Уникальный метод обработки объемных металлических стекол предложили ученые НИТУ «МИСиС». По словам авторов, им удалось найти условия производства, существенно повышающие качества этих перспективных материалов. Их можно будет применять в качестве покрытий для дорогих смартфонов, планшетов, а также изготовления биосовместимых имплантатов. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.
Металлические стекла (аморфные металлы) – материалы, у которых в отличие от «классических» материалов отсутствует закономерность в расположении далеко отстоящих друг от друга атомов. Из-за этого они отличаются высокой прочностью, эластичностью, стойкостью к коррозии и другими свойствами, благодаря которым востребованы в приборостроении, машиностроении, медицине и магнитной электротехнике.
Одним из препятствий к широкому применению этих материалов их высокая хрупкость. Авторы исследования считают, что новый метод обработки металлических стекол поможет решить эту проблему. Метод опробован на аморфном сплаве системы цирконий-медь-железо-алюминий (Zr-Cu-Fe-Al).
«Применение отжига до и после прокатки было «запрещено» канонами науки о металлических стеклах, поскольку в абсолютном большинстве случаев это приводит к их охрупчиванию.
-Выбор состава сплава и системы легирования помог нам обойти эту проблему: отжиг примерно на 100 градусов ниже температуры стеклования позволил вместо охрупчивания добиться пластификации объемных образцов и упрочнения ленточных»— объяснил научный руководитель исследования, д.т.н., профессор НИТУ «МИСиС», Дмитрий Лузгин.
По словам авторов исследования, на характеристики полученного материала влияет способ разложения матрицы сплава – ленточный или объемный.
В зависимости от этого достигаются различные результаты.
«Для объемных образцов посредством разделения однородной аморфной фазы на две достигнуто увеличение пластичности при растяжении до 1,5 % при комнатной температуре. Для ленточных образцов достигнуто увеличение твердости на 25%, что обеспечивается выделением стекловидных наночастиц размера порядка 7 нм вторичной аморфной фазы с сохранением пластичности на изгиб и сжатие.
-Это неожиданный и очень существенный результат», – рассказал автор метода, научный сотрудник кафедры металловедения цветных металлов НИТУ «МИСиС» Андрей Базлов.
Сплав системы Zr-Cu-Fe-Al не может быть использован как основной конструкционный материал ввиду высокой стоимости, — поясняют авторы разработки, — однако они уверены, что предложенная технология может быть применена и к другим аморфным сплавам, в частности, титановым (более дешевым).
Новый метод позволит упростить процесс придания необходимых свойств металлическим стеклам, тем самым расширив сферу их использования.
В дальнейшем научный коллектив намерен применить новую технологию для производства титановых и других объемных металлических стекол повышенного качества.