Скорость охлаждения при образовании аморфного металла

Обновлено: 07.01.2025

При сверхвысоких скоростях охлаждения из жидкого состояния диффузионные процессы настолько замедляются, что подавляется образование зародышей и рост кристаллов. В этом случае при затвердевании образуется аморфная структура. Материалы с такой структурой получили название аморфные сплавы или металлические стекла.

Аморфное состояние обеспечивает металлическим материалам свойства, значительно отличающиеся от свойств соответствующих материалов с кристаллической структурой. Так, аморфные магнитомягкие материалы характеризуются прямоугольной петлей гистерезиса, высокой магнитной проницаемостью и очень малой коэрцитивной силой. При этом магнитные свойства материала малочувствительны к механическим воздействиям на него. Получены аморфные материалы и с высокой магнитной энергией. Удельное электрическое сопротивление аморфных металлических материалов в 2—3 раза выше, чем у аналогичных сплавов с кристаллической структурой. Аморфные металлические материалы удачно сочетают высокие прочность, твердость и износостойкость с хорошей пластичностью

и коррозионной стойкостью. Большое практическое значение имеет также и возможность получения аморфных металлов в виде ленты, проволоки диаметром несколько микрометров непосредственно при литье, минуя такие дорогостоящие операции, как ковка, прокатка, волочение, промежуточные отжиги, зачистки, травление.

Затвердевание с образованием аморфной структуры принципиально возможно практически для всех металлов. В настоящее время аморфная структура получена у более чем 20 чистых металлов и полупроводниковых материалов и более 110 сплавов. Это сплавы легкоплавких , редкоземельных и переходных металлов. Для образования аморфной структуры переходных металлов к ним необходимо добавлять так называемые аморфообразующие элементы ( и др.). При этом состав аморфного сплава должен отвечать формуле где М один или несколько переходных металлов; X-элементы, добавляемые для образования и стабилизации аморфной структуры. Так, известны аморфные сплавы, состав которых отвечает формулам

Сверхвысокие скорости охлаждения жидкого металла для получения аморфной структуры можно реализовать такими способами, как катапультирование капли на холодную пластину, центрифугирование капли или струи, распыление струи газом или жидкостью с высокой охлаждающей способностью и др. Наиболее эффективными способами получения лент, пригодных для практического применения, считают охлаждение жидкого металла на внешней или внутренней поверхностях вращающихся барабанов, изготовленных из материалов высокой теплопроводности, прокатку между холодными валками металла, подаваемого в виде струи.

Тонкий слой аморфного металла получают при расплавлении поверхности изделий лазерным лучом благодаря быстрому отводу теплоты при затвердевании массой основного металла.

Металлические материалы с аморфной структурой можно получить не только при затвердевании из жидкого состояния, но и путем сверхбыстрого охлаждения из газовой среды (парообразного или ионизированного состояния), электролизом и катодным распылением с высокими скоростями осаждения.

Определение скорости охлаждения аморфных металлов и сплавов

Оцененные из эксперимента значения h обычно находятся в интервалах: (0,2—5)*10в6 Вт/(м2К) для сплэт-методики; (0,8— 5)*10в5 Вт/(м2К) — для методики расплющивания капель двумя пластинами и двухвалковой схемы; (0,5-4)*10в5 Вт/(м2К) — для спиннингования расплава.
На рис. 2.5 показаны области значений коэффициента h и толщины d, соответствующих реализуемым в эксперименте режимам сплэт-закалки и спиннингования расплава.
Расчеты режимов охлаждения для различных методик ЗЖС должны выполняться с учетом конкретных условий теплообмена. Охлаждение расплава на холодной подложке обычно рассматривается в одномерном приближении, когда уравнение теплопроводности может быть записано в виде

где x = k/(ρCρ) — коэффициент температуропроводности; z — координата в направлении, перпендикулярном к охлаждающей поверхности. На основании решения этого уравнения в виде

было определено изменение температуры во времени на свободной поверхности, половине толщины фольги и вблизи контактной поверхности (на расстоянии 0,01d от нее) при заданных толщинах d = 10/200 мкм. При задании граничных условий неявно подразумевалось допущение идеальных условий термического контакта (T/z=d = T0 = 0). Результаты расчетов показали, что наибольшего значения Уохл достигает вблизи контактной поверхности и уменьшается по мере удаления от нее к свободной поверхности, при этом различие vохл лежит в пределах одного порядка величины. Несмотря на то, что расчет проводился для заведомо не аморфизирующихся материалов, он, по-видимому, применим и для некристаллического затвердевания. Кроме того, хотя он выполнялся для ЗЖС на внутренней или внешней поверхности вращающегося цилиндра, в расчете использовались лишь значения теплофизических констант закаляемого материала и цилиндра без учета каких-либо особенностей, характерных лишь для этих методик, так что, очевидно, он может быть применен и для других способов закалки расплава на охлаждающей поверхности. Следует отметить, что согласно оценка vохл по толщине ленты в приближении идеального охлаждения дает значение примерно в пять раз меньше по сравнению с определяемым по расстоянию между ветвями дендритов.

При анализе охлаждения тонкого слоя расплава толщиной 2d между двумя теплопроводящими подложками в граничных условиях уравнения теплопроводности (2.8) предполагается существование теплового сопротивления поверхности раздела: на поверхности холодной пластины (dT/dz)z=d = -(h/hn)T/z=d. Общее решение уравнения (2.8) с учетом этих условий может быть представлено в виде

Bi = hd/kп — критерий Био; kп — коэффициент теплопроводности пластины.
Дифференцирование уравнения (2.10) по времени дает выражение

В начальный момент vохл поверхностных слоев (z = d) весьма велика, а внутренних (z = 0) — весьма мала (рис. 2.6). Co временем эти скорости уравниваются и наступает регулярный режим охлаждения. Чем меньше критерий Био, тем при более высокой температуре охлаждение переходит в стадию регулярного режима. Так, для Bi = 0,2 (h = 2*10в5 Вт/(м2К), d = 0,1 мм) регулярный режим должен наступить уже при 830 °С (ΔT0 = 900 °С), а для Bi = 0,6 — при ~ 700 °С. На стадии регулярного режима температурное поле охлаждаемой фольги может быть описано только первым членом уравнения (2.10). В этом случае

Расчет показал, что (2.13) достаточно хорошо описывает участок кривой АБ (см. рис. 2.6). При малых значениях критерия Био величина μ1 также мала, поэтому уравнение (2.11) может быть представлено как μ1 = √Bi = √hd/kп. Тогда уравнение (2.13) приводится к упрощенному виду

Изложенное здесь относится к отдельным каплям расплавленного металла. Методика расчета vохл микрокапель в условиях их непрерывного соударения с водоохлаждаемой подложкой, реализуемых в высокопроизводительном (около 200 000 капель в секунду) методе быстрого затвердевания. Наиболее существенное различие процессов охлаждения одиночной микрокапли и непрерывного потока микрокапель заключается в значении температуры подложки, которое во втором случае определяется, кроме исходного значения температуры, также скоростью и плотностью потока микрокапель расплава и отводом тепла системой охлаждения.
Расчет vохл в предположении идеального теплового контакта расплющенной капли с подложкой показал, что vохл на внешней поверхности капли примерно на порядок ниже, чем в среднем для всей капли. Средняя vохл микрокапель на водоохлаждаемой подложке при толщинах 3—10 мкм составляет (0,7—4)*10в7 К/с, что согласуется с оценкой по дендритному параметру (для 10 мкм около 2*10в7 К/с), и значительно (примерно на два порядка) выше, чем при охлаждении в газовом потоке в процессе получения сферических порошков распылением аналогичных сплавов.
Процесс затвердевания порошков, получаемых распылением жидкой фазы и охлаждаемых путем теплообмена с газообразным или жидким энергоносителем. Здесь vохл может быть определена из общего решения уравнения Фурье для шара радиусом r0 и для малых значений критерия Био (< 0,1):

Коэффициент теплопередачи h для этого случая может быть найден из эмпирической зависимости, установленной для потока газа со взвешенными в нем частицами. Оценка показывает, что для частиц диаметром менее 50 мкм vохл ≥ 10в5 К/с.
Выполнен также анализ процесса охлаждения литого микропровода, который рассматривается как бесконечный цилиндр радиусом rц, отдающий тепло в окружающую среду через боковую поверхность. В этом случае решение уравнения теплопроводности выражается через функции Бесселя первого рода. При малых значениях критерия Био (< 0,1)

Поскольку цилиндр состоит из металлической жилы и стеклянной изоляции, то rц = rм + δи, где rм — радиус жилы; δи — толщина изоляции. Для этого случая уравнение (2.17) может быть записано в виде

Здесь ρм и ρи, см и си — плотность и удельная теплоемкость соответственно металлической жилы и стеклянной изоляции. Тепловое сопротивление на границе металл — стекло при этом не учитывается и полагается, что лимитирующим фактором процесса охлаждения является внешний теплообмен. Экспериментальные данные о коэффициенте теплопередачи h через границу микропровода с окружающей средой отсутствуют, но графики зависимости voxл от диаметра жилы и толщины изоляции, построенные с использованием оцененных по погружению в жидкость разогретой термопары значений h, отражают условия, которые, по-видимому, близки к реальным.

Аморфные сплавы

Большинство металлов и сплавов, используемых в промышленности, имеют кристаллическую структуру. Им присуще упорядоченное строение кристаллических образований (рис. 1, а). В процессах кристаллизации расплавов металлов их охлаждение происходит за какой-то промежуток времени, с которым связаны два основных параметра: скорость зарождения центров кристаллизации и скорость роста кристаллов. При этом образуются кристаллические структуры с анизотропией свойств, связанной с тем, что блоки, зерна имеют границы, на которых концентрируются дефекты и другие явления.

Во второй половине XX века было установлено, что при сверхвысоких скоростях охлаждения вещества из жидкого состояния (со скоростью > 106 °С/с) диффузионные процессы и зарождение центров кристаллизации в нем настолько замедляются вследствие быстрого нарастания вязкости расплава, из-за чего подавляется образование зародышей и рост кристаллов. В этом случае при затвердевании образуются неупорядоченные структуры (рис. 1, б).

Сплавы с такой структурой получили название аморфные металлические сплавы или металлические стекла. Аморфные металлические сплавы полностью изотропны, их свойства во всех направлениях совершенно одинаковы.

Аморфное состояние обеспечивает металлическим материалам свойства, значительно отличающиеся от свойств соответствующих материалов с кристаллической структурой.

Сплавы в аморфном состоянии обладают высокой твердостью и коррозионной стойкостью, а их пластическая деформация не сопровождается скольжением или двойникованием и имеет характер вязкого, очень затрудненного течения. Следует отметить, что уровень электромагнитных потерь в аморфных сплавах с высокой магнитной индукцией оказывается существенно ниже, чем во всех известных кристаллических сплавах.

Рис. 1. Модели структур сплавов: а — кристаллическая; б — аморфная

Сверхвысокие скорости охлаждения жидкого сплава для получения его аморфной структуры можно реализовать различными способами. Общим в них является необходимость обеспечения скорости охлаждения не ниже 10 6 °С/с.

Существует много методов получения аморфных сплавов (катапультирование капли на холодную пластину, распыление струи газом или жидкостью, центрифугирование капли или струи, расплавление тонкой пленки поверхности металла лазером с быстрым отводом тепла массой основного металла, сверхбыстрое охлаждение из газовой среды и др.). Эти сплавы можно получать из газовой, жидкой и твердой фаз. Следует отметить, что подавляющее большинство аморфных сплавов получают путем быстрой закалки из расплава (технология быстрого затвердевания).

Использование этих методов позволяет получать ленту (различной толщины), проволоку и порошки с аморфной структурой.

Наиболее эффективными способами промышленного производства аморфной ленты являются охлаждение струи жидкого металла на внешней (закалка на диске) или внутренней (центробежная закалка) поверхности вращающихся барабанов и прокатка расплава между холодными валками, изготовленными из материалов с высокой теплопроводностью.

На рисунке 2 приведены принципиальные схемы этих методов. Расплав, полученный в индукционной печи, выдавливается нейтральным газом из сопла и затвердевает при соприкосновении с поверхностью вращающегося охлаждаемого тела (холодильника). Различие в методах состоит в том, что при центробежной закалке и закалке на диске расплав охлаждается только с одной стороны. Основной проблемой здесь является получение достаточной степени чистоты внешней поверхности, которая не соприкасается с холодильником. Метод прокатки расплава позволяет получить хорошее качество обеих поверхностей ленты, что особенно важно для аморфных лент, используемых для головок магнитной записи. Для каждого метода имеются свои ограничения по размерам лент, поскольку имеются различия и в протекании процесса затвердевания, и в аппаратурном оформлении методов. Если при центробежной закалке ширина ленты составляет до 5 мм, то прокаткой получают ленты шириной 10 мм и более. Метод закалки на диске, для которого требуется более простая аппаратура, позволяет в широких пределах изменять ширину ленты в зависимости от размеров плавильных тиглей. Данный метод позволяет изготавливать как узкие (шириной 0,1…0,2 мм), так и широкие (до 100 мм) ленты, причем точность поддержания их ширины может составлять ± 3 мкм.

Рис. 2. Методы получения тонкой ленты путем закалки из расплава: а — центробежная закалка; б — закалка на диске; в — прокатка расплава; г — центробежная закалка; д — планетарная закалка

Во всех установках для закалки из жидкого состояния сплав быстро затвердевает, растекаясь тонким слоем по поверхности вращающегося холодильника. При постоянстве состава сплава скорость охлаждения расплава зависит от его толщины и характеристик холодильника. Толщина расплава на холодильнике определяется скоростью его вращения и скоростью истечения расплава, т. е. зависит от диаметра сопла и давления газа на расплав. Большое значение имеет правильный выбор угла подачи расплава на диск, позволяющий увеличить длительность контакта сплава с холодильником. Скорость охлаждения зависит также от свойств самого расплава (теплопроводности, теплоемкости, вязкости, плотности).

Для получения тонкой аморфной проволоки используют различные методы вытягивания волокон из расплава.

В методе, представленном на рисунке 3, а, расплавленный сплав протягивается в трубке круглого сечения через водный раствор солей. В методе вытягивания нити из вращающегося барабана (рис. 3, б) струя расплавленного сплава падает в жидкость, удерживаемую центробежной силой на внутренней поверхности вращающегося барабана: затвердевшая нить затем сматывается из вращающейся жидкости.

Рис. 3. Методы получения тонкой проволоки, из расплава: а — протягивание расплава через охлаждающую жидкость (экструзия расплава); б — вытягивание нити из вращающегося барабана; в — вытягивание расплава в стеклянном капилляре; 1 — расплав; 2 — охлаждающая жидкость; 3 — стекло; 4 — форсунка; 5 — барабан

Известен метод, состоящий в получении аморфной проволоки путем максимально быстрого вытягивания расплава в стеклянном

капилляре (рис. 3, в). Этот метод также называют методом Тейлора. Волокно получается при протягивании расплава одновременно со стеклянной трубкой. При этом диаметр волокна составляет 2…5 мкм. Недостатком метода является сложность отделения волокна от покрывающего его стекла, что ограничивает составы сплавов, которые аморфизируются данным методом. (рис. 3)

Следует отметить, что для производства порошков аморфных сплавов можно воспользоваться методами и оборудованием, применяемыми для изготовления обычных металлических порошков.

На рисунке 4 схематично показано несколько методов, позволяющих в больших количествах получать аморфные порошки. Среди них, в первую очередь, следует отметить хорошо зарекомендовавшие себя методы распыления (рис. 4, а).

Рис. 4. Методы получения аморфных порошков: а — метод распыления (спрей-метод); б — кавитационный метод; в — метод распыления расплава вращающимся диском; 1 — порошок; 2 — исходное сырье; 3 — форсунка; 4 — охлаждающая жидкость; 5 — охлаждаемая плита

Изготовление аморфных порошков осуществляется также кавитационным методом, реализуемым прокаткой расплава в валках, и методом распыления расплава вращающимся диском.

При кавитационном методе (рис. 4, б) расплавленный металл выдавливается в зазор (0,2…0,5 мм) между двумя валками, изготовленными, например, из графита или нитрида бора. Происходит кавитация — расплав выбрасывается валками в виде порошка, который попадает на охлажденную плиту или в охлаждающий водный раствор. Кавитация возникает в зазоре между валками, вследствие чего исчезают пузырьки газа, имеющиеся в металле.

Метод распыления вращающимся диском (рис. 4, в) аналогичен методу изготовления тонкой проволоки, но здесь расплавленный металл, попадая в жидкость, разбрызгивается за счет ее турбулентного движения. При помощи этого метода получается порошок в виде гранул диаметром около 100 мкм. (сюда рис. 4)

Превращение поверхностного слоя расплава в аморфное состояние затруднено наличием кристаллической подложки, способной инициировать процесс кристаллизации. Поэтому для обеспечения аморфизации расплава следует увеличивать скорость его охлаждения, что достигается уменьшением глубины проплавления, которая обычно не превышает 50 мкм. Скорости охлаждения, достигаемые при лазерной аморфизации, составляют 10 6 °С/с и более.

Для поверхностной аморфизации сплавов применяют не только лазерный луч, но и электронный, сфокусированный магнитным полем. При этом можно получить очень высокую плотность энергии, но обработку необходимо проводить в вакуумных камерах. Такая обработка наиболее широко применяется для сталей, особенно инструментальных.

В настоящее время известно множество аморфных сплавов на основе Fе, Ni, Тi, Сu и т. д. Как правило, гораздо легче аморфизируются сплавы, содержащие аморфизующие добавки некоторых неметаллических элементов (металлоидов типа Р, Si, В, С и др.). Это сплавы составов Fe₈₀B₂₀, Fe₁₀Cr₁₀B₂₀, Ni₇₅Si₈B₁₇, Co₇₅Si₁₅B₁₀, Pd₈₀Si₂₀ и др. Из сплавов, содержащих только металлические элементы, легче аморфизируются те, которые состоят из элементов с сильно различающимися размерами атомов и их значениями электроотрицательности (Ni₃₅Nd₆₅, Ni₅₅Ta₄₅, Cu₅₀Zr₅₀, Co₆₀Zr₄₀ и др.). Аморфизацию сталей в настоящее время проводить затруднительно, поскольку для этого необходимы очень большие скорости охлаждения.

Следует отметить, что сортамент выпускаемых аморфных материалов ограничен (изготовляются только тонкие ленты, фольга и нити), а получить массивные заготовки и изделия можно методами порошковой металлургии. Вместе с тем обычная технология (спекание порошковых заготовок) неприемлема из-за низкой термической стабильности аморфных материалов. Экспериментально аморфные порошки изготовляют взрывным прессованием.

Срок службы аморфного сплава зависит от температуры его эксплуатации. Термическая стойкость аморфных сплавов низка. Однако имеются материалы с t_крист более 725 °С. К ним, в частности, относится сплав Тi₄₀Ni₄₀Si₂₀, который обладает высокими механическими свойствами.

Высокопрочные нити из аморфных сплавов могут использоваться в композиционных материалах, а ленты — в виде намотки для упрочнения сосудов высокого давления.

Аморфные металлические сплавы являются перспективным материалом для изготовления упругих элементов.

Высокие твердость, износостойкость и коррозионная стойкость этих сплавов позволяют получать из них высококачественный тонколезвийный инструмент (например, бритвенные лезвия).

Методами быстрого затвердевания расплава при определенных условиях можно получать не только аморфные, но и микрокристаллические сплавы, обладающие высокими механическими свойствами при повышенных температурах. Размер зерна в таких сплавах обычно составляет 1…5 мкм, а иногда и менее.

Микрокристаллические сплавы можно также получать путем кристаллизации аморфных сплавов. Аморфное состояние в сплавах является термически неравновесным, поэтому при нагревании выше определенной температуры, зависящей от состава сплава, происходит его переход в кристаллическое состояние. Кристаллизация аморфных сплавов, специально разработанных для этих целей (например, содержащих только 5…13 % металлоида, как правило, бора) позволяет получать микрокристаллические сплавы с размером зерна менее 1 мкм.

Для получения микрокристаллических сплавов используют также аморфные сплавы в виде порошков, которые подвергаются горячему прессованию и одновременно кристаллизуются.

В настоящее время технологические возможности не позволяют получать металлические детали, имеющие аморфную структуру во всем их объеме. Однако развитие существующих технологий в перспективе позволит получать детали с аморфной структурой. Так, при жидкой штамповке на расплав оказывается давление 150…200 МПа, но если его повысить на порядок и более, то могут произойти значительные изменения структуры отливок. С увеличением давления температура плавления большинства металлов и сплавов повышается. Поэтому, если сплав при нормальном давлении находится в жидком состоянии, то его можно перевести в твердое состояние при постоянной температуре за счет только высокого давления. Поскольку давление в жидкостях передается во всех направлениях без изменения, то можно теоретически по всему объему сплава создать переохлаждение, необходимое для одновременной кристаллизации всей отливки. Принципиально возможно создание таких давлений, при которых вязкость расплава возрастет настолько, что из-за малой подвижности атомы не успеют занять места в узлах кристаллической решетки и вместо кристаллической структуры получится аморфная.

Аморфные металлы

Аморфные металлы (металлические стёкла) — класс металлических твердых тел с аморфной структурой, характеризующейся отсутствием дальнего порядка и наличием ближнего порядка в расположении атомов. В отличие от металлов с кристаллической структурой, аморфные металлы характеризуются фазовой однородностью, их атомная структура аналогична атомной структуре переохлаждённых расплавов.

Содержание

История

Ещё в 1940-х годах было известно, что металлические плёнки, получаемые методом вакуумного низкотемпературного напыления, не имеют кристаллического строения. Однако начало изучению аморфных металлов было положено в 1960 году, когда в Калифорнийском технологическом институте группой под руководством профессора Дювеза (англ. Pol Duwez ) было получено металлическое стекло Au₇₅Si₂₅ [1] . Большой научный интерес к теме стал проявляться с 1970 года, первоначально в США и Японии, а вскоре — в Европе, СССР и КНР.

Классификация

Аморфные сплавы подразделяются на 2 основных типа: металл-металлоид и металл-металл.

При аморфизации методом закалки из жидкого состояния могут быть получены сплавы, содержащие следующие элементы:

Для типа металл-металлоид: B, C, Si, Al, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag, Sn, Te, Hf, Ta, W, Ir, Pt, Au, Tl, La.
Для типа металл-металл: Be, Mg, Al, Ca, Ti, V, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Rh, Pd, Ag, Sb, Hf, Ta, Re, Ir, Pt, Au, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Th, Dy, Ho, Er, Lu, Th, U.

Свойства

По некоторым свойствам ряд аморфных металлов значительно отличаются от кристаллических того же состава. В частности, некоторые из них отличаются высокой прочностью и вязкостью, коррозионной стойкостью, высокой магнитной проницаемостью.

Механические свойства

Ряд металлических стёкол отличается очень высокой прочностью и твёрдостью. В аморфных сплавах на основе элементов подгруппы железа (Fe, Co, Ni) твёрдость HV может превышать 1000 ГН/м 2 , прочность — 4 ГН/м 2 . Вместе с этим металлические стёкла обладают очень высокой вязкостью разрушения: например, энергия разрыва Fe₈₀P₁₃C₇ составляет 110 кДж/м 2 , тогда как для стали X-200 значение этого параметра 17 кДж/м 2 .

Электрические свойства

Сопротивление аморфных металлов составляет, как правило, около 100—300 мкОм·см, что значительно выше сопротивления кристаллических металлов. Кроме того, сопротивление разных металлических стёкол в определённых температурных диапазонах характеризуется слабой зависимостью от температуры, а иногда даже убывает с увеличением температуры. При анализе особенностей сопротивления аморфных металлов выделяют 3 группы: простой металл — простой металл, переходный металл — металлоид, переходный металл — переходный металл.

Металлические стёкла группы простой металл — простой металл отличаются низким удельным сопротивлением (менее 100 мкОм·см). С ростом температуры сопротивление разных материалов данной группы может как возрастать, так и убывать.

Сопротивление материалов группы переходный металл — металлоид лежит в диапазоне 100—200 мкОм·см. Температурный коэффициент сопротивления поначалу положительный, а когда сопротивление достигает ~150 мкОм·см, становится отрицательным. Минимальное значение сопротивления при температурах 10—20 К.

Сопротивление материалов группы переходный металл — переходный металл превышает 200 мкОм·см. При этом с увеличением температуры сопротивление уменьшается.

Некоторые аморфные сплавы проявляют свойство сверхпроводимости, сохраняя при этом хорошую пластичность.

Получение

Существует множество способов получения металлических стёкол.

Осаждение газообразного металла
- Вакуумное напыление
- Распыление
- Химические реакции в газовой фазе
Затвердевание жидкого металла
- Закалка из жидкого состояния
Нарушение кристаллической структуры твёрдого металла
- Облучение частицами
- Воздействие ударной волной
- Ионная имплантация
Электролитическое осаждение из растворов

Закалка из жидкого состояния

Закалка из жидкого состояния является основным способом получения металлических стёкол. Этот метод заключается в сверхбыстром охлаждении расплава, в результате которого он переходит в твёрдое состояние, избежав кристаллизации — структура материала остаётся практически такой же, как в жидком состоянии. Он включает в себя несколько методов, которые позволяют получать аморфные металлы в формах порошка, тонкой проволоки, тонкой ленты, пластинок. Также были разработаны сплавы с малой критической скоростью охлаждения, что позволило создавать объёмные металлические стёкла.

Для получения пластинок массой до нескольких сотен миллиграмм, капля расплава с большой скоростью выстреливается на охлаждаемую медную плиту, скорость охлаждения при этом достигает 10 9 °C/с. Для получения тонких лент шириной от десятых долей до десятков миллиметров расплав выдавливается на быстро вращающуюся охлаждающую поверхность. Для получения проволок толщиной от единиц до сотен микрон применяются разные методы. В первом расплав протягивается в трубке через охлаждающий водный раствор, скорость охлаждения при этом составляет 10 4 —10 5 °C/с. Во втором методе струя расплава попадает в охлаждающую жидкость, которая находится на внутренней стороне вращающегося барабана, где удерживается за счёт центробежной силы.

Применение

Несмотря на хорошие механические свойства, металлические стёкла не используются в качестве ответственных деталей конструкций по причине их высокой стоимости и технологических сложностей. Перспективным направлением является применение коррозионностойких аморфных сплавов в различных отраслях. В оборонной промышленности при производстве защитных бронированных ограждений, используются прослойки из аморфных сплавов на основе алюминия для погашения энергии пробивающего снаряда за счет высокой вязкостью разрушения таких прослоек.

Благодаря своим магнитным свойствам аморфные металлы используются при производстве магнитных экранов, считывающих головок аудио- и видеомагнитофонов, устройств записи и хранения информации в компьютерной технике, трансформаторов и других устройств.

Низкая зависимость сопротивления некоторых аморфных металлов от температуры позволяет использовать их в качестве эталонных резисторов.

Читайте также: