Liquidmetal - Liquidmetal
Liquidmetal a Vitreloy jsou obchodní názvy řady amorfních kovových slitin vyvinutých výzkumným týmem California Institute of Technology (Caltech) a prodávaných společností Liquidmetal Technologies . Slitiny z tekutého kovu kombinují řadu požadovaných vlastností materiálu, včetně vysoké pevnosti v tahu , vynikající odolnosti proti korozi , velmi vysokého koeficientu restituce a vynikajících vlastností proti opotřebení, přičemž se také mohou tepelně formovat v procesech podobných termoplastům . Navzdory jménu nejsou při pokojové teplotě tekuté.
Liquidmetal byl představen pro komerční aplikace v roce 2003. Používá se mimo jiné pro golfové hole , hodinky a kryty mobilních telefonů .
Slitina byla konečným výsledkem programu výzkumu amorfních kovů prováděného na Caltech. Byla to první ze série experimentálních slitin, které dokázaly dosáhnout amorfní struktury při relativně pomalé rychlosti ochlazování. Amorfní kovy se vyráběly již dříve, ale pouze v malých dávkách, protože rychlost chlazení musela být v milionech stupňů za sekundu. Například amorfní dráty by mohly být vyrobeny stříkáním kalením proudu roztaveného kovu na rotujícím disku. Protože společnost Vitreloy umožňovala takové pomalé rychlosti chlazení, byla možná výroba větších velikostí šarží. V poslední době byla do portfolia Liquidmetal přidána řada dalších slitin. Tyto slitiny si také zachovávají svou amorfní strukturu po opakovaném zahřívání, což umožňuje jejich použití v široké škále tradičních obráběcích procesů.
Vlastnosti
Liquidmetal, vytvořený Dr. Atakanem Pekerem, obsahuje atomy výrazně různých velikostí. Tvoří hustou směs s malým volným objemem. Na rozdíl od krystalických kovů neexistuje zjevná teplota tání, při které viskozita náhle klesá. Vitreloy se chová spíše jako ostatní brýle , protože jeho viskozita klesá postupně se zvýšenou teplotou. Při vysoké teplotě se chová plasticky, což umožňuje relativně snadné ovládání mechanických vlastností během odlévání. Viskozita brání atomům v dostatečném pohybu, aby vytvořily uspořádanou mříž, takže materiál si zachovává své amorfní vlastnosti i po tepelném formování.
Slitiny mají relativně nízké teploty měknutí, což umožňuje odlévání složitých tvarů bez nutnosti dokončování. Vlastnosti materiálu bezprostředně po odlití jsou mnohem lepší než u konvenčních kovů; lité kovy mají obvykle horší vlastnosti než kované nebo tvářené. Slitiny jsou také tvárné při nízkých teplotách (400 ° C nebo 752 ° F pro první formulaci) a lze je lisovat . Nízký volný objem má za následek také malé smrštění během chlazení. Ze všech těchto důvodů lze Liquidmetal formovat do složitých tvarů pomocí postupů podobných termoplastům, což z Liquidmetalu dělá potenciální náhradu mnoha aplikací, kde by se běžně používaly plasty.
Kvůli svým nekrystalickým ( amorfním ) strukturám jsou Liquidmetals tvrdší než slitiny titanu nebo hliníku podobného složení. Slitiny Liquidmetal na bázi zirkonu a titanu dosáhly meze kluzu přes 1723 MPa, téměř dvojnásobnou pevnost oproti běžným krystalickým slitinám titanu (Ti6Al4V je ~ 830 MPa) a přibližně o pevnosti vysokopevnostních ocelí a některých vysoce konstruovaných sypkých materiálů (viz pevnost v tahu pro seznam běžných materiálů). Metody časného lití však zavedly mikroskopické chyby, které byly vynikajícími místy pro šíření trhlin, což vedlo k tomu, že Vitreloy byl křehký jako sklo. I když byly silné, tyto rané várky se při zásahu snadno rozbily. Vylepšily to nové metody lití, úpravy slitinových směsí a další změny.
Nedostatek hranic zrn přispívá k vysoké vykazované meze kluzu (a tím i odolnosti). V ukázce se kovová koule dopadající na amorfní ocel odrazila výrazně déle než stejná kovová koule dopadající na krystalickou ocel.
Nedostatek hranic zrn v kovovém skle eliminuje korozi na hranicích zrn - běžný problém u vysoce pevných slitin vyráběných srážením kalením a citlivých nerezových ocelí. Slitiny z tekutých kovů jsou proto obecně odolnější vůči korozi, a to jak z důvodu mechanické struktury, tak i prvků použitých v této slitině. Díky kombinaci mechanické tvrdosti, vysoké pružnosti a odolnosti proti korozi je Liquidmetal odolný proti opotřebení.
Ačkoli při vysokých teplotách k plastické deformaci dochází snadno, téměř žádná k ní nedochází při pokojové teplotě před nástupem katastrofického selhání . To omezuje použitelnost materiálu v aplikacích kritických na spolehlivost, protože blížící se selhání není zřejmé. Materiál je také citlivý na únavu kovu s růstem trhlin. Dvoufázová kompozitní struktura s amorfní matricí a tvárnou dendritickou výztuží v krystalické fázi nebo kompozit s kovovou matricí vyztužený vlákny z jiného materiálu může tuto nevýhodu snížit nebo eliminovat.
Použití
Liquidmetal kombinuje řadu funkcí, které se běžně nenacházejí v žádném materiálu. Díky tomu jsou užitečné v široké škále aplikací.
Jedno z prvních komerčních použití Liquidmetalu bylo v golfových klubech vyrobených společností, kde byl vysoce elastický kov použit v částech tváře klubu. Tito uživatelé byli vysoce hodnoceni, ale produkt byl později zrušen, z části proto, že se prototypy rozbily po méně než 40 zásahech. Od té doby se Liquidmetal objevil v jiných sportovních potřebách, včetně jader golfových míčků , lyží , baseballových a softbalových pálek a tenisových raket .
Schopnost odlévat a lisovat v kombinaci s vysokou odolností proti opotřebení také vedla k tomu, že se Liquidmetal v některých aplikacích používá jako náhrada za plasty . To bylo použité na krytu pozdní modelové SanDisk „Cruzer Titanium“ USB flash disky , jakož i jejich Sansa linky z blesku založeném MP3 přehrávače a skříních některých mobilních telefonů , jako luxusních Vertu výrobků a jiných houževnatých spotřební elektroniky . Liquidmetal byl použit v dentálním laseru Biolase Ilase a ve skeneru čárových kódů Socketmobile ring. Liquidmetal se také pozoruhodně používal k výrobě nástroje pro vysunutí SIM u některých zařízení iPhone 3G od společnosti Apple Inc. , dodávaných do USA. To bylo provedeno společností Apple jako cvičení k otestování životaschopnosti použití kovu. Zachovávají si povrch bez poškrábání déle než konkurenční materiály, přičemž jsou stále vyráběny ve složitých tvarech. Stejné vlastnosti je lze použít jako ochranné nátěry pro průmyslové stroje, včetně trubek pro ropné vrty a trubek pro kotle elektráren .
Rovněž nahrazuje titan v aplikacích od lékařských nástrojů a automobilů po vojenský a letecký průmysl. Ve vojenských aplikacích nahrazují tyče z amorfních kovů ochuzený uran v penetrátorech kinetické energie . Desky Liquidmetal byly použity v poli iontového kolektoru slunečního větru v kosmické sondě Genesis .
Komerční slitiny
Pod tímto obchodním názvem byla uvedena na trh řada slitin na bázi zirkonia . Některé ukázkové kompozice jsou uvedeny níže v molárních procentech:
- Raná slitina, Vitreloy 1 :
- Varianta, Vitreloy 4 ( Vit4 ):
- Vitreloy 105 ( Vit105 ):
- Novější vývoj ( Vitreloy 106a ), který formuje sklo za méně rychlého chlazení:
Licencované použití
- Společnost Apple Inc. získala trvalou exkluzivní licenci k používání této technologie ve spotřební elektronice.
- Skupina Swatch Group získala exkluzivní licenci k používání Liquidmetalu na svých hodinkách.