Азаренков Н.А. - Наноматериалы (1051240), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Например, при проведении спекания нанопорошка железа поддавлением прессования до 400 МПа температура спекания, при которойотсутствует пористость, снижается от 700 до 350о С, а размер зерна изделий уменьшается от 1,2 мкм до 80 нм. В случае применения нанопорошков на основе металлических частиц процесс проводят в вакууме или восстановительной атмосфере.Более прогрессивным методом совмещения процессов формовки испекания является горячее изостатическое прессование.
Метод горячегоизостатического прессования (ГИП) с использованием газостатов являетсяуниверсальным и широко известен в практике порошковой металлургии.В современных установках могут быть достигнуты давления до 300 МПаи температуры до 2000о С.Более дешевым вариантом, заменяющим ГИП, является так называемый метод ненаправленного компактирования. В этом процессе используется нагреваемая толстостенная цилиндрическая пресс-форма, которая после заполнения порошком подвергается одноосному сжатию подвысоким давлением (до 900 МПа).
При этом внешние стенки пресс-формыплотно прилегают к металлическому цилиндру соответствующих размеров, который препятствует деформации пресс-формы. В результате заполненный порошком внутренний объем, который имеет форму будущей детали, находится под квазиизостатическим давлением. Метод позволяетспрессовать металлический порошок почти до 100 % плотности всего занесколько минут.Метод высокотемпературной газовой экструзии заключается в получении формовки гидростатическим методом при комнатной температуре, ее термической обработке в среде водорода при относительно низкойтемпературе и последующем экструдировании при повышенной температуре [4, 20]. Этот метод позволяет проводить компактирование порошковпри кратковременном температурном воздействии и достаточно большихтемпературах.
Например, компакты, полученные этим методом из нанопорошка на основе частиц никеля, отличались высокими прочностнымипоказателями при одновременных очень хороших показателях пластичности.846.2. Получение аморфных материаловАморфные металлические сплавы (АМС) являются новым перспективным классом материалов [21 – 23]. Аморфное состояние сплава характеризуется отсутствием дальнего порядка в расположении атомов упаковки.
Такое состояние достигается сверхбыстрым охлаждением материалаиз газообразного, жидкого или ионизированного состояния. Существуютследующие методы получения аморфных сплавов.Закалка из жидкого состояния. Одним из наиболее распространенных способов получения АМС является охлаждение расплава из жидкогосостояния со скоростями порядка 105 – 108 К/с. Поэтому общей особенностью таких способов является создание условий для быстрого охлаждения расплава, которые предотвращали бы процесс кристаллизации.Практика показывает, что добиться предотвращения кристаллизации изафиксировать стеклообразное состояние можно путем соприкосновенияжидкого расплава с металлической холодной подложкой. Наиболее частов практике используются два метода: в одном из них жидкий металл наносится на внешнюю цилиндрическую поверхность вращающегося диска(колеса), во втором расплав извлекается вращающимся диском.На рис.
6.4 представлены принципиальные схемы устройств, реализующие эти два метода. Обод металлических дисков или цилиндровдолжен изготавливаться из материала, обладающего хорошей теплопроводностью. Обычно для этой цели применяются медь, бериллиевая бронза, латунь и др. Нагрев расплава осуществляется индукционным нагревательным устройством или печью сопротивления. Индукционное сопло изготавливается из плавленого кварца или окиси алюминия.
Метод (рис.6.4а) позволяет получать фольгу в виде непрерывной ленты шириной от 1до 200 мм и толщиной 20 – 60 мкм. В методе (рис. 6.4б) обод диска захватывает расплав, который затем затвердевает и самопроизвольно отделяется. При этом образуется тонкая проволока, профиль сечения которойопределяется профилем заостренного края диска и глубиной погруженияв расплав.Существует несколько главных условий, выполнение которых позволяет получить ленту аморфных сплавов с помощью закалки из жидкого состояния при комнатной температуре и обычном давлении окружающей атмосферы.1. Объемная скорость течения расплава VТ через отверстие на поверхность вращающегося диска должна быть постоянной в течение всеговремени формирования ленты.2.
Течение расплавленной струи должно быть стабильным и защищено от воздействия мелких частиц пыли и неконтролируемых потоков воздуха.3. Образующая поверхность должна быть полированной и иметь хо85роший тепловой и механический контакт с расплавленной струей.Кроме этого, на качество, а также ширину получаемой аморфнойленты большое влияние оказывает газовая среда, в которой происходитформирование фольги из расплава. Относительно узкая (до 1 мм) лентаможет быть получена при обычных давлениях окружающей газовой среды.
При получении более широкой ленты в этих же условиях часто готовая лента имеет зазубренные края, неравномерность по толщине, шероховатость и сквозные отверстия.Рис. 6.4. Схемы устройств для получения АМС путем закалки из жидкогосостояния: 1 – расплав; 2 – нагревательное устройство;3 – лента АМС; 4 – кварцевая трубка [23]Как показывает практика, большую роль в качестве изготовленных лент АМС играет граничный слой на поверхности вращающегосядиска.
Скорость движения молекул газа вблизи поверхности диска, благодаря наличию сил трения, может быть та же самая, что и скоростьдиска. Поэтому такая характеристика течения газа (или жидкости) какчисло Рейнольдса Re, оказывает большое влияние на качество получаемой ленты. Ровные края и гладкая поверхность ленты образуются в томслучае, если число Рейнольдса для газового граничного слоя меньшенекоторой критической величины Reк < 2000. При значениях Re > 2000возникает турбулентность, рассеяние кинетической энергии приводит кобразованию ленты с зазубренными краями и неровной поверхностью.Конечно, влияния турбулентности можно полностью избежать, если процесс получения ленты проводить в вакууме с остаточным давлением невыше 10–2 Па.
Возможно, в этом случае несколько ухудшаются условия86быстрого охлаждения, однако получение АМС в вакууме является болеепредпочтительным технологическим процессом, поскольку позволяетформировать материал лучшего качества, что должно обеспечить широкоеприменение аморфных металлических материалов в промышленности. Тигель с соплом, через которое вытекает расплав, являются важными деталями при получении аморфных лент. Обычно их изготавливают из кварцаили окиси алюминия. Диаметр отверстия сопла может меняться от 0,4 до2 мм. Конец отверстия сопла располагается на достаточно близкомрасстоянии от поверхности вращающегося диска. Вообще отмечено,что чем ближе к поверхности барабана или диска расположено отверстиесопла, тем меньше турбулентность вытекающей струи.Несколько слов об обработке поверхности охлаждающих дисков.Поверхность медных дисков имеет низкую твердость, и перед каждымполучением ленты её нужно полировать и очищать.
С целью увеличениятвердости поверхность дисков можно хромировать. Опыты показали,что диаметр охлаждающих дисков или барабанов должен быть большеили около 200 мм. При этом достигается большая линейная скоростьпри меньших оборотах, тем самым уменьшается вибрация диска при работе.Кратко рассмотрим еще несколько способов получения АМС.Осаждение на охлаждаемые подложки при ионно-плазменном итермическом напылении. Этот метод дает возможность создания аморфных структур сложного состава толщиной до 1 см на подложках, охлаждаемых вплоть до температуры жидкого азота. Данная методика позволяетсоздать материалы разного состава, так как распыление можно производить не только из сплавов, приготовленных обычным металлургическимпутем, но и из специального вида мишеней. Следует также отметить что,используя ионно-плазменное напыление, можно получить в массивномаморфном состоянии также и те вещества, которые невозможно получитьметодом закалки из жидкого состояния.Получение аморфизированных металлических слоев с помощью лазерной обработки.
Процесс получения аморфной структуры осуществляется путем взаимодействия вещества за короткий период времени с лазерным излучением с высокой плотностью энергии. Основная часть энергии лазерного излучения (~ 103 – 1010 Вт/см2, в зависимости от материала)расходуется на быстрое расплавление поверхностного слоя вещества.Вследствие кратковременности процесса основная масса материала остается ненагретой. Сохранение холодной поверхности на границе контактас тонким слоем расплава приводит к охлаждению со скоростями 10 5 –10 8 К/с.
При «быстром» расплавлении возникает весьма гомогеннаяжидкость, которая после затвердевания превращается в «стекло» с необычными физическими свойствами. Процесс образования на поверхно87сти металлических материалов подобной структуры получил название«лазерного стеклования».Распыление электрическим полем. Если между поверхностью жидкого расплава и какой-либо поверхностью создать достаточно сильное электрическое поле, то на поверхности расплава возникает острыйвыступ, который может испускать как поток ионов атомов расплава,так и капли размером от 0,1 до 20 мкм, которые быстро охлаждаются собразованием АМС.
Этот метод можно использовать для создания аморфных покрытий и порошков.Ионная имплантация. Аморфная структура создается путем внедрения ионов с высокой энергией в поверхностный слой металлическогосплава. Способ хорош для создания коррозионностойких и упрочненныхповерхностей. Основной недостаток – малая толщина аморфизированного слоя, который обычно не превышает 1 – 2 мкм.Аморфизация электроискровым разрядом. Суть этого метода заключается в том, что поток энергии, сконцентрированный в канале искровогоразряда, за короткий промежуток времени (~ 10 –3 с) выделяется ирасплавляет поверхностные участки материала на глубину до 3 – 5 мкм.Известно, что аморфное состояние сплавов является метастабильным, поэтому после аморфизации часто проводят отжиг, в процессе которого частично происходит переход к более стабильному состоянию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
