К вопросу об аморфных сплавах Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.14-156

К ВОПРОСУ ОБ АМОРФНЫХ СПЛАВАХ

А. Ю. Микитчак Научный руководитель - А. А. Снежко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: anastasia-898@mail.ru

Рассматривается классификация, свойства и применение аморфных сплавов, преимущества и недостатки.

Ключевые слова: аморфные сплавы, аморфные металлы, металлические стекла, аморфная структура.

TO THE QUESTION OF THE AMORPHOUS ALLOYS

A. Yu. Mikitchak Scientific Supervisor - A. A. Snezhko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: anastasia-898@mail.ru

The paper deals with the classification, properties and applications of amorphous alloys, the advantages and disadvantages.

Keywords: amorphous alloys, amorphous metals, metallic glass, amorphous structure.

Аморфные материалы - класс металлических твердых тел с аморфной структурой, характеризующейся отсутствием дальнего порядка и наличием ближнего порядка в расположении атомов. По сравнению с металлами с кристаллической структурой, аморфным металлам характерна фазовая однородность, атомная структура аналогична атомной структуре переохлажденных расплавов [1].

Аморфные материалы - металлические стекла получают в виде:

- металлов;

- сплавов;

- система металл - металлоид.

Механические свойства. Особенности атомной структуры металлических аморфных тел, приводящие к повышению в них дефектов, как дислокации, границы зерен и т.д., обуславливают очень высокую прочность и износостойкость [2]. Так, например, предел прочности аморфных сплавов на основе железа существенно больше, чем у наиболее прочных сталей и приближается к значением кристаллов (рубин, сапфир и т. п.) При испытании аморфных металлических сплавов на растяжение обнаруживается их удлинение, т. е. эти сплавы являются пластичными в отличие от традиционных стекол.

Коррозионные свойства. Металлические аморфные сплавы (система железо - хром), обладает очень высокой коррозионной стойкостью, что связано, прежде всего, с отсутствием границ зерен, включений и т. п. [3].

Электрические свойства. Сопротивление аморфных материалов составляет, как правило, около 100...300 мкОмсм, 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;

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2

- переходный металл - металлоид;

- переходный металл - переходный металл.

Металлические стёкла группы простой металл - простой металл отличаются низким удельным сопротивлением (менее 100 мкОмсм). 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 мкОмсм. Температурный коэффициент сопротивления поначалу положительный, а когда сопротивление достигает ~150 мкОмсм, становится отрицательным. Минимальное значение сопротивления при температурах 10.20 К.

Сопротивление материалов группы переходный металл - переходный металл превышает 200 мкОмсм. При этом с увеличением температуры сопротивление уменьшается.

Некоторые аморфные сплавы проявляют свойство сверхпроводимости, сохраняя при этом хорошую пластичность [4].

Магнитные свойства. Наибольший интерес представляют магнитные свойства аморфных сплавов переходных (Бе, Со, N1, ...) и редкоземельных (Ей, Gd и т. д.) металлов с другими металлами и металлоидами (В, С, и т. д.). При достаточно высоких температурах эти сплавы находятся в парамагнитном состоянии.

На практике большим вниманием пользуются аморфные сплавы на основе переходных материалов (на основе группы железа). Они относятся к классу магнитомягких материалов, отличающихся высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой. Значения коэрцитивной силы этих сплавов зависят от химического состава сплавов. В сравнении с поликристаллическими магни-томягкими материалами аморфные сплавы обладают рядом преимуществ: более низкими потерями в сравнении с трансформаторной сталью, повышенной прочностью, более низкой чувствительностью магнитных свойств к деформации. Все вышеописанное демонстрирует широкие перспективы в использовании аморфных магнитных сплавов [3; 5].

Применение. Благодаря прочности, коррозионной стойкости т. д., аморфные металлы могут применяться в разных областях. Например: При высокой прочности - проволока, армирующие материалы, пружины, режущий инструмент; При высокой коррозионной стойкости - электродные материалы, фильтры для работы в растворах кислот, морской воде, сточных водах; При высокой магнитной индукции насыщения - сердечники трансформаторов, преобразователи, дроссели; При высокой магнитной проницаемости - Магнитные головки и экраны, магнетометры, сигнальные устройства;

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

Круг аморфных металлов и сплавов непрерывно расширяется. Этому во многом способствовала значительно упростившаяся технология получения материалов с необычной структурой, а именно отпала необходимость в вакууме и криогенных температурах, так как необходимая скорость охлаждения металла достигается при соприкосновении расплава с поверхностью водоохлаждаемых валков, вращающихся с большой скоростью. Металл при этом застывает за тысячные доли секунды и в виде ленты наматывается на барабан.

На сегодня решены далеко не все проблемы, связанные с производством, применением и метрологическим обеспечением производства новых материалов. В частности, контроль некоторых выходных характеристик аморфных сплавов связан с наукоемкими затратными методами исследования (рентгеноструктурный анализ, дифференциально-термический анализ, ферромагнитный резонанс, что требует разработки новых методов диагностики и.т.д.). Так же не стоит рассчитывать на применение аморфных материалов в виде крупных конструкций или изделий, так как горячие способы компакти-рования - такие, как сварка, им противопоказаны. Поэтому потребители вынуждены мириться с малыми размерами получаемых лент, проволоки и гранул.

Недостатком аморфных материалов является относительная нестабильность их свойств при существенном повышении температур, которая лишает их аморфности (для некоторых материалов свойства стабильны до 1/2 температуры плавления). Еще один их минус - недостаточная стабильность во времени [6].

Библиографические ссылки

1. Википедия, свободная энциклопедия: Определение аморфного металла [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org (дата обращения: 18.04.2016).

2. Быстрозакаленные алюминиевые ленты / В. В. Стацура, С. С. Ивасев, А. Е. Михеев и др. // Перспективные материалы, технологии, конструкции : сб. науч. тр. Всерос. конф. Красноярск, 1997.

3. Павлов П. В., Хохлов А. Ф. Физика твердого тела : учебник. М. : Высш. шк., 2000. 494 с.

4. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы : учебник / под ред. Ц. Масумо-то : пер. с япон. М. : Металлургия, 1987. 328 с.

5. Чекалова Л. А., Денисова Е. А., Снежко А. А. Аморфные и кристаллические дисперсные Nii00.xPx порошки : тез. докл. Межвуз. науч. конф. Красноярск : Изд-во «Студент, наука, цивилизация», 1996.

6. Получение аморфных металлических сплавов [Электронный ресурс]. URL: http://skyfly.on.ufanet.ru/elpoms/24AMOR.HTM (дата обращения: 18.04.2016).

© Микитчак А. Ю., 2016