Испытана необычная обработка металлического стекла

Какой из двух пузырьков сделан из стекла? Правильный ответ – оба, но при этом правый – из металла (фото Yale University).

Инженеры сетуют, что пластмассы чрезвычайно технологичны, но, увы, не слишком прочны. Металлы, наоборот, прочны, но куда сильнее ограничены в широте методов изготовления изделий. Соединить преимущества этих «двух миров» удалось исследователям из Йеля.

Ян Шрирс (Jan Schroers, на фото под заголовком) и его коллеги в серии экспериментов доказали, что возможно создание конструкционного материала и технологии производства изделий из него, которые одновременно обеспечили бы очень высокие скорость, точность и лёгкость обработки, как у пластмасс, с прочностью и износостойкостью, как у лучших сортов стали.

Ещё в 2009 году Ян со товарищи разработали технологию литья из металлического стекла деталей микро- и нанометрового масштаба. Теперь учёные продолжили эту линию опытов и обратили пристальное внимание на так называемые объёмные металлические стекла (bulk metallic glasses — BMG) и на макроскопические изделия из них.

В своей новой работе Шрирс продемонстрировал, что целый ряд сплавов BMG, разработанных в последнее время, прекрасно подходит для создания предметов методом выдувной формовки (blow molding). Команда исследователей создала несколько сложных форм для изготовления деталей, в том числе бесшовных металлических бутылок, миниатюрных резонаторов для микроэлектромеханических устройств и биомедицинских имплантатов.

Все эти предметы учёные получали менее, чем за минуту. При этом исключалась необходимость в последующей обработке изделия, расход материала был невелик, а точность соблюдения формы — великолепная. С обычной сталью такого эффекта добиться нельзя, не поплатившись прочностью (возникновением внутренних дефектов после обработки) и долговечностью.

Попробовав получать одним и тем же методом бутылочки из разных материалов, авторы эксперимента убедились, что обычные сплавы не успевают заполнить форму даже при значительном росте времени процесса. BMG же позволяют добиться желаемой формы очень быстро, сохраняя ровные стенки (иллюстрации Jan Schroers et al./Materials Today).

Авторы опыта сравнили различные характеристики стали, алюминиевых сплавов, пластмасс и металлических стёкол типа BMG, содержащих титан, медь, цирконий, алюминий и ряд других элементов.

Оказалось, что хотя по стоимости BMG сравнимы со сталью высокого класса, они выигрывают в прочности и притом значительно дешевле в обработке. «Выдувная формовка заменяет сразу три традиционных процесса изготовления пустотелых металлических деталей — формовку (литьё) половинок изделия, соединение частей, финишную обработку», — поясняет пресс-релиз Йеля.

Важно, что температура формовки (без дефектов и с хорошим заполнением формы) у новых BMG оказалась примерно сопоставима с аналогичным параметром для пластмасс и заметно ниже, чем, к примеру, у алюминиевых и титановых кристаллических сплавов. (Тонкости предлагаемой технологии можно найти в статье в журнале Materials Today.)

Любопытно, что среди авторов новой работы есть представитель американской компании Liquidmetal Technologies, занятой коммерциализацией аморфных металлических сплавов и продающей на рынке несколько сортов таких материалов под торговой маркой Vitreloy. Можно надеяться, что разработка физиков из Йеля тоже окажется на рынке. Шрирс считает её «новой парадигмой обработки металлов» и сравнивает её потенциальное влияние на общество с тем, что оказало бурное развитие индустрии пластмасс в XX веке.



Новый тип магнитов решает проблему редких элементов

24 января 2011

Создан перспективный материал для термогенератора

20 января 2011

Создан рекордный аэрогель из углеродных нанотрубок

13 января 2011

Создана выносливая резина из нанотрубок

9 декабря 2010

Израильтяне создали самый прочный органический материал

27 октября 2010
  • Георгий Ратушный  1 марта, 20:16
    весьма позитивная новость. прочность и стоимость стали при минутной скорости изготовления — дорогого стоит

    как раз читаю книгу про бережливое производство))

    ОтветитьНравится
  • Михаил Пушной  2 марта, 00:25
    Не просто позитивная новость, а скорее — революционная технология.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  2 марта, 09:48
    Как все однако перемешано и извращено. Никаких технических характеристик — о чем здесь можно рассуждать? Обработки не надо? Надо понимать при заливке в пресс-формы. Только для стали и особенно алюминиевых сплавов этот вариант тоже годится. Фокус в том, что сама прессформа стоит дорого и залить в песочек с последующей мехобработкой часто более выгодно.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Храмцов  2 марта, 12:08
    Я та понял, что речь идет о выигрыше при литье сложных пустотелых форм. Где в случае с металлом приходится лить из двух половинок, так как «дутье» к металлам не применяется. Выигрыш в том, что половинки не надо соединять и обрабатывать после этого. А так же, что нет шва — нет дефектов.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  3 марта, 07:45
    Так и металлы льют центробежным способом. Речь не о том. Они претендуют на замену стали этим стеклометаллом. При этом не приводится никаких сравнений по характеристикам. Непонятно, какую ваще структуру этот сплав имеет. Формообразование — дело второстепенное.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  3 марта, 09:01
    Там много сортов, соответственно, и вариаций по свойствам. В «среднем по больнице» — прочностные характеристики у металлических стёкол выше, чем у большинства сталей. Выше коррозионная стойкость и износостойкость, низкая усадка при охлаждении, лучше выдерживают упругую деформацию. Структура — аморфная, с кучей разнородных атомов, упакованных относительно плотно. Детальнее — по ссылкам в материале.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  4 марта, 06:49
    Леонид, говорить о среднем смысла нет, поскольку марки сталей узкоспециализированы и не везде требуется высокая прочность. Стекло обладает высокой прочностью само по себе. Недостаток его — хрупкость, которая сводит на нет его эксплуатационные качества. Так что вопрос не в прочности, а в хрупкости, который совсем не освещен. И эта трудность принципиальная. Если нет цифр по ударной вязкости и относительном удлинении нового материала, обсуждать это все бесполезно. Похоже, просто дутая сенсация. Я слабо верю в то, что металлизированное стекло окажется пластичным, да и технология металлизации, учитывая нерастворимость металлов в стеклах, представляется мне заведомо не экономичной.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  4 марта, 07:02
    А я понял, это металлические стекла, полученные высокоскоростным охлаждением. Сплавы типа витрелой, по сути композиты. Примеры — Ti40Cu36Pd14Zr10 и Mg60Zn35Ca5. Сравнение со сталями здесь бессмысленно. Они в десятки и даде сотни раз дороже, сложнее в изготовлении и имеют очень узкую сферу применения.
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  2 марта, 12:09
    Технологический прием, заимствованный у стеклодувов, — хорош.
    Его не так давно применили к пластиковым бутылкам, — результат налицо.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  2 марта, 22:31
    не ржавеют — должны быть биоинертны?
    Биоинертны — фиксаторы — пластины шурупы для остеосинтеза костей и эндопротезы

    Хотя бы мелкие шурупы на кисть или протезы слуховых косточек

    ОтветитьНравится
  • Антон Агейкин  6 марта, 11:08
    «Команда исследователей создала несколько сложных форм для изготовления деталей, в том числе бесшовных металлических бутылок, миниатюрных резонаторов для микроэлектромеханических устройств и биомедицинских имплантатов.»
    Собственно, вот задача, на которую было направлено исследование. Юрий прав.
    ОтветитьНравится