Аморфные металлические сплавы Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 669.14./15

АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ

© С.А. Зайцев, А.В. Яковлев, С.В. Васильева

Ключевые слова: сплав; стекло; конденсированная среда.

Рассмотрены перспективы развития в области изучения и применения аморфных металлических сплавов.

В настоящее время внимание ученых привлекают такие конденсированные среды, которые имеют неупорядоченное расположение атомов в пространстве. Массовый интерес к аморфным состояниям один из физиков описал так: «Неупорядоченные фазы конденсированных сред - сталь и стекло, земля и вода, пусть и без остальных стихий, огня и воздуха, - встречаются несравненно чаще и в практическом отношении никак не менее важны, чем идеализированные монокристаллы, которыми не так давно только и занималась физика твердого тела» [1].

Среди твердых конденсированных сред особого внимания заслуживают т. н. металлические стекла -аморфные металлические сплавы с неупорядоченным расположением атомов в пространстве [2]. Металлы и металлические сплавы с хаотичным расположением атомов стали называть аморфными металлическими стеклами.

Получить аморфное металлическое стекло можно путем стремительного охлаждения металла со скоростью ~ 1000000 К/с. Такая скорость вполне достижима, если использовать глубокий вакуум и криогенные температуры. На переохлажденную металлическую подложку, находящуюся в описанных условиях, наносятся металлические пары, и на ней образуется тончайший «стеклянный» слой. Можно также получить аморфные металлы при электрохимическом осаждении и при облучении кристаллических металлов интенсивными потоками ионов или нейтронов [3] и другими способами.

Проведен ряд исследований с использованием различных методов воздействия на металлические стекла. В работе по изучению влияния отжига на изменение характера деформирования и разрушения металлического стекла при локальном нагружении авторами было показано, что изменение трещиностойкости металлического стекла, возникающее при превышении критической температуры отжига, обусловлено термоактивированными атомными перестройками, не связанными с кристаллизацией, о чем свидетельствуют данные рентгеноструктурного анализа и дифференциальной сканирующей калометрии [4].

Вопрос о внутренних напряжениях, возникающих при деформации металлических стекол, является также одним из важных в проблеме описания физических свойств этих материалов. Ряд моделей пластической деформации [5-8] предполагает образование значительных полей внутренних напряжений при деформа-

ции МС, однако с экспериментальной точки зрения вопрос остается открытым. В литературе имеются лишь косвенные данные о наличии внутренних полей напряжений в деформированных металлических стеклах [9].

Так, с этими полями, очевидно, связано сильное ухудшение магнитомягких и магнитоупругих свойств после холодной деформации [10]. При электронномикроскопическом исследовании деформации частично кристаллизованного металлического стекла было обнаружено дальнодействующее взаимодействие кристаллитов с полосами сдвига [11], что указывает на наличие связанных с полосами сдвига дальнодейст-вующих полей напряжений. Такой же вывод был сделан в работе на основе анализа доменной структуры деформированного металлического стекла [12]. Имеется также ряд других косвенных свидетельств и проведено множество работ по изучению различных свойств аморфных металлических сплавов [13].

В настоящий момент аморфные металлические сплавы находят все большее применение в производстве. Так, в частности, кампания Apple заключила соглашение на использование металлических стекол. Впервые для коммерческих целей продукт был использован в 2003 г. для создания техники Министерства обороны США, медицинского оборудования и даже для создания спортивных товаров, таких как теннисные ракетки и клюшки для гольфа [14].

Аморфные металлы часто называют материалами будущего, фантастическими материалами, что вызвано уникальностью методов их получения и особыми свойствами, не встречающимися у кристаллических металлов. Уже сейчас аморфные сплавы получают все более широкое распространение. Но аморфные материалы не лишены недостатков. Один из них - это их невысокая термическая устойчивость, другой - недостаточная стабильность во времени, что снижает их надежность. Третий недостаток - это малые размеры получаемых лент, проволоки, гранул. Также металлические стекла абсолютно несвариваемы, что ограничивает их использование только в качестве малогабаритных изделий [15].

В скором времени уже можно ожидать высокого спектра применения аморфных металлических сплавов в исследованиях и разработках, связанных с многообразными практическими применениями этих уникальных материалов.

ЛИТЕРАТУРА

1. ЗайманДж. // Модели беспорядка. М.: Мир, 1982. 592 с.

2. Золотухин И.В. // Соросовский ОЖ. М.: Изд-во Soros Science, 1997. № 4.

3. URL: http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=610311

4. Федоров В.А., Ушаков И.В. // Физика и химия обработки металлов. М., 2002. № 6. С. 77-80.

5. Gilman J.J. // J. Appl. Phys. 1973. V. 44. № 2. P. 675-679.

6. Li J.C.M. // Net. Trancs. A. 1985. V. 16. № 7/12. P. 2227-2230.

7. Овидько И.А. // ФММ. 1989. Т. 67. № 4. С. 649-654.

8. Зайченко С.Г., Брагинский А.П. // Металлофизика. 1985. Т. 12. № 4.

С. 15-21.

9. Золотухин И.В., Рябцева Т.Н., Хоник В.А. // Физика прочности и

пластичности металлов и сплавов: тз. докл. IX Всесоюз. конф. Куйбышев: КПИ,1986. С. 42-43.

10. Оцелик В., Седлачек В., Зарубова Н. // Металлофизика. 1985. Т. 7. № 5. С. 100-101.

11. Donovan P.E., Stobbs WM. // J. Non-cryst.Sol. 1983. V. 55. № 1. P. 61-76.

12. Lakshmanan V., Li J.CM. // Mater. Sci. Enq. 1988. V. 98. P. 483-486.

13. Frait Z., Zarubova N., Duhaj P. // J. Magn. Mater. 1984. V. 41. F. 1-3, 159-161.

14. URL: http://ehhu.ru/people/user/6/blog/67511/

15. Судзуки К, Худзимори Х., Хасимото К Аморфные металлы. М.: Металлургия, 1987. С. 304-305.

Поступила в редакцию 16 ноября 2011 г.

Zaitsev S.A., Yakovlev A.V., Vasilyeva S.V. AMORPHOUS METAL ALLOYS

The prospects of development in the study and application of amorphous metallic alloys are considered.

Key words: alloy; glass; condensed matter.