Ликвидметалл - Liquidmetal

Не путать с жидким металлом .

Liquidmetal и Vitreloy - это коммерческие названия серии аморфных металлических сплавов, разработанных исследовательской группой Калифорнийского технологического института (Caltech) и продаваемых Liquidmetal Technologies . Жидкометаллические сплавы сочетают в себе ряд желательных свойств материала, включая высокую прочность на растяжение , отличную коррозионную стойкость , очень высокий коэффициент восстановления и отличные противоизносные характеристики, а также способность подвергаться термоформованию в процессах, аналогичных термопластам . Несмотря на название, они не являются жидкими при комнатной температуре.

Liquidmetal был представлен для коммерческого использования в 2003 году. Он используется, в частности, для изготовления клюшек для гольфа , часов и чехлов для мобильных телефонов .

Сплав стал конечным результатом программы исследований аморфных металлов, проведенной в Калифорнийском технологическом институте. Это был первый из серии экспериментальных сплавов, которые смогли получить аморфную структуру при относительно низких скоростях охлаждения. Аморфные металлы производились и раньше, но только небольшими партиями, потому что скорость охлаждения должна была составлять миллионы градусов в секунду. Например, аморфная проволока может быть изготовлена ​​путем закалки струи расплавленного металла на вращающемся диске. Поскольку Vitreloy допускает такие низкие скорости охлаждения, стало возможным производство больших партий. Совсем недавно в портфель Liquidmetal был добавлен ряд дополнительных сплавов. Эти сплавы также сохраняют свою аморфную структуру после многократного повторного нагрева, что позволяет использовать их в самых разных традиционных процессах обработки.

Характеристики

Liquidmetal, созданный доктором Атаканом Пекером, содержит атомы существенно разных размеров. Они образуют плотную смесь с небольшим свободным объемом. В отличие от кристаллических металлов, здесь нет очевидной точки плавления, при которой вязкость резко падает. Стекло Vitreloy больше похоже на другие стекла : его вязкость постепенно снижается с повышением температуры. При высокой температуре он ведет себя пластично, что позволяет относительно легко контролировать механические свойства во время литья. Вязкость препятствует перемещению атомов достаточно, чтобы образовать упорядоченную решетку, поэтому материал сохраняет свои аморфные свойства даже после термического формования.

Сплавы имеют относительно низкие температуры размягчения, что позволяет отливать сложные формы без необходимости отделки. Свойства материала сразу после литья намного лучше, чем у обычных металлов; Обычно литые металлы обладают худшими свойствами, чем кованые или кованые. Сплавы также податливы при низких температурах (400 ° C или 752 ° F для самого раннего состава) и могут быть отформованы . Малый свободный объем также приводит к низкой усадке при охлаждении. По всем этим причинам Liquidmetal можно формовать сложной формы с использованием процессов, аналогичных термопластам, что делает Liquidmetal потенциальной заменой для многих областей применения, где обычно используются пластмассы.

Из-за своей некристаллической ( аморфной ) структуры Liquidmetals тверже, чем сплавы титана или алюминия аналогичного состава. Сплавы Liquidmetal на основе циркония и титана достигли предела текучести более 1723 МПа, что почти вдвое превышает прочность традиционных кристаллических титановых сплавов (Ti6Al4V составляет ~ 830 МПа), а также прочности высокопрочных сталей и некоторых высокотехнологичных объемных композитных материалов (см. предел прочности на разрыв для списка распространенных материалов). Однако первые методы литья привели к появлению микроскопических дефектов, которые были отличными местами для распространения трещин, что привело к тому, что Vitreloy был хрупким, как стекло. Несмотря на свою прочность, эти ранние партии легко разбились при ударе. Это улучшили новые методы литья, корректировка смесей сплавов и другие изменения.

Отсутствие границ зерен способствует показанному высокому пределу текучести (и, следовательно, упругости). В ходе демонстрации металлический шар, упавший на аморфную сталь, отскакивал значительно дольше, чем такой же металлический шар, упавший на кристаллическую сталь.

Отсутствие границ зерен в металлическом стекле устраняет зернограничную коррозию - обычную проблему для высокопрочных сплавов, получаемых методом дисперсионного твердения, и сенсибилизированных нержавеющих сталей. Поэтому жидкометаллические сплавы обычно более устойчивы к коррозии как из-за механической структуры, так и из-за элементов, используемых в их сплаве. Сочетание механической твердости, высокой эластичности и коррозионной стойкости делает Liquidmetal износостойким.

Хотя при высоких температурах пластическая деформация происходит легко, при комнатной температуре почти не происходит до начала катастрофического разрушения . Это ограничивает применимость материала в приложениях, критичных к надежности, поскольку надвигающийся отказ не очевиден. Материал также подвержен усталости металла с ростом трещин. Двухфазная композитная структура с аморфной матрицей и пластичным дендритным армированием кристаллической фазой или композит с металлической матрицей, армированный волокнами из другого материала, может уменьшить или устранить этот недостаток.

Использует

Liquidmetal сочетает в себе ряд свойств, которые обычно не встречаются ни в одном материале. Это делает их полезными в самых разных приложениях.

Одно из первых коммерческих применений Liquidmetal было в клюшках для гольфа, произведенных компанией, где высокоэластичный металл использовался в частях поверхности клюшки. Они были высоко оценены пользователями, но позже от продукта отказались, отчасти из-за того, что прототипы разбились после менее чем 40 обращений. С тех пор, Liquidmetal появился в другой спортивный инвентарь, в том числе сердечников мячи для гольфа , лыжи , бейсбол и софтбол летучих мышей и теннисных ракеток .

Возможность литья и формования в сочетании с высокой износостойкостью также привела к тому, что Liquidmetal использовался в качестве замены пластмасс в некоторых областях применения. Он был использован на корпусе последней модель SanDisk «Cruzer Titanium» USB флэш - накопитель , а также их Sansa линии флэш - MP3 - плеер , а также обсадные некоторые мобильных телефонов , как люксовые телефоны Vertu продукты и других упрочненной бытовой электроника . Liquidmetal использовался в стоматологическом лазере Biolase Ilase и кольцевом сканере штрих-кода Socketmobile. Liquidmetal также использовался для изготовления инструмента для выталкивания SIM-карты некоторых iPhone 3G, произведенных Apple Inc. , поставляемых в США. Это было сделано Apple в качестве упражнения для проверки возможности использования металла. Они сохраняют поверхность без царапин дольше, чем конкурирующие материалы, но при этом имеют сложную форму. Те же качества позволяют использовать его в качестве защитных покрытий для промышленного оборудования, включая трубы нефтяных бурильных труб и котельные трубы электростанций .

Он также заменяет титан в самых разных областях, от медицинских инструментов и автомобилей до военной и аэрокосмической промышленности. В военных применениях стержни из аморфных металлов заменяют обедненный уран в пенетраторах с кинетической энергией . Пластины Liquidmetal использовались в системе коллектора ионов солнечного ветра в космическом зонде Genesis .

Товарные сплавы

Под этим торговым наименованием продается ряд сплавов на основе циркония . Некоторые примеры композиций перечислены ниже в молярных процентах:

  • Ранний сплав Vitreloy 1 :
    Zr : 41,2 Be : 22,5 Ti : 13,8 Cu : 12,5 Ni : 10
  • Вариант, Vitreloy 4 ( Vit4 ):
    Zr : 46,75 Be : 27,5 Ti : 8,25 Cu : 7,5 Ni : 10
  • Vitreloy 105 ( Vit105 ):
    Zr : 52,5 Ti : 5 Cu : 17,9 Ni : 14,6 Al : 10
  • Более поздняя разработка ( Vitreloy 106a ), которая формирует стекло при менее быстром охлаждении:
    Zr : 58,5 Cu : 15,6 Ni : 12,8 Al : 10,3 Nb : 2,8

Лицензионное использование

  • Apple Inc. приобрела бессрочную исключительную лицензию на использование своих технологий в бытовой электронике.
  • Swatch Group получила эксклюзивную лицензию на использование Liquidmetal в своих часах.

Рекомендации

Внешние ссылки