Чим примітні аморфні метали?

Особливою групою металевих матеріалів є аморфні метали. Це речовини з характерним будовою, яке близьке до структури розплавленого металу або скла. Помітне впорядкування в аморфних металах поширюється тільки на кілька міжатомних відстаней, як у звичайних стекол. Таку структуру метали набувають при охолодженні зі швидкістю більше 1 мільйона градусів Цельсія в секунду.

Аморфні метали привертали посилену увагу вчених з часу їх відкриття в 1960 році. Першим з отриманих аморфних металів був сплав золото-кремній. Потім вдалося отримати в аморфному стані не тільки сплави, але й багато чисті метали, в тому числі залізо, алюміній, хром, нікель, ванадій, германій та ін. Для цього потрібні були швидкості охолодження до 10 мільярдів градусів в секунду.

Однак аморфний стан чистих металів нестійкий - при нагріванні починається кристалізація. Набагато стійкіший сплави, містять такі перехідні елементи, як нікель, паладій, цирконій, лантан, а також деякі неметали - кремній, бор, вуглець, фосфор.

Найбільш легко утворюються сплави, відповідні формулою М₈₀А₂₀, де М - один або кілька перехідних металів, А - один або декілька так званих аморфізірующіх елементів, що додаються для стабілізації аморфної структури. Наприклад, відомі сплави Fe₈₀P₁₃B₇, Fe₄₀Ni₄₀S₁₄B₆ та ін.

Для забезпечення надвисоких швидкостей охолодження розплаву застосовують розпорошення струменя металу холодним газом або рідиною, «вистрілювання» крапель металу на охолоджувані поверхні металевих пластин або швидко обертових барабанів, опромінення звичайних сплавів лазером та ін.

В даний час аморфні метали отримують не тільки швидким охолодженням розплавів металів, але й осадженням їх з газової фази на холодну поверхню, виділенням з розчинів і розплавів електрохімічними методами, катодним розпиленням і багатьма іншими методами.

Завдяки характерній структурі аморфні метали мають ряд особливих властивостей: вони стають у кілька разів міцніше, змінюються модулі їх пружності, електромагнітні властивості, підвищується стійкість до корозії. На противагу звичайним стеклам вони проявляють помітну пластичність.

Ці властивості визначають особливе місце аморфних металів серед інших матеріалів і привертають до себе увагу фахівців. Вони являють собою багатообіцяючі матеріали для техніки майбутнього.

З них можна виготовляти нові високоміцні композити для застосування їх в авіації і космонавтиці. Аморфні металеві матеріали, що володіють високою корозійною стійкістю, використовують для різних хімічних і магнітних фільтрів, хімічних судин, електродів, як захисних покриттів в установках для видобутку та обробки природного газу і нафти.

Значна частка втрат електроенергії при її передачі припадає на трансформатори. Нові матеріали для виробництва сердечників трансформаторів, створені на основі аморфних сплавів, дозволяють скоротити ці втрати вдвічі. Розроблено аморфні сплави, що володіють необхідними магнітними властивостями, але погано проводять електричний струм, тому в осерді трансформатора, виготовленого з такого сплаву, не виникають вихрові струми, що поглинають енергію.

Інтерес, що проявляється фахівцями до аморфних металів, обумовлений ще й тим, що вони значно дешевше традиційних матеріалів, що виконують ту ж задачу (якщо такі матеріали взагалі існують). Найбільш інтенсивно аморфні метали досліджують у США, Японії, Німеччини та Великобританії, а в останні 20 років їх почали вивчати в усіх промислових країнах світу.

На початку 1981 року в США введено в експлуатацію перший завод з виготовлення стрічок з аморфних металів з обсягом виробництва близько 2000 тонн на рік. Зараз таких підприємств багато. Інтерес до аморфним металам зростає. Число публікацій про них перевалило за кілька тисяч на рік і продовжує зростати. На порядку денному стоїть завдання розробки дешевих промислових технологій.