01.03.2011

Испытана необычная обработка металлического стекла

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.

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.

Леонид Попов

Источники:

1. MEMBRANA