Процесс производства металлического стекла: технологические инновации ведут к созданию материалов будущего

Процесс производства металлического стекла в последние годы совершил значительный технологический прорыв, который не только улучшил характеристики материала, но и значительно снизил стоимость производства, что позволяет применять его во многих областях. В этой статье мы подробно рассмотрим технические принципы и методы процесс производства металлического стекла.

1. Обзор металлического стекла

Металлическое стекло, также известное как аморфный сплав, — это материал с уникальной атомной структурой, в которой расположение атомов не упорядочено, как в обычных кристаллах, а скорее находится в неупорядоченном состоянии. Благодаря особой структуре этот материал обладает многими превосходными физическими и химическими свойствами, такими как высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость и отличные магнитные свойства.

2. предыстория разработки процесс производства металлического стекла из блоков

Исследования металлического стекла начались в 1960-х годах, первоначально ученые Калифорнийского технологического института с помощью технологии быстрого затвердевания успешно подготовили первое металлическое стекло. С развитием материаловедения типы и области применения металлического стекла продолжают расширяться. Особенно в 1980-х годах японские ученые разработали серию объемных металлических стекол без драгоценных металлов, что значительно способствовало применению этого материала на практике. В последние годы, благодаря постоянному совершенствованию процесс производства металлического стекла, его характеристики и стоимость производства были еще более оптимизированы, а его применение в области электроники, аэрокосмической промышленности и спортивного оборудования становится все более широким.

3. технические принципы процесса процесс производства металлического стекла

(1) Формирование аморфных структур

Ключевым моментом в процесс производства металлического стекла является скорость охлаждения. Когда металл или сплав быстро охлаждается из жидкого состояния, атомы слишком поздно формируют упорядоченную кристаллическую структуру и вместо нее образуется неупорядоченная твердая структура. Для формирования такой структуры необходимо избежать образования и роста кристаллических ядер, что обычно достигается путем регулирования скорости охлаждения. Быстрое охлаждение не дает атомам достаточно времени для дальнего упорядочения, что приводит к образованию аморфной структуры.

(2) Скорость охлаждения и критический размер

Критический размер — это наименьший размер образца, при котором может образоваться полностью аморфная структура. Этот размер тесно связан со стеклообразующей способностью материала. Материалы с высокой стеклообразующей способностью могут формировать более крупные объемные металлические стекла при более низких скоростях охлаждения. Скорость охлаждения является одним из ключевых факторов, влияющих на формирование аморфной структуры: чем быстрее скорость охлаждения, тем легче формируются аморфные структуры. Поэтому на практике контроль скорости охлаждения является одним из ключевых этапов в процесс производства металлического стекла.

4. Процесс производства металлического стекла — традиционный метод

(1) Метод быстрого охлаждения

Метод быстрого охлаждения — это распространенный метод процесс производства металлического стекла, основанный на принципе охлаждения металлической жидкости с очень высокой скоростью, так что она не успевает сформировать кристаллическую структуру во время застывания, и таким образом образуется аморфная структура. Этот метод обычно реализуется путем распыления металлической жидкости на охлаждающий барабан, вращающийся с высокой скоростью, или путем распыления ее в холодную воду под высоким давлением. Этот метод позволяет эффективно контролировать скорость охлаждения и является основным способом получения тонких полос и тонких нитей металлического стекла.

(2) Закалка спинов расплава

Спин-закалка расплава — это метод формирования металлического стекла путем его быстрого охлаждения путем распыления расплавленного металла на вращающуюся с высокой скоростью охлаждающую поверхность и использования центробежной силы для рассеивания расплава на тонкие листы. Этот процесс подходит для производства больших листов металлического стекла. Толщину и свойства металлического стекла можно контролировать, регулируя скорость впрыска и скорость вращения охлаждающей поверхности. Спин-закалка расплава широко используется в промышленности для производства высокоэффективных металлических стеклянных материалов.

5. Процесс производства металлического стекла — основные методы

(1) Метод литья в металлическую форму

Метод литья в металлическую форму — это широко распространенный процесс производства металлического стекла. Метод предполагает впрыскивание расплавленного сплава в водоохлаждаемую металлическую форму, обычно медную, которая обладает хорошей теплопроводностью и позволяет добиться быстрого охлаждения. Этот метод позволяет получать относительно крупные изделия из металлического стекла для широкого спектра систем легирования. Преимуществами метода литья в металлическую форму являются простота оборудования, легкость в эксплуатации и пригодность для производства в промышленных масштабах.

(2) Метод литья в форму под высоким давлением

Метод литья под высоким давлением предполагает впрыск расплавленного сплава в металлическую форму под высоким давлением. Этот метод позволяет дополнительно увеличить скорость охлаждения, что дает возможность формировать объемное металлическое стекло даже в сплавах со слабой способностью к стеклообразованию. Литье под высоким давлением позволяет получать детали сложной формы и точных размеров и подходит для производства высокоточных изделий с высокими эксплуатационными характеристиками. Оптимизация параметров процесса позволяет добиться эффективного и экономичного массового производства.

(3) Метод закаливания водой

Метод закалки в воде предполагает охлаждение расплавленного сплава путем помещения его в кварцевую трубку и последующего быстрого погружения в воду. Этот метод обеспечивает очень высокую скорость охлаждения и подходит для производства металлических стекол небольшого размера. Преимущество метода закалки в воде заключается в том, что высокая скорость охлаждения позволяет получить высококачественное объемное металлическое стекло, но стоимость оборудования высока, а работа сложна. Он подходит для лабораторных исследований и производства небольшого количества высокоточных изделий.

(4) Метод литья в медные формы

Метод литья в медные формы также широко используется для процесс производства металлического стекла. Метод заключается в подаче расплавленной металлической жидкости в медную форму, которая быстро поглощает тепло, используя высокую теплопроводность меди, что позволяет металлической жидкости быстро охлаждаться, в результате чего образуется аморфная структура. Метод литья в медные формы позволяет получать металлические стеклянные компоненты больших размеров и широко используется в промышленности, где требуется высокая прочность и коррозионная стойкость.

(5) Метод литья на свалку

Метод литья под давлением — это метод, позволяющий повысить чистоту и качество металлического стекла путем наклона формы для литья таким образом, чтобы расплавленный металл медленно стекал в форму, что позволяет избежать проблемы примесей при традиционном методе литья. Этот метод подходит для производства металлического стекла высокой чистоты и высоких эксплуатационных характеристик. Контролируя скорость заливки и температуру формы, можно добиться равномерного охлаждения и избежать внутренних дефектов.

(6) Метод литья под давлением

Метод литья под давлением предполагает выдавливание расплавленного металла в форму под высоким давлением и подходит для изготовления деталей сложной формы с высокими требованиями к прочности. Этот метод позволяет эффективно повысить плотность и механические свойства металлического стекла. Преимущество метода литья под давлением заключается в том, что он высокопроизводителен и подходит для массового производства. Оптимизация параметров процесса позволяет получать высококачественные и высокоэффективные изделия.

6. производственные проблемы и решения для процесс производства металлического стекла

(1) Контроль примесей и вопросы чистоты

В процессе приготовления объемного металлического стекла наличие примесей может серьезно повлиять на качество и эксплуатационные характеристики продукта. Поэтому контроль содержания примесей является важной задачей в процесс производства металлического стекла. Использование высокочистого сырья и строгий контроль процесса позволяют эффективно снизить влияние примесей. Кроме того, использование передовых технологий очистки, таких как электронно-лучевая плавка и зонная плавка, может еще больше повысить чистоту материала. Электронно-лучевая плавка нагревает материал с помощью высокоэнергетического электронного пучка, который удаляет примеси при высоких температурах, а зонная плавка очищает материал путем локального нагрева и затвердевания.

(2) Термообработка и оптимизация характеристик

Термообработка — важнейший этап в регулировании свойств металлического стекла. Точно контролируя температуру нагрева и скорость охлаждения, можно оптимизировать механические свойства и стабильность металлического стекла. Например, правильная термообработка позволяет снять внутренние напряжения и повысить вязкость и прочность материала. Термообработка также может изменить микроструктуру металлических стекол, тем самым улучшая их физические и химические свойства. Изучив влияние различных процессов термообработки на свойства материала, можно разработать оптимальную схему термообработки для оптимизации свойств.

(3) Контроль затрат и экономическая эффективность

Себестоимость производства блочного металлического стекла относительно высока, в основном из-за того, что для его изготовления требуется специальное оборудование и технологические процессы. Поэтому снижение себестоимости является ключевым фактором, способствующим его широкому применению. Производственные затраты можно эффективно контролировать путем оптимизации процесс производства металлического стекла и повышения эффективности производства и уровня квалификации продукции. Кроме того, разработка новых недорогих технологий производства также является важным способом достижения экономической выгоды. Например, внедрение высокоэффективных производственных технологий, таких как метод литья в формы под высоким давлением и метод литья в медные формы распылением, может снизить себестоимость и повысить экономическую выгоду при условии обеспечения качества продукции.

(4) Улучшение способности к образованию аморфного вещества

Улучшение аморфного формирования металлических стекол является важной темой в материаловедении. Для достижения этой цели ученые обычно используют многолегированные системы, которые препятствуют образованию кристаллов путем добавления нескольких элементов. Кроме того, способность к аморфному образованию можно эффективно повысить, оптимизировав процесс производства металлического стекла, например, регулируя скорость охлаждения и условия обработки расплава. При разработке многолегированной системы необходимо учитывать не только типы и пропорции элементов, но и их взаимодействие и влияние на общие характеристики.

(5) Методы предотвращения кристаллизации

Кристаллизация — важная проблема, которой необходимо избегать при производстве и использовании металлического стекла. Кристаллизация может привести к ухудшению свойств материала и потере его уникальных аморфных характеристик. Для предотвращения кристаллизации можно регулировать температуру и время нагрева, чтобы избежать длительного пребывания материала в чувствительном температурном диапазоне. Кроме того, добавление некоторых элементов, например редкоземельных, может эффективно препятствовать образованию и росту кристаллических ядер и сохранять аморфную структуру материала. Срок службы и область применения металлического стекла могут быть эффективно расширены за счет разумной разработки состава и контроля процесса процесс производства металлического стекла.

7. Резюме

Как материал с уникальными свойствами, процесс производства и области применения объемного металлического стекла постоянно развиваются и расширяются. Благодаря оптимизации производственного процесса и улучшению свойств материала объемное металлическое стекло в будущем будет играть еще более важную роль в сфере высоких технологий.