ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Новые грани закалки из "Репортаж из мира сплавов (Библ, Квант 71) " До сих пор речь шла только о закалке твердого тела. А что, если закаливать жидкость Идея кажется несколько странной, но у нее конкретная цель охладив металлический расплав достаточно быстро, предотвратить в нем кристаллизацию. А почему бы и нет Кристаллизация — нормальное фазовое превращение, происходящее по механизму зарождения и диффузионного роста. Мартенситный путь превращения жидкости в кристалл закрыт наглухо . Атомы жидкости расположены беспорядочно и согласованным образом, чувствуя локоть партнера , перестроиться в кристалл никак не могут. А раз так, предотвратить кристаллизацию вполне возможно. Главное — достаточно быстро охладить жидкость. [c.229] На атомном уровне стекло похоже на жидкость. Порядка (дальнего ) в расположении атомов нет Можно сказать, что это — загустевшая жидкость, вязкость которой столь велика, что стекло является твердым телом, ничем не хуже кристалла. [c.230] Чтобы получить стекло из металла (иное название— аморфный металл), требуются совсем другие скорости охлаждения. Здесь быстро — это действительно быстро. Некоторое представление о скоростях кристаллизации чистых металлов можно получить на основании коэффициентов диффузии атомов в их расплавах. [c.230] Другое дело сплавы. Здесь имеются и так называемые случаи легкой аморфизацни, которые требуют гораздо меньших скоростей охлаждения. Общее правило таково чем больше времени требуется на кристаллизацию сплава, тем его легче аморфизовать. [c.231] Существуют особые системы, в которых температуры плавления сплавов некоторых составов могут быть намного ниже точек плавления чистых компонентов. Несколько характерных примеров приведены в табл. 6. [c.231] Подвижность атомов при понижении температуры, как мы знаем, заметно падает и, следовательно, сплавы таких легкоплавких составов кристаллизуются медленнее чистых компонентов. [c.231] Для определения склонности к аморфизации очень важно также, каким, согласно фазовой диаграмме, должно быть равновесное состояние сплава. Поясним это на примере. Допустим, равновесное состояние сплава представляет собой твердый раствор. Тогда для кристаллизации атомы должны преодолеть путь, по порядку величины равный межатомному раС стоянию (точно так же, как в чистом металле). [c.231] Существуют сплавы, в которых сочетаются оба благоприятных для легкой аморфизации фактора. Приведем несколько фрагментов фазовых диаграмм сплавов с повышенной склонностью к образованию стекла (рис. 135). [c.232] Как видите, все они устроены по одному образцу.. Это очень удобно, так как позволяет прямо по фазовой диаграмме отыскивать сплавы, которые легко превратить в стекло. Стрелками на рис. 135 указаны составы легкой аморфизации. Именно для них скорость охлаждения, требуемая для образования стекла, минимальна 10 — 10 К/с. Но и это отнюдь не мало. Стандартные методы закалки (которыми пользовались, судя по Одиссее , ещ,е во времена Гомера) обеспечивают скорость охлаждения всего лишь 10 — 10 К/с. А нам нужно по крайней мере в 1000 раз больше. .. [c.232] Оставим на время металл и зададимся вопросом как побыстрее охладить горячий чай Проще всего налить его из чашки в блюдце. Тепло отдается в оС. [c.232] первый вывод для увеличения скорости охлаждения следует максимально увеличить площадь поверхности контакта с теплоотводящей средой, в дан-ном случае с воздухом. [c.233] Но воздух отводит тепло сравнительно медленно. Хорошими проводниками тепла по справедливости считаются металлы, а из них в первую очередь — медь. В этом мы убеждаемся каждый раз, когда прикасаемся к металлическому покрытию, — оно всегда кажется холодным, так как быстро отводит тепло че-, ловеческого тела. [c.233] Отсюда следует еще одна рекомендация чай следует разливать не на столе, а на широком металлическом (желательно медном) подносе. Тогда он остынет почти сразу же. [c.233] На этом закончим нашу не слишком изысканную чайную церемонию . Она подсказала конкретный рецепт. Для быстрейшего охлаждения жидкого металла надо создать очень тонкий его слой на медной поверхности (обычно ее называют подложкой). [c.233] Первые удачные опыты по сверхбыстрому охлаждению металлической жидкости были произведены в 1960 году. Капля расплавленного металла выстреливалась на подложку из меди (в ранних работах для этого применялась энергия пороховых газов обычного пистолета). При ударе о медный экран капля расплющивается, моментально охлаждается (скорость охла-. ждения достигает 10 — 10 К/с), и с медного трамплина в воздух взмывает крохотная лепешка твердого аморфного метала. В самых тонких местах ее толщина оказывается равной 0,0001 мм. [c.233] Кстати, внешне аморфный металл ничем не отличается от кристаллического. Но из-за беспорядочного расположения атомов стекло не является дифракционной решеткой для излучения, и на дифрактограмме отсутствуют резкие брэгговские пики (рис. 137). Облучая закаленные из жидко-сти образцы сплавов рентгеновскими лучами, электронами или нейтронами, можно определить, успешно ли прошла аморфизация. [c.234] Образование стекла можно сравнить с известной игрой в Замри , когда по команде одного из играющих его партнеры должны моментально застыть. Поза, в которой застала их команда, может быть крайне неудобной. [c.234] Как правило, температура кристаллизации металлических стекол составляет несколько сотен градусов Цельсия. А ниже этих температур они вполне могут использоваться. Тем более, что их необычному атомному строению соответствуют столь же уникальные свойства... [c.235] Аморфный металл необычайно тверд и прочен. Это не удивительно. Ведь в разупорядоченной атомной структуре стекол нет места дислокациям. А то, что металл без дислокаций намного прочнее, известно еще со времен расчетов Я. И. Френкеля. Поэтому из аморфного металла получаются очень хорошие лезвия и другие режущие кромки, которые редко нуждаются в заточке. Казалось бы, столь полезные свойства, как прочность и твердость, могут найти применение и в более широкой номенклатуре изделий. Но не будем забывать, что сегодня аморфный металл в основном выпускается в виде тонких лент, что серьезно сужает диапазон его использования. [c.236] Совершенно необычна также высокая коррозионная стойкость стекол из металла. И это вполне объяснимо коррозия часто развивается по дефектам кристаллического металла — границам зерен и дислокациям. А они в стеклах отсутствуют. Для борьбы с коррозией кажется очень перспективным покрывать поверхность массивных изделий тонким аморфным слоем. Такая защита была бы намного эффективнее обычно используемых лакокрасочных покрытий. Одиако технология этих форм борьбы с коррозией только разрабатывается. [c.236] Вернуться к основной статье