กระจกโลหะและวัสดุอื่นๆ แว่นตาโลหะ

ในตอนต้นของบทความนี้ เราพบว่าภายใต้สภาวะปกติของการแข็งตัวของโลหะเหลว อะตอมของมันจะก่อตัวเป็นผลึกขัดแตะประเภทใดประเภทหนึ่ง ช่วงเวลาที่เข้มงวดของระบบไอออนเรียกว่า "ลำดับระยะยาว" ตัวอย่างเช่น เมื่อไอออนรวมกันนั้นถูกทำซ้ำหลายครั้งในอวกาศ โครงตาข่ายลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางร่างกายก็ถูกสร้างขึ้นใหม่ เมื่อมีลำดับพิสัยไกล เราสามารถระบุพิกัดของไอออนใดๆ ได้อย่างแม่นยำ หากเราทราบเลขอะตอมของมันสัมพันธ์กับไอออนต้นกำเนิดที่เลือกโดยพลการ ตำแหน่งไอออนทั้งหมด ระยะห่างระหว่างอะตอมทั้งหมดได้รับการกำหนดไว้อย่างชัดเจน

เมื่อกลับไปสู่ระบบอะตอม เราจะเรียกสถานการณ์นี้ว่า "ลำดับระยะสั้น" คุณสามารถระบุพิกัดและจำนวนอะตอมที่อยู่รอบๆ อะตอมที่กำหนดได้ค่อนข้างแม่นยำ แต่ไม่สามารถคาดเดาระยะไกลกว่านี้ได้อีกต่อไป แต่ในธรรมชาติมีสารอีกประเภทหนึ่งซึ่งเรียกว่าอสัณฐาน เมื่อเย็นลง เมื่อพลังงานของการสั่นเนื่องจากความร้อนของอะตอมต่ำมากจนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระอีกต่อไป สารเหล่านี้จะคงโครงสร้างของของเหลวไว้ ที่นี่เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับลำดับระยะสั้นในการจัดเรียงอะตอมเท่านั้น การเคลื่อนไหวของ "ฝูงชน" ดูเหมือนจะค่อยๆ สงบลง ผู้คนผลักกันน้อยลงและมีพลังน้อยลง และในที่สุดก็หยุดนิ่งในสถานที่สุ่มของพวกเขา โดยโยกตัวเล็กน้อยจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง

แก้วธรรมดา เรซิน พาราฟิน แอสฟัลต์เป็นตัวอย่างของวัสดุอสัณฐานตามธรรมชาติที่ไม่มีโครงสร้างผลึกสม่ำเสมอ เมื่อได้รับความร้อนและความเย็น วัสดุดังกล่าวจะเปลี่ยนเพียงความหนืดเท่านั้น แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานเกิดขึ้นในการจัดเรียงอะตอมที่เป็นส่วนประกอบโดยสัมพันธ์กัน

ในวัตถุที่เป็นผลึก การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเมื่อถูกความร้อนจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น และการหลอมตัวเองในโลหะบริสุทธิ์จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่กำหนดอย่างเคร่งครัด ดังนั้นอุณหภูมิหลอมเหลวของโลหะจึงเป็นลักษณะทางกายภาพพื้นฐานอย่างหนึ่ง (ค่าคงที่) หากความดันภายนอกไม่เปลี่ยนแปลงและโลหะได้รับการทำความสะอาดอย่างดีจากสิ่งสกปรกดังนั้นโดยการปรากฏตัวของหยดแรกระหว่างการให้ความร้อนสามารถกำหนดอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำถึงสิบองศา

คำถามเกิดขึ้น: เป็นไปได้ไหมที่จะ "แช่แข็ง" ในโลหะผสมซึ่งเป็นโครงสร้างอะตอมที่เป็นลักษณะของของเหลว? เป็นไปได้ไหมที่จะกีดกันโลหะที่มีลำดับระยะยาวในสถานะของแข็ง? ท้ายที่สุดแล้ว เราสามารถคาดหวังการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในคุณสมบัติทั้งหมดที่กำหนดโดยโครงสร้างที่ถูกต้องของผลึก

โดยหลักการแล้ว วิธีการแก้ไขปัญหาดังกล่าวมีความชัดเจน เราต้องพยายามเพิ่มอัตราการเย็นตัวของโลหะเหลวอย่างรวดเร็วเพื่อที่จะลงมาอย่างรวดเร็วในบริเวณอุณหภูมิที่อะตอมไม่สามารถเปลี่ยนเพื่อนบ้านได้อีกต่อไป การคำนวณและการทดลองแสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะระงับกระบวนการตกผลึกได้จริง แต่ต้องใช้อัตราการเย็นตัวประมาณล้านองศาต่อวินาที วิธีการหนึ่งที่ได้รับการพัฒนาคือการพ่นโลหะเหลวหยดเล็กๆ ลงบนพื้นผิวที่มีการขัดเงาสูงของแผ่นทองแดงเย็นที่หมุนอย่างรวดเร็ว หยดลงบนพื้นผิวของดิสก์จะกระจายออกเป็นชั้นบางมาก (หลายไมโครเมตร) และการนำความร้อนที่ดีของทองแดงทำให้มั่นใจได้ว่ามีอัตราการขจัดความร้อนสูง

ปัจจุบันการผลิตทางอุตสาหกรรมของโลหะผสมหลายสิบชนิดในสถานะอสัณฐานได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว ปรากฎว่าโลหะผสมของทรานซิชันและโลหะมีตระกูลที่มีเมทัลลอยด์ (อโลหะ คาร์บอน โบรอน ฟอสฟอรัส ฯลฯ) แปรสภาพได้ง่ายที่สุด และมีโลหะผสมหลายอย่างที่สามารถระงับการตกผลึกได้ด้วยอัตราการเย็นตัวที่ระดับหลายพันและ แม้แต่หลายร้อยองศาต่อวินาที

คุณสมบัติของโลหะผสมอสัณฐานใดที่มีคุณค่าต่อเทคโนโลยีเป็นพิเศษ ตามที่คาดไว้ โลหะอสัณฐานแตกต่างจากโลหะที่เป็นผลึกในหลายๆ ด้าน แม้ว่าโมดูลัสยืดหยุ่นระหว่างการเปลี่ยนแปลงรูปร่างจะลดลงโดยเฉลี่ย 30 (แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมลดลง) แต่ความแข็งแรงและความแข็งก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การไม่มีความคลาดเคลื่อนทำให้แก้วโลหะมีความแข็งแกร่งเหนือกว่าโลหะผสมเหล็กที่ดีที่สุด ความแข็งสูงเป็นตัวกำหนดความต้านทานการสึกหรอที่ดีเยี่ยม จริงอยู่ ความเป็นพลาสติกของโลหะผสมอสัณฐานนั้นต่ำ ซึ่งสามารถคาดหวังได้ เนื่องจาก "พาหะ" ของความเป็นพลาสติกนั้นมีความคลาดเคลื่อน อย่างไรก็ตาม กระจกโลหะไม่ได้เปราะบางเหมือนกระจกธรรมดา ตัวอย่างเช่นสามารถรีดได้ที่อุณหภูมิห้อง

ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของโลหะผสมอสัณฐานคือความต้านทานการกัดกร่อนสูงเป็นพิเศษ ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก (น้ำทะเล กรด) แก้วโลหะจะไม่เกิดการกัดกร่อนเลย ตัวอย่างเช่น อัตราการกัดกร่อนของโลหะผสมอสัณฐานที่มีเหล็ก นิกเกิล และโครเมียมในสารละลายกรดไฮโดรคลอริกมีค่าเป็นศูนย์ สำหรับการเปรียบเทียบ เราสามารถพูดได้ว่าอัตราการกัดกร่อนของโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนของเหล็ก "คลาสสิก" กับนิกเกิลและโครเมียม (เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีชื่อเสียงซึ่งเรียกว่า "เหล็กกล้าไร้สนิม") ในสภาพแวดล้อมเดียวกันนั้นเกิน 10 มม./ปี เหตุผลหลักสำหรับความต้านทานการกัดกร่อนสูงของโลหะผสมอสัณฐานก็คือเมื่อไม่มีโครงตาข่ายคริสตัลพวกมันก็ปราศจาก "ข้อบกพร่อง" ลักษณะของคริสตัล - ความคลาดเคลื่อนและที่สำคัญที่สุดคือขอบเขตระหว่างธัญพืช ความหนาแน่นของการอัดตัวของอะตอมในคริสตัลที่สูงใกล้กับ "ข้อบกพร่อง" เหล่านี้จะลดลงอย่างรวดเร็วจน "ตัวแทนของศัตรู" ทะลุเข้าไปในโลหะได้อย่างง่ายดาย สิ่งสำคัญคือต้องถ่ายโอนโครงสร้างที่ปราศจากข้อบกพร่องของโลหะผสมอสัณฐานไปยังฟิล์มออกไซด์บาง ๆ ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวในระยะเริ่มต้นของกระบวนการกัดกร่อน และต่อมาจะปกป้องโลหะจากการสัมผัสโดยตรงกับ "สารรุกราน"

การรวมกันของคุณสมบัติทางกายภาพบางอย่างของโลหะผสมอสัณฐาน โดยเฉพาะแม่เหล็กและไฟฟ้า ก็ดูน่าสนใจมากเช่นกัน ปรากฎว่าโลหะผสมที่ทำจากโลหะเฟอร์โรแมกเนติก (เหล็ก, นิกเกิล) ในสถานะอสัณฐานก็เป็นเฟอร์โรแมกเนติกเช่นกัน

หากเรากลับไปที่แกนหม้อแปลง เราจะเห็นว่าการเปลี่ยนเหล็กหม้อแปลงแบบธรรมดาด้วยโลหะผสมอสัณฐานจะช่วยประหยัดพลังงานได้มาก ในสหรัฐอเมริกา มีการคำนวณว่าการสูญเสียจากกระแสไหลวนลดลง 4 เท่า การผสมผสานคุณสมบัติทางแม่เหล็กและทางไฟฟ้าที่ผิดปกติของแก้วโลหะทำให้สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพกับตัวแปลงกระแสไฟฟ้า เซ็นเซอร์ แกน และรีเลย์ประเภทต่างๆ

จำนวนส่วนประกอบในโลหะผสมเพิ่มขึ้นตามข้อกำหนด โลหะผสมที่มีส่วนประกอบหลายสิบชิ้นขึ้นไปไม่ใช่เรื่องแปลกอีกต่อไป การจัดองค์ประกอบถือเป็นศิลปะที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากส่วนประกอบต่างๆ จะต้องทำงานสอดคล้องกันและสอดคล้องกัน ไม่ใช่เพื่ออะไรเลยที่นักโลหะวิทยาเรียกผู้สร้างนักแต่งเพลงอัลลอยด์คนใหม่

การผลิตองค์ประกอบดังกล่าวในอุตสาหกรรมมักจะยากกว่าการเรียบเรียง ส่วนประกอบมีจุดหลอมเหลว คุณสมบัติทางเคมี และความหนาแน่นต่างกัน หากในระหว่างการหลอมยังคงสามารถควบคุมกระบวนการต่างๆ ได้ โดยใช้สุญญากาศหรือบรรยากาศที่มีการป้องกัน ฟลักซ์ การแบ่งการหลอมออกเป็นขั้นตอน จากนั้นในระหว่างการตกผลึก เป็นไปได้ที่จะมีอิทธิพลต่อขั้นตอนของเหตุการณ์ผ่านโหมดทำความเย็นเท่านั้น นี่คือจุดที่ส่วนประกอบต่างๆ แสดงคุณลักษณะของตน บางคนดื้อรั้นไม่ต้องการละลายในมวลรวมของโลหะผสมและโดดเด่นเป็นชั้น ๆ บางคนดูดซับสิ่งปนเปื้อนและสิ่งสกปรกทั้งหมดอย่างตะกละตะกลามก่อตัวเป็นสารประกอบถาวรและเป็นอันตรายในขณะที่บางชนิดตกผลึกเป็นเมล็ดที่มีขนาดใหญ่เกินไปหรือเล็กเกินไปรบกวนโครงสร้าง ความสม่ำเสมอของโลหะผสม และยิ่งมีส่วนประกอบมากเท่าไร ปัญหาดังกล่าวก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย

เพื่อเอาชนะความยากลำบากที่เกี่ยวข้องกับการตกผลึก โลหะสามารถสร้างขึ้นจากส่วนผสมของส่วนประกอบในรูปแบบของอนุภาค แกรนูล หรือเส้นใย กดและเชื่อมเป็นมวลของแข็ง นี่คือวิธีที่เทคโนโลยีโลหะคอมโพสิตเกิดขึ้น และต่อมาเป็นโลหะวิทยาแบบผง นี่เป็นความพยายามครั้งแรกที่จะเริ่มการปฏิวัติด้านโลหะวิทยา แต่ก็ประสบความสำเร็จเพียงบางส่วนเท่านั้น

โลหะวิทยาที่เป็นผงและวัสดุผสมเข้าครอบครอง แม้ว่าจะมีความสำคัญแต่ค่อนข้างจำกัดในการผลิตผลิตภัณฑ์โลหะ ก่อนอื่นนี่คือการผลิตโลหะผสมแข็งสำหรับเครื่องมือจากนั้นการผลิตผลิตภัณฑ์จากโลหะทนไฟ - ทังสเตนโมลิบดีนัมและอื่น ๆ การหลอมซึ่งเกี่ยวข้องกับปัญหาทางเทคนิคและสุดท้ายคือการผลิตชิ้นส่วนที่มีลักษณะพิเศษ โครงสร้าง - มีรูพรุน, เป็นเส้น ๆ, เป็นสะเก็ด

ประการแรกเทคโนโลยีผงนั้นถูกจำกัดด้วยต้นทุนของผลิตภัณฑ์ ซึ่งปัจจุบันสูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้จากวิธีโลหะวิทยาแบบดั้งเดิมถึงสิบเท่า นอกจากนี้ แม้ว่าการเผาผนึกจะทำให้เกิดการแพร่กระจายของส่วนประกอบและปฏิกิริยาเคมีบางอย่าง แต่คอมโพสิตยังคงมีคุณสมบัติของส่วนผสมมากกว่าโลหะผสม

ความพยายามครั้งที่สองเกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ เมื่อวิทยาศาสตร์ใหม่ - ฟิสิกส์ของโลหะ - ค้นพบว่าความแข็งแกร่งทางทฤษฎีของโลหะนั้นมีขนาดสูงกว่าของจริงหนึ่งถึงครึ่งถึงสองเท่า ปรากฎว่าความแข็งแรงต่ำของโลหะนั้นอธิบายได้จากข้อบกพร่องในโครงตาข่ายคริสตัล จำนวนข้อบกพร่องในโลหะสามารถสมกับจำนวนอะตอม ดังนั้นการคำนวณจึงใช้ความหนาแน่น หรือความเข้มข้นของข้อบกพร่องต่อหน่วยปริมาตร หากค่านี้ใกล้กับศูนย์ซึ่งสอดคล้องกับผลึกในอุดมคติ ความแข็งแกร่งของผลึกนั้นจะใกล้เคียงกับค่าทางทฤษฎี เมื่อความเข้มข้นของข้อบกพร่องเพิ่มขึ้น ความแรงจะลดลงอย่างรวดเร็วในขั้นแรก จากนั้นจึงเริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้ง แต่จะช้ากว่ามาก ค่าต่ำสุดมักสอดคล้องกับความแข็งแรงที่แท้จริงของโลหะบริสุทธิ์ สิ่งเจือปน สารผสมเจือปน และการเสียรูปจะเพิ่มความเข้มข้นของข้อบกพร่องและเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุ

ภารกิจได้รับการตั้งค่าเพื่อให้ได้ผลึกโลหะเดี่ยวที่ปราศจากข้อบกพร่องและมีขนาดใหญ่เพียงพอ อย่างไรก็ตามยังไม่ได้รับการแก้ไข จริงอยู่ มันเป็นไปได้ที่จะเติบโตเป็นผลึกโลหะบางชนิดที่บางเฉียบหลายสิบไมครอน และยาวได้ถึงหนึ่งเซนติเมตรครึ่ง ซึ่งเกือบจะไม่มีข้อบกพร่อง ความแข็งแกร่งของพวกเขากลับกลายเป็นว่าสูงกว่าปกติหลายเท่า คอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูงยังทำจาก "หนวด" ดังกล่าวด้วยซ้ำ แต่สิ่งต่าง ๆ ยังไม่ได้ไปไกลกว่าห้องปฏิบัติการ: อัตราการเติบโตของ "หนวด" ต่ำเกินไปและราคาจึงสูงเกินไป

ความพยายามครั้งที่สามในการปฏิวัติโลหะวิทยากำลังเกิดขึ้นในวันนี้

หนึ่งในสี่ของศตวรรษที่ผ่านมา การทดลองเกี่ยวกับการทำให้โลหะหลอมเย็นลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งดำเนินการเพื่อให้ได้โครงสร้างต่ำกว่ากล้องจุลทรรศน์ของโลหะ พบว่าในบางกรณีไม่มีโครงตาข่ายคริสตัลในโลหะเลย และการจัดเรียง ของอะตอมเป็นลักษณะของวัตถุที่ไม่มีโครงสร้างและไม่มีรูปร่าง นี่ไม่ใช่เรื่องที่คาดไม่ถึง: วัตถุอสัณฐานที่เป็นของแข็ง - แก้ว - ผลิตขึ้นโดยการทำความเย็นแบบซุปเปอร์คูลให้กับของเหลวที่ละลาย จริงอยู่ที่อัตราการทำความเย็นที่ต่ำมากก็เพียงพอที่จะสร้างแก้วธรรมดาได้ สำหรับโลหะ เพื่อกำหนดอัตราการตกผลึก จำเป็นต้องมีอัตราการเย็นตัวมหาศาล - ล้านองศาต่อวินาที ความเร็วนี้เกิดขึ้นได้เมื่อส่วนของโลหะหลอมเหลวถูกยิงลงไปในน้ำ ส่งผลให้อนุภาคมีโครงสร้างคล้ายแก้วอสัณฐาน

มีอย่างอื่นที่ไม่คาดคิดเกิดขึ้น: โลหะอสัณฐานมีคุณสมบัติแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากโลหะผลึก ไม่ โลหะยังคงเป็นโลหะโดยมีคุณสมบัติเฉพาะทั้งหมด - ความเงางาม การนำไฟฟ้า ฯลฯ แต่จะแข็งแกร่งขึ้นหลายเท่าความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้าเปลี่ยนไปและแม้แต่หนึ่งในค่าคงที่ที่เสถียรที่สุด - โมดูลัสยืดหยุ่น - ก็เปลี่ยนไป แต่ข้อได้เปรียบหลักของวัสดุใหม่คือสามารถผสมผสานและอยู่ร่วมกันได้กับส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมด ด้วยการระบายความร้อนที่รวดเร็วเป็นพิเศษ โลหะผสมจะแข็งตัวก่อนที่ส่วนประกอบที่เป็นปฏิปักษ์จะมีเวลาในการแสดงความเป็นปฏิปักษ์

โลหะผสมอสัณฐานเรียกว่าแก้วโลหะ ความสนใจในตัวพวกเขาเติบโตอย่างรวดเร็ว ตอนนี้งานไม่เพียงแต่เพื่อให้ได้โลหะผสมที่มีคุณสมบัติใหม่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสร้างเทคโนโลยีทางอุตสาหกรรมด้วย แต่ยังคงมีปัญหาอีกมากมายที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขที่นี่ อันแรกที่ได้รับคือโลหะ กระจกเป็นโลหะผสม Au-Si . จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับในสถานะอสัณฐานไม่เพียง แต่โลหะผสมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโลหะบริสุทธิ์บางชนิดด้วย - จาก Ge, Te และ Bi ไปจนถึง Al, V, Cr, Fe, Ni และอื่น ๆ ที่เด่นชัด จำเป็นต้องมีอัตราการทำความเย็นที่ยอดเยี่ยม - สูงถึง 10 10 K/s อย่างไรก็ตาม สถานะอสัณฐานของโลหะยังคงไม่เสถียร - เมื่อได้รับความร้อน การตกผลึกก็เริ่มขึ้น จำเป็นต้องค้นหาโลหะผสมที่มีอัตราการเย็นตัวและอุณหภูมิที่เหมาะสม โดยมีโครงสร้างอสัณฐานที่มั่นคง

จากแนวคิดทางทฤษฎีเหล่านี้ นักโลหะวิทยาสามารถกำหนดโลหะผสมอสัณฐานได้ และได้ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติที่ดีเยี่ยม มีกระจกโลหะอยู่แล้วที่มีความเร็ววิกฤติเพียง 100 - 200 K/s และอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมเหลวของส่วนประกอบหลักหลายเท่า ตัวอย่างเช่นโลหะผสมคู่ Pd80Si20, โลหะผสม Ni80P20, Fe80B20, Au81Si19 และอื่น ๆ อีกมากมายที่มีการเติมซิลิคอนยี่สิบเปอร์เซ็นต์ จะสังเกตได้ง่ายว่าปริมาณโลหะทั้งหมดในโลหะผสมเหล่านี้อยู่ที่ประมาณ 20% แก้วโลหะมีคุณสมบัติอะไรบ้างที่มีคุณค่าต่อเทคโนโลยีสมัยใหม่โดยเฉพาะ?

ก่อนอื่น นักวิจัยมีความสนใจในคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของโลหะผสมที่มีธาตุเหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์ โลหะวิทยาเตรียมเหล็กและโลหะผสมไฟฟ้าชนิดพิเศษหลายแสนตันในรูปแบบของแผ่นบางสำหรับอุตสาหกรรม ในจำนวนนี้ 95% เป็นเหล็กเสริม เหล็กไดนามิก และเหล็กหม้อแปลง แกนของมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลง และวงจรแม่เหล็กประกอบจากแผ่น วัสดุสำหรับแกนเครื่องจักรไฟฟ้าเรียกว่าวัสดุแม่เหล็กอ่อน ต้องมีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง การเหนี่ยวนำความอิ่มตัวสูง และมีความต้านทานไฟฟ้าสูง นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการลดฮิสเทรีซีสและการสูญเสียกระแสไหลวนและการเพิ่มประสิทธิภาพ เครื่องจักรไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าและเหล็กกล้าไฟฟ้าอื่นๆ เป็นโลหะผสมของเหล็กและซิลิคอน ยิ่งไปกว่านั้น ไม่สามารถเติมซิลิคอนเกิน 4% ได้ แต่ถึงอย่างนั้นโลหะก็เปราะ ม้วนได้ไม่ดี และสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กอ่อนที่จำเป็นมากไปได้ง่าย เป็นผลให้การสูญเสียแกนมักจะถึง 0.3-1% และประสิทธิภาพลดลง จริงอยู่ที่ยังมีวัสดุแม่เหล็กที่นิ่มกว่าอีกด้วย สิ่งเหล่านี้คือเปอร์มัลลอย - โลหะผสมที่มีเหล็กและนิกเกิลเป็นหลัก ซึ่งใช้ในหัวเทปและเครื่องมือที่มีความแม่นยำอื่นๆ อย่างไรก็ตาม มีราคาแพงกว่าเหล็กหลายสิบเท่า และยังสูญเสียคุณสมบัติได้ง่ายเมื่อแปรรูปหรือถูกทำให้ร้อนเกินไป และคุณสมบัติทางแม่เหล็กอ่อนของแว่นตาโลหะกลับกลายเป็นว่าอยู่ในระดับเพอร์มัลลอยของแบรนด์ที่ดีที่สุดนอกจากนี้คุณสมบัติเหล่านี้ยังมีความทนทานและมีเสถียรภาพมากกว่า

เนื่องจากต้นทุนที่คาดหวังของแก้วโลหะอุตสาหกรรมยังต่ำกว่าเหล็กที่ใช้ไฟฟ้าด้วยซ้ำ การใช้วัสดุใหม่จึงให้ประโยชน์มหาศาล ประเทศของเราผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 1,275 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี ระหว่างทางไปยังผู้บริโภค กระแสไฟฟ้าไหลผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างน้อยสี่ครั้ง - เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, หม้อแปลงไฟฟ้า, มอเตอร์ไฟฟ้า. และมีการสูญเสียทุกที่ หากคุณแบ่งพวกมันออกเป็นแกนเดียวครึ่งหนึ่ง จะช่วยประหยัดพลังงานได้ 2 หมื่นล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง และกระจกโลหะบางยี่ห้อก็ลดการสูญเสียไม่ได้ 2 แต่ 3-4 เท่า ดังนั้นความสนใจในวัสดุใหม่จึงเป็นที่เข้าใจและสมเหตุสมผล ต้องเพิ่มเติมด้วยว่าเนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าของแก้วโลหะต่ำกว่าของเหล็ก จึงไม่จำเป็นต้องหุ้มฉนวนแผ่นในแพ็คแกนบางส่วนหรือทั้งหมด และนี่หมายถึงการลดขนาดและเพิ่มประสิทธิภาพ เครื่องจักรไฟฟ้า

คุณสมบัติทางกลของกระจกโลหะมีความน่าดึงดูดไม่น้อย โลหะอสัณฐานมีความแข็งแกร่งกว่าโลหะที่เป็นผลึกโดยเฉลี่ย 5-7 เท่า ตัวอย่างเช่น โลหะผสม Fe80B20 มีความต้านทานแรงดึง 370 kgf/mm 2 ซึ่งแข็งแกร่งกว่าเหล็กถึง 10 เท่า และแข็งแกร่งเป็น 2 เท่าของโลหะผสมที่ดีที่สุด

ข้อเสียของแว่นตาเมทัลลิก เช่นเดียวกับแว่นตาทั่วๆ ไป ได้แก่ ความเหนียวต่ำ รวมถึงความแข็งแรงที่ลดลงตามลักษณะเฉพาะเมื่อเพิ่มความเร็วในการโหลด แต่มีเหตุผลที่ต้องพิจารณาโลหะผสมอสัณฐานเป็นแก้วที่มีความเหนียว: พวกเขาสามารถตัดและตัดเป็นแถบในแม่พิมพ์, เป็นแถบและลวด, พวกเขาสามารถโค้งงอและทอได้ ดังนั้นจึงไม่ยากเลยที่จะจินตนาการถึงตาข่ายทอที่ทำจากโลหะอสัณฐานแทน การเสริมแรงในแผ่นพื้นคอนกรีตเสริมเหล็ก เส้นใยคอมโพสิตที่แข็งแกร่งที่สุด เชือก และผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งความแข็งแกร่งอันเป็นเอกลักษณ์ของแก้วโลหะจะช่วยประหยัดโลหะได้หลายพันตัน

ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านของการตกผลึกในระดับต่างๆ ของโลหะอสัณฐาน

วิศวกรจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนียได้พัฒนากระจกเมทัลลิกรูปแบบใหม่ซึ่งโดดเด่นด้วยความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้น วัสดุนี้รวมคุณสมบัติที่ดูเหมือนจะเข้ากันไม่ได้เข้าด้วยกัน ได้แก่ ความแข็ง ความแข็งแรง และความยืดหยุ่น วัสดุซึ่งมีชื่อทางเทคโนโลยีว่า SAM2X5-630 มีความต้านทานแรงกระแทกสูงที่สุดในบรรดากระจกโลหะที่รู้จักกันดี

แก้วโลหะหรือโลหะอสัณฐานจัดเป็นของแข็งโลหะประเภทหนึ่งที่มีโครงสร้างอสัณฐาน ต่างจากโลหะที่มีโครงสร้างเป็นผลึก โลหะอสัณฐานจะคล้ายกับโครงสร้างอะตอมของการหลอมที่เย็นยิ่งยวด


ด้านซ้ายเป็นลูกบอลทำจากแก้วโลหะใหม่ ด้านขวาเป็นเหล็กธรรมดา

วัสดุสามารถทนต่อแรงกระแทกที่รุนแรงได้ในขณะที่ไม่แตกหักหรือแตกหัก แต่กลับคืนสู่รูปทรงเดิม ศักยภาพในการใช้งานนั้นแทบจะไร้ขีดจำกัด ตั้งแต่สว่านและชุดเกราะ ไปจนถึงการปลูกถ่ายเพื่อเสริมสร้างกระดูกและปกป้องดาวเทียมในอวกาศ

โดยทั่วไปแล้ว โลหะอสัณฐานจะถูกผลิตขึ้นโดยการให้ความร้อนถึง 630 °C จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วมาก (ตามลำดับองศาต่อวินาที) ได้วัสดุ SAM2X5-630 โดยการทำความร้อนองค์ประกอบผงที่มีธาตุเหล็ก (Fe 49.7 Cr 17.7 Mn 1.9 Mo 7.4 W 1.6 B 15.2 C 3.8 Si 2.4)

คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของโลหะมาจากการผสมผสานระหว่างอุณหภูมิความร้อนและอัตราการเย็นตัวที่ประสบความสำเร็จ - สภาวะเหล่านี้เองที่องค์ประกอบที่เป็นผลลัพธ์ประสบซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของจุดโฟกัสเฉพาะที่ของโครงสร้างผลึกที่กำหนดอย่างอ่อนแอ สภาวะการให้ความร้อนหรือความเย็นอื่นๆ ส่งผลให้โลหะอสัณฐานสมบูรณ์มีการจัดเรียงอะตอมแบบสุ่ม

“มันแทบจะไม่มีโครงสร้างภายในเลย และด้วยวิธีนี้ มันจึงคล้ายกับแก้ว แต่ยังมีบริเวณที่เกิดการตกผลึก” Veronica Elyason ผู้ช่วยศาสตราจารย์จาก Viterbi School of Engineering ของมหาวิทยาลัยและเป็นผู้เขียนรายงานฉบับนี้ กล่าว “เรายังไม่รู้ว่าเหตุใดจุดตกผลึกจำนวนเล็กน้อยในแก้วโลหะจึงทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในการตอบสนองต่อแรงกระแทก”

ขีดจำกัดความยืดหยุ่น Hugoniot แบบไดนามิก (แรงสูงสุดที่วัสดุสามารถทนได้โดยไม่มีการเปลี่ยนรูปถาวร) ถูกกำหนดให้ SAM2X5-630 อยู่ที่ประมาณ 12 GPa สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ตัวเลขนี้คือ 0.2 GPa สำหรับทังสเตนคาร์ไบด์ (ใช้ในการสร้างเครื่องมือแข็งและแกนกระสุนเจาะเกราะ) - 4.5 GPa สำหรับเพชร - สูงถึง 60 GPa

การศึกษาโลหะอสัณฐานเริ่มต้นในปี 1960 ที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย - กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ได้รับแก้วโลหะตัวแรก Au 75 Si 25 ตั้งแต่นั้นมาก็มีวัสดุที่คล้ายกันจำนวนมากที่มีคุณสมบัติที่น่าสนใจ แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่สามารถพิจารณาพื้นที่การใช้งานจริงได้อย่างกว้างขวางเนื่องจากมีต้นทุนสูง

ตัวอย่างเช่น Ti 40 Cu 36 Pd 14 Zr 10 ที่เพิ่งได้รับในญี่ปุ่นไม่มีสารก่อมะเร็ง แข็งแกร่งกว่าไททาเนียมถึงสามเท่า สึกหรอเล็กน้อย ไม่ก่อตัวเป็นผงระหว่างการเสียดสี และในแง่ของโมดูลัสความยืดหยุ่นตามยาวนั้นแทบจะเกิดขึ้นพร้อมกันกับ กระดูกมนุษย์ - อาจสามารถนำมาใช้แทนข้อเทียมที่ดีเยี่ยมได้

ส่งผลงานดีๆ ของคุณในฐานความรู้ได้ง่ายๆ ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง

นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงาน จะรู้สึกขอบคุณเป็นอย่างยิ่ง

โพสต์เมื่อ http://www.allbest.ru/

แก้วโลหะผสม

การแนะนำ

1. แว่นตาโลหะ

2. องค์ประกอบ โครงสร้าง คุณสมบัติ

3. คุณสมบัติทางกลของแก้วโลหะ

4. ขอบเขตการใช้งาน

บทสรุป

บรรณานุกรม

การแนะนำ

ความแข็งแรงและความเหนียวเป็นงานวิจัยในปัจจุบันในสาขากลศาสตร์การแตกหัก กลไกของของแข็งที่เปลี่ยนรูปได้เหล่านี้กำลังพัฒนาอย่างเข้มข้นในขอบเขตขนาดใหญ่เนื่องจากความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นของอุตสาหกรรม ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมบทบาทของวัสดุและเทคโนโลยีใหม่จึงเพิ่มขึ้นทุกปี การพัฒนา การผลิต และการศึกษาคุณสมบัติเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพัฒนาสังคมมนุษย์

การค้นพบผลกระทบจากพลาสติกด้วยไฟฟ้าในโลหะทำให้เกิดความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกลไกการเปลี่ยนรูปของพลาสติก สามารถควบคุมคุณสมบัติทางกลของวัสดุโลหะได้

ในการทดลองกับกระแสพัลส์พบว่ามีความเหนียวเพิ่มขึ้นและความเปราะบางของโลหะลดลง กระแสไฟฟ้ายังทำให้อัตราการผ่อนคลายความเครียดในโลหะเพิ่มขึ้นและกลายเป็นปัจจัยทางเทคโนโลยีที่สะดวกสำหรับการบรรเทาความเครียดภายใน ผลกระทบของพลาสติกไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นกระแสเป็นเส้นตรง โดยเด่นชัดที่สุดด้วยกระแสพัลซิ่ง และไม่มีกระแสสลับ

ความเป็นไปได้ในการขยายการใช้เอฟเฟกต์พลาสติกไฟฟ้านั้นชัดเจนเนื่องจากการใช้งานช่วยลดต้นทุนด้านพลังงานและยังช่วยประหยัดอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรม วัสดุต่างๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสนามไฟฟ้า ส่งผลให้ลักษณะทางกลของวัสดุเปลี่ยนไป

คุณสมบัติทางกายภาพของแก้วโลหะ (ความแข็งแรงสูงรวมกับความเหนียว ความแข็งสูง ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการเสียดสี และความต้านทานไฟฟ้า ฯลฯ) ไม่ได้ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบทางเคมีเท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากสถานะโครงสร้างของวัสดุเหล่านี้ด้วย

การใช้โลหะผสมอสัณฐานอย่างแพร่หลายที่ทำงานในสนามไฟฟ้าทำให้เกิดความท้าทายในการศึกษาสมบัติทางกลภายใต้สภาวะของกระแสไฟฟ้าพัลซิ่ง

1. แว่นตาโลหะ

โลหะแก้วตา เมตกลาส โลหะ โลหะผสมในสถานะคล้ายแก้ว เกิดขึ้นระหว่างการเย็นตัวของโลหะหลอมอย่างรวดเร็วเป็นพิเศษ (อัตราการทำความเย็น 106 เคลวิน/วินาที) สามารถกำจัดความร้อนได้อย่างรวดเร็วหากตัวอย่างที่ผลิตอย่างน้อยหนึ่งขนาดมีขนาดเล็กเพียงพอ (ฟอยล์ เทป ลวด) ด้วยการทำให้หยดที่หลอมละลายระหว่างทั่งตีเย็นราบเรียบจะได้ฟอยล์ที่มีความกว้าง 15-25 มม. และความหนา 40-70 ไมครอนและโดยการทำให้เย็นบนดรัมหมุน (ดิสก์) หรือโดยการรีดไอพ่นระหว่างลูกกลิ้งสองตัว ได้เทปที่มีความกว้าง 3-6 มม. และความหนา 40-100 µm โดยการบีบของเหลวที่ละลายลงในของเหลวที่เย็นลง จึงสามารถผลิตได้ในรูปของลวด

การศึกษากระจกโลหะช่วยให้เราสามารถสำรวจธรรมชาติของโลหะ แม่เหล็ก และคุณสมบัติอื่นๆ ของของแข็งได้

ความแข็งแรงสูง (เข้าใกล้ขีดจำกัดทางทฤษฎีสำหรับคริสตัล) บวกกับความเหนียวสูงและความต้านทานการกัดกร่อนสูง ทำให้แก้วโลหะมีแนวโน้มที่จะเสริมความแข็งแกร่งให้กับวัสดุและผลิตภัณฑ์

แก้วโลหะบางชนิด เช่น Fe80B20 เป็นแบบเฟอร์โรแมกเนติกที่มีแรงบีบบังคับต่ำมากและมีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง ซึ่งทำให้ใช้เป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อน วัสดุแม่เหล็กอสัณฐานที่สำคัญอีกประเภทหนึ่งคือโลหะผสมของธาตุหายากกับโลหะทรานซิชัน มีแนวโน้มที่จะใช้คุณสมบัติทางไฟฟ้าและเสียงของแก้วโลหะ (สูงและขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ไฟฟ้า ความต้านทาน การดูดซับเสียงที่อ่อนแอ)

ในยุค 90 แก้วโลหะจำนวนมาก (VMC) ที่มีขนาด> 1 มม. ในแต่ละมิติเชิงพื้นที่ทั้ง 3 มิติ (รูปที่ 1) ได้มาจากพื้นฐานของโลหะที่แพร่หลาย: แมกนีเซียม, ไทเทเนียม, ทองแดง, เหล็ก ฯลฯ ในโลหะผสมสอง, สาม, ควอเทอร์นารีและหลายองค์ประกอบ

ข้าว. 1. ตัวอย่างการหล่อแก้วโลหะเชิงปริมาตร (ภาพแสง)

การวิเคราะห์ทางสถิติของข้อมูลที่มีอยู่เกี่ยวกับ OMC แสดงให้เห็นว่าความสามารถในการขึ้นรูปแก้วเพิ่มขึ้นจากอัลลอยด์ไบนารี่ไปจนถึงอัลลอยด์แบบไตรภาคและควอเทอร์นารี

2. สารประกอบ,โครงสร้างคุณสมบัติ

องค์ประกอบของแก้วโลหะคือทรานซิชัน 80% (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Pr ฯลฯ) หรือโลหะมีตระกูลและอโลหะที่มีความหลากหลายประมาณ 20% (B, C, N, Si, P, Ge ฯลฯ) โดยมีบทบาทเป็นองค์ประกอบที่ขึ้นรูปด้วยแก้ว ตัวอย่างได้แก่ โลหะผสมไบนารี่ Au81Si19, Pd81Si19 และ Fe80B20) และโลหะผสมไบนารีเทียมที่ประกอบด้วยส่วนประกอบ 3-5 ชิ้นขึ้นไป แก้วโลหะเป็นระบบที่แพร่กระจายได้ซึ่งจะตกผลึกเมื่อถูกความร้อนจนถึงอุณหภูมิเท่ากับจุดหลอมเหลว

โครงสร้างอะตอมของแก้ว ซึ่งแสดงให้เห็นว่าไม่มีลำดับระยะยาวในการจัดเรียงอะตอม (รูปที่ 2) เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของพวกมัน โดยเฉพาะทางกล ในแง่ของความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งจำเพาะ พวกมันมีมากกว่าโลหะผสมที่เป็นผลึกที่เกี่ยวข้องอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้กลไกการเปลี่ยนรูปหรือการเปลี่ยนรูปแบบรองรับแบบคู่ ความแข็งแรงของผลผลิตตามเงื่อนไขของแก้วโลหะเทกองอยู่ที่ ~2 GPa สำหรับแก้วโลหะเทกองที่ใช้ Cu, Ti และ Zr, ~3 GPa ขึ้นอยู่กับ Ni, ~4 GPa ขึ้นอยู่กับ Fe, ~5 GPa ขึ้นอยู่กับ Fe และ Co ตลอดจน 6 GPa สำหรับโลหะผสมโคบอลต์ โครงสร้างของแก้วโลหะยังให้การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นได้มากถึง 2% ซึ่งเมื่อรวมกับความแข็งแรงของผลผลิตสูง ทำให้เกิดค่าพลังงานที่เก็บไว้สูงของการเสียรูปแบบยืดหยุ่น (ตัวบ่งชี้ yy2/E และ yy2/cE โดยที่ yy c และ E คือกำลังของผลผลิต ความหนาแน่น และโมดูลัสของยัง ตามลำดับ) ควรสังเกตว่าการศึกษาล่าสุดระบุว่ามีกระจุกอะตอมอยู่ในแก้วโลหะจำนวนมาก

ข้าว. 2. ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูงและรูปแบบการเลี้ยวเบนจากพื้นที่ขนาดซับไมโครสโคป (SAED) และขนาดนาโน (NBD) ที่เลือก การไม่มีลำดับระยะยาวในการจัดเรียงอะตอมเป็นสิ่งที่เห็นได้ชัดเจน ขนาดของพื้นที่กระเจิงจะแสดงเป็นวงกลมตามอัตภาพ (โดยเฉพาะในรัสเซีย A.S. Aronin และ G.E. Abrosimova กำลังศึกษาโครงสร้าง)

แก้วโลหะจำนวนมากไม่เพียง แต่มีความแข็งแรงสูง, ความแข็ง, ความต้านทานการสึกหรอและค่าการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นสูงก่อนที่จะเริ่มเปลี่ยนรูปพลาสติก แต่ยังมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงรวมถึงการทู่ที่เกิดขึ้นเองในสารละลายบางชนิด ความแข็งสูง ความต้านทานการสึกหรอ คุณภาพพื้นผิวของแก้วโลหะเทกอง ตลอดจนความลื่นไหลเมื่อถูกความร้อน เป็นตัวกำหนดการใช้งานในเครื่องจักรขนาดเล็กเป็นกลไกการส่งผ่าน (เกียร์) และส่วนประกอบของระบบกลไกที่มีความแม่นยำสูง แก้วโลหะจำนวนมากที่ทำจากเหล็กและโคบอลต์ซึ่งมีสนามแม่เหล็กอิ่มตัวสูงถึง 1.5 T มีค่าแรงบีบบังคับต่ำที่น้อยกว่า 1 A/m และมีการใช้อย่างแข็งขันเป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อน ควรสังเกตว่าในรัสเซียนักวิทยาศาสตร์เช่น A.M. ศึกษาแก้วโลหะที่มีธาตุเหล็กและโคบอลต์ เกลเซอร์, เอส.ดี. Kaloshkin และอื่น ๆ อีกมากมาย ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว ซึ่งสังเกตได้ในระหว่างการเปลี่ยนจากของเหลวเป็นแก้ว และการแยกตัวออกจากสถานะเมื่อได้รับความร้อน เป็นหนึ่งในปัญหาที่สำคัญที่สุดที่แก้ไขได้ไม่สมบูรณ์ในฟิสิกส์สถานะของแข็ง กล่าวคือ เฟสอสัณฐานและเฟสของเหลวเป็นเฟสเดียวกันหรือไม่ ซึ่งสังเกตได้ที่อุณหภูมิต่างกันเท่านั้น หรือมีการเปลี่ยนเฟสจากของเหลวไปเป็นสถานะอสัณฐานและในทางกลับกัน และหากเป็นเช่นนั้น การเปลี่ยนเฟสแบบใดจะเกิดขึ้น มีความคืบหน้าบางประการโดยใช้การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ แต่ยังไม่มีความชัดเจนที่สมบูรณ์

การไหลของพลาสติกในแก้วโลหะเกิดขึ้นในรูปแบบของแถบการเปลี่ยนรูปแรงเฉือนที่มีตำแหน่งสูง ในกรณีที่สภาพทางกลสามารถหลีกเลี่ยงความไม่เสถียรที่รุนแรงของกระบวนการได้ จะมีแถบแรงเฉือนหลายแถบในระหว่างการบีบอัดในแกนเดียว การดัดงอ การกลิ้ง และการดึง รวมถึงการเยื้องเฉพาะที่

การเสียรูปในแต่ละแถบมีขนาดใหญ่มาก เมื่อศึกษาแบบจำลองพื้นผิวจากเทป Pd80Si20 ที่มีการดัดงออย่างแหลมคมโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน Masumoto และ Maddin สังเกตแถบแรงเฉือนที่มีความกว้าง ~ 200 E การใช้กล้องจุลทรรศน์แบบรบกวน ตรวจพบขั้นตอนที่เกี่ยวข้องที่มีความสูงไม่เกิน 2,000 Ω บนพื้นผิว ซึ่งบ่งบอกถึงการเสียรูปของแรงเฉือนในวงดนตรี แถบดังกล่าวปรากฏขึ้นนานก่อนที่จะถูกทำลาย ดังนั้น แรงเฉือนของการทำลายของวัสดุเกิน 200 E ความสามารถในการทนต่อการเสียรูปขนาดใหญ่นั้นสัมพันธ์กับการไม่มีการวางแนวเชิงพื้นที่ที่เข้มงวดของพันธะโครงสร้างหรือกับความจริงที่ว่าเมทริกซ์อสัณฐานนั้น ​​ค่อนข้างปราศจากข้อบกพร่องระดับมหภาค เช่น รูพรุน การรวมตัวของออกไซด์ ผลึกเดี่ยว ฯลฯ ประการแรกอธิบายความเป็นพลาสติกของแก้วโลหะเมื่อเปรียบเทียบกับแก้วอนินทรีย์อื่นๆ เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์ ซึ่งมีพันธะโควาเลนต์ ส่วนที่สองอธิบายถึงการมีอยู่ของพลาสติกแก้วโลหะที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นมากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับความเป็นพลาสติกในระหว่างการดัดแผ่นเหล็ก

การเสียรูปของแรงเฉือนเฉพาะจุดที่รุนแรงในตัวมันเองบ่งชี้ว่าไม่มีการแข็งตัวของความเครียดในแก้วโลหะ การยืนยันเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งนี้ได้จากการทดสอบแรงอัดที่ดำเนินการโดย Pampillo และ Chen บนโลหะผสมอสัณฐาน Pd77.5Cu6Si16.5 แก้วที่มีองค์ประกอบนี้มีรูปร่างไม่แน่นอน ซึ่งทำให้ได้แท่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ (~ 2 มม.) ซึ่งสะดวกสำหรับการทดสอบแรงอัด ตัวอย่างถูกบีบอัดจนเกิดแถบการเปลี่ยนรูป จากนั้นจึงขัดเงาเพื่อขจัดแถบสีบนพื้นผิวแล้วจึงใส่เข้าไปใหม่อีกครั้ง

ปรากฎว่าแถบที่ปรากฏหลังจากการโหลดครั้งแรกปรากฏขึ้นอีกครั้ง แม้ว่าจะไม่มีตัวทำให้เกิดความเครียดที่เกี่ยวข้องกับขั้นบันไดเลื่อนบนพื้นผิวก็ตาม สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นหากมีการแข็งตัวของแถบ รูปร่างของเส้นโค้งความเค้น-ความเครียดบ่งชี้ว่าไม่มีการแข็งตัวของความเครียด: ความเค้นที่จำเป็นสำหรับการไหลของพลาสติกจะคงที่โดยประมาณ

3. สมบัติทางกลของแก้วโลหะ

เนื่องจากไม่มีการแข็งตัวของความเครียด การเสียรูปของแก้วในโหมดแรงตึงแกนเดียวจึงไม่เสถียรทางกลไก และการไหลของพลาสติกจะพัฒนาไปสู่การทำลายล้าง สำหรับสายไฟ ความตึงทำให้เกิดความไม่เสถียรของแรงเฉือนที่รุนแรง ในกรณีของเทป เพื่อหลีกเลี่ยงการฉีกขาด การแสดงความไม่มั่นคงดังกล่าวจะเกิดขึ้นก่อนด้วยการก่อตัวของคอ ในกรณีนี้ คอจะตรวจจับได้ยาก แม้ว่าการวางแนวของแรงเฉือนจะแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีอยู่ และที่อุณหภูมิสูงกว่า คอจะพัฒนามากขึ้นและสังเกตได้ง่าย

สำหรับแถบกระจกโลหะที่มีหน้าตัดคงที่ภายใต้แรงดึง การแตกหักโดยการแพร่กระจายของน้ำตาเป็นเรื่องปกติ ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับแถบบาง ๆ ของวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง การแตกหักมักจะเริ่มต้นที่ด้ามจับเนื่องจากมีความเข้มข้นของความเครียดอยู่ที่นั่น การฉีกขาดแพร่กระจายในลักษณะเดียวกันกับการเคลื่อนที่ของสกรูในระนาบที่ทำมุม ~45° สัมพันธ์กับแกนแรงดึงและแนวปกติกับพื้นผิวของเทป ในบริเวณพลาสติกที่อยู่ติดกับรอยแตกร้าว จะเกิดการเสียรูปของแรงเฉือนเฉพาะจุด และการแตกของแรงเฉือนเกิดขึ้นตามวัสดุที่มีรูปร่างผิดปกติ

ในชิ้นงานทดสอบที่มีความสมมาตรในแนวรัศมี แนวโน้มที่จะเกิดการฉีกขาดจะถูกกำจัด และความล้มเหลวจะเกิดขึ้นพร้อมกับความไม่เสถียรของแรงเฉือน แถบแรงเฉือนที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษจะพัฒนาขึ้นตลอดทั้งภาคตัดขวางของตัวอย่างที่มุม 45° กับแกนแรงดึง ซึ่งเกิดการแตกร้าวของแรงเฉือนตามนั้น

บนพื้นผิวที่แตกหักของกระจก มักจะมีพื้นที่เรียบเล็กๆ สอดคล้องกับแรงเฉือนเริ่มต้น พื้นผิวส่วนที่เหลือถูกทำเครื่องหมายด้วย "รูปแบบคล้ายเส้นเลือด" สังเกตและอธิบายครั้งแรกโดย Leamy การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบสเตอริโอ Leamy และผู้ร่วมงานของเขาพบว่าหลอดเลือดดำปรากฏเป็นส่วนที่ยื่นออกมาบนพื้นเรียบ รอยแตกด้วยแรงเฉือนรูปแผ่นดิสก์จะเกิดนิวเคลียสในวัสดุและแพร่กระจายไปตามแถบแรงเฉือน เมื่อบรรจบกัน วัสดุจะพังทลายโดยสร้างคอภายใน ส่งผลให้ "เส้นเลือด" โค้งมนอย่างราบรื่น การก่อตัวของรอยแตกที่มีรูปร่างเป็นแผ่นเฉือนเกิดขึ้นพร้อมกับการขยายตัว (การขยายตัวหรือการบีบอัด) ของตัวอย่าง สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อยืดเส้นลวดอสัณฐานภายใต้สภาวะของแรงดันอุทกสถิตที่กำหนด รอยแตกจะปรากฏขึ้นเป็นพิเศษที่ขอบด้านนอกของเขตแรงเฉือน ในกรณีนี้ พื้นผิวที่เสียหายจะถูกครอบงำโดยกลุ่มที่มีระยะห่างกันอย่างใกล้ชิด โดยมีเส้นหลอดเลือดดำขนานกันโดยประมาณซึ่งตั้งฉากกับทิศทางของแรงเฉือน รอยแตกส่วนสั้นๆ แพร่กระจายเป็นส่วนประกอบที่เป็นเกลียวของวงความคลาดเคลื่อน โดยเหลือเส้นเลือดดำที่คล้ายคลึงกันของไดโพลความคลาดเคลื่อนของขอบ

การทำลายลวดขั้นสุดท้ายที่ทดสอบความล้าจะเกิดขึ้นพร้อมกันกับการไหลทั่วไปไปตามส่วนที่เหลือของหน้าตัดเสมอ โดยที่รอยแตกเมื่อยล้ายังไม่แพร่กระจายไป การแตกหักของเทปฐานจะเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันหากความเค้นดึงที่ใช้มีค่าประมาณ 99% ของความเค้นการไหล ในกรณีที่ระดับความเครียดลดลง ความล้มเหลวจะเกิดขึ้นที่มุม 45° ในกรณีหลังนี้ สภาวะความเค้นแบบสามแกนจะเกิดขึ้นที่ส่วนกลางของส่วนก่อนที่จะเกิดรอยแตกเมื่อยล้า พื้นผิวที่เกิดความเสียหายร้ายแรงจะถูกวางในมุม 90° กับแกนแรงดึง เมื่อมองด้วยตาเปล่า การทำลายล้างดังกล่าวมีความเปราะบาง ในกรณีนี้ รอยแตกเมื่อยล้าจะแพร่กระจายจากจุดกำเนิดไปยังพื้นที่ที่เป็นครึ่งวงกลม หลังจากนั้นจะเกิดการทำลายล้างอย่างรวดเร็ว พื้นผิวที่แตกหักซึ่งทำมุม 90° กับแกนแรงดึงนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยรูปแบบ "บั้ง" รูปตัว V แบบคลาสสิก โดยมีเส้นที่หันไปทางบริเวณที่เกิดรอยแตกร้าว เมื่อตรวจสอบพื้นผิวแตกหักอย่างใกล้ชิด บั้งจะมีรูปทรงฟันเลื่อยโดยพื้นผิวอยู่ในแนวเฉียงสัมพันธ์กับแกนแรงดึง การศึกษาโดยละเอียดของพื้นผิวเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวเหล่านี้ถูกปกคลุมไปด้วยตาข่ายละเอียดที่มีรูปแบบ "คล้ายเส้นเลือด" ในแนวแกนเท่ากัน สิ่งนี้บ่งชี้ว่าแม้ภายใต้สภาวะที่มองเห็นด้วยตาเปล่าของความเครียดระนาบ ความล้มเหลวเฉพาะที่ยังเกิดขึ้นจากแรงเฉือน

4. ขอบเขตการใช้งาน

ความสนใจในแก้วเมทัลลิคเริ่มต้นจากความเป็นไปได้ของการใช้เทคโนโลยีโดยพิจารณาจากคุณสมบัติที่ผิดปกติของวัสดุเหล่านี้

คุณสมบัติทางกลของแก้วโลหะทำให้สามารถใช้เป็นเกลียวเสริมแรงในวัสดุคอมโพสิตที่ใช้ในการก่อสร้าง การบิน และการกีฬา รวมถึงการเสริมคอนกรีตและวัสดุที่คล้ายกัน เทปที่แข็งแรงสามารถใช้เป็นขดลวดเพื่อเสริมความแข็งแรงของภาชนะรับความดัน หรือเพื่อสร้างมู่เล่ขนาดใหญ่ที่ใช้สำหรับกักเก็บพลังงาน ความแข็งสูงและไร้ขอบเขตของเกรนทำให้ได้คมตัดที่ดีเยี่ยม โดยเฉพาะกับใบมีดโกน สามารถใช้สปริงบางชนิดที่ทำจากแก้วโลหะได้

คุณสมบัติทางแม่เหล็กของกระจกโลหะเปิดโอกาสในการใช้เป็นวัสดุสำหรับแกนของส่วนประกอบอุปนัยของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ในหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งสามารถเปลี่ยนโลหะผสม Fe-Si ทั่วไปด้วยเกรนเชิงตัวเช่นเดียวกับในเครื่องยนต์ที่มีความอ่อน วัสดุแม่เหล็กสำหรับป้องกันแม่เหล็ก เช่น การบันทึกหัวแม่เหล็ก เซ็นเซอร์ ตัวขับตัวกรองเชิงกล และเส้นหน่วงเวลา

เนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้า แก้วโลหะจึงสามารถใช้เป็นเทอร์โมมิเตอร์และเครื่องทำความร้อนที่อุณหภูมิต่ำและตัวต้านทานความแม่นยำที่มีค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิเป็นศูนย์ได้ เทปแก้วโลหะตัวนำยิ่งยวดไม่ไวต่อความเสียหายจากรังสี ดังนั้นจึงอาจเหมาะกว่าสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมฟิวชัน

ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีทำให้มีคุณค่าอย่างมากในด้านเคมี การผ่าตัด และชีวเวชศาสตร์ อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานดังกล่าว โดยทั่วไป แก้วโลหะควรมีรูปร่างอื่นที่ไม่ใช่แบบริบบิ้น

นอกจากนี้ยังมีการใช้งานอื่นๆ ที่เป็นไปได้สำหรับกระจกโลหะ เช่น ฟอยล์บัดกรี แคโทดปล่อยก๊าซ ฟิวส์ และแบตเตอรี่ไฮโดรเจน

บทสรุป

ในตอนแรก แก้วโลหะเป็นเพียงหัวข้อที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น เนื่องจากเป็นสถานะใหม่ที่ผิดปกติของของแข็ง แต่ตอนนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

การเกิดขึ้นของแก้วโลหะ (โลหะผสมที่มีอัตราการเย็นตัววิกฤตต่ำ ซึ่งทำให้ได้แท่งโลหะที่มีน้ำหนักมากถึง 1 กิโลกรัมขึ้นไปในสถานะอสัณฐาน) ทำให้เกิดโอกาสในการใช้เป็นวัสดุโครงสร้าง แว่นตาโลหะก็มีข้อเสียเช่นกัน มีความเหนียวค่อนข้างต่ำและสูญเสียความแข็งแรงเมื่อเพิ่มความเร็วในการโหลด อย่างไรก็ตาม โลหะผสมอสัณฐานยังถือได้ว่าเป็นแก้วที่มีความเหนียว โดยสามารถเจาะและตัดเป็นแถบโดยใช้แม่พิมพ์ เป็นลวด สามารถทอและงอได้ สามารถใช้ในการผลิตตาข่ายทอที่สามารถทดแทนการเสริมแรงในแผ่นพื้นคอนกรีตเสริมเหล็ก เชือก เส้นใยคอมโพสิตที่ทนทาน และผลิตภัณฑ์หลากหลายชนิดได้สำเร็จ ซึ่งจะช่วยประหยัดโลหะได้จำนวนมาก

บรรณานุกรม

1. กิลแมน ดี.ดี., เลมี เอช.ดี. แว่นตาโลหะ. อ.: โลหะวิทยา. 2527. 264 น.

2. Bobrov O.L., Laptev S.N. , โคนิค วี.เอ. การผ่อนคลายความเครียดในแก้วโลหะจำนวนมาก Zr52.5Ti5CU17.9Ni14.6 AII0 // ฟิสิกส์ 2547 ต. 46. ฉบับที่. 6. หน้า 457 - 460.

3. Kozhushka A.A., Sinani A.B. อัตราการโหลดและความเปราะบางของของแข็ง //เอฟทีที. พ.ศ. 2548 ต. 47. ฉบับที่. 5. หน้า 812 - 815.

4. Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., Petrzhik E.A. ผลของแมกนีพลาสติก: คุณสมบัติพื้นฐานและกลไกทางกายภาพ // ผลึกศาสตร์ 2546 ต. 48. ฉบับที่. 2. หน้า 826-854.

5. Morgunov R.B., Baskakov A.A., Trofimov I.N., Yakunin D.V. บทบาทของกระบวนการกระตุ้นความร้อนในการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อนที่ไวต่อสนามแม่เหล็กของจุดบกพร่องใน NaCl: Eu ผลึกเดี่ยว // FTT พ.ศ. 2546 ต. 45. ฉบับที่. 2. หน้า 257-258.

โพสต์บน Allbest.ru

...

เอกสารที่คล้ายกัน

การจำแนกประเภท การทำเครื่องหมาย องค์ประกอบ โครงสร้าง สมบัติและการประยุกต์อะลูมิเนียม ทองแดง และโลหะผสม แผนผังสถานะของวัสดุโครงสร้าง สมบัติทางกายภาพและทางกลและการใช้พลาสติก การเปรียบเทียบโลหะและวัสดุโพลีเมอร์

บทช่วยสอน เพิ่มเมื่อ 11/13/2013


ข้อดีและข้อเสียของโครงสร้างโลหะ การจำแนกประเภทของภาระและผลกระทบ พื้นที่ใช้งานและการตั้งชื่อโครงสร้างโลหะ สมบัติทางกายภาพและทางกลของเหล็ก การคำนวณโครงสร้างโลหะของอาคารโยธาและอุตสาหกรรม

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 23/02/2558


ภาพรวมโดยย่อและคุณลักษณะของวัสดุที่เป็นของแข็ง กลุ่มวัสดุแข็งที่เป็นโลหะและอโลหะ สาระสำคัญ การสร้างโครงสร้าง และสมบัติทางกลของโลหะผสมแข็ง การผลิตและการใช้โลหะผสมแข็งที่ไม่เคลือบผิวและเคลือบ

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 19/07/2010


ศึกษาวิธีการสร้างแผนภาพเฟสของโลหะผสม ศึกษากระบวนการทางกายภาพและการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างการตกผลึกของโลหะผสม ประเภทของการบำบัดความร้อน การวิเคราะห์ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความสามารถในการละลายของส่วนประกอบทางเคมี

ทดสอบเพิ่มเมื่อ 11/21/2013


การปรับปรุงคุณสมบัติด้านการปฏิบัติงานและเทคโนโลยีของวัสดุโลหะด้วยโลหะผสม เฟสของโลหะผสม แผนภาพสมดุลเฟส สถานะของโลหะผสมที่สามารถละลายส่วนประกอบในสถานะของแข็งได้ไม่จำกัด

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 31/07/2552


แนวคิดเรื่องโลหะผสม ประเภทของโลหะผสมคู่ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างส่วนประกอบโลหะผสมภายใต้สภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ แผนภาพสถานะของโลหะผสมไบนารี่ ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสม

ทดสอบเพิ่มเมื่อ 12/08/2013


เหล็กกล้าทนการกัดกร่อนที่มีออสเทนนิติกและไนโตรเจน: วิธีการผลิต เทคโนโลยีการผลิต การถลุง การบำบัดด้วยความร้อนเชิงกล คุณสมบัติพื้นฐาน วิธีการรีเมลอิเล็กโทรดโลหะด้วยไฟฟ้าในเครื่องตกผลึกแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ

วิทยานิพนธ์เพิ่มเมื่อวันที่ 19/06/2554


แก้วประเภทหลักที่ใช้ในเครื่องจักรการผลิตหลอดแก้ว การผสมผสานระหว่างวัสดุเซรามิกกับกระจกประเภทต่างๆ ที่เป็นไปได้ การรักษาพื้นผิวกระจก การเจาะและตัดของมัน กระจกแกะสลักและควอตซ์หลอมละลาย

บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 28/09/2552


วัสดุในการผลิตมวลแก้วเทียม เทคโนโลยีการหลอมแก้ว คุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล ความร้อน และทางไฟฟ้า การซึมผ่านของก๊าซและการกำจัดก๊าซของแก้ว ทนต่อสารเคมี. วัสดุเบื้องต้นสำหรับงานเป่าแก้ว

งานหลักสูตรเพิ่มเมื่อ 07/11/2552


การผลิตโฟมโลหะจากการหลอมโลหะ คุณสมบัติของโฟมอะลูมิเนียมและโฟมนิกเกิล การใช้โฟมโลหะในวิศวกรรมเครื่องกล เทคโนโลยีอวกาศ การก่อสร้าง และการแพทย์ การใช้งานคือการลดความเข้มข้นของไอออนที่ไม่ต้องการ

เป็นวัสดุประเภทนี้อย่างแน่นอนซึ่งพลังงานของการก่อตัวของแถบเฉือนจะน้อยกว่าพลังงานที่จำเป็นสำหรับการแปลงเป็นรอยแตกที่ผู้เขียนพยายามสร้าง หลังจากลองหลายทางเลือกแล้ว พวกเขาก็ตกลงบนโลหะผสมของแพลเลเดียม ฟอสฟอรัส ซิลิคอน และเจอร์เมเนียม ซึ่งทำให้ได้แท่งแก้วที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 มม. เมื่อเติมเงิน เส้นผ่านศูนย์กลางก็เพิ่มขึ้นเป็น 6 มม. เราทราบว่าขนาดของตัวอย่างนั้นถูกจำกัดด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าการหลอมละลายครั้งแรกนั้นจำเป็นต้องทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วมาก

“ด้วยการผสมองค์ประกอบทั้งห้า เรามั่นใจว่าวัสดุเมื่อเย็นลงแล้ว “ไม่รู้” ว่าจะใช้โครงสร้างผลึกใด และเลือกองค์ประกอบที่ไม่มีรูปร่าง” Robert Ritchie หนึ่งในผู้เข้าร่วมการศึกษาอธิบาย การทดลองแสดงให้เห็นว่ากระจกโลหะดังกล่าวผสมผสานความแข็งโดยธรรมชาติของกระจกเข้ากับคุณสมบัติต้านทานการแตกร้าวของโลหะได้จริง

ไม่ใช่เรื่องยากที่จะคาดการณ์ว่าในทางปฏิบัติ วัสดุใหม่ที่มีแพลเลเดียมราคาแพงมากจะไม่ค่อยได้ถูกนำมาใช้ - บางทีอาจจะสำหรับการผลิตทันตกรรมหรือการปลูกถ่ายทางการแพทย์อื่นๆ

“น่าเสียดาย เรายังไม่ได้ระบุว่าทำไมโลหะผสมของเราจึงมีลักษณะที่น่าสนใจเช่นนี้” Marios Demetriou ผู้เข้าร่วมอีกคนหนึ่งในงานนี้กล่าว “หากเราประสบความสำเร็จ เราสามารถลองสร้างแก้วที่มีราคาถูกลงโดยใช้ทองแดง เหล็ก หรืออะลูมิเนียม”

แก้วโลหะหรือโลหะอสัณฐานเป็นโลหะผสมทางเทคโนโลยีใหม่ที่มีโครงสร้างไม่เป็นผลึก แต่ค่อนข้างไม่มีการจัดระเบียบ เป็นอะตอมที่มีการจัดเรียงที่ค่อนข้างสุ่ม ในแง่นี้ แก้วโลหะจึงคล้ายกับแก้วออกไซด์ เช่น แก้วโซดาไลม์ที่ใช้สำหรับหน้าต่างและขวด

จากมุมมองหนึ่ง โครงสร้างอสัณฐานของแก้วโลหะจะกำหนดคุณสมบัติที่สำคัญสองประการ ประการแรก เช่นเดียวกับแก้วประเภทอื่นๆ พวกมันจะผ่านการเปลี่ยนสถานะแก้วเป็นสถานะของเหลวเย็นยิ่งยวดเมื่อถูกความร้อน ในสถานะนี้ ความสามารถในการไหลของกระจกสามารถปรับได้หลายวิธี ดังนั้นจึงสร้างรูปทรงที่เป็นไปได้จำนวนมากที่สามารถกำหนดให้กับกระจกได้ ตัวอย่างเช่น Liquidmetal Technologies ได้สร้างไม้กอล์ฟขนาดสั้น

ประการที่สอง โครงสร้างอะตอมอสัณฐานหมายความว่าแก้วโลหะไม่มีข้อบกพร่องของโครงตาข่ายคริสตัล ซึ่งเรียกว่าการเคลื่อนที่ ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติด้านความแข็งแรงหลายประการของโลหะผสมทั่วไปส่วนใหญ่ ผลที่ตามมาที่ชัดเจนที่สุดคือกระจกโลหะมีความแข็งกว่ากระจกแบบผลึก นอกจากนี้ แก้วโลหะยังมีความแข็งน้อยกว่าโลหะผสมที่เป็นผลึก การผสมผสานระหว่างความแข็งสูงและความแข็งแกร่งต่ำทำให้แว่นตาโลหะมีความยืดหยุ่นสูง - ความสามารถในการสะสมพลังงานการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นและปล่อยออกมา

ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งของโครงสร้างอสัณฐานก็คือ แก้วโลหะจะอ่อนตัวลงเนื่องจากการเสียรูป ไม่เหมือนกับโลหะผสมที่เป็นผลึก “การสลายตัวของความเครียด” ทำให้เกิดความเครียดในแถบสลิปที่แคบมาก โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน

แก้วโลหะหรือโลหะโปร่งใส?

สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการผลิตวัสดุโครงสร้างที่มีแนวโน้มเป็นอย่างยิ่ง - แก้วโลหะจำนวนมาก เป็นโลหะผสมของโลหะหลายชนิดที่ไม่มีโครงสร้างเป็นผลึก ในที่นี้มีความคล้ายคลึงกับกระจกธรรมดา - จึงเป็นที่มาของชื่อ แก้วโลหะเกิดขึ้นเมื่อโลหะหลอมเย็นลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากไม่มีเวลาตกผลึกและคงโครงสร้างอสัณฐานเอาไว้ ประการแรก ด้วยวิธีนี้ พวกเขาจึงเรียนรู้ที่จะผลิตแผ่นกระจกโลหะบางๆ ซึ่งทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วได้ง่ายขึ้น แก้วโลหะเชิงปริมาตรนั้นผลิตได้ยากกว่ามาก

แก้วโลหะมีข้อดีหลายประการ ตะแกรงคริสตัลของโลหะและโลหะผสมธรรมดามักจะมีข้อบกพร่องทางโครงสร้างบางอย่างซึ่งทำให้คุณภาพเชิงกลลดลง แก้วโลหะไม่มีและไม่สามารถมีข้อบกพร่องดังกล่าวได้ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้แก้วมีความแข็งเป็นพิเศษ แก้วโลหะบางชนิดยังทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าสแตนเลสอีกด้วย ดังนั้นผู้เชี่ยวชาญจึงเชื่อว่าวัสดุเหล่านี้มีอนาคตที่สดใส

จนถึงขณะนี้ แก้วโลหะเทกองมีข้อเสียเปรียบหลักประการหนึ่ง นั่นคือ มีความเหนียวต่ำ ทนทานต่อการโค้งงอและแรงอัดได้ดี แต่จะแตกหักเมื่อยืดออก ปัจจุบัน Douglas Hoffman และเพื่อนร่วมงานของเขาได้คิดค้นเทคโนโลยีสำหรับการผลิตแก้วโลหะจำนวนมากโดยใช้โลหะผสมของไทเทเนียม เซอร์โคเนียม ไนโอเบียม ทองแดง และเบริลเลียม ซึ่งนำไปสู่การกำเนิดของวัสดุที่ไม่ด้อยกว่าในด้านความแข็งแกร่งของไทเทเนียมและโลหะผสมเหล็กที่ดีที่สุด

นักพัฒนาเชื่อว่าพวกเขาจะพบการใช้งานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศก่อน จากนั้นจึงจะพบการใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ เมื่อต้นทุนลดลง

แก้วโลหะ: วิธีเอาชนะความเปราะบาง

ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด โครงสร้างขั้นบันไดของแถบแรงเฉือนจะมองเห็นได้ชัดเจน

แถบเฉือนที่คล้ายกันเกิดขึ้นตามขอบของรอยแตกร้าว ซึ่งนำไปสู่การทำลายปลายรอยแตกและป้องกันไม่ให้มีการเติบโตต่อไป

เนื่องจากโครงสร้างอสัณฐาน แก้วโลหะจึงมีความแข็งแรงพอๆ กับเหล็กและพลาสติกพอๆ กับวัสดุโพลีเมอร์ สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้และมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง วัสดุดังกล่าวสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตการปลูกถ่ายทางการแพทย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ หากไม่ใช่เพื่อคุณสมบัติที่ไม่พึงประสงค์ประการหนึ่ง: ความเปราะบาง แก้วโลหะมีแนวโน้มที่จะเปราะและมีความทนทานต่อความเมื่อยล้าไม่สม่ำเสมอ ซึ่งทำให้ความน่าเชื่อถือเป็นที่น่าสงสัย การใช้โลหะอสัณฐานหลายส่วนประกอบช่วยแก้ปัญหานี้ได้ แต่สำหรับแก้วโลหะเสาหินก็ยังคงมีความเกี่ยวข้องอยู่

เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาใหม่ ดำเนินการร่วมกันโดยนักวิทยาศาสตร์จาก Berkeley Lab และสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย พบว่ามีวิธีที่จะเพิ่มความเมื่อยล้าของแว่นตาโลหะเทกอง แก้วโลหะเทกองที่ทำจากแพลเลเดียมเมื่อต้องรับภาระจากความเมื่อยล้า มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับแว่นตาโลหะคอมโพสิตที่ดีที่สุด ความแข็งแรงเมื่อยล้าเทียบได้กับความแข็งแรงของโลหะโครงสร้างโพลีคริสตัลไลน์และโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไป เช่น เหล็ก อลูมิเนียม และไทเทเนียม

ภายใต้ภาระแรงเฉือนจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของแก้วโลหะแพลเลเดียม พื้นที่ที่มีการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญในท้องถิ่นจะมีรูปร่างเป็นขั้นบันได ในเวลาเดียวกัน แถบเฉือนเดียวกันจะปรากฏขึ้นตามขอบของรอยแตกร้าวเพื่อแยกขั้นตอน ซึ่งจะทำให้ปลายของรอยแตกร้าวและป้องกันการแพร่กระจายต่อไป

แพลเลเดียมมีลักษณะเฉพาะด้วยอัตราส่วนมวลรวมและโมดูลัสแรงเฉือนสูง ซึ่งปกปิดความเปราะบางโดยธรรมชาติของวัสดุที่เป็นแก้ว เนื่องจากการก่อตัวของแถบเฉือนหลายระดับที่ป้องกันการเติบโตของรอยแตกเพิ่มเติม กลับกลายเป็นที่นิยมอย่างแข็งขันมากกว่าการก่อตัวของรอยแตกขนาดใหญ่ที่นำไปสู่การทำลายตัวอย่างอย่างรวดเร็ว เมื่อรวมกับขีดจำกัดความทนทานสูงของวัสดุ กลไกเหล่านี้ยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงเมื่อยล้าของแก้วโลหะเทกองที่มีแพลเลเดียมอย่างมีนัยสำคัญ

โลหะหรือโลหะผสมที่ไม่ใช่ผลึก มักผลิตโดยการทำให้โลหะผสมหลอมเหลวยิ่งเย็นลงโดยการสะสมของไอหรือของเหลว หรือโดยวิธีภายนอก

ที่มา: www.nanonewsnet.ru, tran.su, www.razgovorium.ru, www.popmech.ru, enc-dic.com

การต่อสู้ของเนวา 1240 - การต่อสู้ของเนวา 1240 การต่อสู้ของกองทหารรัสเซียและสวีเดนที่ริมฝั่งแม่น้ำ เนวา 15 กรกฎาคม 1240 จุดประสงค์...

ชาริบดิส

ในตำนานเทพเจ้ากรีกโบราณ Scylla และ Charybdis เป็นสัตว์ทะเล ตามโอดิสซีย์ของโฮเมอร์ ซิลลาและชาริบดิส...

สาเหตุของการระบาดของสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง

มีเหตุการณ์ต่างๆ มากมายในประวัติศาสตร์โลกที่เปลี่ยนแปลงแก่นแท้ของประวัติศาสตร์ ในทุกยุคสมัยทางประวัติศาสตร์มี...

การก่อตัวและการแพร่กระจายของแถบเฉือนบนพื้นผิวของตัวอย่างแก้วโลหะ (Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2)

ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด โครงสร้างขั้นบันไดของแถบแรงเฉือนจะมองเห็นได้ชัดเจน

แถบเฉือนที่คล้ายกันเกิดขึ้นตามขอบของรอยแตกร้าว ซึ่งนำไปสู่การทำลายปลายรอยแตกและป้องกันไม่ให้มีการเติบโตต่อไป

เนื่องจากโครงสร้างอสัณฐาน แก้วโลหะจึงมีความแข็งแรงพอๆ กับเหล็กและพลาสติกพอๆ กับวัสดุโพลีเมอร์ สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้และมีความต้านทานการกัดกร่อนสูง วัสดุดังกล่าวสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตการปลูกถ่ายทางการแพทย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ หากไม่ใช่เพื่อคุณสมบัติที่ไม่พึงประสงค์ประการหนึ่ง: ความเปราะบาง แก้วโลหะมีแนวโน้มที่จะเปราะและมีความทนทานต่อความเมื่อยล้าไม่สม่ำเสมอ ซึ่งทำให้ความน่าเชื่อถือเป็นที่น่าสงสัย การใช้โลหะอสัณฐานหลายองค์ประกอบ (คอมโพสิต) ช่วยแก้ปัญหานี้ได้ แต่สำหรับแก้วโลหะเสาหินก็ยังคงมีความเกี่ยวข้องอยู่

การศึกษาใหม่ที่จัดทำร่วมกันโดยนักวิทยาศาสตร์จาก Berkeley Lab และสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย ได้ค้นพบวิธีปรับปรุงความแข็งแรงเมื่อยล้าของแว่นตาโลหะเทกอง แก้วโลหะเทกองที่ทำจากแพลเลเดียมเมื่อต้องรับภาระจากความเมื่อยล้า มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับแว่นตาโลหะคอมโพสิตที่ดีที่สุด ความแข็งแรงเมื่อยล้าเทียบได้กับความแข็งแรงของโลหะโครงสร้างโพลีคริสตัลไลน์และโลหะผสมที่ใช้กันทั่วไป เช่น เหล็ก อลูมิเนียม และไทเทเนียม

ภายใต้ภาระ แถบเฉือนจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของแก้วโลหะแพลเลเดียม ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญซึ่งเกิดขึ้นเป็นรูปทรงขั้นบันได ในเวลาเดียวกัน แถบเฉือนเดียวกันนี้จะปรากฏขึ้นตามขอบของรอยแตกร้าวเพื่อแยก “ขั้นบันได” ซึ่งจะทำให้ปลายของรอยแตกร้าวและป้องกันไม่ให้มีการขยายพันธุ์เพิ่มเติม

แพลเลเดียมมีลักษณะเฉพาะด้วยอัตราส่วนมวลรวมและโมดูลัสแรงเฉือนที่สูง ซึ่งปิดบังความเปราะบางโดยธรรมชาติของวัสดุที่เป็นแก้ว เนื่องจากการก่อตัวของแถบแรงเฉือน "หลายระดับ" ที่ป้องกันการเติบโตของรอยแตกร้าวเพิ่มเติม กลายเป็นที่นิยมอย่างมีพลังมากกว่าการก่อตัวของขนาดใหญ่ รอยแตกที่นำไปสู่การทำลายตัวอย่างอย่างรวดเร็ว สูงด้วยกัน