Liquidmetal и Vitreloy — коммерческие названия ряда аморфных сплавов металлов, разработанных научной группой Калифорнийского технологического института, которая затем организовала компанию Liquidmetal Technologies для коммерческого распространения технологии. Несмотря на название, сплавы не являются жидкими, при комнатной температуре они, конечно же, тверды, и, по словам разработчика, весьма устойчивы к износу и нагреву.^[1]

Сплавы Liquidmetal имеют ряд интересных особенностей: высокий предел прочности, отличную устойчивость коррозии, очень высокий коэффициент восстановления, отличные износостойкие характеристики, а также способность трансформироваться при нагревании аналогично термопластам. Первые коммерческие продукты из Liquidmetal появились в 2003 году. Сейчас он применяется в клюшках для гольфа, часах, покрытиях сотовых телефонов.

Теория

Характеристики Liquidmetal могут быть рассмотрены в сравнении с обычным металлом, например железом. Железо имеет относительно большие атомы, которые при соответствующих условиях образуют открытую кристаллическую структуру. Атомы могут "скользить" по плоскостям структуры, что означает, что чистое железо достаточно пластично, т.е. обладает хорошей ковкостью, но тем не менее достаточно устойчиво к растяжению. Для улучшения характеристик в железо обычно добавляют примеси для "запирания" структуры, тем самым предотвращая скольжение. Наиболее распространенной примесью является углерод, который в сплаве с железом образует сталь.

Когда сталь затвердевает, в ней образуются небольшие кристаллы различной формы. Эти кристаллы разрастаются до тех пор, пока не соприкоснутся с другими кристаллами, которые имеют другую ориентацию, а иногда и другое механическое расположение. В конце процесса, эти кристаллы образуют большую решетчатую структуру из отдельных "зерен", которые иногда видны даже невооруженным глазом.

Хотя легирование предотвращает скольжение, характерное чистому железу, сила связи между зернами достаточно мала по сравнению с силой связи внутри зерен. Это приводит к другой форме пластичности, когда сами зерна скользят вдоль своих границ и "разбиваются" на части. Механические трещины, образующиеся в процессе охлаждения являются еще одной слабостью сплава. При повторяющихся нагрузках зерна могут сдвинуться и образовать трещину, этот процесс разрушения твёрдых тел приводит к усталости металла.

Для уменьшения данной проблемы применяются различные процессы. Мягкая кованая сталь неоднократно подвергается механической обработке, чтобы закрыть эти трещины, например при создании подков и известных японских катана используются аналогичные процессы производства высококачественной стали.

Vitreloy

Применение

Liquidmetal имеет ряд характеристик, которых обычно нет в других материалах, что делает его применимым в самых разных продуктах.

Коммерческие сплавы

Под данной торговой маркой было выпущено на рынок несколько циркониевых сплавов. Состав некоторых сплавов (проценты указаны в молях):

• первый сплав, Vitreloy 1:

Zr: 41.2 Be: 22.5 Ti: 13.8 Cu: 12.5 Ni: 10

• Vitreloy 4, или Vit4:

Zr: 46.75 Be: 27.5 Ti: 8.25 Cu: 7.5 Ni: 10

• Vitreloy 105, or Vit105:

Zr: 52.5 Ti: 5 Cu: 17.9 Ni: 14.6 Al:10

• последний разработанный сплав (Vitreloy 106a), который образует стекло при медленном остывании:

Zr: 58.5 Cu: 15.6 Ni: 12.8 Al: 10.3 Nb: 2.8

Бизнес-факты

Примечания