Amorf fémek

Az amorf fémek ( fémüvegek ) az amorf szerkezetű fémes szilárd anyagok osztálya , amelyet a nagy hatótávolságú rend hiánya és a rövid hatótávolságú rend jelenléte jellemez az atomok elrendezésében. A kristályos szerkezetű fémekkel ellentétben az amorf fémeket fázishomogenitás jellemzi, atomi szerkezetük hasonló a túlhűtött olvadékok atomszerkezetéhez .

Történelem

Már az 1940-es években ismerték, hogy a vákuum-alacsony hőmérsékletű leválasztással előállított fémfilmek nem rendelkeznek kristályos szerkezettel. Az amorf fémek tanulmányozása azonban 1960 -ban kezdődött , amikor a Kaliforniai Műszaki Intézetben Pol Duwez professzor [1] irányítása alatt megszerezték az Au 75 Si 25 fémüveget .  A téma iránti nagy tudományos érdeklődés 1970 óta kezdett megnyilvánulni, kezdetben az USA -ban és Japánban , majd hamarosan Európában , a Szovjetunióban és Kínában .

Az 1990-es években olyan ötvözeteket fedeztek fel, amelyek már körülbelül 1°C/s hűtési sebességnél amorflá váltak [2] [3] . Ez lehetővé tette több milliméteres nagyságrendű minták készítését.

Osztályozás

Az amorf ötvözetek 2 fő típusra oszthatók: fém - metalloid és fém-fém.

A folyékony állapotból történő kioltással végzett amorfizálás során a következő elemeket tartalmazó ötvözetek nyerhetők:

• Fém-metaloid típushoz: 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.
• Fém-fém típushoz: 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.

Tulajdonságok

Egyes tulajdonságokban számos amorf fém jelentősen eltér az azonos összetételű kristályos fémektől. Közülük néhányat nagy szilárdság és szívósság , korrózióállóság , nagy mágneses permeabilitás jellemzi [4] .

Mechanikai tulajdonságok

Számos fémüveget nagyon nagy szilárdság és keménység jellemez . A vas alcsoportba tartozó elemeken (Fe, Co, Ni) alapuló amorf ötvözetekben a HV keménység meghaladhatja az 1000 H/m 2 -t, a szilárdság 4 H/m 2 . Ugyanakkor a fémüvegek nagyon nagy törésállósággal rendelkeznek : például a Fe 80 P 13 C 7 szakítási energiája 110 kJ/m 2 , míg az X-200 acél esetében ennek a paraméternek az értéke 17 kJ/m. 2 .

Elektromos tulajdonságok

Az amorf fémek ellenállása általában körülbelül 100-300 μΩ cm, ami sokkal nagyobb, mint a kristályos fémek ellenállása. Ezen túlmenően a különböző fémüvegek ellenállását bizonyos hőmérsékleti tartományokban gyenge hőmérséklet-függés jellemzi, és néha a hőmérséklet emelkedésével csökken is. Az amorf fémek ellenállási jellemzőinek elemzésekor 3 csoportot különböztetünk meg:

• egyszerű fém - egyszerű fém
• átmeneti fém - metalloid
• átmeneti fém - átmeneti fém.

Az egyszerű fém-egyszerű fém csoportba tartozó fémüvegeket alacsony (100 μΩ cm-nél kisebb) ellenállás jellemzi. A hőmérséklet növekedésével ebbe a csoportba tartozó különböző anyagok ellenállása növekedhet vagy csökkenhet.

Az átmenetifém-metalloid csoportba tartozó anyagok ellenállása 100-200 μΩ cm tartományba esik. Az ellenállás hőmérsékleti együtthatója kezdetben pozitív, és amikor az ellenállás eléri a ~150 μΩ cm-t, akkor negatív lesz. Az ellenállás minimális értéke 10-20 K hőmérsékleten.

Az átmenetifém-átmeneti fém csoport anyagainak ellenállása meghaladja a 200 μΩ cm-t. A hőmérséklet növekedésével az ellenállás csökken.

Egyes amorf ötvözetek szupravezető képességgel rendelkeznek, miközben megőrzik a jó alakíthatóságot.

Getting

A fémüvegek beszerzésének számos módja van.

1. Gázhalmazállapotú fém lerakódása
   • Vákuumos bevonat
   • permetezés
   • Kémiai reakciók a gázfázisban
2. folyékony fém megszilárdulása
   • Kioltás folyékony állapotból
3. Szilárd fém kristályszerkezetének megsértése
   • Besugárzás részecskékkel
   • lökéshullám hatás
   • Ion beültetés
4. Elektrolitikus leválasztás oldatokból

Kioltás folyékony állapotból

A fémüvegek előállításának fő módja a folyékony állapotból történő kioltás. Ez a módszer az olvadék ultragyors hűtéséből áll, melynek eredményeként az szilárd állapotba kerül, elkerülve a kristályosodást - az anyag szerkezete szinte ugyanaz marad, mint a folyékony állapotban. Számos módszert tartalmaz, amelyek lehetővé teszik amorf fémek előállítását por, vékony huzal, vékony szalag és lemezek formájában. Emellett alacsony kritikus hűtési sebességű ötvözeteket fejlesztettek ki, amelyek lehetővé tették háromdimenziós fémüvegek létrehozását.

Több száz milligramm tömegű lemezek előállításához egy csepp olvadékot nagy sebességgel égetnek rá egy lehűtött rézlemezre, a hűtési sebesség ebben az esetben eléri a 10 9 °C/s-ot. Tized-tíz milliméter szélességű vékony csíkok előállításához az olvadékot egy gyorsan forgó hűtőfelületre extrudálják. Különféle módszereket alkalmaznak az egységtől a több száz mikronig terjedő vastagságú huzalok előállítására. Az első esetben az olvadékot csőben hűtött vizes oldaton keresztül szívjuk át, a hűtési sebesség ebben az esetben 10 4 -10 5 °C/s. A második módszernél az olvadéksugár belép a hűtőfolyadékba, amely a forgó dob belsejében található, ahol centrifugális erő tartja.

Alkalmazás

A jó mechanikai tulajdonságok ellenére a fémüvegeket magas költségük és technológiai nehézségeik miatt nem használják a szerkezetek kritikus részeként. Ígéretes irány a korrózióálló amorf ötvözetek alkalmazása a különböző iparágakban.

A védelmi iparban a védőpáncélozott kerítések gyártása során amorf alumínium alapú ötvözetekből készült közbenső rétegeket használnak a behatoló lövedékek energiájának kioltására az ilyen közbenső rétegek nagy törésállósága miatt.

Az amorf fémeket mágneses tulajdonságaik miatt mágneses képernyők, olvasófejek ( hang- és képrögzítők, információtárolók), transzformátorok és egyéb eszközök gyártása során használják fel.

A nyolcvanas évek eleje óta az amorf anyagokat (lágy mágneses amorf ötvözetek) széles körben alkalmazzák a mágneses áramkörökhöz (magokhoz) szolgáló rádió- és elektromos termékekben, amelyeket ma már egyes esetekben permalloyok, ferritek, elektromos acélok és magnetoelektromos anyagok helyett alkalmaznak. A metastabil gyorsan lehűtött ötvözetek új osztályának második képviselője és az amorf ötvözetek aktív riválisa a nanokristályos ötvözetek. Az amorf anyagokból nyert nanokristályos anyagok kiváló tulajdonságokkal rendelkeznek a nagyfrekvenciás tartományban.

Egyes amorf fémek ellenállásának alacsony hőmérséklet-függése lehetővé teszi, hogy referenciaellenállásként használják őket .

Lásd még

• Amorf félvezetők
• folyékony fém (ötvözet)

Jegyzetek

1. ↑ Klement, W.; Willens, RH; Duwez, P.O.L. Nem kristályos szerkezet szilárd arany-szilícium ötvözetekben  (angol)  // Nature : Journal. - 1960. - 1. évf. 187. sz . 4740 . - P. 869-870 . - doi : 10.1038/187869b0 .
2. ↑ VV Molokanov és VN Csebotnyikov. [Key Engineering Materials, 40-41 (1990) 319-332 Ti- és Zr-intermetallikus vegyület alapú ötvözetek üvegképző képessége, szerkezete és tulajdonságai].
3. ↑ A. Inoue, K. Ohtera, K. Kita és T. Masumoto. [Japán. J. Appl. Fizika Új amorf Mg-Ce-Ni ötvözetek nagy szilárdsággal és jó alakíthatósággal]. - 1988. - T. 27 . — S. L2248 .
4. ↑ Dmitrij Valentinovics Luzgin, Vladislav Igorevics Polkin. Térfogatú fémüvegek: előállítás, szerkezet, szerkezeti változások fűtés közben  // Izvesztyija vuzov. Színesfémkohászat. 2015;(6). - doi : 10.17073/0021-3438-2015-6- .

Irodalom

• Yoshizawa Y., Oguma S., Yamauchi K. Új Fe-alapú mágneses ötvözetek, amelyek ultrafinom szemcsés szerkezetből állnak // J. Appl. Phys. 1988. M. 64., 10. sz.
• Herzer G. Nanokristályos lágy mágneses ötvözetek // Mágneses anyagok kézikönyve. V. 10. Szerk.: K. H. J. Bushow. Amszterdam: Elsevier Science. 1997
• K. Suzuki, H. Fujimori, K. Hashimoto. amorf fémek. - M . : Kohászat, 1987. - 328 p. - 3300 példány.
• Jurij Sztarodubcev. Amorf és nanokristályos ötvözetek mágneses tulajdonságai. Jekatyerinburg: Ural University Press, 2002.
• Jurij Sztarodubcev. Lágy mágneses anyagok: Enciklopédiai szótár , M. Technosfera, 2011.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy orosz
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4038893-1 J9U : 987007529335005171 LCCN : sh85084121 NDL : 01189322