Аморфные материалы (835546), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Применение аморфных сплавов в силовых и распределительныхтрансформаторах хотя и приводит к удорожанию их производства и увеличению габаритов, но экономический выигрыш в результате резкого снижения уровня потерь в условиях роста цен на энергоресурсы становится решающим фактором, определяющим целесообразность применения аморфных сплавов. Рассчитано,что замена в США обычных трансформаторов на трансформаторы, сердечникикоторых изготовлены из аморфных сплавов, приведет к ежегодной экономии23 млрд. кВт-ч электроэнергии, что эквивалентно экономии ~(6,3 млн.
т нефтив год стоимостью ~ 1 млрд, долларов.Можно выделить по крайней мере три основные причины, определяющиецелесообразность применения в широких масштабах аморфных сплавов в современной промышленности:— повышение качества традиционной продукции вследствие примененияаморфных сплавов, обладающих более высокими служебными характеристиками,чем кристаллические материалы, и возможность создания устройств новогопоколения, основанных на уникальном комплексе свойств, характерных толькодля этого класса материалов;— замена кристаллических материалов на основе дефицитныхметалловаморфными сплавами, состоящими из более доступных компонентов;— переход от традиционной многоступенчатой, трудоемкойтехнологииполучения конечного продукта (ленты, проволоки) к новой высокопроизводительной и материало- и энергосберегающей технологии получения изделий непосредственно из расплава.Таким образом, в настоящее время уж е не вызывает сомнений, что аморфные металлические сплавы — это материалы новой техники, это те материалы,разработка, промышленное получение и внедрение которых в ближайшее десятилетие не в малой степени будет определять научно-технический прогресс в10ряде ключевых отраслей промышленности: электро- и радиотехнической, электронной и приборостроительной.
В Комплексной программе научно-техническогопрогресса стран — членов СЭВ до 2000 г. как первоочередная рассматриваетсязадача по разработке и созданию аморфных материалов, обладающих уникальным сочетанием механических, электротехнических, антикоррозионных и другихсвойств1.К настоящему времени в СССР опубликовано большое число обзоров поразличным аспектам проблемы аморфных сплавов [3— 14]*, а также изданысборники трудов, во многом отражающие размах работ в СССР по этой проблеме [15—2Р]*. С начала 80-х годов вышли в свет ряд монографий [19—25, 31]*советских ученых, а также монография ученых ГДР [26]*. Переведены и изданысборники трудов зарубежных исследователей [27—30]*.Остановимся на характеристике содержания основных разделов книги, надеясь, что это будет небесполезно для читателя, особенно для тех, кто знакомится с изложенным материалов впервые.Книга состоит из десяти глав, первая из которыхпредставляетсобойкраткий исторический очерк, дающий наглядное представление о «динамике»развертывания исследований аморфных сплавов, а также об основных свойствахи направлениях их практического использования.
Отметим здесь два момента.Во-первых, практически экспоненциальный рост в 70-х годах числа публикацийпо проблематике, связанной с аморфными сплавами, сменился в 80-х годах уж енекоторым спадом, что, очевидно, связано с наступлением стадии более глубокого осмысления проблемы, обобщений и поиска перспектив дальнейших исследований. Во-вторых, как видно из анализа тематики докладов, представленныхна IV Международной конференции по быстрозакалениым металлам (1981 г.,Сэндай, Япония), магнитным свойствам посвящено более 25% всех ■докладов.Это, несомненно, отражает научную и практическую значимость«магнитной»тематики, по крайней мере, для данного периода развития исследований аморфных сплавов.
Далее, по значимости, рассматриваются стабильность, технология,структура. Такой порядок, вообще говоря, весьма точно отражает актуальностьэтих направлений исследования аморфных сплавов. Следует отметить небезинтересиый факт, что из 416 докладов, зачитанных на этой конференции, почтиполовина представлена японскими исследователями.Вторая глава книги посвящена фактически двум вопросам — описанию основных методов получения аморфных металлов и обсуждению роли различныхфакторов в образовании аморфной структуры при закалке из жидкого состояния.
Методы охлаждения металлов из газовой фазы, как и методы электролитического осаждения, описаны весьма сжато, а основное внимание уделено методам закалки из жидкости, т. е. методам, которые позволяют получать аморфныеметаллы в промышленных масштабах (в виде ленты, проволоки, порошка).Особое внимание следует обратить на метод получения аморфной проволокидиаметром до 200 мкм путем охлаждения струи расплавленного металла вжидкости, удерживаемой центробежной силой иа внутренней поверхности вращающегося барабана. Получение проволоки такого диаметра с прочностью ипластичностью, превышающей эти показатели для лучших сортов стальной проволоки, — одни из впечатляющих успехов развитиятехнологииполученияаморфных, сплавов за последние годы.Отметим также другие методы получения изделий из аморфных сплавов,которые ие нашли отражения в книге. Чтобы избежать операцийштамповки(вырубки) при изготовлении деталей сложной формы (например,зубчатой —для статоров и роторов двигателей) применяют охлаждающий диск, состоящийиз участков с высокой и низкой теплопроводностью (Либерманн, 1981 г.).
Получаемая на таком диске лента резко неоднородна по хрупкости, что позволяетлегко отделить пластичные аморфные участки заданной формы, пригодные длянепосредственного использования в изделиях. Другой интересный способ — этополучение изогнутых леит вместо прямых, чтобы избежать деформации при навивке магнитных лент в тороид, приводящей к деградации гистерезисных магнитных свойств. Заметного улучшения магнитных свойств в ряде случаев можнодобиться с помощью закалки расплава в магнитном поле (сплавы с высокой1 «Правда», 19 декабря 1985 Г.IIточкой Кюри). Весьма перспективными являются также методы получения многослойных аморфных или аморфно-кристаллических композиционныхизделийпутем последовательного литья слоев один поверх другого [23]*.Одной из наиболее актуальных является проблема создания промышленнойтехнологии получения широких лент высокого качества, особенно при производстве аморфных магнитных материалов, применяемых для изготовления сердечников трансформаторов.
Д ля выпуска таких лент используют сопла с длиннымщелевым отверстием, а для уменьшения турбулентности разливку проводят припониженном давлении и очень близком расположении сопла от диска, чтобырасплавленный металл заполнял пространство между тиглем и диском. Например,фирма «Хитачи» для выпуска широкой ленты (ширина 100 мм, длина 300 м —это отвечает садке ~ 1 0 кг) разработала высокопрецизионнуюконтрольнуюсистему производства и аппаратуру для поточной намотки. Закалку проводятна цилиндре диаметром 1,2 м.Большой практический интерес представляют процессы поверхностной аморфизации, позволяющие создавать материалы со свойствамикристаллическогосостояния в объеме и с комплексом свойств аморфного состояния на поверхности — в первую очередь высоких коррозионной стойкости и износостойкости.Поверхностную аморфизацию можно реализовать с помощью лазерного облучения [33]* или методом ионной имплантации [23]*.При обсуждении условий, способствующих образованию аморфной структуры, рассматривается роль различных факторов — технологических, кинетическихи термодинамических.
В частности, подчеркивается значение вязкости расплаваи ее температурного коэффициента, соотношения между температурой плавленияи стеклования, скрытой теплоты плавления. Формулируется связь между различными параметрами и критической скоростью при закалке Rc. Интерес представляют данные о склонности сплавов к аморфизации по критической толщинеаморфного сплава, которая пропорциональна RcСледует отметить, что вопрос о критериях, контролирующихсклонностьк образованию аморфного состояния, в гл.
2 освещен недостаточно полно: выделены лишь такие факторы, как «глубокая эвтектика» и «размерный фактор».Последний из них трактуется не только как фактор получения более плотнойслучайной упаковки или стабилизации атомных конфигураций типа Бернала, нои как фактор, обеспечивающий более выраженную химическую связь междуатомами (последнюю черту обычно определяют как третий критерий — «разность электроотрицательностей»),В последнее время все большее внимание уделяется роли кристаллохимического фактора, определяющего взаимосвязь между склонностью к аморфизациии типом стабильных и метастабильных фаз, характерных для тех или иныхсистем [6, 12, 13, 22]*. Здесь надо отметить, во-первых, что во многих системахлегко аморфизирующиеся сплавы располагаются в области тех составов, которымотвечают соединения со сложной кристаллической структурой (от-, р,- и 0-фазыили фазы Лавеса).
Предполагается, что для таких сплавов процесс образованиякритических зародышей сильно затруднен из-за необходимости существенногоперераспределения компонентов в расплаве. Но это только один аспект проблемы.Основываясь на данных об атомной структуре метастабильных фаз,которыеявляются последними в ряду кристаллических состояний, возникающих по мереувеличения скорости охлаждения, можно сформулировать следующий кристаллохимический критерий для определения сплавов с повышенной склонностьюк аморфизации (Ю.. А. Скаков): наибольшей склонностью обладают сплавы,которые при скоростях охлаждения, близких к критическим, кристаллизуютсяв структурах, имеющих атомную координацию,отвечающуюупорядоченнойо.
ц. к. решетке (сверхструктура на основе о. ц. к. решетки). Эти данные позволяют представить, что в процессе охлажденияпереохлажденногорасплаване только протекают процессы релаксации атомной структуры, связанныеспринципом эффективной упаковки атомов, но и усиливается дифференциациякомпонентов, так что в предельно переохлажденном расплаве достигается такаяравновесная степень композиционного порядка, которая обусловливает иликристаллизацию упорядоченных метастабильных фаз, или при охлаждении соскоростью выше критической — аморфизацию расплава с координацией атомовв областях локального порядка, сходной с координацией атомов этих фаз.12Таким образом, атомная структура аморфного сплава в большей степенинаследует структуру расплава в районе температур аморфизации (она, в своюочередь, зависит от скорости охлаждения), чем структуру жидкости, отвечающуютемпературе закалки (И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
