В лаборатории Калифорнийского технологического института успешно опробован новый метод обработки заготовок из металлических стёкол.

Подобные материалы, первые образцы которых (сплав Au₇₅Si₂₅) появились в 1960-м, имеют аморфную структуру, что позволяет сочетать присущую стеклу твёрдость с ударной вязкостью металла. Основные их особенности, по-видимому, связаны с высокой микроскопической однородностью — отсутствием дефектов структуры вроде межзёренных границ и дислокаций.

Чтобы изготовить какую-нибудь полезную деталь, металлическое стекло необходимо нагреть до перехода в жидкое состояние, который совершается при температуре в 500–600 ˚C. Когда материал размягчается и превращается в вязкую жидкость, можно приступать к формированию детали, не забывая о развивающемся процессе кристаллизации. Если металлическое стекло повторно охладить ещё до образования кристаллов, оно сохранит свои уникальные свойства и аморфную структуру.

Проблема заключается в том, что кристаллизация в металлических стёклах идёт чрезвычайно быстро. При изготовлении деталей исходные сплавы приходится нагревать до более высоких температур (1 000 ˚C и выше), а это удорожает процесс и вынуждает чаще менять используемые на производстве формы. Кроме того, в деталях, полученных таким способом, нередко обнаруживаются дефекты.

Рис. 1. Структура металлического стекла, в состав которого входят атомы трёх разных элементов (иллюстрация Scott Camazine / Science Photo Library).

Предложенный авторами способ даёт возможность максимально быстро и равномерно нагреть заготовку и обработать её, избежав паразитной кристаллизации и не увеличивая температуру сверх меры.

Роль нагревателя в экспериментах играл мощный и короткий импульс тока, который обеспечивал скорость роста температуры, примерно равную 106 К/с. Демонстрируя возможности методики, учёные разогревали цилиндрические заготовки диаметром 4 мм и высотой 2 см, выполненные из сплавов Zr_41,2Ti_13,8Ni₁₀Cu_12,5Be_22,5 и Pd₄₃Cu₂₇Ni₁₀P₂₀, до 550 ˚C и превращали их в готовые детали в форме тора менее чем за 40 мс.

Новая технология, по словам участника исследования Уильяма Джонсона (William Johnson), уже запатентована и готовится к коммерциализации.

Полная версия отчёта будет опубликована в статье:

William L. Johnson, Georg Kaltenboeck, Marios D. Demetriou, Joseph P. Schramm, Xiao Liu, Konrad Samwer, C. Paul Kim, and Douglas C. Hofmann Beating Crystallization in Glass-Forming Metals by Millisecond Heating and Processing. – Science. – 13 May 2011. –
Vol. 332. – no. 6031. – pp. 828–833; DOI: 10.1126/science.1201362.