15. Металлические стекла

Металлические стекла (аморфные сплавы, стекловидные металлы, метглассы) — металлические сплавы в стеклообразном состоянии, образующиеся при сверхбыстром охлаждении металлического расплава, когда быстрым охлаждением предотвращена кристаллизация (скорость охлаждения < 106 К/с).

Сверхбыстрое охлаждение обеспечивает переохлаждение расплава, и расплав из-за сильного увеличения вязкости по достижении температуры стеклования Тс становится твердым аморфным телом.

Вместе с тем температура стеклования Тс не является точкой фазового превращения: расплав и полученное из него стекло принадлежат одной и той же фазе.

Металлическое стекло - это как бы замороженная жидкость (в металлическом стекле, как и в расплаве, отсутствует дальний порядок в расположении атомов).

На склонность металлических сплавов к стеклообразованию влияют следующие факторы:

• физико-химические свойства компонентов (размерное соотношение, различие в валентности и электропроводности, положение в периодической системе элементов);

• особенности образующихся фаз;

• характеристики диаграмм состояния (например, низкие температуры ликвидуса).

Состав металлических стекол чаще всего выражается формулой М80Х20, где М – переходные (Cr, Mn, Fe, Co, Ni и др.), а X – поливалентные неметаллы (В, С, N, Si, P, Ge и др.), являющиеся стеклообразующими элементами.

Металлические стекла отличаются от кристаллических сплавов отсутствием таких дефектов структуры, как вакансии, дислокации, границы зерен, и уникальной химической однородностью: отсутствует ликвация, весь сплав однофазен.

Особенности строения металлических стекол обусловливают отсутствие характерной для кристаллов анизотропии свойств, высокую прочность, коррозионную стойкость и магнитную проницаемость, малые потери на перемагничивание.

Физико-химические свойства металлических стекол значительно отличаются от свойств литых сплавов.

Характерными особенностями потребительских свойств металлических стекол являются высокая прочность (для Fe80B20 σ_в = 3600 МПа) в сочетании с большой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью.

Некоторые металлические стекла — ферромагнетики с очень низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью (например, Fe80B20), а для других характерно очень слабое поглощение звука (сплавы редкоземельных металлов с переходными металлами).

Наиболее широкое применение металлические стекла нашли благодаря магнитным и коррозионным свойствам.

Магнитно-мягкие металлические стекла изготавливают на основе Fe, Co, Ni с добавками 15...20 % аморфообразующих элементов В, С, Si, P. Например, Fe81Si3, 5B13, 5C2 имеют высокое значение магнитной индукции (1,6 Тл) и низкое значение коэрцитивной силы (32...35 мА/см). Аморфный сплав Co66Fe4(Mo,Si,B)30 имеет сравнительно небольшое значение магнитной индукции (0,55 Тл), но высокие механические свойства (900... 1000 HV).

Магнитно-мягкие металлические стекла применяют в электротехнической и электронной промышленности (магнитопроводы трансформаторов, сердечников, усилителей, дроссельных фильтров и др.). Сплавы с высоким сопротивлением износу используются в производстве магнитных экранов и магнитных головок.

Технология получения металлических стекол (примеры):

• закалка из расплава на поверхность быстро вращающегося диска;

• расплющивание капли расплава между охлаждаемыми наковальнями и др.

Эти технологии предопределяют форму изделий из металлических стекол: лента, проволока, гранулы, порошки. Главный фактор, ограничивающий области применения металлических стекол – малая толщина литого полуфабриката, который удается получить в полностью аморфном состоянии.