39
При сверхвысоких скоростях охлаждения из жидкого состояния (>10
6о
С/с)
диффузионные
процессы настолько замедляются, что подавляется образование
зародышей и рост кристаллов. В этом случае при затвердевании образуется
аморфная структура. Материалы с такой структурой получили название аморфные
сплавы или металлические стекла.
Аморфное состояние обеспечивает металлическим материалам свойства, зна-
чительно отличающиеся от свойств соответствующих материалов с кристаллической
структурой.
Так,
аморфные
магнитомягкие
материалы
характеризуются
прямоугольной петлей гистерезиса, высокой магнитной
проницаемостью и очень
малой коэрцитивной силой. При этом магнитные свойства материала
малочувствительны к механическим воздействиям на него. Получены аморфные
материалы и с высокой магнитной энергией. Удельное электрическое сопротивление
аморфных металлических материалов в 2 — 3 раза выше, чем у аналогичных
сплавов с кристаллической структурой. Аморфные металлические материалы удачно
сочетают
высокие прочность, твердость и износостойкость с хорошей
пластичностью
и коррозионной стойкостью. Большое практическое значение имеет также и
возможность получения аморфных металлов в виде ленты, проволоки диаметром
несколько микрометров
непосредственно при литье, минуя такие дорогостоящие
операции, как ковка, прокатка, волочение, промежуточные отжиги, зачиегки,
травление.
Затвердевание с образованием аморфной структуры
принципиально возможно
практически для всех металлов. В настоящее время аморфная структура получена у
более чем 20 чистых металлов и полупроводниковых материалов и более 110
сплавов. Это сплавы легкоплавких (Ри, Sn, А1 и др.), редкоземельных и переходных
(Fе, Со, Мп, Cr и др.) металлов. Для образования аморфной структуры переходных
металлов к ним необходимо добавлять так называемые аморфообразующие
элементы (С, Р, В, N, S и др.). При этом состав аморфного сплава должен отвечать
формуле М
80
Х
20
, где М один или несколько переходных металлов; Х - элементы, до-
бавляемые для образования и стабилизации аморфной структуры. Так, известны
аморфные сплавы, состав которых отвечает формулам Fе
80
Р
13
В
7
; Fе
70
Cr
10
Р
15
В
5
;
Ni
80
S
20
; Fе
40
Ni
40
S
14
В
6
и др.
Сверхвысокие скорости охлаждения жидкого металла (>10
6о
С/с)
для получения
аморфной структуры можно реализовать такими способами, как катапультирование
капли на холодную пластину, центрифугирование капли или струи, распыление
струи газом или жидкостью с высокой охлаждающей способностью и др. Наиболее
эффективными способами получения лент, пригодных для практического примене-
ния, считают охлаждение жидкого металла на внешней или внутренней по-
верхностях вращающихся барабанов, изготовленных из
материалов высокой
теплопроводности, прокатку между холодными валками металла, подаваемого в
виде струи.
Тонкий слой аморфного металла получают при расплавлении поверхности
изделий лазерным лучом благодаря быстрому отводу теплоты при затвердевании
массой основного металла.
Металлические материалы с аморфной структурой можно получить не только при
затвердевании из
жидкого состояния, но и путем сверхбыстрого охлаждения из
газовой среды (парообразного или ионизированного состояния), электролизом и
катодным распылением с высокими скоростями осаждения.