Аморфные сплавы (металлические стекла)

Металлы и сплавы в аморфном состоянии, т. е. металлические стекла, впервые были получены в 1959-1960 гг. Свойства металли­ческих сплавов в аморфном и кристаллическом состояниях имеют существенные отличия. Металлические стекла обладают сочетани­ем высоких механических, магнитных, антикоррозионных свойств.

Аморфная структура образуется при сверхвысоких скоростях ох­лаждения — 10⁶ К/с и выше (скорость охлаждения при получении отливок традиционными методами около 1К/с). Существует ряд методов достижения таких скоростей.

1. Высокоскоростное ионно-плазменное и термическое распы­ление материала с последующей конденсацией паров на охлаждае­мую жидким азотом подложку. Скорость охлаждения около 10¹³ К/с.

2. Оплавление тонких поверхностных слоев де­талей лазерным лучом, при этом высокая скорость охлаждения обеспечивается быстрым отводом теп­лоты в глубьлежащие слои металла. Скорость ох­лаждения 10⁷-10⁹ К/с.

3. Закалка из жидкого состояния. Скорость охлаждения 10⁶—10⁹ К/с.

Закалка из жидкого состояния — основной метод получения ме­таллических стекол.

Аморфная структура металлических стекол нестабильна, она стре­мится перейти в более равновесную, т.е. кристаллическую. Это про­исходит при нагреве до температуры выше температуры кристалли­зации Т_кр = (0,4...0,65) Т _пл, где Т_пл — температура плавления.

Маркировка аморфных сплавов отличается от принятой для ста­лей и сплавов. Они обозначаются аналогично химическим соедине­ниям. Цифры показывают содержание элемента в атомных процен­тах, например Fe₈₀B₂₀.

Металлические стекла обладают особыми электрическими и магнитными свойствами. Так, удельное электросопротивление спла­ва Ni₆₇Si₇B₂₆ в 1,5 раза больше, чем у нихрома (традиционный сплав с высоким сопротивлением), — для них значения р·Кг⁴ соответ­ственно равны 1,55 и 1,08 Ом·см.

Железокобальтовые сплавы обладают высокой магнитной проница­емостью и малой коэрцитивной силой, что важно для магнитомягких материалов. Коэрцитивная сила тем меньше, чем крупнее зерно, струк­тура аморфных сплавов представляет собой как бы одно зерно.

Применение этих материалов ограничено температурой. Свои свой­ства они сохраняют лишь ниже Т_кр. Кроме того, сортамент их выпус­ка ограничен — это тонкие фольги, ленты, нити, так как в больших сечениях невозможно добиться сверхвысоких скоростей охлаждения. Основная область применения — микроэлектроника, радиоэлектро­ника, где используются фольги и тонкие пленки.