Жидкий металл
Amorphous metal alloy brand associated with Caltech
USB-флешка в корпусе Liquidmetal.

Liquidmetal и Vitreloy — коммерческие названия серии аморфных металлических сплавов, разработанных исследовательской группой Калифорнийского технологического института (Caltech) и продаваемых компанией Liquidmetal Technologies . Сплавы Liquidmetal сочетают в себе ряд желаемых свойств материала, включая высокую прочность на разрыв , отличную коррозионную стойкость , очень высокий коэффициент восстановления и отличные противоизносные характеристики, а также их можно подвергать термической формовке в процессах, аналогичных термопластам . Несмотря на название, они не являются жидкими при комнатной температуре. [1]

Liquidmetal был представлен для коммерческого применения в 2003 году. [2] Он используется, среди прочего, для клюшек для гольфа , часов и чехлов для мобильных телефонов .

Сплав был результатом исследовательской программы по аморфным металлам, проведенной в Калифорнийском технологическом институте. Это был первый из серии экспериментальных сплавов, которые могли достигать аморфной структуры при относительно медленных скоростях охлаждения. [ требуется ссылка ] Аморфные металлы изготавливались и раньше, но только небольшими партиями, поскольку скорости охлаждения должны были составлять миллионы градусов в секунду. Например, аморфную проволоку можно было изготавливать путем закалки струи расплавленного металла на вращающемся диске. Поскольку Vitreloy допускал такие медленные скорости охлаждения, стало возможным производство партий большего размера. Совсем недавно в портфолио Liquidmetal было добавлено несколько дополнительных сплавов. Эти сплавы также сохраняют свою аморфную структуру после многократного повторного нагрева, что позволяет использовать их в самых разных традиционных процессах обработки.

Характеристики

Liquidmetal, созданный доктором Атаканом Пекером, содержит атомы существенно разных размеров. Они образуют плотную смесь с малым свободным объемом. В отличие от кристаллических металлов, не существует очевидной точки плавления, при которой вязкость резко падает. Vitreloy ведет себя больше как другие стекла , в том смысле, что его вязкость постепенно падает с повышением температуры. При высокой температуре он ведет себя пластично, что позволяет относительно легко контролировать механические свойства во время литья. Вязкость не позволяет атомам двигаться достаточно для формирования упорядоченной решетки, поэтому материал сохраняет свои аморфные свойства даже после термической формовки.

Сплавы имеют относительно низкие температуры размягчения, что позволяет отливать сложные формы без необходимости отделки. Свойства материала сразу после отливки намного лучше, чем у обычных металлов; обычно литые металлы имеют худшие свойства, чем кованые или деформированные. Сплавы также пластичны при низких температурах (400 °C или 752 °F для самой ранней формулы) и могут быть отформованы . Низкий свободный объем также приводит к низкой усадке при охлаждении. По всем этим причинам Liquidmetal можно формовать в сложные формы, используя процессы, аналогичные термопластам, [3] , что делает Liquidmetal потенциальной заменой для многих применений, где обычно используются пластмассы.

Благодаря своей некристаллической ( аморфной ) структуре Liquidmetals тверже, чем сплавы титана или алюминия аналогичного состава. Сплавы Liquidmetal на основе циркония и титана достигли предела текучести более 1723 МПа, что почти вдвое превышает прочность обычных кристаллических титановых сплавов ( Ti
6Эл
4V составляет ~830 МПа), и о прочности высокопрочных сталей и некоторых высокотехнологичных объемных композитных материалов (см. предел прочности на разрыв для списка распространенных материалов). Однако ранние методы литья ввели микроскопические дефекты, которые были отличными местами для распространения трещин, что привело к тому, что Vitreloy стал хрупким, как стекло. Несмотря на прочность, эти ранние партии легко разбивались при ударе. Новые методы литья, корректировки смесей сплавов и другие изменения улучшили это. [ необходима цитата ]

Отсутствие границ зерен способствует высокому пределу текучести (и, следовательно, упругости). В ходе демонстрации металлическая сфера, упавшая на аморфную сталь, отскакивала значительно дольше, чем та же металлическая сфера, упавшая на кристаллическую сталь. [4]

Отсутствие границ зерен в металлическом стекле устраняет коррозию границ зерен — распространенную проблему в высокопрочных сплавах, полученных методом дисперсионного твердения и сенсибилизированных нержавеющих сталях. Поэтому сплавы Liquidmetal, как правило, более устойчивы к коррозии, как из-за механической структуры, так и из-за элементов, используемых в сплаве. Сочетание механической твердости, высокой эластичности и коррозионной стойкости делает Liquidmetal износостойким.

Хотя при высоких температурах пластическая деформация происходит легко, при комнатной температуре она почти не происходит до наступления катастрофического отказа . Это ограничивает применимость материала в приложениях, где надежность критически важна, поскольку надвигающийся отказ не очевиден. Материал также подвержен усталости металла с ростом трещин. Двухфазная композитная структура с аморфной матрицей и пластичным дендритным армированием кристаллической фазы или композит с металлической матрицей, армированный волокнами другого материала, может уменьшить или устранить этот недостаток. [5]

Использует

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

Одним из первых коммерческих применений Liquidmetal было производство клюшек для гольфа, где высокоэластичный металл использовался в частях лицевой поверхности клюшки. [6] Они были высоко оценены пользователями, но продукт был позже снят с производства, отчасти потому, что прототипы разбивались после менее чем 40 ударов. [7] С тех пор Liquidmetal появился в другом спортивном оборудовании, включая сердечники мячей для гольфа , лыж , бейсбольных и софтбольных бит , а также теннисных ракеток . [8]

Способность литья и формования в сочетании с высокой износостойкостью также привела к тому, что Liquidmetal стал использоваться в качестве замены пластика в некоторых приложениях. [9] Он использовался на корпусе последней модели USB-флеш-накопителей SanDisk "Cruzer Titanium" , а также на линейке MP3-плееров Sansa на основе флэш-памяти , а также на корпусах некоторых мобильных телефонов , таких как люксовые продукты Vertu и другая закаленная бытовая электроника. [ требуется ссылка ] Liquidmetal использовался в стоматологическом лазере Biolase Ilase [10] и сканере штрих-кодов Socketmobile Ring. Liquidmetal также, в частности, использовался для изготовления инструмента для извлечения SIM-карт некоторых iPhone 3G, производимых Apple Inc. , поставляемых в США. Это было сделано Apple в качестве упражнения для проверки целесообразности использования металла. [11] Они сохраняют поверхность без царапин дольше, чем конкурирующие материалы, при этом все еще изготавливаются в сложных формах. Те же качества позволяют использовать его в качестве защитных покрытий для промышленного оборудования, включая нефтяные бурильные трубы и котельные трубы электростанций . [ необходима ссылка ]

Он также заменяет титан в различных областях применения, от медицинских инструментов и автомобилей до военной и аэрокосмической промышленности. В военных применениях аморфные металлы могут заменить обедненный уран в кинетических энергетических пенетраторах . [12] Пластины Liquidmetal использовались в массиве коллектора ионов солнечного ветра в космическом зонде Genesis . [ требуется ссылка ]

Коммерческие сплавы

Под этим торговым названием продается ряд сплавов на основе циркония . Ниже приведены некоторые примеры составов в молярных процентах:

Лицензированное использование

  • Apple Inc. приобрела бессрочную исключительную лицензию на использование технологий, разработанных после 2010 года в потребительской электронике. [15]
  • Swatch Group получила эксклюзивную лицензию на использование в своих часах сплавов Liquidmetal, разработанных после 2010 года. [16]

Ссылки

  1. ^ "Liquidmetal Coatings Material". liquidmetal.com . Архивировано из оригинала 31 января 2009 г.
  2. ^ Херрман, Джон (17 августа 2010 г.). «Giz объясняет: что такое Liquidmetal?». Gizmodo . Получено 31 августа 2024 г.
  3. ^ "Жидкий металл ведет себя как пластик". Manufacturing Engineering . Март 2003. Архивировано из оригинала 2005-12-06.
  4. ^ Официальная демонстрация прыгуна мяча Liquidmetal на YouTube
  5. ^ Телфорд, Марк (март 2004 г.). «Дело в пользу объемного металлического стекла». Materials Today . 7 (3): 36–43 . doi : 10.1016/S1369-7021(04)00124-5 .
  6. ↑ Горант, Джим (июль 1998). "Liquid Golf". Popular Mechanics . Архивировано из оригинала 12 декабря 2006 года.
  7. ^ Кэтрин Зандонелла (2005-04-02). «Металлическое стекло: капля твердого вещества». New Scientist № 2493. Архивировано из оригинала 22 октября 2012 г. Получено 10 июня 2013 г.
  8. ^ "Последнее портфолио Liquidmetal получает солидные отзывы - PGATOUR.COM". Архивировано из оригинала 2003-10-01.
  9. ^ "Когда дело доходит до выработки электронов, металлическое стекло превосходит пластик". ScienceDaily . Получено 2024-08-31 .
  10. ^ «Биолазный стоматологический лазер ILASE®» . Биолаза . 20 ноября 2018 г.
  11. ^ "Liquidmetal создал инструмент для извлечения SIM-карт для iPhone и iPad от Apple". Appleinsider.com. 2010-08-17 . Получено 2013-06-10 .
  12. ^ "Оборонные и тактические приложения". Liquidmetal Technologies. Архивировано из оригинала 23 марта 2013 г. Получено 2012-05-24 .
  13. ^ Деметриу, Мариос Д.; Джонсон, Уильям Л. (12 июля 2004 г.). «Характеристики сдвигового течения и кинетика кристаллизации при стационарном неизотермическом течении Витрелоя-1». Acta Materialia . 52 (12): 3403– 3412. Bibcode :2004AcMat..52.3403D. doi :10.1016/j.actamat.2004.03.034.
  14. ^ Morrison, ML; RA Buchanan; PK Law; BA Green; GY Wang; CT Liu; JA Horton (15 октября 2007 г.). «Усталостное поведение объемного металлического стекла Vitreloy 105 на основе Zr при четырехточечном изгибе». Materials Science and Engineering: A. 467 ( 1– 2 ): 190– 197. doi :10.1016/j.msea.2007.05.066.
  15. ^ "Apple возобновляет эксклюзивные права на сплавы Liquidmetal Technologies". MacRumors . Архивировано из оригинала 12 июля 2016 г. Получено 18 февраля 2017 г.
  16. ^ "Swatch Group подписывает эксклюзивное лицензионное соглашение с Liquidmetal Technologies". Пресс-релиз . The Swatch Group. 10 марта 2011 г. Получено 10 июня 2013 г. Liquidmetal Technologies Inc. (OTCBB: LQMT) и The Swatch Group Ltd (SIX: Uhr / Uhr N) сегодня объявили о подписании эксклюзивного лицензионного соглашения, позволяющего швейцарскому производителю использовать технологию сплава Liquidmetal по всему миру. В Swatch Group технология Liquidmetal впервые была использована в 2009 году для часов Omega Seamaster Planet Ocean и в 2010 году для часов Breguet «Reveil Musical». Настоящий контракт позволит Swatch Group использовать эту технологию эксклюзивно во всей своей линейке часов.
  • Официальный сайт
  • Обзор аморфных металлов
  • NASA Spinoff 2004: аморфный сплав превосходит сталь и титан
  • Еще одна статья NASA о LiquidMetal
  • Статья Калтеха на Wayback Machine (архив 10 декабря 2007 г.)
  • Демонстрация видео в реальном времени, демонстрирующая упругие свойства Liquidmetal
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Liquidmetal&oldid=1267096563"