Liquidmetal и Vitreloy — коммерческие названия серии аморфных металлических сплавов , разработанных исследовательской группой Калифорнийского технологического института (Caltech) и продаваемых Liquidmetal Technologies . Жидкометаллические сплавы сочетают в себе ряд желательных свойств материала, в том числе высокую прочность на разрыв , отличную коррозионную стойкость , очень высокий коэффициент восстановления и отличные противоизносные характеристики, а также возможность термической формовки 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 изготовления клюшек для гольфа , часов и чехлов мобильных телефонов .
Этот сплав стал конечным результатом исследовательской программы аморфных металлов, проводимой в Калифорнийском технологическом институте. Это был первый из серии экспериментальных сплавов, которым удалось достичь аморфной структуры при относительно низких скоростях охлаждения. [ нужна цитата ] Аморфные металлы производились и раньше, но только небольшими партиями, поскольку скорость охлаждения должна была исчисляться миллионами градусов в секунду. Например, аморфные проволоки можно изготовить путем закалки струей расплавленного металла на вращающемся диске. Поскольку витрелой допускал такую медленную скорость охлаждения, стало возможным производство партий большего размера. Совсем недавно в портфель Liquidmetal был добавлен ряд дополнительных сплавов. Эти сплавы также сохраняют свою аморфную структуру после многократного повторного нагрева, что позволяет использовать их в самых разных традиционных процессах механической обработки.
Жидкий металл, созданный доктором Атаканом Пекером, содержит атомы существенно разных размеров. Они образуют плотную смесь с небольшим свободным объемом. В отличие от кристаллических металлов, здесь не существует явной точки плавления, при которой вязкость резко падает. Витрелой ведет себя больше, чем другие стекла : 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 настолько, чтобы сформировать упорядоченную решетку, поэтому материал сохраняет свои аморфные свойства даже после термоформования.
Сплавы имеют относительно низкие температуры размягчения, что позволяет отливать сложные формы без необходимости окончательной обработки. Свойства материала сразу после отливки намного лучше, чем у обычных металлов; обычно литые металлы имеют худшие свойства, чем кованые или кованые. Сплавы также пластичны при низких температурах (400 ° C или 752 ° F для самой ранней рецептуры) и могут подвергаться формованию . Низкий свободный объем также приводит к низкой усадке при охлаждении. По всем этим причинам Liquidmetal можно придавать сложные формы, используя процессы, аналогичные термопластам, [3] , что делает Liquidmetal потенциальной заменой для многих применений, где обычно используются пластмассы.
Из-за своей некристаллической ( аморфной ) структуры жидкие металлы тверже, чем сплавы титана или алюминия аналогичного состава. Сплавы Liquidmetal на основе циркония и титана достигли предела текучести более 1723 МПа, что почти в два раза превышает прочность традиционных кристаллических титановых сплавов (Ti6Al4V составляет ~830 МПа), а также соответствует прочности высокопрочных сталей и некоторых высокотехнологичных объемных композиционных материалов (см. предел прочности для списка распространенных материалов). Однако первые методы литья приводили к появлению микроскопических дефектов, которые были отличными местами для распространения трещин, из-за чего витрелой становился хрупким, как стекло. Несмотря на свою прочность, эти ранние партии легко разбивались при ударе. Новые методы литья, корректировка смесей сплавов и другие изменения улучшили ситуацию. [ нужна цитата ]
Отсутствие границ зерен способствует проявлению высокого предела текучести (и, следовательно, устойчивости). В ходе демонстрации металлический шар, упавший на аморфную сталь, отскакивал значительно дольше, чем тот же металлический шар, упавший на кристаллическую сталь. [4]
Отсутствие границ зерен в металлическом стекле исключает зернограничную коррозию — распространенную проблему в высокопрочных сплавах, получаемых путем дисперсионного твердения и сенсибилизированных нержавеющих сталей. Поэтому жидкометаллические сплавы, как правило, более устойчивы к коррозии, как благодаря механической структуре, так и элементам, используемым в их сплаве. Сочетание механической твердости, высокой эластичности и коррозионной стойкости делает Liquidmetal износостойким.
Хотя при высоких температурах пластическая деформация происходит легко, при комнатной температуре до начала катастрофического разрушения почти не происходит . Это ограничивает применимость материала в приложениях, где надежность критична, поскольку приближающийся отказ не очевиден. Материал также подвержен усталости металла с ростом трещин. Двухфазная композитная структура с аморфной матрицей и пластичным дендритно-кристаллическим армированием или композит с металлической матрицей, армированный волокнами из другого материала, позволяет уменьшить или устранить этот недостаток. [5]
Liquidmetal сочетает в себе ряд свойств, которые обычно не встречаются ни в одном материале. Это делает их полезными в самых разных приложениях.
Одним из первых коммерческих применений Liquidmetal было производство клюшек для гольфа, где высокоэластичный металл использовался на некоторых участках поверхности клюшки. [6] Они получили высокую оценку пользователей, но позже от продукта отказались, отчасти потому, что прототипы разбились после менее чем 40 обращений. [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 к литью и формованию в сочетании с высокой износостойкостью также привела к тому, что Liquidmetal в некоторых случаях используется в качестве замены пластмасс . [9] Он использовался в корпусах USB-накопителей SanDisk «Cruzer Titanium» последней модели , а также в линейке флэш - плееров Sansa для MP3-плееров , а также в корпусах некоторых мобильных телефонов , таких как роскошные продукты Vertu , и других. прочная бытовая электроника. [ нужна ссылка ] Liquidmetal использовался в стоматологическом лазере Biolase Ilase [10] и кольцевом сканере штрих-кода Socketmobile. Liquidmetal также использовался для изготовления инструмента для извлечения SIM-карты некоторых iPhone 3G, произведенных Apple Inc. , поставляемых в США. Это было сделано Apple в качестве упражнения для проверки возможности использования металла. [11] Они сохраняют поверхность без царапин дольше, чем конкурирующие материалы, но при этом имеют сложную форму. Те же качества позволяют использовать его в качестве защитных покрытий для промышленного оборудования, включая бурильные трубы для нефтяных скважин и трубы котлов электростанций . [ нужна цитата ]
Он также заменяет титан в самых разных областях применения: от медицинских инструментов и автомобилей до военной и аэрокосмической промышленности. В военных целях стержни из аморфных металлов заменяют обедненный уран в пенетраторах кинетической энергии . [12] Пластины из жидкого металла использовались в массиве коллекторов ионов солнечного ветра на космическом зонде «Генезис» . [ нужна цитата ]
Под этим торговым названием продается ряд сплавов на основе циркония . Некоторые примеры композиций перечислены ниже в молярных процентах:
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 сплавов Liquidmetal по всему миру.
В рамках Swatch Group технология Liquidmetal была впервые использована в 2009 году для
Omega Seamaster
Planet Ocean, а в 2010 году — для
Breguet
«Reveil Musical».
Нынешний контракт позволит Swatch Group использовать эту технологию исключительно во всей линейке часов.