Сергей Денисевич Грандмастер

Чем примечательны аморфные металлы?

Особой группой металлических материалов являются аморфные металлы. 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.

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.

Наиболее легко образуются сплавы, соответствующие формуле М80А20, где М — один или несколько переходных металлов, А — один или несколько так называемых аморфизирующих элементов, добавляемых для стабилизации аморфной структуры. Например, известны сплавы Fe80P13B7, Fe40Ni40S14B6 и др.

Для обеспечения сверхвысоких скоростей охлаждения расплава применяют распыление струи металла холодным газом или жидкостью, «выстреливание» капель металла на охлаждаемые поверхности металлических пластин или быстро вращающихся барабанов, облучение обычных сплавов лазером и др.

В настоящее время аморфные металлы получают не только быстрым охлаждением расплавов металлов, но и осаждением их из газовой фазы на холодную поверхность, выделением из растворов и расплавов электрохимическими методами, катодным распылением и многими другими методами.

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.

Из них можно изготавливать новые высокопрочные композиты для применения их в авиации и космонавтике. Аморфные металлические материалы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, используют для различных химических и магнитных фильтров, химических сосудов, электродов, в качестве защитных покрытий в установках для добычи и обработки природного газа и нефти.

Значительная доля потерь электроэнергии при ее передаче приходится на трансформаторы. Новые материалы для производства сердечников трансформаторов, созданные на основе аморфных сплавов, позволяют сократить эти потери вдвое. Разработаны аморфные сплавы, обладающие необходимыми магнитными свойствами, но плохо проводящие электрический ток, поэтому в сердечнике трансформатора, изготовленного из такого сплава, не возникают вихревые токи, поглощающие энергию.

Интерес, проявляемый специалистами к аморфным металлам, обусловлен еще и тем, что они значительно дешевле традиционных материалов, выполняющих ту же задачу (если такие материалы вообще существуют). Наиболее интенсивно аморфные металлы исследуют в США, Японии, Германии и Великобритании, а в последние 20 лет их начали изучать во всех промышленных странах мира.

В начале 1981 года в США введен в эксплуатацию первый завод по изготовлению лент из аморфных металлов с объемом производства около 2000 тонн в год. Сейчас таких предприятий много. Интерес к аморфным металлам растет. Число публикаций о них перевалило за несколько тысяч в год и продолжает расти. На повестке дня стоит задача разработки дешевых промышленных технологий.

Обновлено 8.08.2011
Статья размещена на сайте 4.08.2011

Комментарии (31):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Николай Маркелов Читатель 24 сентября 2018 в 17:35 отредактирован 25 сентября 2018 в 04:04

    Должен заметить, что аморфные металлы не обладают кристаллической структурой, т.е. там нет ни больших ни малых кристаллов. В противном случае, на дифракционной картине были бы четкие линии.

  • Александр Стрельцов Александр Стрельцов Читатель 15 июня 2014 в 09:20 отредактирован 26 мая 2018 в 19:55

    Способ Стрельцова усовершенствования 3D принтера,
    предназначенного для изготовления металлических изделий.

  • Книга "Металлические стекла" под ред. Дж.Дж. Гилмана и Х. Дж. Лими., М. Металлургия, 1984.
    Ищите в библиотеке.

  • Сергей Денисевич- Коль сеете разумное, доброе, вечное, добрый совет -не рассыпайте бисер перед свиньями..."Кухарка не сможет управлять страной, и кесарю-кесарево" Хотелось бы услышать комментарии знающих толк в этом деле. Коль расплавляя металл, сплав, с повышением температуры мы наблюдаем в ряде случаев постепенные полиморфные превращения и в состоянии глубокого вакуума, криогенной температуры и высокой скорости охлаждения у атомов нет времени размышлять,какую позицию в решетке занять, их только успевает немного покоробить с перепугу - значит ли это, что они сохраняют те свойства, которых достигли в результате плавления и полиморфных изменений?

    • Татьяна Гусева Татьяна Гусева Дебютант 10 августа 2011 в 11:29 отредактирован 10 августа 2011 в 22:39

      читать дальше →

  • как я правильно трактую --- суть всех свойств аморфных металлов состоит в уменьшении межатомного расстояния в решетке металлов или изменении самой кристаллической структуры?? Они действительно аморфные - не полиморфные?

    • Татьяна Чорна, аморфные металлы действительно аморфны, их исходная структура на расстоянии более нескольких межатомных расстояний сильно искажается, но не переходит в другую устойчивую кристаллическую модификацию, т.е не претерпевает полиморфных превращений. Межатомное расстояние в аморфных металлах из-за нерегулярности кристаллической решетки в среднем возрастает.

  • Интересно - так чем же отличаются металлы от неметаллов, если у первых уже и кристаллической решетки нет, и электричество не проводят. Кстати, а что с гистерезисом у таких сердечников ?

    Оценка статьи: 5

    • Юрий Лях, я разве где-то в статье сказал, что аморфные металлы не обладают кристаллической структурой и не проводят ток? Структура у них есть, только кристаллы не превышают размеров нескольких атомов, и не определяются дифракционными методами. У аморфных металлов металлический тип проводимости, но из-за неупорядоченности структуры их электрическое сопротивление выше, чем у обычных металлов. Но до диэлектриков им еще далеко. Аморфные металлы системы ферромагнитный металл-неметалл являются магнитомягкими материалами с практически прямоугольной петлей гистерезиса. См. Энциклопедия физики и техники

  • Разумеется, статья безумно интересна и уместна на данном, не специализирующемся на металлах и сплавах, портале. Особенно восхищает упоминание Fe80P13B7, Fe40Ni40S14B6. Эти знания, действительно, необходимы всем. Я кусаю локти, что жила столько лет, не зная, чем же все таки примечательны аморфные металлы. Восхищает язык и стиль автора - не сухой, как бэ для учебников и инструкций, а интригующий, с тонким таким юмором. Спа-си-бо!!! Ждем продолжения.

    • Татьяна Гусева, ну, что вы такая язвительная? Добрее надо быть, и мир отзовется так же. Не стреляйте в пианиста, он играет, как может. Ну, занесло меня слегка. Но вреда-то от этого никому нет... О том, подходит ли статья для издания судит редакция, и тормозит меня, если я слишком заношусь. А коли уж пропустила - значит статья кому-то, да интересна. Например, Сергею Карамышеву, см. комментарий выше. Да и Вам интересна, раз Вы удосужились даже комментарий написать. Теперь вы знаете, что есть просто металлы, а есть аморфные. Я понимаю, что юридические вопросы волнуют народ больше, чем аморфные металлы, но на Востоке говорят: "Пусть расцветают сто цветов". Вот и я стараюсь разнообразить темы своих многочисленных статей. Надо же кому-то и об аморфных металлах писать. Продолжение следует...

      • Сергей Денисевич, не такая уж я и злобная. Вот, до сих пор думаю, как распорядиться по-доброму, по-хорошему полученными от вас знаниями. А вы уверены, что об аморфных стоит... того, продолжать? Может, теперь о редкоземельных? Или это одно и то же?

        • Татьяна Гусева, по-хорошему этими знаниями Вы можете блеснуть на любой гламурной тусовке.
          Сказать
          -А я знаю из чего был сделан "Терминатор-2" - из аморфного металла!
          А если приведете еще и формулы соответствующие - все присутствующие олигархи от металлургии и "роснано" просто умрут от зависти от Вашей эрудиции

          • Дальнейшая переписка Сергея Карамышева с Татьяной Гусевой удаляется.
            Для Татьяны Гусевой: статья здесь - Сергея, но не Карамышева, а Денисевича. Ее мы тут и обсуждаем. Переписку с Сергеем Карамышевым о его статье можете вести в личных сообщениях.
            Здесь Сергей Карамышев, после двукратного замечания, надеюсь, перестанет привлекать народное внимание к своему интернет-ресурсу.

          • Сергей Карамышев, не-е-е-ет, после будущей статьи Сергея Денисевича мы поймем, что Терминатор-2 был сделан из жидкого металла со скелетом из металла с памятью . Так что ждем следующие статьи.

            Оценка статьи: 5

            • Юрий Лях, ну жидкий он- пока каплями, а как драться- вполне таки себе твердый, так что как раз аморфный, а форму он делал себе не всегда восстанавливая по памяти, а визуальным копированием .
              Я думаю, что следующий Терминатор будет сделан из самособирающихся нанороботов

        • Татьяна Гусева, об аморфных металлах я и не собирался больше писать. Аморфные и редкоземельные металлы это вещи столь же несовместимые, как скажем уголовное право и телевизионные детективы. И то, и то - о преступлениях, но совершенно по-разному. А в планах у меня сверхпластичные металлы, жидкие металлы, материалы с памятью формы, но когда это будет... Ближе на подходе серия статей о прическах и продуктах питания. Но могу и о редкоземельных, тем более, что с некоторыми из них работал.

  • Сергей Карамышев Сергей Карамышев Дебютант 8 августа 2011 в 13:35 отредактирован 8 августа 2011 в 19:52

    Сергей, а Вы занимаетесь аморфными сплавами? Тогда мы коллеги, и , наверное есть о чем пообщаться! [Реклама в блогах запрещена, а потому отсюда удалена]

    • Ув. редактор, не понял, что Вы сочли за рекламу?
      Сообщение, адресованное автору, и почтеннейшей публике, недоумевающей, какая может быть презренная польза от аморфных металлов вообще, и от статей о них в вашем журнале в частности, о том, что мы производим реальный продукт из аморфных металлических сплавов - фибру для армирования бетона?
      Уверяю вас, что не лелею пустых надежд что все читатели ШЖ "ломанутся" ее у нас покупать.

      • Сергей Карамышев, чтобы сообщить миру о том, что вы производите реальный продукт, вы и воспользуйтесь рекомендациями, помещенными здесь. А в блоге статьи - не надо, здесь обсуждается статья.