Metal lichid - Liquidmetal
Liquidmetal și Vitreloy sunt denumiri comerciale ale unei serii de aliaje de metale amorfe dezvoltate de o echipă de cercetare a Institutului de Tehnologie din California (Caltech) și comercializate de Liquidmetal Technologies . Aliajele de metal lichid combină o serie de caracteristici materiale dorite, inclusiv rezistență ridicată la tracțiune , rezistență excelentă la coroziune , coeficient de restituire foarte ridicat și caracteristici excelente de uzură, putând fi formate termic în procese similare termoplastelor . În ciuda numelui, nu sunt lichide la temperatura camerei.
Liquidmetal a fost introdus pentru aplicații comerciale în 2003. Este utilizat, printre altele, pentru cluburi de golf , ceasuri și huse de telefoane mobile .
Aliajul a fost rezultatul final al unui program de cercetare a metalelor amorfe efectuat la Caltech. A fost primul dintr-o serie de aliaje experimentale care ar putea realiza o structură amorfă la viteze de răcire relativ lente. Metalele amorfe fuseseră fabricate înainte, dar numai în loturi mici, deoarece ratele de răcire trebuiau să fie de milioane de grade pe secundă. De exemplu, firele amorfe ar putea fi fabricate prin stingerea unui șuvoi de metal topit pe un disc de filare. Deoarece Vitreloy a permis viteze de răcire atât de scăzute, a fost posibilă producția de loturi mai mari. Mai recent, o serie de aliaje suplimentare au fost adăugate în portofoliul Liquidmetal. Aceste aliaje își păstrează, de asemenea, structura amorfă după reîncălzirea repetată, permițându-le să fie utilizate într-o mare varietate de procese de prelucrare tradiționale.
Caracteristici
Liquidmetal, creat de Dr. Atakan Peker, conține atomi de dimensiuni semnificativ diferite. Ele formează un amestec dens cu volum liber scăzut. Spre deosebire de metalele cristaline, nu există un punct de topire evident în care vâscozitatea scade brusc. Vitreloy se comportă mai mult ca alte ochelari , prin aceea că vâscozitatea acestuia scade treptat odată cu creșterea temperaturii. La temperaturi ridicate, se comportă într-un mod plastic, permițând controlul relativ ușor al proprietăților mecanice în timpul turnării. Vâscozitatea împiedică mișcarea suficientă a atomilor pentru a forma o rețea ordonată, astfel încât materialul își păstrează proprietățile amorfe chiar și după ce a fost format din căldură.
Aliajele au temperaturi de înmuiere relativ scăzute, permițând turnarea unor forme complicate fără a fi nevoie de finisare. Proprietățile materialului imediat după turnare sunt mult mai bune decât cele ale metalelor convenționale; de obicei, metalele turnate au proprietăți mai slabe decât cele forjate sau forjate. Aliajele sunt, de asemenea, maleabile la temperaturi scăzute (400 ° C sau 752 ° F pentru cea mai timpurie formulare) și pot fi turnate . Volumul liber scăzut are ca rezultat și o contracție scăzută în timpul răcirii. Din toate aceste motive, Liquidmetal poate fi format în forme complexe utilizând procese similare termoplasticelor, ceea ce face din Liquidmetal un potențial înlocuitor pentru multe aplicații în care în mod normal ar fi utilizate plasticele.
Datorită structurilor lor necristaline ( amorfe ), metalele lichide sunt mai dure decât aliajele de titan sau aluminiu cu compoziție similară. Aliaje de lichidmetal pe bază de zirconiu și titan au obținut o rezistență la randament de peste 1723 MPa, aproape de două ori mai puternică decât aliajele convenționale de titan cristalin (Ti6Al4V este de ~ 830 MPa) și despre rezistența oțelurilor de înaltă rezistență și a unor materiale compozite în vrac extrem de proiectate (a se vedea rezistența la tracțiune pentru o listă de materiale comune). Cu toate acestea, metodele de turnare timpurie au introdus defecte microscopice, care erau site-uri excelente pentru propagarea fisurilor, ceea ce a dus la Vitreloy să fie fragil ca sticla. Deși puternice, aceste loturi timpurii s-au spulberat ușor atunci când au fost lovite. Metodele de turnare mai noi, ajustările amestecurilor de aliaje și alte modificări au îmbunătățit acest lucru.
Lipsa limitelor de cereale contribuie la rezistența ridicată (și, prin urmare, la rezistență) prezentată. În cadrul unei demonstrații, o sferă metalică căzută pe oțel amorf a sărit cu mult mai mult decât aceeași sferă metalică căzută pe oțel cristalin.
Lipsa limitelor granulelor într-o sticlă metalică elimină coroziunea la granița granulei - o problemă obișnuită în aliajele de înaltă rezistență produse prin întărirea precipitațiilor și oțelurile inoxidabile sensibilizate. Prin urmare, aliajele metalice lichide sunt în general mai rezistente la coroziune, atât datorită structurii mecanice, cât și a elementelor utilizate în aliajul său. Combinația dintre duritatea mecanică, elasticitatea ridicată și rezistența la coroziune fac ca Liquidmetal să fie rezistent la uzură.
Deși la temperaturi ridicate, deformarea plastică are loc cu ușurință, aproape niciuna nu apare la temperatura camerei înainte de apariția eșecului catastrofal . Acest lucru limitează aplicabilitatea materialului în aplicații critice pentru fiabilitate, deoarece eșecul iminent nu este evident. Materialul este, de asemenea, susceptibil la oboseala metalelor cu creșterea fisurilor. O structură compusă în două faze cu matrice amorfă și o armătură dendritică ductilă în fază cristalină sau un compozit matricial metalic armat cu fibre din alt material poate reduce sau elimina acest dezavantaj.
Utilizări
Liquidmetal combină o serie de caracteristici care nu se regăsesc în mod normal într-un singur material. Acest lucru le face utile într-o mare varietate de aplicații.
Una dintre primele utilizări comerciale ale Liquidmetal a fost în cluburile de golf fabricate de companie, unde metalul foarte elastic a fost folosit în porțiuni ale feței clubului. Acestea au fost foarte apreciate de utilizatori, dar produsul a fost ulterior abandonat, în parte deoarece prototipurile s-au spulberat după mai puțin de 40 de accesări. De atunci, Liquidmetal a apărut în alte echipamente sportive, inclusiv nucleele mingilor de golf , schiurilor , liliecilor de baseball și softball și rachetelor de tenis .
Abilitatea de a fi turnat și turnat, combinată cu o rezistență ridicată la uzură , a dus, de asemenea, la utilizarea Liquidmetal ca înlocuitor al materialelor plastice în unele aplicații. Acesta a fost folosit pe carcasa de ultimul model de SanDisk „Cruzer Titanium“ flash drive - urile USB precum și lor Sansa linie de Flash pe bază de MP3 player , și carcase ale unor telefoane mobile , cum ar fi de lux Vertu produse, precum și alte electronice de consum monostrat . Liquidmetal a fost utilizat în laserul dentar Biolase Ilase și în scanerul cu cod de bare inelar Socketmobile. Liquidmetal a fost, de asemenea, utilizat în mod special pentru fabricarea instrumentului de ejectare SIM al unor iPhone 3G fabricate de Apple Inc. , livrate în SUA. Acest lucru a fost făcut de Apple ca un exercițiu pentru a testa viabilitatea utilizării metalului. Ele păstrează o suprafață fără zgârieturi mai mult decât materialele concurente, în timp ce sunt încă realizate în forme complexe. Aceleași calități împrumute să utilizeze ca acoperiri protectoare pentru mașini industriale, inclusiv petrol prăjini de foraj și centrale electrice tuburi cazan .
De asemenea, înlocuiește titanul în aplicații care variază de la instrumente medicale și mașini la industria militară și aerospațială. În aplicațiile militare, tijele de metale amorfe înlocuiesc uraniul sărăcit în penetratorii de energie cinetică . Plăcile de metal lichid au fost utilizate în colectorul de ioni de vânt solar din sonda spațială Genesis .
Aliaje comerciale
O gamă de aliaje pe bază de zirconiu au fost comercializate sub această denumire comercială. Câteva exemple de compoziții sunt enumerate mai jos, în procente molare:
- Un aliaj timpuriu, Vitreloy 1 :
- O variantă, Vitreloy 4 ( Vit4 ):
- Vitreloy 105 ( Vit105 ):
- O dezvoltare mai recentă ( Vitreloy 106a ), care formează sticla la răcire mai puțin rapidă:
Utilizări licențiate
- Apple Inc. , a achiziționat o licență perpetuă și exclusivă pentru a-și utiliza tehnologia în domeniul electronicelor de larg consum.
- Grupului Swatch i sa acordat o licență exclusivă pentru utilizarea Liquidmetal în ceasurile sale.