Amorf metaal

Een amorf metaal is een metalen materiaal met een wanordelijke structuur op atomaire schaal. In tegenstelling tot de meeste metalen, die kristallijn zijn en daarom een ​​sterk geordende rangschikking van atomen, de amorfe legeringen zijn niet-kristallijn. De materialen waarin een structuur van ongeordende plaatsvindt direct van de vloeistof tijdens het stollen worden "windows" zodat amorf metalen gewoonlijk aangeduid als "glasmetalen" of "glazig metalen". Echter, er zijn verschillende manieren naast extreem snelle stolling, amorfe metaal, zoals fysische dampafzetting, solid state reacties, ionenimplantatie produceert, smeltspinnen en mechanisch legeren. Sommige wetenschappers zijn niet van mening amorf metalen geproduceerd door deze technieken als glas. Materialen specialisten algemeen beschouwen amorfe legering als een unieke klasse van materialen, ongeacht hoe ze werden verkregen.

Vroeger kleine hoeveelheden amorf metalen werden geproduceerd door een verscheidenheid van werkwijzen quench. Zo zijn er amorf metalen draden door versproeien van gesmolten metaal op een roterende schijf. De demping, die optreedt in de orde van miljoenen graden per seconde te snel om kristalvorming mogelijk te maken en vervolgens het materiaal wordt "gevangen" in de glasachtige toestand. Recenter hebben we een reeks legeringen met kritische koelsnelheid laag genoeg om de vorming van amorfe structuren in dikke lagen toestaan ​​verkregen. Deze staan ​​bekend als bulk glasmetalen door de afkorting in het Engels). Liquidmetal verkoopt een aantal titanium gebaseerde BMGs, oorspronkelijk ontwikkeld studies uitgevoerd bij Caltech. Ze hebben ook geproduceerd batches van amorf staal met een treksterkte veel hoger dan die van conventionele gelegeerd staal.

Geschiedenis

De eerste metalen glas legering werd gemeld bij Caltech geproduceerd door W. Klement, Willens en Duwez in 1960. Deze en andere primitieve vormen metallic glaslegeringen moest zeer snel worden gekoeld om kristallisatie te voorkomen. Een belangrijk gevolg van deze beperking is dat metaalglazen alleen kon worden verkregen in een beperkt aantal vormen gekenmerkt door een van de kleine geometrische afmetingen, om daardoor zodat warmte kan snel genoeg om een ​​optimale snelheid te bereiken worden geëxtraheerd koeling. Dientengevolge werden de specimens metallisch glas beperkt tot een dikte van minder dan 100 micron.

In 1969, terwijl een legering van 77,5% palladium bestudeerd, 6% koper en 16,5% silicium bleek een kritische koelsnelheid tussen 100 tot 1000 K / s hebben.

In 1976, H. Liebermann en C. Graham ontwikkelde een nieuwe methode voor de productie van dunne linten van amorf metaal op een snelle spinnewiel onderkoeld. Het was een legering van ijzer, nikkel, fosfor en boor. Het materiaal, bekend als Metglas, werd in de vroege jaren 1980 op de markt gebracht en werd gebruikt voor de distributie transformators laag vermogensverlies. De Metglas-2605 omvat ongeveer 80% ijzer en 20% borium, heeft Curie temperatuur van 373 ° C en een verzadigingsmagnetisatie van 1,56 tesla bij kamertemperatuur.

Begin de jaren 1980, glazige ingots diameter van 5 mm uit een legering van 55% palladium, 22,5% 22,5% lood en antimoon, wordt eveneens door een etstechniek Soortgelijke etsen oppervlak gevolgd door cycli verwarming en koeling. Bij gebruik van een stroom bestaande uit boriumoxide, steeg haalbare één centimeter dik.

Onderzoek, Tohoku University en Caltech bereikt multicomponent legeringen op basis van lanthaan, magnesium, zirkonium, palladium, ijzer, koper en titaan, onder koeling kritische frequenties tussen 1 K / s tot 100 K / s, vergelijkbaar met die van het glasachtige lichaam oxides.

In 1988 werd vastgesteld dat bepaalde legeringen van lanthaan, aluminium en koper zeer glasachtig zijn.

Echter, in de nieuwe legeringen de 90 'die een bril bij een koelsnelheid zo laag als een kelvin per seconde ze werden ontwikkeld vormen. Deze snelheden kunnen worden bereikt zonder problemen door eenvoudig gieten van de gesmolten legering in metalen matrijzen. deze "massale" amorfe legeringen kan worden gegoten in blokken van enkele centimeters dik nog steeds een amorfe structuur. Beste glasachtige legeringen op basis van zirkonium en palladium, maar ijzer-gebaseerde legeringen, titanium, magnesium, koper en andere metalen zijn ook bekend. Verschillende amorfe legeringen worden bereikt door gebruik van een fenomeen genaamd effect "verwarring". Dergelijke legeringen bevatten verschillende elementen die, bij het afkoelen bij voldoende hoge snelheid, de atomen kan niet alleen worden gecoördineerd in een stabiele kristallijne toestand voordat de verplaatsing wordt stopgezet. Aldus wordt bereikt val de atomen in een toestand van willekeurige aandoening.

In 1992 ontwikkelde hij de eerste commerciële amorf legering Caltech's, Vitreloy 1 als onderdeel van een onderzoek naar nieuwe aerospace materialen door het Ministerie van Energie van de Verenigde Staten en de NASA. Dit werd gevolgd door andere variaties.

In 2004, twee groepen erin geslaagd in het produceren van bulk amorf staal, een van de Oak Ridge National Laboratory, de andere van de Universiteit van Virginia. Bedoelde Oak Ridge groep om zijn product als 'glazig staal. " Het product bleek magnetisme bij kamertemperatuur ontbreekt, en ook significant sterker dan conventioneel staal, maar miste een lang proces van onderzoek en ontwikkeling voordat deze publiekelijk beschikbare of militair gebruik was.

Properties

Ondanks de naam een ​​amorfe metaallegering eerder gewoonlijk plaats van een zuiver metaal. Legeringen die atomen van significant verschillende afmetingen, veroorzaakt het vrije volumes aanzienlijk lager dan die van zuivere metalen, en dit op zijn beurt veroorzaakt deze legeringen smelten met viscositeiten enkele orden van grootte hoger dan die van normale legeringen en smelt metalen. Omdat veel viskeuzer de beweging van individuele atomen lager, waardoor het moeilijk om snel genoeg naar een geordende rooster vormen. De atomaire structuur van het materiaal betekent ook minder krimp tijdens het afkoelen, en verhoogde weerstand tegen plastische vervorming. Het ontbreken van korrelgrenzen waarvan de zwakke punten van kristallijne materialen, leidt tot verhoogde slijtage en corrosie. Amorf metalen, hoewel technisch glazen, zijn harder en minder broos dat glas en keramische oxiden.

Thermische geleidbaarheid van amorf materiaal minder is dan die van het kristal. De vorming van amorfe structuren is gebaseerd op snelle afkoeling, beperkt dit de maximaal bereikbare dikte.

Om de vorming van de amorfe structuur zelfs bij langzame afkoeling te bereiken, moet de legering uit drie of meer componenten, wat leidt tot complexe eenheidscel met een hogere potentiële energie en dus minder kans op vorming. De atomaire straal van de componenten moeten significant verschillend hoge pakkingsdichtheid en lage vrije volumes te bereiken. De combinatie van componenten dient een negatief warmte mengen kristal nucleatie te remmen en daarmee verlenging van de tijd waarin het gesmolten metaal in de onderkoelde toestand hebben.

Legeringen van boor, silicium, fosfor, onder andere glasachtige elementen, magnetische metalen zijn magnetisch, lage coërciviteit en hoge elektrische weerstand. De hoge sterkte maakt presenteren lagere wervelstroomverliezen bij blootstelling aan wisselende magnetische velden, een eigenschap die zeer wenselijk, bijvoorbeeld in transformatorkernen.

Amorfe legeringen hebben potentieel bruikbare eigenschappen. In het bijzonder hebben ze de neiging om sterker kristallijne legeringen chemisch verwant zijn en kunnen grotere omkeerbare elastische vervorming weerstaan. Amorfe metalen hebben kracht niet nauwkeurig zijn kristalstructuur die geen defecten die de sterkte van kristallijne legeringen beperken heeft. Een modern amorf metalen, bekend als Vitreloy, een treksterkte van ten minste het dubbele van hoogwaardig titanium. Echter, glasachtig metalen bij kamertemperatuur niet kneedbaar en vaak falen bij fors worden getrokken, beperkt het nut ervan bij kritieke toepassingen waarbij betrouwbaarheid falen iminente meestal niet evident. Daarom is er veel belangstelling voor het produceren metaalmatrix composieten die bestaan ​​uit een matrix van metallisch glas met daarin dendritische deeltjes of vezels van een ductiel metaal kristallijn.

Misschien wel de meest bruikbare massa amorf metalen is dat ze echt eigenschappenvensters, waardoor ze zachter en stroming van warmte. Dit maakt verwerking door eenvoudige, zoals spuitgieten, vergelijkbaar met de polymeren vormen technieken. Dientengevolge zijn de amorfe legeringen werden gebracht voor toepassing in sportartikelen, medische hulpmiddelen en kasten voor elektronische apparatuur.

U kunt een dunne laag van amorf metaal deponeren als een afdekking door oxyfuel thermoprojection hoge snelheid.

Toepassingen

De amorfe metalen vertonen een unieke verweking gedrag boven zijn glasovergangstemperatuur, is dit probleem in toenemende mate onderzocht om te profiteren van thermoplastische vormtechnieken.

Het is aangetoond dat metaalglazen kan worden gevormd bij zeer kleine schaal van 10 nm tot enkele millimetros.

Er is gesuggereerd dat dit de problemen van nanoimprint lithografie te lossen, het silicium nanomoldes breken gemakkelijk tijdens nanomoldes metallisch glas gemakkelijker te fabriceren en duurzamer.

Er wordt aangenomen dat de legering niet carcinogeen Ti40Cu36Pd14Zr10 drie maal sterker dan titanium en de elasticiteitsmodulus ligt vlakbij het bot. Het heeft een hoge slijtvastheid en geen stof door slijtage. Maakt krimp ondergaan tijdens het stollen, dat kan worden gevormd met een uiteindelijke volume. Het kan een biologisch verenigbaar oppervlak door oppervlaktemodificatie laser te genereren, waardoor een betere hechting aan het bot.

De Mg60Zn35Ca5, snel afgekoeld om een ​​amorfe structuur te verkrijgen, wordt onderzocht als een biomateriaal voor implantatie in bot als grondstof voor de vervaardiging schroeven, spijkers of platen voor gebruik in breuken. In tegenstelling tot traditionele materialen zoals titanium of staal, wordt dit materiaal opgelost in 1 mm per maand, en wordt vervangen door botweefsel. Deze snelheid kan worden gevarieerd door aanpassing van het zinkgehalte.

(0)
(0)
Vorige artikel Marentes
Volgende artikel Ignacio del Moral

Gerelateerde Artikelen

Commentaren - 0

Geen reacties

Voeg een Commentaar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha