Металлические стекла могут стать сверхпрочным покрытием гаджетов

Уникальный метод обработки объемных металлических стекол предложили материаловеды НИТУ «МИСиС». 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.

МетаМеталлические стекла (аморфные металлы) — материалы, у которых в отличие от «классических» материалов с кристаллической решеткой, 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.

Однако всегда есть ложка дегтя. Одним из препятствий к широкому применению этих материалов является 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», — рассказала соавтор метода, научный сотрудник кафедры металловедения цветных металлов НИТУ «МИСиС» Анна Игревская.

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.