنه ها استفاده می شود.

سنگ های روبرو- اینها سنگهایی با رنگ و طرح زیبا (تزیینی) با مقاومت لازم در برابر سرما (حداقل F15)، استحکام (σco حداقل 5 مگاپاسکال)، استحکام هستند. بلوک های بزرگ از بلوک های سنگ طبیعی پس از اره کردن و به دنبال آن پردازش مکانیکی به دست می آیند.

سنگ های روبرو می توانند از سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگونی باشند. طبقه بندی قدرت به شرح زیر است: قوی (σco > 80 مگاپاسکال). استحکام متوسط ​​(σco = 40-80 مگاپاسکال)؛ استحکام کم

(σco< 40 МПа).

با دوام ، 4 کلاس متمایز می شوند: بسیار بادوام (آغاز تخریب پس از 650 سال). بادوام (200-250 سال)؛ عمر نسبتا طولانی (75-120 سال)؛ کوتاه مدت (20-75 سال). از نظر تزئینی، سنگ های بسیار تزئینی، تزئینی، کم تزئینی و غیر تزئینی متمایز می شوند.

با توجه به هدف آنها، سنگ های روبرو به دو دسته تقسیم می شوند:

روی پوشش سازه های هیدرولیک (گرانیت، سنگ های آذرین با استحکام و سختی بالا)؛

اسلب برای روکش خارجی ساختمان ها (سنگ آهک، دولومیت، ماسه سنگ، توف)؛ روکش دیوار مترو اغلب از سنگ مرمر ساخته می شود.

دال های پایه (از سنگ های مقاوم).

بخش IV. علم مواد مواد غیر فلزی

فصل 9

بافت سطح جلوی صفحات روبرو را می توان آینه کاری (صیقل داده)، صیقلی (صیقلی با پودر)، جلا دادن با ابزار ساینده و اره کرد.

مصالح سنگ جادهبه دست آمده از سنگهای آذرین و رسوبی که هوازدگی ندارند.

مصالح سنگ راه به انواع زیر تقسیم می شود:

سنگ های جانبی به شکل یک تیر بلند 70-200 سانتی متر از سنگ های آذرین جامد (دیاباز، بازالت، گرانیت). آنها مستقیم و منحنی، بلند (تا 40 سانتی متر) و کم (تا 30 سانتی متر) ساخته می شوند.

سنگ فرش به صورت میله برای سنگفرش جاده ها از دانه ریز و متوسط

سنگهای آذرین قوی جامد (σco نه کمتر از 100 مگاپاسکال) (بازالت، گرانیت، دیاباز و غیره). سنگ فرش می تواند BV بالا (تا 160 میلی متر ارتفاع)، BS متوسط ​​(130 میلی متر)، BN پایین (100 میلی متر) باشد.

تراشه و سنگفرش به شکل منشور چند وجهی (تراشه شده) یا بیضی (سنگ سنگفرش) از دیاباز، بازالت، گرانیت؛

دال های سنگفرش به صورت دال های مستطیل شکل کوه لایه ای

مصالح سنگی ناهموار . این گروه شامل بو-

سنگ های تووی و بولدر، سنگ خرد شده، شن و ماسه.

سنگ قلوه سنگ - قطعات بزرگ سنگ، که با استخراج انفجاری از سنگ آهک، دولومیت، ماسه سنگ به دست می آید. انواع آن از نظر شکل: پاره، بستر، پوسته پوسته (عرض سه یا بیشتر برابر ضخامت است). سازه های هیدرولیک، سنگ تراشی پایه از بوتا ساخته می شود، سنگ خرد شده به دست می آید.

شن ماده سست به شکل دانه های گرد به اندازه 1-10 میلی متر است که از تخریب طبیعی (هوازدگی) سنگ های رسوبی به دست می آید. ناخالصی های موجود در شن - گرد و غبار، خاک رس، اگر شن و ماسه وجود داشته باشد (25-40٪)، به این ماده مخلوط شن و ماسه می گویند. خواص سنگریزه به سنگ بستگی دارد و تنظیم می شود الزامات فنیاستانداردها

مقاومت دانه های شن باید اطمینان حاصل کند که مقاومت بتن 20 تا 50 درصد بیشتر از حد مشخص شده است. با توجه به درجه مقاومت در برابر سرما، شن F15، F25، F50، F100، F150، F200، F300 متمایز می شوند. این ویژگی در صورتی مهم است که شن برای ساخت سازه های بتنی برای شرایط آب و هوایی سخت استفاده شود. سنگریزه طبیعی نیز برای تهیه بتن مسلح و غیر مسلح به عنوان سنگدانه درشت استفاده می شود. شن برای درجه بتن تا 300 استفاده می شود، الزامات آن در GOST 8268-82 آمده است.

سنگ طبیعی خرد شدهاز خرد کردن سنگ ها به دست می آید

اندازه 5-70 میلی متر از سنگ های مقاوم در برابر سرما با σco = 120-200 MPa. سنگ خرد شده از گرانیت، دیاباز، سنگ های آذرین، از سنگ های رسوبی (سنگ آهک، دولومیت) به دست می آید. سنگ خرد شده طبیعی گراس نامیده می شود. سنگ خرد شده اغلب شکلی حاد دارد و بهترین شکل آن مکعب یا چهار وجهی است. سنگ خرد شده تمیزتر از شن است.

تشکیل و انتشار نوارهای برشی بر روی سطح نمونه شیشه ای فلزی (Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2)

در زیر میکروسکوپ الکترونی روبشی، ساختار پلکانی نوار برشی به وضوح قابل مشاهده است.

نوارهای برشی مشابهی در امتداد لبه های ترک ایجاد می شود که منجر به تخریب نوک ترک و جلوگیری از رشد بیشتر آن می شود.

شیشه های فلزی به دلیل ساختار بی شکل خود می توانند به اندازه فولاد قوی و انعطاف پذیر باشند مواد پلیمری، قادر به انجام آن هستند برقو مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارند. چنین موادی را می توان به طور گسترده در ساخت ایمپلنت های پزشکی و انواع مختلف استفاده کرد لوازم برقی، اگر برای یک خاصیت ناخوشایند نباشد: شکنندگی. شیشه های فلزی معمولا شکننده هستند و در برابر بارهای خستگی به طور ناهموار مقاومت می کنند، که قابلیت اطمینان آنها را زیر سوال می برد. استفاده از فلزات آمورف چند جزئی (کامپوزیت) این مشکل را حل می کند، اما هنوز برای شیشه های فلزی یکپارچه مطرح است.

به عنوان بخشی از یک مطالعه جدید، که به طور مشترک توسط دانشمندان آزمایشگاه برکلی و مؤسسه فناوری کالیفرنیا انجام شده است، راهی برای افزایش استحکام خستگی شیشه های فلزی حجیم پیدا شده است. شیشه فلزی حجیم مبتنی بر پالادیوم، که در معرض بارگذاری خستگی قرار گرفته است، به همان خوبی عملکرد شیشه های فلزی کامپوزیت را دارد. استحکام خستگی آن با فلزات و آلیاژهای ساختاری پلی کریستالی رایج مانند فولاد، آلومینیوم و تیتانیوم قابل مقایسه است.

تحت بار، یک نوار برشی بر روی سطح شیشه فلزی پالادیوم تشکیل می شود، یعنی یک ناحیه محلی با تغییر شکل قابل توجهی که شکل پلکانی به خود می گیرد. در همان زمان، همان نوارهای برشی در امتداد لبه‌های ترک‌ها ظاهر می‌شوند که «پله‌ها» را از هم جدا می‌کنند، که نوک ترک‌ها را کند می‌کند و از انتشار بیشتر آنها جلوگیری می‌کند.

پالادیوم با نسبت بالا و مدول برشی مشخص می شود، که شکنندگی ذاتی در مواد شیشه ای را پنهان می کند، زیرا تشکیل نوارهای برشی "چند سطحی" که از رشد بیشتر ترک جلوگیری می کند، از نظر انرژی مطلوب تر از تشکیل ترک های بزرگ است که منجر به سریع شدن آن می شود. تخریب نمونه همراه با بالا

تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری سطوح مختلفتبلور فلز بی شکل

مهندسان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی نوع جدیدی از شیشه فلزی ساخته اند که انعطاف پذیرتر است. به نظر می رسد این ماده ترکیبی از خواص ناسازگار است - سختی، استحکام و کشش. این ماده که نام فناوری SAM2X5-630 را دریافت کرد، دارای بالاترین مقاومت ضربه ای در بین تمام شیشه های فلزی شناخته شده است.

شیشه های فلزی یا فلزات بی شکل دسته ای از جامدات فلزی با ساختار بی شکل هستند. برخلاف فلزات با ساختار بلوریشان، فلزات آمورف شبیه ساختار اتمی مذاب های فوق سرد است.


در سمت چپ، یک توپ ساخته شده از شیشه فلزی جدید می پرد، در سمت راست - از فولاد معمولی

این ماده قادر به مقاومت در برابر ضربه های قوی است، در حالی که خرد نمی شود یا شکسته نمی شود، اما به شکل اولیه خود باز می گردد. پتانسیل کاربردهای آن تقریباً نامحدود است - از مته ها و جلیقه های ضد گلوله گرفته تا ایمپلنت هایی برای تقویت استخوان ها و محافظت از ماهواره های فضایی.

معمولاً فلزات آمورف با حرارت دادن تا دمای 630 درجه سانتیگراد و سپس سرد شدن بسیار سریع (در حد یک درجه در ثانیه) بدست می آیند. مواد SAM2X5-630 با حرارت دادن به دست آمد ترکیب پودربر پایه آهن (Fe 49.7 Cr 17.7 Mn 1.9 Mo 7.4 W 1.6 B 15.2 C 3.8 Si 2.4).

خواص منحصر به فرد این فلز از یافتن موفقیت آمیز ترکیبی از دمای گرمایش و سرعت خنک کننده ناشی می شود - دقیقاً چنین شرایطی است که ترکیب حاصل تجربه می کند که منجر به تشکیل کانون های محلی یک ساختار کریستالی ضعیف می شود. سایر شرایط گرمایش یا سرمایش به فلزات کاملاً بی شکل با آرایش تصادفی اتم ها منجر می شود.

ورونیکا الیسون، استادیار دانشکده مهندسی ویتربی دانشگاه و نویسنده اصلی این کار، می‌گوید: «تقریباً هیچ ساختار داخلی ندارد و از این نظر شبیه شیشه است، اما مناطقی با تبلور وجود دارد. ما هنوز نمی دانیم که چرا تعداد کمی از نواحی متبلور در شیشه های فلزی منجر به چنین تفاوت های شدیدی در واکنش های ضربه ای می شود.

حد الاستیک پویا Hugoniot (حداکثر ضربه ای که یک ماده می تواند بدون تغییر شکل دائمی تحمل کند) برای SAM2X5-630 در منطقه 12 GPa تعیین شده است. برای فولاد ضد زنگ، این رقم 0.2 گیگا پاسکال، برای کاربید تنگستن (برای ایجاد ابزارهای سخت و هسته های گلوله سوراخ کننده زره استفاده می شود) - 4.5 گیگا پاسکال، برای الماس - تا 60 گیگا پاسکال است.

مطالعه فلزات آمورف در سال 1960 در موسسه فناوری کالیفرنیا آغاز شد - اولین شیشه فلزی Au 75 Si 25 توسط گروهی از دانشمندان به دست آمد. از آن زمان، بسیاری از مواد مشابه با خواص جالب به دست آمده است، اما تا کنون مساحت آنها کاربرد عملیبه دلیل هزینه بالای آنها نمی توان آنها را گسترده نامید.

به عنوان مثال، Ti 40 Cu 36 Pd 14 Zr 10 که اخیراً در ژاپن به دست آمده است غیر سرطان زا است، سه برابر قوی تر از تیتانیوم است، کمی سایش دارد، در هنگام اصطکاک پودر تشکیل نمی دهد و عملاً با استخوان های انسان در مدول الاستیسیته طولی منطبق است - در پتانسیل آن را می توان به عنوان جایگزین مفصل مصنوعی عالی استفاده کرد.

این ماده است که برای آن انرژی تشکیل نوارهای برشی بسیار کمتر از انرژی مورد نیاز برای تبدیل آنها به ترک خواهد بود که نویسندگان سعی در ایجاد آن کردند. پس از آزمایش گزینه های زیادی، آنها روی آلیاژی از پالادیوم، فسفر، سیلیکون و ژرمانیوم مستقر شدند که امکان به دست آوردن میله های شیشه ای با قطر حدود 1 میلی متر را فراهم کرد. با افزودن نقره، قطر به 6 میلی متر افزایش یافت. ما توجه می کنیم که اندازه نمونه ها با این واقعیت محدود می شود که مذاب اولیه نیاز به خنک شدن بسیار سریع دارد.

رابرت ریچی، یکی از شرکت‌کنندگان در این مطالعه، توضیح می‌دهد: «با مخلوط کردن پنج عنصر، ما اطمینان می‌دهیم که وقتی ماده سرد می‌شود، «نمی‌داند که کدام ساختار کریستالی را بگیرد و یک ساختار بی‌شکل را انتخاب می‌کند. آزمایشات نشان داده است که چنین شیشه های فلزی در واقع سختی ذاتی شیشه ها را با مقاومت مشخصه فلزات در برابر ترک ترکیب می کند.

پیش بینی آن در عمل آسان است مواد جدیدکه حاوی پالادیوم بسیار گران قیمت است، به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد - شاید برای ساخت ایمپلنت های دندانی یا هر ایمپلنت پزشکی دیگری.

یکی دیگر از شرکت کنندگان در کار، ماریو دمتریو، می گوید: «متاسفانه، ما هنوز مشخص نکرده ایم که چرا آلیاژ ما چنین ویژگی های جذابی دارد. اگر موفق شویم، می‌توانیم سعی کنیم نسخه ارزان‌تری از شیشه بر پایه مس، آهن یا آلومینیوم ایجاد کنیم.»

شیشه های فلزی یا فلزات بی شکل، آلیاژهای تکنولوژیکی جدیدی هستند که ساختار آنها کریستالی نیست، بلکه سازماندهی نشده است و اتم ها در یک آرایش تا حدی تصادفی هستند. از این نظر، شیشه های فلزی مشابه شیشه های اکسیدی مانند شیشه های سودا-آهکی است که برای پنجره ها و بطری ها استفاده می شود.

از یک دیدگاه خاص، ساختار بی شکل شیشه های فلزی دو ویژگی مهم را تعیین می کند. اولاً، مانند سایر انواع شیشه، آنها در هنگام گرم شدن دچار یک انتقال شیشه ای به حالت مایع فوق سرد می شوند. در این حالت، جریان پذیری شیشه را می توان به روش های مختلفی کنترل کرد و در نتیجه تعداد زیادی شیشه ایجاد کرد فرم های ممکنمتصل به شیشه به عنوان مثال، Liquidmetal Technologies یک چوب گلف ساخته است.

دوم، ساختار اتمی آمورف به این معنی است که شیشه فلزی دارای عیوب شبکه کریستالی نیست، به اصطلاح نابجایی، که بر بسیاری از خواص مقاومتی اکثر آلیاژهای معمولی تأثیر می گذارد. واضح ترین پیامد این امر سختی بیشتر شیشه های فلزی نسبت به همتایان کریستالی آنهاست. علاوه بر این، شیشه های فلزی نسبت به آلیاژهای کریستالی سختی کمتری دارند. ترکیبی از سختی بالا و استحکام کم به شیشه های فلزی خاصیت ارتجاعی بالایی می بخشد - توانایی جمع آوری انرژی تغییر شکل الاستیک و آزاد کردن آن.

یکی دیگر از پیامدهای ساختار آمورف این است که بر خلاف آلیاژهای کریستالی، شیشه های فلزی در اثر تغییر شکل ضعیف می شوند. "Decompression تغییر شکل" باعث غلظت تغییر شکل در نوارهای لغزش بسیار باریک، میکروسکوپ الکترونی عبوری می شود.

شیشه متالیک یا فلز شفاف؟

در موسسه فناوری کالیفرنیا توسعه یافته است روش جدیدتولید مواد ساختاری بسیار امیدوارکننده - شیشه های فلزی حجمی. آنها آلیاژهای چند فلز هستند که ساختار کریستالی ندارند. در این آنها شبیه به شیشه های معمولی هستند - از این رو نام. شیشه های فلزی در هنگام خنک شدن بسیار سریع مذاب ها بوجود می آیند، به همین دلیل آنها به سادگی زمان برای متبلور شدن و حفظ ساختار بی شکل ندارند. ابتدا، به این ترتیب، آنها یاد گرفتند که چگونه نوارهای نازکی از شیشه های فلزی به دست آورند، که راحت تر باعث کاهش سریع دما می شوند. ساخت شیشه های فلزی حجمی بسیار دشوارتر است.

شیشه های فلزی مزایای زیادی دارند. شبکه های کریستالی فلزات و آلیاژهای معمولی همیشه دارای عیوب ساختاری خاصی هستند که خواص مکانیکی آنها را کاهش می دهد. در شیشه های فلزی، چنین نقصی وجود ندارد و نمی تواند باشد، بنابراین، آنها با سختی خاصی متمایز می شوند. برخی از شیشه های فلزی حتی بهتر از فولاد ضد زنگ در برابر خوردگی مقاومت می کنند. بنابراین کارشناسان معتقدند آینده روشنی در انتظار این مواد است.

تا به حال، شیشه های فلزی حجیم یک اشکال عمده داشتند - شکل پذیری کم. خمش و فشار را به خوبی تحمل می کنند، اما در صورت کشیده شدن می شکنند. اکنون داگلاس هافمن و همکارانش فناوری تولید شیشه های فلزی حجمی بر پایه آلیاژهای تیتانیوم، زیرکونیوم، نیوبیم، مس و بریلیم را اختراع کرده اند که منجر به تولد موادی می شود که از نظر استحکام نسبت به بهترین آلیاژهای تیتانیوم و فولاد کم نیستند.

توسعه دهندگان بر این باورند که ابتدا در صنعت هوافضا کاربرد پیدا خواهند کرد و سپس، زمانی که بتوانند هزینه خود را کاهش دهند، در صنایع دیگر کاربرد خواهند داشت.

شیشه فلزی چگونه بر شکنندگی غلبه کنیم

در زیر میکروسکوپ الکترونی روبشی، ساختار پلکانی نوار برشی به وضوح قابل مشاهده است.

نوارهای برشی مشابهی در امتداد لبه های ترک ایجاد می شود که منجر به تخریب نوک ترک و جلوگیری از رشد بیشتر آن می شود.

شیشه های فلزی به دلیل ساختار بی شکل خود می توانند مانند فولاد و پلاستیک مانند مواد پلیمری استحکام داشته باشند، آنها قادر به هدایت جریان الکتریکی هستند و مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارند. چنین موادی می‌توانند به طور گسترده در ساخت ایمپلنت‌های پزشکی و دستگاه‌های الکترونیکی مختلف مورد استفاده قرار گیرند. شیشه های فلزی معمولا شکننده هستند و در برابر بارهای خستگی به طور ناهموار مقاومت می کنند، که قابلیت اطمینان آنها را زیر سوال می برد. استفاده از فلزات آمورف چند جزئی این مشکل را حل می کند، با این حال، هنوز هم برای شیشه های فلزی یکپارچه مرتبط است.

به عنوان بخشی از یک مطالعه جدید. به طور مشترک توسط دانشمندان آزمایشگاه برکلی و موسسه فناوری کالیفرنیا، راهی برای افزایش استحکام خستگی شیشه‌های فلزی حجیم یافت شد. شیشه فلزی حجیم مبتنی بر پالادیوم، که در معرض بارگذاری خستگی قرار گرفته است، به همان خوبی عملکرد شیشه های فلزی کامپوزیت را دارد. استحکام خستگی آن با فلزات و آلیاژهای ساختاری پلی کریستالی رایج مانند فولاد، آلومینیوم و تیتانیوم قابل مقایسه است.

تحت بار، یک نوار برشی بر روی سطح شیشه فلزی پالادیوم تشکیل می شود، یک ناحیه محلی با تغییر شکل قابل توجه، که شکل پلکانی به خود می گیرد. در این حالت، همان نوارهای برشی در امتداد لبه‌های ترک‌های جداکننده پله‌ها ظاهر می‌شود که نوک ترک‌ها را کند می‌کند و از انتشار بیشتر آنها جلوگیری می‌کند.

پالادیوم با نسبت بالایی از مدول های حجیم و برشی مشخص می شود. که شکنندگی ذاتی مواد شیشه ای را می پوشاند، زیرا تشکیل نوارهای برشی چند سطحی که از رشد بیشتر ترک جلوگیری می کند، از نظر انرژی مطلوب تر از ایجاد ترک های بزرگ است که منجر به تخریب سریع نمونه می شود. همراه با استحکام بالای مواد در برابر خستگی، این مکانیسم ها به طور قابل توجهی استحکام خستگی شیشه های فلزی فله ای مبتنی بر پالادیوم را افزایش می دهند.

یک فلز یا آلیاژ غیر کریستالی که معمولاً از طریق ابرسرد کردن آلیاژ مذاب از طریق رسوب بخار یا فاز مایع یا با روش‌های ضربه خارجی تولید می‌شود.

منابع: www.nanonewsnet.ru، tran.su، www.razgovorium.ru، www.popmech.ru، enc-dic.com

نبرد نوا 1240 - نبرد نوا 1240، نبرد سربازان روسی و سوئدی در سواحل رودخانه. نوا 15 جولای 1240. هدف...

چاریبدیس

در اساطیر یونان باستان، اسکیلا و کریبدیس هیولاهای دریایی بودند. بر اساس ادیسه هومر، اسکیلا و کریبدیس ...

علل جنگ جهانی اول

در تاریخ جهان، رویدادهای مختلفی وجود دارد که ماهیت خود تاریخ را تغییر داده است. در هر دوره از تاریخ ...