sticle metalice

  • View
    107

  • Download
    5

Embed Size (px)

DESCRIPTION

proiect

Text of sticle metalice

- 1 - 1.Aspecte generale Primasticlametalicaafost un aliaj AU80Si20 produsa la CALTECH de catre Pol Duwez in 1957.Aceasta si alte aliaje ale sticlei au trebuit sa fie racite rapidpentru evitareacristalizarii.Oimportantaconsecintaaacestuifapt,estecasticlametalica poatefiprodusadoarintr-unnumarlimitatdeforme(panglici,foliisaufire)incare dimensiunilesuntmiciincatcaldurasapoatefiextrasasuficientderapidpentru realizarea ratei necesare de racire.Ca rezultat,specimenele de sticla metalica(cu cateva exceptii) a fost limitata la grosimi de mai putin de o suta de microni (Fig.1) Fig.1 Primele sticle metalice In1969,unaliajde77.5%palladium,6%cuprusi16.5%siliconaafostgasit avand rata de racire critica intre 100 si 1000 K/s. In1976H.LiebermannsiC.Grahamaudezvoltatometodadeafabrica panglicisubtiridemetalamorfpeoroatasupraracitacareseinvartefoarterapid. Acesta era un aliaj de fier, nichel, fosfor si bor. Materialul numit METAGLASa fost comercializat la inceputul anilor 80 si folosit la transformatoare electrice de distributie cupierderiputine(transformatorcumetalamorf).Lainceputulanilor80,lingouri sticloase cu diametrul de 5 mm a fost produs dintr-un aliaj compus din: 55% paladiu, - 2 - 22,5 % plumb si 22,5 % antimoniu prin gravare urmata de cicluri de incalzire-racire. Folosind un flux de bor, grosimearealizata a crescut la 1 cm. In urma unor cercetari Universitatea Tohoku si Caltech au obtinut aliaje multicomponente bazatepe lanthan, magneziu, zirconiu, paladiu, fier, cupru si titaniu, cu rata critica de racire intre 1k/s si 100k/s.Multealiajeamorfeseformeazaprinexploatareaunuifenomennumitefect deconfuzie.Asemeneaaliajecontinatatdemulteelementediferite(adesea12sau maimulte)incatprinracirealaratesuficientederapide,atomiconstituentiipursi simplunusepotcoordonaintr-unechilibrucristalininaintedealeinceta mobilitatea.(fig.2). Fig. 2 Structura nanocristalina a sticlelor metalice In anul 1992 sa realizat primul aliaj amorf comercial numit Vitreloy (41,2% Zr., 13,8%Ti,12,5%Cu,10%Nisi22,5%Be)fiinddezvoltatlaCaltech,capartea departamentului energie si cercetarile NASA pentru noi materiale aerospatiale. Un alt produsdescoperitdecatreCaltechcareprezintaaceeasistructurananocristalicaeste asanumitulotelulsticlos.Produsulestenon-magneticlatemperaturacamereisi prezinta o duritate 2 ori mai mare decat cea a oricarui otel cunoscut de catre om, insa - 3 - acest material inca nu este dar in folosinta in industria civila sau militara ramanand sa fie in continuare studiat.(fig.3) Fig.3 Ruptura Vitreloy 2. Proprietati Un metal amorf este de obicei un aliaj si un metal pur. Aliajele contin atomi de marimi care difera semnificativ, ceea ce duce a un volum liber si scazut in stare topita. Vascozitateaimpiedicaatomisasemistedeajunspentruaformaostructura ordonata.Deasemeneastructuramaterialaducelaocontractarescazutaintimpul raciriisilarezistentaintimpuldeformariplastice.Materialeleamorfe,tehnic sticloase, sunt de asemenea mult mai dure si mai putin fragil ca la scticlele oxidice si ceramice.(fig.4) - 4 - Fig. 4a) Scantei in timpul racirib) suprafata in timpul raciri

Conductivitatea termica a materialelor amorfeeste scazuta ca a cristalelor.cum formarea sctructurii amorfe se bazeaza pe raciri rapide, acest lucru limiteaza grosimile pe care le pot atinge structurile amorfe. Pentru a realiza formarea unei structuri amorfe chiar si in timpul unei raciri mai lente,aliajultrebuiecompusdin3saumaimultecomponenteconducandlaunitati cristalinecomplexecuenergiapotentialamaimaresisansadeformaremaimica. Raza atomica a componentilor trebuie sa fie diferita semnificativ (peste 12%) pentru a realizaoaglomeraredemaredensitatesivolumliberscazut.Combinatiade componentetrebuiesaaibacalduranegativalaamestec,caresainhibedezvoltarea nucleelor cristaline.Aliajeledeborsiliciu,fosforsialteelemetecareformeazaimpreunacu metalele magnetice( fier, nichel, cobalt) sunt magnetice cu convectie mica si rezistenta electricamare.Aliajeleamorfeauovarietatedeproprietatipotentialutile.Inspeta acestea tind sa fie mai dure decat aliajele cristaline cu compozitie chimica similara si potsuportadeformarireversibile(elastice)maimaricacelecristaline.(fig.5). Duritatea materialelor amorfe deriva chiar din structura lor nanocristalina, care nuareniciunuldindefectelecarelimiteazaduritateaaliajelrcristaline.Unmaterial amorf cunoscut sub denumirea de Vitreloy are o rezistenta la tensiuni de aproape 2 ori mai mare decat titaniul. - 5 - Fig.5 Limita elastica Probabilceamaiutilaproprietateaaliajeloramorfeindustrialeestecaacestea suntsticleadevarateceeaceinseamnacaseinmoiesicurgdacasuntincalzite. Aceasta permite o procesare usoara cum ar fi injectarea in matrite(mulaje) in aproape acelasimodcapolimerii.Carezultataliajeleamorfeaufostcomercialepentru utilizarea la echipamente sportice, dispozitive medicale si carcase pentru echipamente electronice.(fig.7) Fig. 6 Produs din Sticla Metalica Filmefinedemetaleamorfepotfidepuse,cuajutorultehnicicuoxigenla viteza mare (jet de oxigen), ca straturi protectoare.Prof.Inoueadezvoltatsticlametalica,avandproprietatimecaniceexcelente cum ar fi inalta rezistenta la tensiune si fibre elastice mari, fiind in acelasi timp lider mondialincercetareadindomeniulstiinteimaterialelor.Sestiecaatuncicandun - 6 - solidnuareunaranjamentatomicsistematic,adicaseaflaintr-ostareamorfa, rezistena sa la coroziune si duritatea ai sunt imbunatatite. Oamenii credeau ca pentru obtinereaunuialiajamorfestenecesararacirearapidaaaliajuluitopitsiastfeleste destuldedificilaobtinereaunorastfeldealiajeinmodulgrosier.Contrarparerii generale,prof.Inoueareusitpentruprimadatadezvoltareasticleimetalice,ceeace face posibila prepararea unor aliaje amorfe fara o racire rapida. Candunmateriallichideracitfoarterapidsubpunctuldeinghet,elnuse cristalizeaza in mod uniform si isi mentine starea lichida, numita stare super-racita. Un aliaj bazat pe Zr care isi mentine starea de super-racire pana la o temperatura egala cu 60%dinpunctuldeinghetchiarsiracitcuoratadepanala10K/sec,careapois-a solidificatcasticla.Acestaliajprezintaproprietatimecanicediferiteinfunctiede structura microscopica: aliajul cristalizat a fost spart in bucati in momentul lovirii cu ciocanul,intimpcealiajulsticlosestedestulderezistentlaacelasiimpact..Aliajul sticlosfiind o sticla metalica(fig.7) Fig.7 Zirconiu in stare lichida pentru metale sticloase - 7 - 3.Metode de obinere a benzilor subiri continue prin metoda solidificrii ultrarapide Obinereabenziloramorfecontinuesubiriprinmetodasolidificrii ultrarapide afavorizatdeterminareapropritilorfizico-chimice,electrice,mecanice,ntr-ogam larg compoziional, ct i gasirea unor utilizri practice industriale.Pentruobinerea benzilor subiri amorfe prin metoda solidificrii ultrarapide se cunosc trei metode principale: 1.Clirea centrifugal; 2.Clirea pe cilindru; 3.Laminarea topiturii ntre doi cilindri. Comunacestormetodeestenprimulrndtopireametaluluiprinnclzirea electricsauinductiv,iarnaldoilearndcomprimareatopituriidinajutajsub aciuneagazuluiisolidificareaacesteialacontactuldirectcusuprafaanrotaiea corpului rcit ( rcitor). Figura 8. Metode de obinere a benzilor subiri amorfe prin metoda clirii din topitur. a Clire centrifug, b- clire pe cilindru, c- laminarea topiturii, d- clire centrifug, e clire planetar pe cilindru - 8 - Metodalaminriitopituriipermiteobinereauneicalitibunealeambelor suprafeealebenzii,nsconducereaprocesuluinacestcazestedeosebitde complicat.Pentrufiecaremetodexistlimitrirelativeladimensiunilebenzii, existnddiferenenmodulncaredecurgeprocesuldesolidificareiaparatura necesar.Astfel,dacncazulcliriicentrifugelimeabenziinudepete5mm, prin laminarea topiturii se pot obine limi mai mari de 10 mm. Metodacliriipecilindrucenecesitoaparaturcevamaisimplpermite varierea limii benzii n domenii largi n funcie de dimensiunile creuzetului de topire i a orficiului de ejecie a topiturii. Metoda permite obinerea de benzi cu dimensiune mic(de0,10,2mm)daridelimemare,depeste10mm,cndpreciziade meninere a limii constante este de cca 0,3 m. Pentruinstalaiiledecliredinstaretopitestecomunfaptulcmetalul solidificrapid,princurgererapid,ntr-unstratsubire,pesuprafaarcitorului rotativ. Prezentm n continuare procesul de producere ametalului amorf: Procesul de producere a metalului amorf - 9 - A cuptor de inductie in care sunt topite materialele de aliere; B rezervor creuzet in care este trecut aliajul lichid;C retea de turnare alimentata in mod controlat cu aliaj lichid; Dsuprafatarotativacufoartemarevitezapecareseproiecteazajetulcontinuude aliaj lichid; E banda amorf cu grosimea de 0,025 mm obtinuta prin solidificarea metalului lichid intr-un interval de timp de ordinul milisecundelor; F sistem electronic de masurare si corijare a dimensiunilor benzii; G masina de ghidaj care transporta banda pe un mosor; H sistem de infasurare continua si ambalare pentru transport. ncazulconstaneicompoziieialiajului,vitezaderciredepindedegrosimea jeuluidetopituridecaracteristicilercitorului.Grosimeatopituriipercitoreste determinat de viteza sa de rotaie i de viteza scurgerii topiturii ce depinde, la rndul ei,dediametrulajutajuluii de presiunea pe topitur. Pentru diferite aliaje, viteza de rcire depinde, deasemenea i de proprietile topiturii: vscozitate, densitate, cldur specific; etc. totodat, un factor esenial este coeficientul de transfer de cldur, ntre topiturircitorulcucareseaflncontact.Laapropiereatopituriiaruncateprin ajutajdincreuzet,cutemperaturaT1,dercitorulcutemperaturaTo,procesulde termoconduciedintretopituradegrosimeatircitorpoatescorespundunuia dintreceletreitipuricareurmeaz,funciedemrimeacoeficientuluidetransferde cldur h: 1.Rcireidealrcitorulitopituraintrncontacttermicideal,rezistena termic la limita dintre elelipsete i h=. - 10 - 2.Rcirealent(newtonian)rezistenatermicntretopiturircitoreste foarte mare, cldura nu este condus de la topitur i h=. 3.Cazul intermediar transferul de cldur are loc pentru valori intermediare ale coeficientului