Аморфные сплавы

При высокоскоростной закалке жидкого расплава, при распылении металла и быстрой конденсации его паров, в ходе процессов химического или электролизного скоростного осаждения металлических ионов, в результате лазерного оплавления поверхности металла либо его порошка с последующим быстрым теплоотводом достигается скорость охлаждения более 10^{5 0}С/с. В этих условиях диффузионные процессы образования центров кристаллизации и роста кристаллов парализуются. Поэтому остановка тепловых перемещений атомов приводит при застывании расплава к их беспорядочному расположению и образованию аморфной структуры металлов, называемых металлическими стеклами (МС).

Сплавы с аморфной структурой создаются на основе многих металлов (М) с добавками элементов-аморфизаторов (А), которыми служат B, P, C, Si, N и другие в количестве до 30%. Таким образом, состав сплавов приближенно соответствует формуле М₈₀А₂₀, они должны иметь пониженную температуру плавления и высокую температуру аморфизации. Чаще всего для получения металлических стекол используют метод высокоскоростной закалки расплавов (ВЗР). При этом изготовляют фольгу в виде ленты путем подачи струи расплава на вращающийся охлаждаемый барабан, проволоку либо порошок получают при вращении диска, погруженного в расплав, а также охлаждением струи расплава в газообразной либо жидкой среде.

Термическая обработка получаемых изделий заключается в отжиге при температурах не более 0,65 Т_пл., чем стабилизируется аморфная структура и предотвращается ее переход в кристаллическое состояние.

К о н с т р у к ц и о н н ы е аморфные сплавы отличаются сочетанием высоких значений твердости, прочности, текучести, которые могут характеризоваться показателями соответственно 1100 НV, σ_В=4000МПа, σ_Т=2300МПа. Пластичность сплавов при растяжении очень невелика (δ=0,1…0,2%), но они проявляют хорошую деформируемость при обжатии так, что могут подвергаться холодной прокатке и волочению со степенью деформации до 90%. Кроме этого, многие аморфные сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью, обрабатываемостью резанием.

Сплавы на основе железа Fe₈₀B₂₀, Fe₈₀P₁₃C₇, Fe₇₈Si₁₀B₁₂ могут применяться в виде нитей для армирования композиционных материалов, в виде ленты для упрочняющей обмотки сосудов высокого давления, при изготовлении высококачественных тонколезвийных инструментов. Сплав с титано-бериллиевой основой T₅₀Be₄₀Zr₁₀ отличается низким модулем упругости, большим запасом упругой энергии и релаксационной стойкостью. Пружины из этого сплава по своей эффективной силе в несколько раз превосходят пружины из обычных сплавов.

С п е ц и а л ь н ы е аморфные сплавы характеризуются особыми магнитными качествами, термостабильностью, резистивными свойствами.

Магнитомягкие сплавы на основе железа типа Fe₈₁B_13,5Si_3,5C₂ и 9ЖСР-А имеют высокое значение магнитной индукции и малую коэрцитивную силу, железоникелевые сплавы Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆ и Н25-А обеспечивают прямоугольную форму петли гистерезиса, кобальтовые сплавы Co₆₆Fe₅Cr₉Si₅B₁₅ и 45НПР-А характеризуются высокой магнитной проницаемостью. Все такие сплавы отличаются большим удельным электросопротивлением, что обусловливает их малые потери на вихревые токи. Указанные качества позволяют эффективно применять магнитомягкие аморфные сплавы для изготовления малогабаритных элементов электротехнических и электронных устройств.

Магнитотвердые аморфные сплавы в виде пленки с большой магнитной энергией получают методом катодного распыления сплава SnCo₅ и применяют для изготовления малогабаритных постоянных магнитов.

Термостабильные аморфные сплавы на основе железа типа 93ЖХР-А характеризуются низким значением ТКЛР, которое сохраняется при температурах до 300 ⁰С.

Резистивные аморфные сплавы на основе никеля или меди типа Ni₆₈Si₁₅B₁₇ и Cu₇₉Ag₆P₁₅ отличаются очень малым термическим коэффициентом электросопротивления и высоким удельным электросопротивлением. Это позволяет использовать их для создания прецизионных резисторов и тензодатчиков.