Аморфные металлы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ.Г.И.НОСОВА

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Основы нано технологий»

на тему: «Аморфные металлы»

Выполнила: Недворягина Е.В. студентка 2 курса, группы ТФБ-11

Проверила: Полякова М.А.

                                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                       Магнитогорск 2013

 

Содержание 
Ведение………………………………………………………………………

Свойства……………………………………………………………………..

Закалка из жидкого состояния……………………………………………

Методы получения…………………………………………………………

Применение…………………………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аморфные металлы - металлы и сплавы с аморфной структурой, образующейся при очень быстром охлаждении расплава. Это вещества с характерным строением, которое близко к структуре расплавленного металла или стекла. Заметное упорядочение в аморфных металлах распространяется только на несколько межатомных расстояний, как у обычных стекол. Такую структуру металлы приобретают при охлаждении со скоростью более 1 миллиона градусов Цельсия в секунду.

Затвердевание с образованием аморфной структуры принципиально возможно для всех металлов и сплавов. Для практического применения обычно используют сплавы переходных металлов (Fe, Co, Mn, Cr, Ni и др), в которые для образования аморфной структуры добавляют аморфообразующие элементы (В, С, Si, P, S). Такие аморфные сплавы обычно содержат около 80% (ат.) одного или нескольких переходных металлов и 20% неметаллов, добавляемых для образования и стабилизации аморфной структуры.

Аморфные металлы привлекали усиленное внимание ученых со времени их открытия в 1960 году. Первым из полученных аморфных металлов был сплав золото-кремний. Затем удалось получить в аморфном состоянии не только сплавы, но и многие чистые металлы, в том числе железо, алюминий, хром, никель, ванадий, германий и др. Для этого потребовались скорости охлаждения до 10 миллиардов градусов в секунду. 
Однако аморфное состояние чистых металлов неустойчиво – при нагревании начинается кристаллизация. Намного устойчивее сплавы, содержащие такие переходные элементы, как никель, палладий, цирконий, лантан, а также некоторые неметаллы – кремний, бор, углерод, фосфор. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства

Структура аморфных сплавов подобна структуре замороженной жидкости. Затвердевание происходит настолько быстро, что атомы вещества оказываются замороженными в тех положениях, которые они занимали, будучи в жидком состоянии. Аморфная структура характеризуется отсутствием дальнего порядка в расположении атомов, благодаря чему в ней нет кристаллической анизотропии, отсутствуют границы блоков, зерен и другие дефекты структуры, типичные для поликристаллических сплавов.

Благодаря характерной структуре аморфные металлы обладают рядом особых свойств: они становятся в несколько раз прочнее, изменяются модули их упругости, электромагнитные свойства, повышается стойкость к коррозии. В противоположность обычным стеклам они проявляют заметную пластичность. Эти свойства определяют особое место аморфных металлов среди прочих материалов и привлекают к себе внимание специалистов. Они представляют собой многообещающие материалы для техники будущего. 
Интерес, проявляемый специалистами к аморфным металлам, обусловлен еще и тем, что они значительно дешевле традиционных материалов.

Плотность аморфных сплавов лишь на 1-2% меньше плотности соответствующих кристаллических тел.

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы получения

Сверхвысокие скорости охлаждения для получения аморфной структуры можно реализовать различными способами. Общим в них является необходимость обеспечения скорости охлаждения не ниже 106 К/с. Известны методы:

o        катапультирования капли на холодную пластину,

o        распыление струи газом или жидкостью,

o        центрифугирование капли или струи,

o  расплавление тонкой пленки поверхности металла лазером с быстрым отводом тепла массой основного металла,

• сверхбыстрое охлаждение из газовой среды и др. Использование этих методов позволяет получать ленту различной ширины и толщины, проволоку и порошки. 
  

Применение

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.

Аморфные материалы используют для армирования трубок высокого давления, изготовления металлокорда шин и др. Высокая прочность в сочетании с коррозионной стойкостью позволяют использовать аморфные сплавы для изготовления кабелей, работающих в контакте с морской водой, изделий, условия эксплуатации которых связаны с воздействием агрессивных сред. Из аморфной ленты изготавливают предметы бытового назначения - бритвенные лезвия, рулетки и др.

Широкому применению аморфных металлов препятствуют высокая себестоимость, сравнительно низкая термическая устойчивость, а также малые размеры получаемых лент, проволоки, гранул. Кроме того, применение аморфных сплавов в конструкциях ограничено из-за их низкой свариваемости.

 

 

 

 

Таблица 1. Свойства и области применения аморфных металлических материалов

Свойство	Применение	Состав сплава
Высокая прочность, высокая вязкость Высокая коррозионная стойкость     Высокая магнитная индукция насыщения, низкие потери Высокая магнитная проницае-мость, низкая коэрцитивная сила Постоянство модулей упругости и температурного коэффициента линейного расширения	Проволока, армирующие материалы, пружины, режущий инструмент Электродные материалы, фильтры для работы в растворах кислот, морской воде, сточных водах Сердечники трансформаторов, преобразователи, дроссели Магнитные головки и экраны, маг-нетометры, сигнальные устройства Инварные и элинварные материалы	Fe75Si15B10    Fе45Сr25Мo10Р13С7    Fe81B15C2 Fe5Co70Sl10B15    Fе83В17