Аморфные и микрокристаллические сплавы

Аморфные сплавы являются принципиально новым клас­сом металлических материалов, обладающих уникаль­ным комплексом эксплуатационных свойств (прочност­ных, электрических, магнитных, антикоррозионных), значительно превышающих эти показатели у сплавов тех же составов, но находящихся в кристаллическом состоянии.

Методы получения аморфных материалов были рас­смотрены ранее. Наиболее технологичным из них являет­ся метод непрерывного литья на вращающийся барабан. Этим методом получают в основном ленту толщиной 20…30 мкм и шириной 10…20 мм, а в отдельных слу­чаях и толщиной 40…70 мкм и шириной до 50 мм. Име­ются сведения о том, что в Японии освоено получение ленты шириной до 200 мм.

Получено большое число аморфных сплавов на ос­нове железа, никеля, титана, меди и других металлов, как правило, с аморфизующими добавками (P, Si, B, C). Составы и механические свойства некоторых аморф­ных сплавов представлены в табл. 21.

Таблица 21

Механические свойства аморфных сплавов

Аморфные сплавы обладают исключительной корро­зионной стойкостью, особенно к таким видам коррозии, как питтинговая и щелевая, поскольку в них отсутству­ют границы зерен. Так, скорость коррозии кристалличе­ских коррозионностойких сталей Х18Н8 и Х17Н14М3 в 10%-ном хлорном железе при 600 °С соответственно со­ставляет 120 и 27,5 мм/год. Скорость коррозии аморфных сплавов даже с меньшим содержанием хрома и не со­держащих никель и молибден (сплавы Fe₇₂Cr₈P₁₃C₇ и Fe₇₀Cr₁₀P₁₃C₇) практически равно нулю.

Электросопротивление аморфных сплавов в несколь­ко раз выше, чем кристаллических, они отличаются низ­кой магнитострикцией и высокой магнитной проницае­мостью. Магнитные свойства аморфного сплава Fe₆Co₇₂P₁₆B₆Al₃ значительно выше, чем у высоконикелевых пермаллоев (Fе + 78,5 % Ni и Fе + 79 % Ni + 5 % Мо).

В промышленности аморфные сплавы получили при­менение для изготовления магнитных головок записи, высокочастотных преобразователей, термодатчиков, маг­нитных фильтров, в качестве коррозионностойких дета­лей, для упрочнения режущих инструментов. Предпола­гается, что в ближайшее время их будут применять в качестве пружинных материалов, а также в качестве металлокорда в автомобильной промышленности и дру­гих отраслях техники.

Помимо выпуска аморфных сплавов в виде ленты, их выпускают также и в виде аморфных порошков, из которых взрывным прессованием получают детали за­данной формы.

В последние годы начинает разрабатываться техно­логия получения аморфных поверхностных покрытий на массивных кристаллических изделиях. Достигается это лазерной обработкой либо ионной имплантацией, т. е. облучением поверхности изделий высокоэнергетическими источниками.

Аморфные сплавы недостаточно термостабильны. При нагреве до температур 450…500 °С (в редких спла­вах до 600…700 °С) они начинают кристаллизоваться и свойства их начинают снижаться.

Другая группа металлических сплавов, близких по способу получения (закалкой из жидкого состояния) получила название микрокристаллических, или иногда их называют рентгенаморфными, так как картины рент­геновской дифракции для этих сплавов очень сходны с аморфными. Размер зерна в микрокристаллических сплавах составляет всего 10…30 нм. Как правило, полу­чение таких сплавов вызвано необходимостью повыше­ния пластичности.

Типичным представителем микрокристаллических сплавов является магнитно-мягкий сплав сендаст (Fе + 9,6 % Si + 5,4 % Аl), который обладает очень высоки­ми магнитными свойствами, но необычайно хрупок. Пе­ревод сплава в микрокристаллическое состояние позволяет получить при 750 °С полностью вязкое разрушение (d = 97 %), если его деформацию проводить со ско­ростью не превышающей 3×10 ^-5 1/с.

Кроме того, для микрокристаллических сплавов ха­рактерно то, что в процессе закалки из жидкого состоя­ния можно существенно повысить содержание отдель­ных элементов в твердом растворе и менять свойства за счет изменения фазового состава.

Считают, что получение сплавов в микрокристалли­ческом состоянии имеет большие перспективы для улуч­шения свойств инструментальных сталей и жаропроч­ных сплавов, используемых для лопаток газовых тур­бин.