धातु का गिलास और अन्य सामग्री। धातु के गिलास

इस निबंध की शुरुआत में ही हमें पता चला कि किसी तरल धातु के जमने की सामान्य परिस्थितियों में, उसके परमाणु किसी न किसी प्रकार की क्रिस्टल जाली बनाते हैं। आयनों की एक प्रणाली की सख्त आवधिकता को "दीर्घ-सीमा क्रम" कहा जाता है। उदाहरण के लिए, आयनों के उस संयोजन के स्थान में बार-बार दोहराव के साथ, एक शरीर-केंद्रित घन जाली को पुन: उत्पन्न किया जाता है। लंबी दूरी के क्रम की उपस्थिति में, हम किसी भी आयन के निर्देशांक को सटीक रूप से इंगित कर सकते हैं यदि हम मनमाने ढंग से चुने गए प्रारंभिक आयन के संबंध में इसकी क्रम संख्या जानते हैं। सभी आयन स्थितियाँ, सभी अंतरपरमाणु दूरियाँ स्पष्ट रूप से परिभाषित हैं।

परमाणुओं की प्रणाली पर लौटते हुए, हम ऐसी स्थिति को "शॉर्ट रेंज ऑर्डर" कहेंगे। कोई किसी दिए गए परमाणु के आसपास के परमाणुओं के निर्देशांक और संख्या को काफी सटीक रूप से इंगित कर सकता है, लेकिन अब इससे अधिक दूर की भविष्यवाणी नहीं की जा सकती है। लेकिन प्रकृति में पदार्थों की एक और श्रेणी होती है, जिन्हें अनाकार कहा जाता है। ठंडा होने पर, जब परमाणुओं के थर्मल कंपन की ऊर्जा इतनी कम हो जाती है कि वे स्वतंत्र रूप से यात्रा नहीं कर सकते हैं, तो ये पदार्थ तरल की संरचना को बनाए रखते हैं। यहां हम केवल परमाणुओं की व्यवस्था में लघु-सीमा क्रम के बारे में बात कर सकते हैं। "भीड़" की आवाजाही धीरे-धीरे कम होती जा रही है, लोग एक-दूसरे को कम से कम जोर से धकेलते हैं और अंत में, अपने यादृच्छिक स्थानों पर जम जाते हैं, एक तरफ से दूसरी तरफ थोड़ा हिलते हैं।

साधारण कांच, राल, मोम, डामर प्राकृतिक रूप से अनाकार सामग्रियों के उदाहरण हैं जिनमें सही क्रिस्टलीय संरचना नहीं होती है। ऐसे पदार्थों को गर्म और ठंडा करने पर केवल उनकी श्यानता बदलती है, लेकिन उनके घटक परमाणुओं की पारस्परिक व्यवस्था में कोई मूलभूत परिवर्तन नहीं होता है।

क्रिस्टलीय पिंडों में, गर्म करने के दौरान गुणों में ऐसे परिवर्तन बहुत तेजी से होते हैं, और पिघलना - शुद्ध धातुओं में - एक कड़ाई से परिभाषित तापमान पर होता है, ताकि धातु का पिघलने बिंदु इसकी मूलभूत भौतिक विशेषताओं (स्थिरांक) में से एक हो। यदि बाहरी दबाव नहीं बदलता है और धातु को अशुद्धियों से अच्छी तरह से साफ किया जाता है, तो हीटिंग के दौरान पहली बूंद की उपस्थिति से, एक डिग्री के दसवें हिस्से की सटीकता के साथ तापमान निर्धारित किया जा सकता है।

सवाल उठता है: क्या धातु मिश्र धातु में तरल की विशेषता वाली परमाणु संरचना को "जमा" करना संभव है, क्या ठोस अवस्था में धातु को लंबी दूरी के क्रम से वंचित करना संभव है। आख़िरकार, हम उन सभी गुणों में एक महत्वपूर्ण बदलाव की उम्मीद कर सकते हैं जो क्रिस्टल की सही संरचना से निर्धारित होते हैं।

सिद्धांत रूप में, वह विधि जिसके द्वारा ऐसी समस्या को हल किया जा सकता है, स्पष्ट है - किसी को तरल धातु की शीतलन दर को तेजी से बढ़ाने की कोशिश करनी चाहिए ताकि वह तापमान सीमा तक जल्दी से उतर सके जहां परमाणु अब अपने पड़ोसियों को नहीं बदल सकते हैं। गणना और प्रयोगों से पता चला है कि क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया को दबाना वास्तव में संभव है, लेकिन इसके लिए लाखों डिग्री प्रति सेकंड की शीतलन दर की आवश्यकता होती है। विकसित तरीकों में से एक में तेजी से घूमने वाली ठंडी तांबे की डिस्क की अच्छी तरह से पॉलिश की गई सतह पर तरल धातु की छोटी बूंदों का छिड़काव करना शामिल है। डिस्क की सतह पर एक बूंद को बहुत पतली परत (कई माइक्रोमीटर) के साथ लेपित किया जाता है, और तांबे की अच्छी तापीय चालकता उच्च ताप निष्कासन दर सुनिश्चित करती है।

वर्तमान में, अनाकार अवस्था में दर्जनों मिश्र धातुओं का औद्योगिक उत्पादन पहले ही स्थापित हो चुका है। यह पता चला कि मेटालोइड्स (अधातु, कार्बन, बोरान, फॉस्फोरस इत्यादि) के साथ संक्रमणकालीन और महान धातुओं के मिश्र धातु को अनाकार करना सबसे आसान है, और ऐसे मिश्र धातु हैं जिनमें क्रिस्टलीकरण को हजारों और यहां तक ​​कि सैकड़ों डिग्री प्रति सेकंड के क्रम की शीतलन दर पर दबाया जा सकता है।

अनाकार मिश्र धातुओं के कौन से गुण प्रौद्योगिकी के लिए विशेष रूप से मूल्यवान हैं? जैसा कि अपेक्षित था, अनाकार धातुएँ अपने क्रिस्टलीय समकक्षों से कई मायनों में भिन्न होती हैं। यद्यपि अनाकारीकरण के दौरान लोचदार मापांक औसतन 30 कम हो जाता है (अंतरपरमाणु बंधन बल कम हो जाते हैं), ताकत और कठोरता में तेजी से वृद्धि होती है। अव्यवस्था की अनुपस्थिति इस तथ्य की ओर ले जाती है कि धातु के गिलास सर्वोत्तम मिश्रित स्टील्स की तुलना में अधिक मजबूत होते हैं। उच्च कठोरता उनके उत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोध को निर्धारित करती है। सच है, अनाकार मिश्र धातुओं की प्लास्टिसिटी कम है, जिसकी उम्मीद भी की जा सकती है, क्योंकि प्लास्टिसिटी के "वाहक" अव्यवस्थाएं हैं। फिर भी धातु के गिलास साधारण कांच जितने नाजुक नहीं होते। उदाहरण के लिए, उन्हें कमरे के तापमान पर रोल किया जा सकता है।

अनाकार धातु मिश्र धातुओं का एक अन्य प्रमुख लाभ उनका असाधारण उच्च संक्षारण प्रतिरोध है। कई अत्यधिक आक्रामक वातावरणों (समुद्री पानी, एसिड) में, धातु के गिलास बिल्कुल भी खराब नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड घोल में लोहा, निकल और क्रोमियम युक्त अनाकार मिश्र धातु की संक्षारण दर व्यावहारिक रूप से शून्य है। तुलना के लिए, हम कह सकते हैं कि निकल और क्रोमियम (प्रसिद्ध स्टेनलेस स्टील, जिसे "स्टेनलेस स्टील" कहा जाता है) के साथ लोहे के "क्लासिक" संक्षारण प्रतिरोधी मिश्र धातु की संक्षारण दर एक ही वातावरण में 10 मिमी / वर्ष से अधिक है। अनाकार मिश्र धातुओं के इतने उच्च संक्षारण प्रतिरोध का मुख्य कारण, जाहिरा तौर पर, यह है कि, कोई क्रिस्टल जाली नहीं होने के कारण, वे क्रिस्टल के विशिष्ट "दोषों" से भी रहित होते हैं - अव्यवस्थाएं और, सबसे महत्वपूर्ण, अनाज के बीच की सीमाएं। इन "दोषों" के पास एक क्रिस्टल में परमाणुओं की उच्च पैकिंग घनत्व इतनी तेजी से घट जाती है कि "शत्रु एजेंट" आसानी से उनके साथ धातु में प्रवेश कर जाते हैं। यह महत्वपूर्ण है कि अनाकार मिश्र धातु की दोष-मुक्त संरचना को पतली ऑक्साइड फिल्म में स्थानांतरित किया जाता है जो संक्षारण प्रक्रिया के प्रारंभिक चरणों में इसकी सतह पर बनती है और धातु को "आक्रामक" के सीधे संपर्क से बचाती है।

अनाकार मिश्र धातुओं के कुछ भौतिक गुणों, विशेष रूप से चुंबकीय और विद्युत, का संयोजन भी बहुत दिलचस्प लगा। यह पता चला कि अनाकार अवस्था में लौहचुम्बकीय धातुओं (लोहा, निकल) पर आधारित मिश्रधातुएँ भी लौहचुम्बकीय होती हैं।

यदि हम ट्रांसफार्मर के कोर पर वापस जाएं, तो यह देखा जाएगा कि पारंपरिक ट्रांसफार्मर स्टील को अनाकार मिश्र धातु से बदलने से भारी ऊर्जा बचत होगी। संयुक्त राज्य अमेरिका में, यह अनुमान लगाया गया है कि भंवर धारा हानियों में 4 गुना की कमी आती है। धातु के चश्मे के चुंबकीय और विद्युत गुणों का असामान्य संयोजन उन्हें अन्य वर्तमान कनवर्टर्स, सेंसर, कोर और विभिन्न प्रकार के रिले के लिए बड़े प्रभाव से उपयोग करने की अनुमति देता है।

मिश्रधातुओं में घटकों की संख्या आवश्यकताओं के साथ बढ़ती जाती है। एक दर्जन या अधिक घटकों वाले मिश्र धातु अब असामान्य नहीं हैं। उनकी रचना एक महान कला है, क्योंकि घटकों को सामंजस्य और सद्भाव में काम करना चाहिए। यह अकारण नहीं है कि धातुविज्ञानी नई मिश्रधातुओं के रचनाकारों को संगीतकार कहते हैं।

उद्योग में ऐसी रचनाओं का निर्माण अक्सर रचना करने से अधिक कठिन होता है। घटकों के गलनांक, रासायनिक गुण, घनत्व अलग-अलग होते हैं। यदि पिघलने के दौरान वैक्यूम या सुरक्षात्मक वायुमंडल, फ्लक्स का उपयोग करके, पिघल को चरणों में विभाजित करके कई प्रक्रियाओं को नियंत्रित करना अभी भी संभव है, तो क्रिस्टलीकरण के दौरान केवल शीतलन मोड द्वारा घटनाओं के पाठ्यक्रम को प्रभावित करना संभव है। यहीं पर घटक अपना चरित्र दिखाते हैं। कुछ हठपूर्वक मिश्र धातु के कुल द्रव्यमान में घुलना नहीं चाहते हैं और परतों में खड़े रहना चाहते हैं, अन्य उत्सुकता से सभी अशुद्धियों और अशुद्धियों को अवशोषित करते हैं, लगातार और हानिकारक यौगिक बनाते हैं, अन्य बहुत बड़े या बहुत छोटे अनाज में क्रिस्टलीकृत होते हैं, जिससे मिश्र धातु की संरचनात्मक एकरूपता का उल्लंघन होता है। और जितने अधिक घटक, उतनी ही अधिक ऐसी समस्याएँ।

क्रिस्टलीकरण से जुड़ी कठिनाइयों से छुटकारा पाने के लिए, कणों, कणिकाओं या रेशों के मिश्रण को दबाकर और वेल्डिंग करके एक निरंतर द्रव्यमान में धातु बनाना संभव है। इस तरह मिश्रित धातुओं की तकनीक का उदय हुआ और फिर पाउडर धातु विज्ञान का। धातु विज्ञान में क्रांति शुरू करने का यह पहला प्रयास था, लेकिन यह आंशिक रूप से ही सफल रहा।

पाउडर धातुकर्म और कंपोजिट धातु उत्पादों के उत्पादन में एक महत्वपूर्ण लेकिन सीमित क्षेत्र पर कब्जा करते हैं। यह, सबसे पहले, उपकरणों के लिए कठोर मिश्र धातुओं का उत्पादन है, फिर दुर्दम्य धातुओं - टंगस्टन, मोलिब्डेनम और अन्य से उत्पादों का निर्माण, जिसका पिघलना तकनीकी कठिनाइयों से जुड़ा है, और अंत में, एक विशेष संरचना वाले भागों का उत्पादन - झरझरा, रेशेदार, पपड़ीदार।

पाउडर तकनीक सीमित है, सबसे पहले, उत्पादन की लागत से, जो पारंपरिक धातुकर्म विधियों द्वारा प्राप्त उत्पादों की तुलना में अभी भी दस गुना अधिक है। इसके अलावा, हालांकि सिंटरिंग के दौरान घटकों का प्रसार होता है और कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, फिर भी कंपोजिट में मिश्रण के गुण होते हैं, न कि मिश्र धातु के।

दूसरा प्रयास अपेक्षाकृत हाल ही में हुआ, जब एक नए विज्ञान - धातुओं की भौतिकी - ने पाया कि धातु की सैद्धांतिक ताकत वास्तविक से डेढ़ से दो ऑर्डर अधिक है। यह पता चला कि धातु की कम ताकत क्रिस्टल जाली में दोषों के कारण है। किसी धातु में दोषों की संख्या परमाणुओं की संख्या के अनुरूप हो सकती है; इसलिए, गणना में घनत्व, या प्रति इकाई आयतन में दोषों की सांद्रता का उपयोग किया जाता है। यदि यह मान शून्य के करीब है, जो एक आदर्श क्रिस्टल से मेल खाता है, तो ऐसे क्रिस्टल की ताकत सैद्धांतिक के करीब है। दोषों की सघनता में वृद्धि के साथ, ताकत पहले तेजी से घटती है, और फिर फिर से बढ़ने लगती है, लेकिन बहुत धीरे-धीरे। न्यूनतम आमतौर पर नंगे धातु की वास्तविक ताकत से मेल खाता है। अशुद्धियाँ, मिश्रधातु योजक, विरूपण दोषों की सांद्रता को बढ़ाते हैं और सामग्री की ताकत को बढ़ाते हैं।

कार्य दोष-मुक्त और पर्याप्त रूप से बड़े धातु एकल क्रिस्टल प्राप्त करना था। हालांकि, अब तक इसका समाधान नहीं हो सका है. सच है, कुछ धातुओं के पतले, कई दसियों माइक्रोन और डेढ़ सेंटीमीटर तक लंबे, लगभग दोष-मुक्त क्रिस्टल विकसित करना संभव था। उनकी ताकत वास्तव में सामान्य से कई गुना अधिक निकली। उच्च शक्ति वाले कंपोजिट भी ऐसे "मूंछ" से बनाए गए थे। लेकिन चीजें अभी तक प्रयोगशालाओं से आगे नहीं बढ़ी हैं: "व्हिस्कर्स" की विकास दर बहुत कम निकली, और इसलिए कीमत बहुत अधिक है।

धातुकर्म में क्रांति लाने का तीसरा प्रयास आज किया जा रहा है।

एक चौथाई सदी पहले, धातु के पिघलने के तेजी से ठंडा होने पर प्रयोग, जो धातु की एक सूक्ष्मदर्शी संरचना प्राप्त करने के लिए किए गए थे, में पाया गया कि कुछ मामलों में धातु में कोई क्रिस्टल जाली नहीं होती है, और परमाणुओं की व्यवस्था एक संरचनाहीन, अनाकार शरीर की विशेषता होती है। यह कोई आश्चर्य की बात नहीं थी: ठोस अनाकार पिंड - ग्लास एक तरल पिघल को सुपरकूलिंग करके प्राप्त किए जाते हैं। सच है, साधारण चश्मे के निर्माण के लिए बहुत कम शीतलन दर पर्याप्त है। हालाँकि, धातुओं के लिए, क्रिस्टलीकरण निर्धारित करने के लिए, अत्यधिक शीतलन दर की आवश्यकता होती है - लाखों डिग्री प्रति सेकंड। यह गति तब प्राप्त हुई जब पिघली हुई धातु के कुछ हिस्सों को पानी में डाला गया - अनाकार, कांच जैसी संरचना वाले कण प्राप्त हुए।

कुछ और अप्रत्याशित था: एक अनाकार धातु में पूरी तरह से अलग गुण होते हैं, क्रिस्टलीय धातु के समान नहीं। नहीं, एक धातु अपने सभी विशिष्ट गुणों - चमक, विद्युत चालकता, आदि के साथ एक धातु ही रहती है। लेकिन यह कई गुना मजबूत हो जाता है, संक्षारण प्रतिरोध बढ़ जाता है, विद्युत चुम्बकीय विशेषताएं बदल जाती हैं, और यहां तक ​​​​कि सबसे स्थिर स्थिरांक में से एक - लोच का मापांक। लेकिन नई सामग्री का मुख्य लाभ यह है कि यह सभी आवश्यक घटकों के साथ पूरी तरह से मेल खाती है और सह-अस्तित्व में है। अल्ट्रा-रैपिड कूलिंग के साथ, विरोधी घटकों को अपना विरोध प्रकट करने का समय मिलने से पहले मिश्र धातु जम जाती है।

अनाकार मिश्र धातुओं को धात्विक ग्लास कहा जाता है। उनमें दिलचस्पी तेजी से बढ़ रही है. अब कार्य न केवल नई संपत्तियों के साथ मिश्र धातु प्राप्त करना है, बल्कि उनकी औद्योगिक तकनीक बनाना भी है। और अभी भी बहुत सारी अनसुलझी समस्याएं हैं। प्राप्त धातु में से प्रथम. कांच Au--Si का मिश्रधातु था . तब अनाकार अवस्था में न केवल मिश्रधातुएँ, बल्कि कुछ शुद्ध धातुएँ भी प्राप्त करना संभव था - Ge, Te और Bi से लेकर स्पष्ट Al, V, Cr, Fe, Ni और अन्य तक। इसके लिए शानदार शीतलन दर की आवश्यकता थी - 10 10 K/s तक। हालाँकि, धातु की अनाकार अवस्था अस्थिर रही - गर्म होने पर, क्रिस्टलीकरण शुरू हुआ। स्थिर अनाकार संरचना के साथ उचित शीतलन दर और तापमान वाले मिश्रधातु खोजना आवश्यक था।

इन सैद्धांतिक अवधारणाओं के आधार पर, धातुकर्मी अब अनाकार मिश्र धातुओं का संकलन कर रहे हैं, जिससे उत्कृष्ट व्यावहारिक परिणाम प्राप्त हो रहे हैं। पहले से ही धातु के गिलास मौजूद हैं जिनका क्रांतिक वेग केवल 100-200 K/s है, और कांच का संक्रमण तापमान मुख्य घटक के पिघलने के तापमान से कई गुना कम है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन के बीस प्रतिशत अतिरिक्त के साथ डबल मिश्र धातु Pd80Si20, मिश्र धातु Ni80P20, Fe80B20, Au81Si19 और कई अन्य हैं। यह देखना आसान है कि इन सभी मिश्र धातुओं में मेटलॉयड की कुल सामग्री लगभग 20% है। आधुनिक तकनीक के लिए धातु के गिलासों के कौन से गुण विशेष रूप से मूल्यवान हैं?

सबसे पहले, शोधकर्ता लौह, निकल और कोबाल्ट पर आधारित मिश्र धातुओं के लौहचुंबकीय गुणों में रुचि रखते थे। धातुकर्म उद्योग के लिए एक पतली शीट के रूप में सैकड़ों-हजारों टन विशेष विद्युत स्टील और मिश्र धातु तैयार करता है। इनमें से 95% बख्तरबंद लोहा, डायनेमो और ट्रांसफार्मर स्टील हैं। शीट से, इलेक्ट्रिक मोटर और जनरेटर, ट्रांसफार्मर और चुंबकीय सर्किट के कोर भर्ती किए जाते हैं। विद्युत मशीनों के कोर के लिए सामग्री को नरम चुंबकीय कहा जाता है। उनमें उच्च चुंबकीय पारगम्यता, उच्च संतृप्ति प्रेरण और महत्वपूर्ण विद्युत प्रतिरोधकता होनी चाहिए। हिस्टैरिसीस और भंवर धारा हानियों को कम करने और दक्षता में सुधार करने के लिए यह बेहद महत्वपूर्ण है। विद्युत मशीनें.

ट्रांसफार्मर और अन्य विद्युत स्टील्स लोहे और सिलिकॉन का एक मिश्र धातु हैं। इसके अलावा, 4% से अधिक सिलिकॉन नहीं जोड़ा जा सकता है, लेकिन एक ही समय में भी, धातु भंगुर हो जाती है, खराब रूप से लुढ़कती है, और आसानी से आवश्यक नरम चुंबकीय गुणों को खो देती है। परिणामस्वरूप, कोर में हानि आमतौर पर 0.3-1% तक पहुंच जाती है, और दक्षता कम हो जाती है। सच है, नरम चुंबकीय सामग्रियां भी मौजूद हैं। ये पर्मालॉय हैं - लोहे और निकल पर आधारित मिश्र धातु, जिनका उपयोग टेप हेड और अन्य सटीक उपकरणों में किया जाता है। हालाँकि, वे स्टील की तुलना में दस गुना अधिक महंगे हैं और प्रसंस्करण या अधिक गरम होने के दौरान आसानी से अपने गुण खो देते हैं। और धातु के गिलासों के चुंबकीय रूप से नरम गुण सर्वोत्तम ब्रांडों के पर्मालोय के स्तर पर निकले, इसके अलावा, ये गुण अधिक प्रतिरोधी और स्थिर हैं।

चूंकि औद्योगिक धातु के ग्लासों की अपेक्षित लागत विद्युत स्टील की तुलना में भी कम है, इसलिए नई सामग्री का उपयोग भारी लाभ का वादा करता है। हमारे देश में सालाना लगभग 1,275 अरब किलोवाट-घंटे बिजली का उत्पादन होता है। उपभोक्ता के रास्ते में, विद्युत धारा विद्युत उपकरणों - जनरेटर, ट्रांसफार्मर, इलेक्ट्रिक मोटर से कम से कम चार बार गुजरती है। और हर जगह नुकसान हो रहा है. यदि उन्हें केवल कोर में आधा कर दिया जाए, तो इससे 20 बिलियन kWh की बचत होगी। और धातु के गिलासों के कुछ ब्रांड नुकसान को 2 नहीं, बल्कि 3-4 गुना कम कर देते हैं। इसलिए नई सामग्रियों में रुचि समझ में आने वाली और उचित है। इसमें यह भी जोड़ा जाना चाहिए कि स्टील की तुलना में कम विद्युत चालकता के कारण, धातु के ग्लास कोर पैक में प्लेटों को इन्सुलेट करने की आवश्यकता को आंशिक रूप से या पूरी तरह से खत्म कर देते हैं। और इसका मतलब है आकार में कमी और दक्षता में वृद्धि। विद्युत मशीनें.

धातु के गिलासों के यांत्रिक गुण भी कम आकर्षक नहीं हैं। एक अनाकार धातु अपने क्रिस्टलीय समकक्ष की तुलना में औसतन 5-7 गुना अधिक मजबूत होती है। उदाहरण के लिए, Fe80B20 मिश्र धातु की तन्यता ताकत 370 kgf/mm 2 है - जो लोहे से दस गुना अधिक मजबूत है, सर्वोत्तम मिश्र धातु स्टील्स से दोगुना मजबूत है।

धातु के गिलासों के साथ-साथ सामान्य तौर पर सभी गिलासों के नुकसान में उनकी कम प्लास्टिसिटी, साथ ही बढ़ती लोडिंग दर के साथ ताकत में एक विशेष कमी शामिल है। और फिर भी अनाकार मिश्र धातुओं को प्लास्टिक के गिलास के रूप में मानने के कारण हैं: उन्हें स्टैम्प में स्ट्रिप्स में, स्ट्रिप्स और तार में काटा और काटा जा सकता है, उन्हें मोड़ा और बुना जा सकता है, इसलिए प्रबलित कंक्रीट स्लैब, सबसे मजबूत रेशेदार कंपोजिट, रस्सियों और कई अन्य उत्पादों में सुदृढीकरण के बजाय बुने हुए अनाकार धातु जाल की कल्पना करना मुश्किल नहीं है, जहां धातु के गिलास की अनूठी ताकत हजारों टन धातु को बचाएगी।

एक अनाकार धातु के क्रिस्टलीकरण के विभिन्न स्तरों की ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि

दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के इंजीनियरों ने एक नए प्रकार का धातु ग्लास विकसित किया है जो अधिक लचीला है। ऐसा लगता है कि सामग्री असंगत गुणों को जोड़ती है - कठोरता, ताकत और लोच। सामग्री, जिसे तकनीकी नाम SAM2X5-630 प्राप्त हुआ, में सभी ज्ञात धातु ग्लासों की तुलना में उच्चतम प्रभाव शक्ति है।

धातु के गिलास, या अनाकार धातु, अनाकार संरचना वाले धात्विक ठोस पदार्थों का एक वर्ग हैं। अपनी क्रिस्टल संरचना वाली धातुओं के विपरीत, अनाकार धातुओं की परमाणु संरचना सुपरकूल्ड मेल्ट की परमाणु संरचना के समान होती है।


बाईं ओर, नए धातु के कांच से बनी एक गेंद उछलती है, दाईं ओर - साधारण स्टील से

सामग्री मजबूत प्रभावों का सामना करने में सक्षम है, जबकि यह उखड़ती या टूटती नहीं है, बल्कि अपने मूल आकार में लौट आती है। इसके अनुप्रयोगों की संभावनाएं लगभग असीमित हैं - ड्रिल और बुलेटप्रूफ जैकेट से लेकर हड्डियों को मजबूत करने और अंतरिक्ष उपग्रहों की सुरक्षा के लिए प्रत्यारोपण तक।

आमतौर पर अनाकार धातुओं को 630 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करके और फिर बहुत तेजी से (प्रति सेकंड एक डिग्री के क्रम पर) ठंडा करके प्राप्त किया जाता है। SAM2X5-630 सामग्री को लौह-आधारित पाउडर संरचना (Fe 49.7 Cr 17.7 Mn 1.9 Mo 7.4 W 1.6 B 15.2 C 3.8 Si 2.4) को गर्म करके तैयार किया गया था।

धातु के अनूठे गुण हीटिंग तापमान और शीतलन दर के संयोजन की सफल खोज से आते हैं - यह वास्तव में ऐसी स्थितियां हैं जो परिणामी संरचना का अनुभव करती हैं जो कमजोर रूप से स्पष्ट क्रिस्टलीय संरचना के स्थानीय फॉसी के गठन का कारण बनती हैं। अन्य हीटिंग या शीतलन स्थितियों के कारण परमाणुओं की यादृच्छिक व्यवस्था के साथ पूरी तरह से अनाकार धातुएँ बन जाती हैं।

यूनिवर्सिटी के विटर्बी स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में सहायक प्रोफेसर और काम के प्रमुख लेखक वेरोनिका एलियासन कहते हैं, "इसकी लगभग कोई आंतरिक संरचना नहीं है, और इसमें यह कांच के समान है, लेकिन क्रिस्टलीकरण वाले क्षेत्र हैं।" "हमें अभी तक इस बात का कोई अंदाज़ा नहीं है कि धातु के गिलासों में क्रिस्टलीकृत क्षेत्रों की छोटी संख्या प्रभाव प्रतिक्रियाओं में इतने मजबूत अंतर क्यों पैदा करती है।"

12 GPa के क्षेत्र में SAM2X5-630 के लिए गतिशील ह्यूगोनियोट लोचदार सीमा (अधिकतम प्रभाव जो एक सामग्री स्थायी विरूपण के बिना झेल सकती है) निर्धारित की गई है। स्टेनलेस स्टील के लिए, यह आंकड़ा 0.2 GPa है, टंगस्टन कार्बाइड (कठोर उपकरण और कवच-भेदी बुलेट कोर बनाने के लिए उपयोग किया जाता है) के लिए - 4.5 GPa, हीरे के लिए - 60 GPa तक।

अनाकार धातुओं का अध्ययन 1960 में कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में शुरू हुआ - पहला धातु ग्लास एयू 75 सी 25 वैज्ञानिकों के एक समूह द्वारा प्राप्त किया गया था। तब से, दिलचस्प गुणों वाली कई समान सामग्रियां प्राप्त की गई हैं, लेकिन अभी तक उनकी उच्च लागत के कारण उनके व्यावहारिक अनुप्रयोग का दायरा व्यापक नहीं कहा जा सकता है।

उदाहरण के लिए, हाल ही में जापान में प्राप्त Ti 40 Cu 36 Pd 14 Zr 10, गैर-कार्सिनोजेनिक है, टाइटेनियम से तीन गुना अधिक मजबूत है, कम घिसता है, घर्षण के दौरान पाउडर नहीं बनाता है, और व्यावहारिक रूप से अनुदैर्ध्य लोच मापांक के संदर्भ में मानव हड्डियों के साथ मेल खाता है - संभावित रूप से इसे जोड़ों के लिए एक उत्कृष्ट कृत्रिम प्रतिस्थापन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

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धातु मिश्र धातु ग्लास

परिचय

1. धातु के गिलास

2. संरचना, संरचना, गुण

3. धातु के गिलासों के यांत्रिक गुण

4. दायरा

निष्कर्ष

ग्रन्थसूची

परिचय

मजबूती और प्लास्टिसिटी फ्रैक्चर यांत्रिकी में अनुसंधान के सामयिक क्षेत्र हैं। विकृत ठोस के यांत्रिकी के ये क्षेत्र उद्योग की लगातार बढ़ती मांगों के संबंध में काफी हद तक गहन रूप से विकसित हो रहे हैं, यही कारण है कि हर साल नई सामग्रियों और प्रौद्योगिकियों की भूमिका बढ़ रही है। उनका विकास, संपत्तियों की प्राप्ति और अध्ययन मानव समाज के विकास के लिए एक उद्देश्यपूर्ण आवश्यकता है।

धातुओं पर इलेक्ट्रोप्लास्टिक प्रभाव की खोज से प्लास्टिक विरूपण के तंत्र की गहरी समझ पैदा हुई। धातु सामग्री के यांत्रिक गुणों को नियंत्रित करना संभव हो गया।

स्पंदित धारा के प्रयोगों में धातु की प्लास्टिसिटी में वृद्धि और भंगुरता में कमी पाई गई। विद्युत प्रवाह भी धातु में तनाव विश्राम की दर में वृद्धि का कारण बनता है और आंतरिक तनाव से राहत के लिए एक सुविधाजनक तकनीकी कारक बन जाता है। इलेक्ट्रोप्लास्टिक प्रभाव रैखिक रूप से वर्तमान घनत्व पर निर्भर करता है, यह स्पंदित धारा के साथ सबसे अधिक स्पष्ट होता है, और प्रत्यावर्ती धारा के साथ अनुपस्थित होता है।

इलेक्ट्रोप्लास्टिक प्रभाव के उपयोग को बढ़ाने की समीचीनता स्पष्ट हो गई है, क्योंकि इसके उपयोग से ऊर्जा लागत कम हो जाती है, और इसलिए आर्थिक लागत कम हो जाती है। विशेष रूप से, उद्योग में, विद्युत क्षेत्रों में विभिन्न सामग्रियों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उनकी यांत्रिक विशेषताएं बदल जाती हैं।

धातु के गिलासों के भौतिक गुण (प्लास्टिसिटी, उच्च कठोरता, संक्षारण प्रतिरोध, घर्षण प्रतिरोध और विद्युत प्रतिरोधकता आदि के साथ संयुक्त उच्च शक्ति) न केवल रासायनिक संरचना से निर्धारित होते हैं, बल्कि इन सामग्रियों की संरचनात्मक स्थिति से भी निर्धारित होते हैं।

विद्युत क्षेत्रों में काम करने वाले अनाकार धातु मिश्र धातुओं का बड़े पैमाने पर उपयोग स्पंदित विद्युत प्रवाह की कार्रवाई के तहत उनके यांत्रिक गुणों का अध्ययन करने की समस्या पैदा करता है।

1. धातु के गिलास

कांचयुक्त धातुएँ, मेटग्लास, धातु विज्ञान। किसी धातु के पिघलने (शीतलन दर 106 K/s) के अल्ट्राफास्ट शीतलन के दौरान कांच जैसी अवस्था में मिश्र धातुएँ बनती हैं। यदि उत्पादित किए जाने वाले नमूने का कम से कम एक आयाम पर्याप्त रूप से छोटा (पन्नी, टेप, तार) हो तो तीव्र ताप अपव्यय प्राप्त होता है। ठंडी निहाई के बीच पिघल की एक बूंद को समतल करके, 15-25 मिमी की चौड़ाई और 40-70 माइक्रोन की मोटाई के साथ एक पन्नी प्राप्त की जाती है, और एक घूर्णन ड्रम (डिस्क) पर ठंडा करके या दो रोल के बीच एक जेट को रोल करके, 3-6 मिमी चौड़ा और 40-100 माइक्रोन मोटा एक टेप प्राप्त किया जाता है। पिघले हुए पदार्थ को ठंडे तरल में निकालकर उन्हें तार के रूप में बनाया जा सकता है।

धातु के चश्मे के अध्ययन से ठोस पदार्थों की धातु, चुंबकीय और अन्य गुणों की प्रकृति की जांच करना संभव हो जाता है।

उच्च शक्ति (क्रिस्टल के लिए सैद्धांतिक सीमा के करीब) उच्च लचीलापन और उच्च संक्षारण प्रतिरोध के साथ मिलकर धातु के ग्लास को सामग्री और उत्पादों के लिए मजबूत तत्वों का वादा करती है।

कुछ धातु के ग्लास, जैसे कि Fe80B20, बहुत कम बलपूर्वक बल और उच्च चुंबकीय पारगम्यता वाले लौहचुम्बक हैं, जो नरम चुंबकीय सामग्री के रूप में उनके उपयोग को निर्धारित करते हैं। अनाकार चुंबकीय सामग्रियों का एक अन्य महत्वपूर्ण वर्ग संक्रमण धातुओं के साथ दुर्लभ पृथ्वी की मिश्र धातु है। यह धातु के चश्मे के विद्युत और ध्वनिक गुणों (उच्च और तापमान, बिजली, प्रतिरोध, कमजोर ध्वनि अवशोषण पर निर्भर) का उपयोग करने का वादा कर रहा है।

1990 के दशक में, 3 स्थानिक आयामों (छवि 1) में से प्रत्येक में 1 मिमी से अधिक आकार वाले थोक धातु ग्लास (ओएमजी) व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली धातुओं के आधार पर प्राप्त किए गए थे: मैग्नीशियम, टाइटेनियम, तांबा, लोहा, आदि। बाइनरी, टर्नरी, क्वाटरनेरी और मल्टीकंपोनेंट मिश्र धातुओं में।

चावल। 1. बल्क मेटल ग्लास की कास्टिंग के नमूने (ऑप्टिकल छवि)

ओएमएस पर उपलब्ध जानकारी के सांख्यिकीय विश्लेषण से बाइनरी से टर्नरी और क्वाटरनेरी मिश्र धातुओं तक उनकी ग्लास बनाने की क्षमता में वृद्धि देखी गई।

2. मिश्रण,संरचना, गुण

धातु के गिलासों की संरचना 80% संक्रमण (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr, आदि) या उत्कृष्ट धातुएँ और लगभग 20% बहुसंयोजक गैर-धातुएँ (B, C, N, Si, P, Ge, आदि) हैं, जो कांच बनाने वाले तत्वों की भूमिका निभाते हैं। उदाहरण बाइनरी मिश्र धातु Au81Si19, Pd81Si19 और Fe80B20) और 3-5 या अधिक घटकों से युक्त स्यूडोबाइनरी मिश्र हैं। धातु के ग्लास मेटास्टेबल सिस्टम होते हैं जो पिघलने बिंदु के ½ के बराबर तापमान पर गर्म होने पर क्रिस्टलीकृत हो जाते हैं।

चश्मे की परमाणु संरचना, जो परमाणुओं की व्यवस्था में लंबी दूरी के क्रम की अनुपस्थिति को दर्शाती है (चित्र 2), उनके गुणों को निर्धारित करती है, विशेष रूप से, यांत्रिक गुणों को। ताकत और विशिष्ट शक्ति के संदर्भ में, वे अव्यवस्था या जुड़वां प्रकार के समायोजन विरूपण के तंत्र का उपयोग करने की असंभवता के कारण संबंधित क्रिस्टलीय मिश्र धातुओं से काफी अधिक हैं। थोक धातु के गिलासों की सशर्त उपज शक्ति Cu, Ti और Zr पर आधारित थोक धातु के गिलासों के लिए ~2 GPa, Ni के लिए ~3 GPa, Fe के लिए ~4 GPa, Fe और Co के लिए ~5 GPa और कोबाल्ट मिश्र धातुओं के लिए 6 GPa तक पहुँच जाती है। धात्विक कांच की संरचना 2% तक लोचदार विरूपण भी प्रदान करती है, जो उच्च उपज शक्ति के साथ संयोजन में, लोचदार विरूपण की संग्रहीत ऊर्जा के बड़े मूल्यों की ओर ले जाती है (संकेतक yy2/E और yy2/cE, जहां yy, c और E क्रमशः उपज शक्ति, घनत्व और यंग मापांक हैं)। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हाल के अध्ययनों से थोक धातु के गिलासों में परमाणु समूहों की उपस्थिति का संकेत मिलता है।

चावल। 2. चयनित सबमाइक्रोस्कोपिक (एसएईडी) और नैनोसाइज्ड (एनबीडी) क्षेत्र से उच्च रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी छवि और विवर्तन पैटर्न। परमाणुओं की व्यवस्था में लंबी दूरी के क्रम का अभाव ध्यान देने योग्य है। प्रकीर्णन क्षेत्रों का आकार परंपरागत रूप से वृत्तों द्वारा दर्शाया जाता है। (रूस में, संरचना का अध्ययन विशेष रूप से ए.एस. एरोनिन और जी.ई. अब्रोसिमोवा द्वारा किया जाता है)

प्लास्टिक विरूपण की शुरुआत से पहले वॉल्यूमेट्रिक धातु के चश्मे में न केवल उच्च शक्ति, कठोरता, पहनने के प्रतिरोध और लोचदार विरूपण के उच्च मूल्य होते हैं, बल्कि कुछ समाधानों में सहज निष्क्रियता सहित उच्च संक्षारण प्रतिरोध भी होता है। उच्च कठोरता, पहनने के प्रतिरोध, थोक धातु के गिलास की सतह की गुणवत्ता, साथ ही गर्म करने पर तरलता ट्रांसमिशन तंत्र (गियर), उच्च-परिशुद्धता यांत्रिक प्रणालियों के घटकों के रूप में माइक्रोमशीनों में उनके उपयोग को निर्धारित करती है। 1.5 टी तक के संतृप्त चुंबकीयकरण के साथ लोहे और कोबाल्ट पर आधारित थोक धातु के ग्लास में 1 ए/एम से कम के बलपूर्वक बल के रिकॉर्ड निम्न मान होते हैं और सक्रिय रूप से नरम चुंबकीय सामग्री के रूप में उपयोग किए जाते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि रूस में लोहे और कोबाल्ट पर आधारित धातु के गिलासों का अध्ययन ए.एम. जैसे वैज्ञानिकों द्वारा किया गया था। ग्लेज़र, एस.डी. कालोश्किन और कई अन्य। तरल से कांच में संक्रमण के दौरान देखी गई कांच संक्रमण की घटना और गर्म करने पर विचलन ठोस अवस्था भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण अनसुलझी समस्याओं में से एक है। अर्थात्, क्या अनाकार और तरल चरण एक ही चरण हैं, केवल अलग-अलग तापमान पर देखे जाते हैं, या क्या तरल अवस्था से अनाकार अवस्था में चरण संक्रमण होता है और इसके विपरीत, और यदि हां, तो यह चरण संक्रमण किस प्रकार का है? कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके कुछ प्रगति हुई है, लेकिन यह अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है।

धातु के गिलासों में प्लास्टिक का प्रवाह अत्यधिक स्थानीयकृत कतरनी विरूपण बैंड के रूप में होता है। ऐसे मामले में जब यांत्रिक स्थितियाँ ऐसी होती हैं कि प्रक्रिया की भयावह अस्थिरता से बचा जा सकता है, तो एकअक्षीय संपीड़न, झुकने, रोलिंग और ड्राइंग के साथ-साथ स्थानीयकृत इंडेंटेशन के दौरान कई कतरनी बैंड होते हैं।

अलग-अलग बैंड में विकृतियाँ असाधारण रूप से बड़ी हैं। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके तेजी से मुड़े हुए Pd80Si20 टेपों से सतह प्रतिकृतियों के अध्ययन में, मासुमोतो और मैडिन ने कतरनी बैंड ~ 200 Å चौड़े देखे। हस्तक्षेप माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए, सतह पर 2000 λ ऊंचाई तक उनके साथ जुड़े चरणों का पता लगाया गया, जो बैंड में कतरनी विरूपण को इंगित करता है। ऐसे बैंड फ्रैक्चर से बहुत पहले दिखाई देते हैं; इसलिए, सामग्री के फ्रैक्चर का कतरनी तनाव 200 ई से अधिक है। बड़े तनाव का सामना करने की क्षमता संरचना के बंधनों के कठोर स्थानिक अभिविन्यास की अनुपस्थिति या इस तथ्य से जुड़ी है कि अनाकार मैट्रिक्स छिद्र, ऑक्साइड समावेशन, व्यक्तिगत क्रिस्टल इत्यादि जैसे मैक्रोस्कोपिक दोषों से अपेक्षाकृत मुक्त है। पहला अन्य अकार्बनिक ग्लास जैसे सहसंयोजक बंधन वाले सिलिकॉन डाइऑक्साइड की तुलना में धातु के ग्लास की प्लास्टिसिटी की व्याख्या करता है; दूसरा स्टील शीट की झुकने वाली प्लास्टिसिटी की तुलना में धातु के गिलासों की अधिक स्थानीयकृत प्लास्टिसिटी की उपस्थिति की व्याख्या करता है।

अपने आप में मजबूत स्थानीयकृत कतरनी विकृति धातु के गिलासों में तनाव सख्त होने की अनुपस्थिति को इंगित करती है। इसकी और पुष्टि अनाकार Pd77.5Cu6Si16.5 मिश्र धातु पर पैम्पिलो और चेन द्वारा किए गए संपीड़न परीक्षणों द्वारा प्रदान की गई है। इस संरचना का ग्लास अनाकार है, जो बड़े व्यास (~ 2 मिमी) की छड़ें प्राप्त करना संभव बनाता है, जो संपीड़न परीक्षण के लिए सुविधाजनक हैं। विरूपण बैंड दिखाई देने तक नमूनों को संपीड़न के अधीन किया गया था। उसके बाद, उनकी सतह पर धारियों द्वारा बनी सीढ़ियों को हटाने के लिए उन्हें पॉलिश किया गया और बाद में फिर से लोड किया गया।

यह पता चला कि पहली लोडिंग के बाद दिखाई देने वाले बैंड फिर से प्रकट हो गए, हालांकि सतह पर स्लिप स्टेप्स से जुड़े कोई तनाव सांद्रक नहीं थे। स्ट्रिप्स के तनाव सख्त होने की उपस्थिति में ऐसा नहीं हुआ होता। "तनाव-तनाव" वक्रों का आकार तनाव सख्त होने की अनुपस्थिति को इंगित करता है: प्लास्टिक प्रवाह के लिए आवश्यक तनाव लगभग स्थिर रहता है।

3. धातु के गिलासों के यांत्रिक गुण

स्ट्रेन हार्डनिंग की अनुपस्थिति के कारण, एकअक्षीय तनाव के मोड में चश्मे का विरूपण यांत्रिक रूप से अस्थिर होता है, और प्लास्टिक का प्रवाह फ्रैक्चर में विकसित होता है। तारों के लिए, तनाव भयावह कतरनी अस्थिरता पैदा करता है। टेप के मामले में, फटने को रोकने के लिए, ऐसी अस्थिरता की अभिव्यक्ति गर्दन के गठन से पहले होती है। इस मामले में, गर्दन का पता लगाना मुश्किल है, हालांकि कतरनी अभिविन्यास स्पष्ट रूप से इसके अस्तित्व को इंगित करता है, और उच्च तापमान पर अधिक विकसित गर्दन बनती है और आसानी से देखी जाती है।

तनाव में निरंतर क्रॉस सेक्शन वाले धातु के चश्मे की पट्टियों के लिए, आंसू प्रसार द्वारा विफलता विशिष्ट है, जो उच्च शक्ति वाली सामग्रियों की पतली पट्टियों की विशेषता है। विनाश आम तौर पर वहां मौजूद तनाव सांद्रता के कारण पकड़ में शुरू होता है। तनाव अक्ष और रिबन सतह के सामान्य के संबंध में ~45° के कोण पर उन्मुख विमान में पेंच अव्यवस्था के समान ही आंसू फैलता है। दरार से सटे प्लास्टिक क्षेत्र में, स्थानीयकृत कतरनी विरूपण होता है, और विकृत सामग्री के साथ एक कतरनी टूटना होता है।

रेडियल सममित नमूने में, फाड़ने की प्रवृत्ति समाप्त हो जाती है, और कतरनी अस्थिरता के साथ-साथ विफलता भी होती है। तनाव अक्ष के 45° के कोण पर नमूने के पूरे क्रॉस सेक्शन पर एक असाधारण रूप से मजबूत कतरनी बैंड विकसित होता है, जिसके साथ कतरनी टूटना होता है।

प्रारंभिक कतरनी के अनुरूप एक छोटा चिकना क्षेत्र आमतौर पर चश्मे की फ्रैक्चर सतह पर देखा जाता है। शेष सतह को "नस पैटर्न" द्वारा चिह्नित किया गया है जिसे पहली बार लीमी द्वारा देखा और वर्णित किया गया था। स्टीरियो स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके, लीमी और सहकर्मियों ने निर्धारित किया कि नसें एक सपाट पृष्ठभूमि पर उभरी हुई थीं। डिस्क के आकार की कतरनी दरारें सामग्री में उत्पन्न होती हैं और कतरनी बैंड के साथ फैलती हैं। जहां वे मिलते हैं, सामग्री आंतरिक गर्दन बनाकर टूट जाती है, जिसके परिणामस्वरूप धीरे से गोल "नसें" बनती हैं। डिस्क के आकार की कतरनी दरारों का निर्माण नमूने के फैलाव (विस्तार या संपीड़न) की भागीदारी के साथ होता है। इसकी पुष्टि इस तथ्य से होती है कि जब एक अनाकार तार को सुपरइम्पोज़्ड हाइड्रोस्टेटिक दबाव की स्थिति में खींचा जाता है, तो कतरनी क्षेत्र की बाहरी परिधि पर एक दरार अधिमानतः उत्पन्न होती है। इस मामले में, फ्रैक्चर की सतह पर निकट दूरी पर स्थित, लगभग समानांतर शिराओं का एक परिवार हावी होता है जो कतरनी दिशा के लंबवत उन्मुख होते हैं। लघु दरार खंड एक अव्यवस्था लूप के पेचदार घटकों के रूप में फैलते हैं, जो नसों को पीछे छोड़ते हैं जो किनारे अव्यवस्था द्विध्रुव के अनुरूप होते हैं।

थकान के लिए परीक्षण किए गए तार का अंतिम विनाश हमेशा अनुभाग के शेष भाग पर सामान्य प्रवाह के साथ होता है, जिसके साथ थकान दरार अभी तक नहीं फैली है। आधार के साथ टेप का विनाश उसी तरह होता है, यदि लागू तन्य तनाव प्रवाह तनाव का लगभग 99% है। तनाव के निचले स्तर के मामले में, विफलता 45° के कोण पर होती है। बाद के मामले में, थकान दरार से ठीक पहले अनुभाग के मध्य भाग में एक त्रिअक्षीय तनाव स्थिति होती है। विनाशकारी फ्रैक्चर सतह तनाव अक्ष से 90° के कोण पर उन्मुख होती है। स्थूल दृष्टि से, ऐसा फ्रैक्चर भंगुर होता है। इस मामले में, थकान दरार अपने मूल स्थान से क्षेत्र पर फैलती है, जो एक अर्धवृत्त है। इसके बाद तेजी से विनाश होता है। फ्रैक्चर सतह, तनाव अक्ष से 90° के कोण पर उन्मुख, एक क्लासिक वी-आकार के "शेवरॉन" पैटर्न की विशेषता है, जिसकी रेखाएं दरार गठन के स्थान की ओर उन्मुख होती हैं। फ्रैक्चर सतह की अधिक विस्तृत जांच में, शेवरॉन में तनाव अक्ष के संबंध में तिरछी स्थित सतहों के साथ एक आरी का आकार होता है। इन सतहों के एक विस्तृत अध्ययन से पता चला है कि वे एक समान "नस-जैसे" पैटर्न के महीन जाल से ढके हुए हैं। यह इंगित करता है कि विमान विरूपण की स्थूल स्थितियों के तहत भी, स्थानीय फ्रैक्चर एक कतरनी पथ से होता है।

4. दायरा

धातु के चश्मे में रुचि, सबसे पहले, इन सामग्रियों के असामान्य गुणों के आधार पर, प्रौद्योगिकी में उनके अनुप्रयोग की संभावनाओं से शुरू हुई थी।

धातु के चश्मे के यांत्रिक गुण उन्हें निर्माण, वैमानिकी और खेल में उपयोग की जाने वाली मिश्रित सामग्री में मजबूत धागे के रूप में, साथ ही कंक्रीट और इसी तरह की सामग्री को मजबूत करने के लिए उपयोग करने की अनुमति देते हैं। मजबूत टेपों का उपयोग दबाव वाहिकाओं को मजबूत करने या ऊर्जा भंडारण के लिए उपयोग किए जाने वाले बड़े फ्लाईव्हील बनाने के लिए वाइंडिंग के रूप में किया जा सकता है। उच्च कठोरता और अनाज सीमाओं की कमी उत्कृष्ट काटने वाले किनारों की अनुमति देती है, विशेष रूप से रेजर ब्लेड के लिए। धातु के गिलासों से बने कुछ प्रकार के स्प्रिंग्स का उपयोग किया जा सकता है।

धातु के चश्मे के चुंबकीय गुण विद्युत ट्रांसफार्मर में, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के आगमनात्मक घटकों के कोर के लिए सामग्री के रूप में उनके उपयोग की संभावना को खोलते हैं, जहां वे पारंपरिक Fe-Si मिश्र धातुओं को उन्मुख अनाज के साथ बदल सकते हैं, साथ ही इंजन में, चुंबकीय परिरक्षण के लिए नरम चुंबकीय सामग्री के रूप में, चुंबकीय रिकॉर्डिंग हेड, सेंसर, यांत्रिक फिल्टर और देरी लाइनों के एक्साइटर के रूप में।

उनके विद्युत गुणों के कारण, धातु के चश्मे का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, कम तापमान पर प्रतिरोध थर्मामीटर और हीटर और प्रतिरोध के शून्य तापमान गुणांक के साथ सटीक प्रतिरोधक के रूप में। सुपरकंडक्टिंग धातु ग्लास रिबन विकिरण क्षति के प्रति असंवेदनशील हैं और इसलिए संलयन अनुप्रयोगों के लिए इसे प्राथमिकता दी जा सकती है।

अच्छा संक्षारण प्रतिरोध उन्हें रसायन विज्ञान, सर्जरी, बायोमेडिसिन के लिए बहुत मूल्यवान बनाता है। हालाँकि, ऐसे अनुप्रयोगों के लिए, सामान्य स्थिति में, धातु के गिलासों में रिबन जैसा आकार नहीं, बल्कि कुछ अन्य आकार होना चाहिए।

धातु के ग्लासों के अन्य अनुप्रयोग भी संभव हैं, उदाहरण के लिए ब्रेज़िंग फ़ॉइल, उत्सर्जन कैथोड, फ़्यूज़ और हाइड्रोजन भंडारण के रूप में।

निष्कर्ष

प्रारंभ में, ठोस की एक नई, असामान्य अवस्था के रूप में, धातु के गिलास केवल वैज्ञानिक रुचि का विषय थे, लेकिन अब वे उद्योग में गहनता से उपयोग किए जाते हैं।

धातु के गिलासों (कम महत्वपूर्ण शीतलन दर वाले मिश्र धातु, जो अनाकार अवस्था में 1 किलोग्राम या उससे अधिक वजन वाले सिल्लियां प्राप्त करना संभव बनाता है) की उपस्थिति ने संरचनात्मक सामग्री के रूप में भी उनके उपयोग की संभावना पैदा की। धातु के गिलासों के भी नुकसान हैं। उनमें लचीलापन कम होता है, और लोड गति बढ़ने के साथ उनकी ताकत भी कम हो जाती है। हालाँकि, अनाकार मिश्र धातुओं को अभी भी प्लास्टिक के गिलास माना जा सकता है: उन्हें छिद्रित किया जा सकता है और टिकटों में स्ट्रिप्स में काटा जा सकता है, तार में, उन्हें बुना और मोड़ा जा सकता है। उनका उपयोग बुने हुए जाल बनाने के लिए किया जा सकता है जो प्रबलित कंक्रीट स्लैब, रस्सियों, टिकाऊ फाइबर कंपोजिट और विभिन्न प्रकार के उत्पादों में सुदृढीकरण को सफलतापूर्वक बदल देगा, जिससे भारी मात्रा में धातु की बचत होगी।

ग्रन्थसूची

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यह वह सामग्री है, जिसके लिए कतरनी बैंड के निर्माण की ऊर्जा दरारों में उनके परिवर्तन के लिए आवश्यक ऊर्जा से बहुत कम होगी, जिसे लेखकों ने बनाने का प्रयास किया था। कई विकल्पों को आज़माने के बाद, वे पैलेडियम, फॉस्फोरस, सिलिकॉन और जर्मेनियम के एक मिश्र धातु पर बस गए, जिससे लगभग 1 मिमी व्यास वाली कांच की छड़ें प्राप्त करना संभव हो गया। चाँदी मिलाने से व्यास 6 मिमी तक बढ़ गया; हम ध्यान दें कि नमूनों का आकार इस तथ्य से सीमित है कि प्रारंभिक पिघलने के लिए बहुत तेजी से ठंडा करने की आवश्यकता होती है।

अध्ययन में भाग लेने वालों में से एक, रॉबर्ट रिची बताते हैं, "पांच तत्वों को मिलाकर, हम यह सुनिश्चित करते हैं कि सामग्री, ठंडा होने पर," यह नहीं जानती कि कौन सी क्रिस्टल संरचना लेनी है, और एक अनाकार संरचना चुनती है। प्रयोगों से पता चला है कि ऐसा धात्विक ग्लास वास्तव में धातुओं की विशिष्ट दरार प्रतिरोध के साथ ग्लास की अंतर्निहित कठोरता को जोड़ता है।

यह अनुमान लगाना मुश्किल नहीं है कि व्यवहार में बेहद महंगी पैलेडियम युक्त नई सामग्री का उपयोग शायद ही कभी किया जाएगा - शायद दंत चिकित्सा या किसी अन्य चिकित्सा प्रत्यारोपण के निर्माण के लिए।

"दुर्भाग्य से, हमने अभी तक यह निर्धारित नहीं किया है कि हमारे मिश्र धातु में इतनी आकर्षक विशेषताएं क्यों हैं," काम में एक अन्य भागीदार, मारियोस डेमेट्रियौ कहते हैं। "अगर हम सफल होते हैं, तो हम तांबे, लोहे या एल्यूमीनियम पर आधारित ग्लास का एक सस्ता संस्करण बनाने का प्रयास कर सकते हैं।"

धातु के गिलास, या अनाकार धातु, नए तकनीकी मिश्र धातु हैं जिनकी संरचना क्रिस्टलीय नहीं है, बल्कि असंगठित है, जिसमें परमाणु कुछ हद तक यादृच्छिक व्यवस्था में हैं। इस अर्थ में, धातु के ग्लास ऑक्साइड ग्लास के समान होते हैं जैसे सोडा-लाइम ग्लास जो खिड़कियों और बोतलों के लिए उपयोग किए जाते हैं।

एक निश्चित दृष्टिकोण से, धातु के चश्मे की अनाकार संरचना दो महत्वपूर्ण गुणों को निर्धारित करती है। सबसे पहले, अन्य प्रकार के कांच की तरह, गर्म होने पर वे कांच के अतिशीतित तरल अवस्था में परिवर्तित हो जाते हैं। इस अवस्था में, कांच की प्रवाह क्षमता को कई तरीकों से नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे कांच को बड़ी संख्या में संभावित आकार दिए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, लिक्विडमेटल टेक्नोलॉजीज ने एक गोल्फ क्लब बनाया है।

दूसरा, अनाकार परमाणु संरचना का मतलब है कि धातु के कांच में क्रिस्टल जाली दोष, तथाकथित अव्यवस्थाएं नहीं होती हैं, जो अधिकांश पारंपरिक मिश्र धातुओं की कई ताकत गुणों को प्रभावित करती हैं। इसका सबसे स्पष्ट परिणाम धातु के गिलासों की उनके क्रिस्टलीय समकक्षों की तुलना में अधिक कठोरता है। इसके अलावा, धातु के गिलास क्रिस्टलीय मिश्र धातुओं की तुलना में कम कठोर होते हैं। उच्च कठोरता और कम कठोरता का संयोजन धातु के चश्मे को उच्च लोच देता है - लोचदार विरूपण की ऊर्जा को जमा करने और इसे जारी करने की क्षमता।

अनाकार संरचना का एक और परिणाम यह है कि क्रिस्टलीय मिश्र धातुओं के विपरीत, विरूपण के कारण धातु के गिलास कमजोर हो जाते हैं। "विरूपण डीकंप्रेसन" बहुत संकीर्ण स्लिप बैंड, ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में विरूपण की एकाग्रता का कारण बनता है।

धात्विक कांच या पारदर्शी धातु?

कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने अत्यंत आशाजनक संरचनात्मक सामग्री - त्रि-आयामी धातु ग्लास - के निर्माण के लिए एक नई विधि विकसित की है। वे कई धातुओं के मिश्र धातु हैं जिनमें क्रिस्टलीय संरचना नहीं होती है। इसमें वे साधारण कांच के समान होते हैं - इसलिए यह नाम पड़ा। धात्विक कांच पिघलने के बहुत तेजी से ठंडा होने के दौरान उत्पन्न होता है, जिसके कारण उनके पास क्रिस्टलीकृत होने और एक अनाकार संरचना बनाए रखने का समय नहीं होता है। सबसे पहले, इस तरह से, उन्होंने सीखा कि धातु के गिलासों के पतले रिबन कैसे प्राप्त किए जाते हैं, जो जल्दी से तापमान कम करने में आसान होते हैं। वॉल्यूमेट्रिक धातु के गिलासों का निर्माण करना अधिक कठिन होता है।

धातु के गिलासों के कई फायदे हैं। सामान्य धातुओं और मिश्रधातुओं के क्रिस्टल जाली में हमेशा कुछ संरचनात्मक दोष होते हैं जो उनके यांत्रिक गुणों को कम करते हैं। धातु के गिलासों में ऐसे कोई दोष नहीं होते हैं और न ही हो सकते हैं, इसलिए, वे विशेष कठोरता से प्रतिष्ठित होते हैं। कुछ धातु के ग्लास स्टेनलेस स्टील से भी बेहतर तरीके से जंग का प्रतिरोध करते हैं। इसलिए, विशेषज्ञों का मानना ​​है कि इन सामग्रियों का उज्ज्वल भविष्य इंतजार कर रहा है।

अब तक, थोक धातु के गिलासों में एक बड़ी खामी थी - कम लचीलापन। वे झुकने और संपीड़न को अच्छी तरह से सहन करते हैं, लेकिन खींचे जाने पर टूट जाते हैं। अब डगलस हॉफमैन और उनके सहयोगियों ने टाइटेनियम, ज़िरकोनियम, नाइओबियम, तांबा और बेरिलियम के मिश्र धातुओं के आधार पर वॉल्यूमेट्रिक धातु ग्लास के निर्माण के लिए एक तकनीक का आविष्कार किया है, जिससे ऐसी सामग्रियों का जन्म होता है जो ताकत में सर्वोत्तम टाइटेनियम और स्टील मिश्र धातुओं से कम नहीं हैं।

डेवलपर्स का मानना ​​है कि सबसे पहले उन्हें एयरोस्पेस उद्योग में आवेदन मिलेगा, और फिर, जब वे अपनी लागत कम कर सकते हैं, तो अन्य उद्योगों में।

धातु का गिलास नाजुकता को कैसे दूर करें

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत, कतरनी बैंड की चरणबद्ध संरचना स्पष्ट रूप से दिखाई देती है।

दरारों के किनारों पर समान कतरनी बैंड बनते हैं, जो दरार की नोक को नष्ट कर देते हैं और इसके आगे बढ़ने को रोकते हैं।

अपनी अनाकार संरचना के कारण, धातु के गिलास स्टील और प्लास्टिक के समान मजबूत हो सकते हैं, वे विद्युत प्रवाह का संचालन करने में सक्षम होते हैं और उच्च संक्षारण प्रतिरोध रखते हैं। ऐसी सामग्रियों का व्यापक रूप से चिकित्सा प्रत्यारोपण और विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण में उपयोग किया जा सकता है, यदि एक अप्रिय संपत्ति के लिए नहीं: नाजुकता। धातु के शीशे भंगुर होते हैं और असमान रूप से थकान भार का प्रतिरोध करते हैं, जो उनकी विश्वसनीयता पर सवाल उठाता है। बहुघटक अनाकार धातुओं का उपयोग इस समस्या को हल करता है; हालाँकि, यह अभी भी अखंड धातु के चश्मे के लिए प्रासंगिक है।

एक नए अध्ययन के भाग के रूप में। बर्कले प्रयोगशाला और कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों द्वारा संयुक्त रूप से आयोजित, थोक धातु के गिलासों की थकान शक्ति को बढ़ाने का एक तरीका खोजा गया। भारी पैलेडियम-आधारित धातु ग्लास, थकान लोडिंग के अधीन, मिश्रित धातु ग्लास के समान ही सबसे अच्छा प्रदर्शन करता है। इसकी थकान शक्ति आमतौर पर उपयोग की जाने वाली पॉलीक्रिस्टलाइन संरचनात्मक धातुओं और स्टील, एल्यूमीनियम और टाइटेनियम जैसी मिश्र धातुओं के बराबर है।

लोड के तहत, पैलेडियम धातु ग्लास की सतह पर एक कतरनी बैंड बनता है, जो महत्वपूर्ण विरूपण का एक स्थानीय क्षेत्र है, जो एक चरणबद्ध आकार लेता है। इस मामले में, चरणों को अलग करने वाली दरारों के किनारों पर समान कतरनी बैंड दिखाई देते हैं, जो दरार की युक्तियों को कुंद कर देते हैं और उनके आगे प्रसार को रोकते हैं।

पैलेडियम को थोक और कतरनी मॉड्यूल के उच्च अनुपात की विशेषता है। जो कांच जैसी सामग्रियों में निहित भंगुरता को छुपाता है, क्योंकि बहुस्तरीय कतरनी बैंड का निर्माण, जो आगे दरार के विकास को रोकता है, बड़ी दरारों के गठन की तुलना में ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल है, जो नमूने के तेजी से विनाश का कारण बनता है। सामग्री की उच्च थकान शक्ति के साथ, ये तंत्र पैलेडियम-आधारित बल्क मेटालिक ग्लास की थकान शक्ति में काफी वृद्धि करते हैं।

एक गैर-क्रिस्टलीय धातु या मिश्र धातु, आमतौर पर वाष्प या तरल चरण जमाव के माध्यम से या बाहरी प्रभाव विधियों द्वारा पिघले हुए मिश्र धातु को सुपरकूलिंग करके उत्पादित किया जाता है।

स्रोत: www.nanonewsnet.ru, tr.su, www.razgovorium.ru, www.popmech.ru, enc-dic.com

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धात्विक कांच के नमूने की सतह पर कतरनी बैंड का निर्माण और प्रसार (Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2)

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत, कतरनी बैंड की चरणबद्ध संरचना स्पष्ट रूप से दिखाई देती है।

दरारों के किनारों पर समान कतरनी बैंड बनते हैं, जो दरार की नोक को नष्ट कर देते हैं और इसके आगे बढ़ने को रोकते हैं।

अपनी अनाकार संरचना के कारण, धातु के गिलास स्टील जितने मजबूत हो सकते हैं और प्लास्टिक बहुलक सामग्री जितने मजबूत हो सकते हैं, वे विद्युत प्रवाह का संचालन करने में सक्षम होते हैं और उनमें उच्च संक्षारण प्रतिरोध होता है। ऐसी सामग्रियों का व्यापक रूप से चिकित्सा प्रत्यारोपण और विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण में उपयोग किया जा सकता है, यदि एक अप्रिय संपत्ति के लिए नहीं: नाजुकता। धातु के शीशे भंगुर होते हैं और असमान रूप से थकान भार का प्रतिरोध करते हैं, जो उनकी विश्वसनीयता पर सवाल उठाता है। बहुघटक अनाकार धातुओं (मिश्रित) का उपयोग इस समस्या को हल करता है; हालाँकि, यह अभी भी अखंड धातु के चश्मे के लिए प्रासंगिक है।

बर्कले लैब और कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों द्वारा संयुक्त रूप से किए गए एक नए अध्ययन के हिस्से के रूप में, थोक धातु के चश्मे की थकान शक्ति को बढ़ाने का एक तरीका खोजा गया है। भारी पैलेडियम-आधारित धातु ग्लास, थकान लोडिंग के अधीन, मिश्रित धातु ग्लास के समान ही सबसे अच्छा प्रदर्शन करता है। इसकी थकान शक्ति आमतौर पर उपयोग की जाने वाली पॉलीक्रिस्टलाइन संरचनात्मक धातुओं और स्टील, एल्यूमीनियम और टाइटेनियम जैसी मिश्र धातुओं के बराबर है।

लोड के तहत, पैलेडियम धातु ग्लास की सतह पर एक कतरनी बैंड बनता है, यानी, महत्वपूर्ण विरूपण का एक स्थानीय क्षेत्र, जो एक चरणबद्ध आकार लेता है। उसी समय, वही कतरनी बैंड "चरणों" को अलग करने वाली दरारों के किनारों पर दिखाई देते हैं, जो दरार की युक्तियों को कुंद कर देते हैं और उनके आगे प्रसार को रोकते हैं।

पैलेडियम को थोक और कतरनी मापांक के उच्च अनुपात की विशेषता है, जो कांच जैसी सामग्रियों में निहित भंगुरता को छुपाता है, क्योंकि "बहुस्तरीय" कतरनी बैंड का निर्माण जो आगे की दरार वृद्धि को रोकता है, बड़ी दरारों के गठन की तुलना में ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल है जो नमूने के तेजी से विनाश का कारण बनता है। ऊँचे के साथ