Liquidmetal - Liquidmetal
Liquidmetal og Vitreloy er kommercielle navne på en serie amorfe metallegeringer udviklet af et California Institute of Technology (Caltech) forskningsteam og markedsført af Liquidmetal Technologies . Liquidmetal-legeringer kombinerer et antal ønskelige materialefunktioner, herunder høj trækstyrke , fremragende korrosionsbestandighed , meget høj restitutionskoefficient og fremragende slidstyrkeegenskaber, samtidig med at de også kan varmeformes i processer svarende til termoplast . På trods af navnet er de ikke flydende ved stuetemperatur.
Liquidmetal blev introduceret til kommercielle applikationer i 2003. Det bruges til blandt andet golfklubber , ure og covers til mobiltelefoner .
Legeringen var slutresultatet af et forskningsprogram for amorfe metaller udført på Caltech. Det var den første af en række eksperimentelle legeringer, der kunne opnå en amorf struktur ved relativt lave kølehastigheder. Amorfe metaller var blevet fremstillet før, men kun i små portioner, fordi kølehastighederne skulle være i millioner af grader pr. Sekund. For eksempel kunne amorfe ledninger fremstilles ved at splatre en strøm af smeltet metal på en spindeskive. Fordi Vitreloy tillod så lave kølehastigheder, var det muligt at producere større batchstørrelser. For nylig er der tilføjet et antal ekstra legeringer til Liquidmetal-porteføljen. Disse legeringer bevarer også deres amorfe struktur efter gentagen genopvarmning, så de kan bruges i en lang række traditionelle bearbejdningsprocesser.
Egenskaber
Liquidmetal, oprettet af Dr. Atakan Peker, indeholder atomer i væsentligt forskellige størrelser. De danner en tæt blanding med lavt fri volumen. I modsætning til krystallinske metaller er der intet tydeligt smeltepunkt, hvor viskositeten pludselig falder. Vitreloy opfører sig mere som andre briller , idet dets viskositet gradvist falder med øget temperatur. Ved høj temperatur opfører den sig på en plastisk måde, så de mekaniske egenskaber kan kontrolleres relativt let under støbning. Viskositeten forhindrer atomerne i at bevæge sig nok til at danne et ordnet gitter, så materialet bevarer sine amorfe egenskaber, selv efter at det er varmeformet.
Legeringerne har relativt lave blødgøringstemperaturer, hvilket muliggør støbning af komplicerede former uden behov for efterbehandling. Materialegenskaberne umiddelbart efter støbning er meget bedre end konventionelle metaller; Normalt har støbte metaller dårligere egenskaber end smedede eller smede. Legeringerne kan også formes ved lave temperaturer (400 ° C eller 752 ° F for den tidligste formulering) og kan støbes . Den lave frie volumen resulterer også i lav krympning under afkøling. Af alle disse grunde kan Liquidmetal formes til komplekse former ved hjælp af processer svarende til termoplast, hvilket gør Liquidmetal til en potentiel erstatning for mange applikationer, hvor plast normalt ville blive brugt.
På grund af deres ikke-krystallinske ( amorfe ) strukturer er Liquidmetals hårdere end legeringer af titanium eller aluminium med lignende sammensætning. De zirconium- og titanbaserede Liquidmetal-legeringer opnåede flydespænding på over 1723 MPa, næsten dobbelt så stærk som konventionelle krystallinske titaniumlegeringer (Ti6Al4V er ~ 830 MPa), og omkring styrken af højstyrkestål og nogle højt konstruerede bulk- kompositmaterialer (se trækstyrke for en liste over almindelige materialer). Imidlertid introducerede de tidlige støbemetoder mikroskopiske mangler, der var fremragende steder til spredning af revner, hvilket førte til, at Vitreloy var skrøbelig som glas. Selvom de var stærke, knuste disse tidlige partier let, når de blev ramt. Nyere støbemetoder, justeringer af legeringsblandingerne og andre ændringer har forbedret dette.
Manglen på korngrænser bidrager til den høje udbyttestyrke (og derved modstandsdygtighed), der udvises. I en demonstration sprang en metalkugle, der faldt på amorft stål, væsentligt længere end den samme metalkugle, der faldt på krystallinsk stål.
Manglen på korngrænser i et metallisk glas eliminerer korrosion med korngrænser - et almindeligt problem i højstyrkelegeringer produceret af udfældningshærdning og sensibiliserede rustfrit stål. Liquidmetal-legeringer er derfor generelt mere korrosionsbestandige, både på grund af den mekaniske struktur såvel som de elementer, der anvendes i dens legering. Kombinationen af mekanisk hårdhed, høj elasticitet og korrosionsbestandighed gør Liquidmetal slidstærk.
Selvom plastisk deformation let forekommer ved høje temperaturer, forekommer næsten ingen ved stuetemperatur inden katastrofalt svigt . Dette begrænser materialets anvendelighed i pålidelighedskritiske applikationer, da den forestående fejl ikke er tydelig. Materialet er også modtageligt for metal træthed med revnedannelse. En to-faset kompositstruktur med amorf matrix og en duktil dendritisk krystallinsk-forstærkning eller en metalmatrix-komposit forstærket med fibre af andet materiale kan reducere eller eliminere denne ulempe.
Anvendelser
Liquidmetal kombinerer en række funktioner, der normalt ikke findes i et enkelt materiale. Dette gør dem nyttige i en lang række applikationer.
En af de første kommercielle anvendelser af Liquidmetal var i golfkøller fremstillet af virksomheden, hvor det meget elastiske metal blev brugt i dele af køllens ansigt. Disse blev højt vurderet af brugerne, men produktet blev senere droppet, dels fordi prototyperne knuste efter færre end 40 hits. Siden da har Liquidmetal dukket op i andet sportsudstyr, herunder kernerne i golfbolde , ski , baseball- og softball-flagermus og tennisracketer .
Evnen til at blive støbt og støbt kombineret med høj slidstyrke har også ført til, at Liquidmetal blev brugt som erstatning for plast i nogle applikationer. Det har været brugt på huset af sen-model SanDisk "Cruzer Titanium" USB-flashdrev samt deres Sansa linje af flash baseret MP3-afspiller , og tarme af nogle mobiltelefoner , ligesom luksus Vertu -produkter, og andre hærdet forbrugerelektronik . Liquidmetal blev brugt i Biolase dental laser Ilase og Socketmobile ring stregkodescanner. Liquidmetal er også især blevet brugt til at fremstille SIM-ejektorværktøjet til nogle iPhone 3G'er fremstillet af Apple Inc. , sendt i USA. Dette blev gjort af Apple som en øvelse for at teste levedygtigheden af brugen af metallet. De bevarer en ridsefri overflade længere end konkurrerende materialer, mens de stadig er lavet i komplekse former. De samme kvaliteter låne den til at bruge som beskyttende coatings til industrimaskiner, herunder råolie borerør og kraftværker kedelrør .
Det erstatter også titanium i applikationer lige fra medicinske instrumenter og biler til militær- og rumfartsindustrien. I militære applikationer erstatter stænger af amorfe metaller udarmet uran i kinetiske energipenetratorer . Plader af Liquidmetal blev brugt i solvind - opsamlingsarray i Genesis-rumsonde .
Kommercielle legeringer
En række zirkoniumbaserede legeringer er blevet markedsført under dette handelsnavn. Nogle eksempler på sammensætninger er anført nedenfor i molprocent:
- En tidlig legering, Vitreloy 1 :
- En variant, Vitreloy 4 ( Vit4 ):
- Vitreloy 105 ( Vit105 ):
- En nyere udvikling ( Vitreloy 106a ), der danner glas under mindre hurtig afkøling:
Licenserede anvendelser
- Apple Inc. , erhvervede en evig, eksklusiv licens til at bruge sin teknologi i forbrugerelektronik.
- Swatch Group fik en eksklusiv licens til at bruge Liquidmetal i sine ure.