Ingenieure haben massives und elastisches Metallglas geschaffen

Unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskopbildes von verschiedenen Kristallisationsgraden eines amorphen Metalls erhalten

Ingenieure der University of Southern California eine neue Art von Metallglas , das sich durch eine erhöhte Elastizität auszeichnet. Das Material vereint anscheinend unverträgliche Eigenschaften - Härte, Festigkeit und Elastizität. Das Material, das den technologischen Namen SAM2X5-630 erhielt, weist die höchste Schlagfestigkeit aller bekannten Metallgläser auf.

Metallische Gläser oder amorphe Metalle sind eine Klasse von metallischen Feststoffen mit einer amorphen Struktur. Im Gegensatz zu Metallen mit ihrer kristallinen Struktur ähnelt eine solche in amorphen Metallen der Atomstruktur unterkühlter Schmelzen.


Eine Kugel aus neuem Metallglas springt nach links, nach rechts - aus gewöhnlichem Stahl. Das

Material hält starken Stößen stand, zerbröckelt nicht und bricht nicht, sondern kehrt in seine ursprüngliche Form zurück. Das Einsatzpotenzial ist nahezu unbegrenzt - von Bohrern und Körperschutz bis hin zu Implantaten zur Stärkung der Knochen und zum Schutz von Weltraumsatelliten.

Typischerweise werden amorphe Metalle durch Erhitzen auf 630ºC und anschließendes sehr schnelles Abkühlen (in der Größenordnung von einem Grad pro Sekunde) erhalten. Das Material SAM2X5-630 wurde durch Erhitzen einer Pulverzusammensetzung auf Eisenbasis erhalten (Fe _49,7 Cr _17,7 Mn _1,9 Mo _7,4 W _1,6 B _15,2 C _3,8 Si _2,4 ).

Die einzigartigen Eigenschaften des Metalls beruhen auf einer erfolgreichen Kombination der Erwärmungstemperatur und der Abkühlgeschwindigkeit - dies sind die Bedingungen, die die erhaltene Zusammensetzung erfahren hat und die zur Bildung lokaler Brennpunkte einer schwach exprimierten Kristallstruktur führen. Andere Heiz- oder Kühlbedingungen führen zu vollständig amorphen Metallen mit einer zufälligen Anordnung von Atomen.

"Es hat fast keine innere Struktur und sieht darin wie Glas aus, aber es gibt Regionen mit Kristallisation", sagt Veronica Eliasson, Assistenzprofessorin an der School of Engineering der Universität Viterbi und Hauptautorin der Arbeit. "Wir haben immer noch keine Ahnung, warum eine kleine Anzahl kristallisierter Bereiche in Metallgläsern zu so starken Unterschieden bei den Schockreaktionen führt."

Die dynamische Elastizitätsgrenze von Hugoniot (der maximale Aufprall, dem das Material ohne irreversible Verformung standhält) wurde für SAM2X5-630 im Bereich von 12 GPa bestimmt. Für Edelstahl beträgt diese Zahl 0,2 GPa, für Wolframcarbid (zur Herstellung fester Werkzeuge und Kerne aus panzerbrechenden Kugeln) - 4,5 GPa für Diamanten - bis zu 60 GPa.

Die Untersuchung amorpher Metalle begann 1960 am California Institute of Technology - eine Gruppe von Wissenschaftlern erhielt das erste Metallglas Au ₇₅ Si ₂₅ . Seitdem wurden viele ähnliche Materialien mit interessanten Eigenschaften erhalten, aber bisher kann der Umfang ihrer praktischen Anwendung aufgrund ihrer hohen Kosten nicht als breit bezeichnet werden.

Zum Beispiel vor kurzem in Japan erhaltenTi ₄₀ Cu ₃₆ Pd ₁₄ Zr ₁₀ ist nicht krebserregend, dreimal stärker als Titan, nutzt sich ein wenig ab, bildet kein Pulver mit Reibung und fällt im Längselastizitätsmodul praktisch mit menschlichen Knochen zusammen - möglicherweise kann es als ausgezeichneter künstlicher Gelenkersatz verwendet werden.

Source: https://habr.com/ru/post/de392699/