Sıvı metal - Liquidmetal

Liquidmetal ve Vitreloy bir dizi ticari isimlerdir amorf metal alaşımları bir tarafından geliştirilen Teknoloji California Institute (Caltech) araştırma ekibi tarafından pazarlanan Liquidmetal Technologies . Sıvı metal alaşımları, yüksek gerilme mukavemeti , mükemmel korozyon direnci , çok yüksek eskitme katsayısı ve mükemmel aşınma önleme özellikleri dahil olmak üzere bir dizi arzu edilen malzeme özelliğini bir araya getirirken, aynı zamanda termoplastiklere benzer işlemlerde ısıyla şekillendirilebilir . İsmine rağmen oda sıcaklığında sıvı değillerdir.

Liquidmetal 2003 yılında ticari uygulamalar için tanıtıldı. Diğer şeylerin yanı sıra golf kulüpleri , saatler ve cep telefonu kılıfları için kullanılır .

Alaşım, Caltech'te yürütülen amorf metallere yönelik bir araştırma programının sonucuydu. Nispeten yavaş soğutma hızlarında amorf bir yapı elde edebilen bir dizi deneysel alaşımın ilkiydi. Amorf metaller daha önce yapılmıştı, ancak soğutma hızlarının saniyede milyonlarca derece olması gerektiğinden yalnızca küçük partiler halinde yapılıyordu. Örneğin, amorf teller, dönen bir disk üzerinde bir erimiş metal akımının sıçramayla söndürülmesiyle imal edilebilir . Vitreloy bu kadar yavaş soğutma hızlarına izin verdiği için daha büyük parti boyutlarının üretimi mümkün oldu. Daha yakın zamanlarda, Liquidmetal portföyüne bir dizi ilave alaşım eklenmiştir. Bu alaşımlar ayrıca tekrar tekrar ısıtıldıktan sonra amorf yapılarını koruyarak çok çeşitli geleneksel işleme süreçlerinde kullanılmalarına izin verir.

özellikleri

Dr. Atakan Peker tarafından yaratılan Liquidmetal, önemli ölçüde farklı boyutlarda atomlar içerir. Düşük serbest hacimli yoğun bir karışım oluştururlar. Kristal metallerin aksine, viskozitenin aniden düştüğü belirgin bir erime noktası yoktur. Vitreloy diğer camlar gibi davranır , çünkü artan sıcaklıkla viskozitesi yavaş yavaş düşer. Yüksek sıcaklıkta, plastik bir şekilde davranır ve mekanik özelliklerin döküm sırasında nispeten kolay bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Viskozite, atomların düzenli bir kafes oluşturacak kadar hareket etmesini engeller, böylece malzeme ısıyla şekillendirildikten sonra bile amorf özelliklerini korur.

Alaşımların nispeten düşük yumuşama sıcaklıkları vardır, bu da karmaşık şekillerin son işlem gerektirmeden dökümüne izin verir. Dökümden hemen sonra malzeme özellikleri geleneksel metallerden çok daha iyidir; genellikle, dökme metaller, dövme veya dövme metallerden daha kötü özelliklere sahiptir. Alaşımlar ayrıca düşük sıcaklıklarda (en eski formülasyon için 400 °C veya 752 °F) dövülebilir ve kalıplanabilir . Düşük serbest hacim ayrıca soğutma sırasında düşük büzülme ile sonuçlanır. Tüm bu nedenlerden dolayı Liquidmetal, termoplastiklere benzer işlemler kullanılarak karmaşık şekillere dönüştürülebilir ve bu da Liquidmetal'i plastiklerin normalde kullanıldığı birçok uygulama için potansiyel bir alternatif haline getirir.

Sıvı metaller, kristal olmayan ( amorf ) yapıları nedeniyle titanyum veya benzer bileşimdeki alüminyum alaşımlarından daha serttir . Elde zirkonyum ve titanyum bazlı alaşımlar Liquidmetal esneme mukavemeti MPa 1723 üzerinde, geleneksel kristal titanyum alaşımları yaklaşık iki katı gücü ve yüksek mukavemetli çeliklerin dayanım ve bazı yüksek mühendislik kütle hakkında (Ti6Al4V ~ 830 MPa'dır) kompozit malzeme (bkz ortak malzemelerin bir listesi için çekme mukavemeti ). Bununla birlikte, erken döküm yöntemleri, Vitreloy'un cam gibi kırılgan olmasına yol açan çatlak yayılması için mükemmel yerler olan mikroskobik kusurlar ortaya çıkardı. Güçlü olmalarına rağmen, bu ilk gruplar vurulduğunda kolayca parçalandı. Daha yeni döküm yöntemleri, alaşım karışımlarının ayarlanması ve diğer değişiklikler bunu iyileştirdi.

Tane sınırlarının olmaması, sergilenen yüksek akma mukavemetine (ve dolayısıyla esnekliğe) katkıda bulunur. Bir gösteride, amorf çeliğin üzerine düşen bir metal küre, kristalin çeliğin üzerine düşen aynı metal küreden önemli ölçüde daha uzun sekti.

Metalik bir camda tane sınırlarının olmaması tane sınırı korozyonunu ortadan kaldırır - çökelme sertleştirmesi ve hassaslaştırılmış paslanmaz çelikler tarafından üretilen yüksek mukavemetli alaşımlarda yaygın bir sorun. Bu nedenle sıvı metal alaşımları, hem mekanik yapısı hem de alaşımında kullanılan elementler nedeniyle genellikle korozyona karşı daha dirençlidir. Mekanik sertlik, yüksek elastikiyet ve korozyon direncinin birleşimi Liquidmetal'i aşınmaya dayanıklı hale getirir.

Yüksek sıcaklıklarda plastik deformasyon kolayca meydana gelse de , oda sıcaklığında katastrofik arızanın başlangıcından önce neredeyse hiç plastik deformasyon meydana gelmez . Bu, olası arıza belirgin olmadığı için malzemenin güvenilirlik açısından kritik uygulamalarda uygulanabilirliğini sınırlar. Malzeme ayrıca çatlak büyümesi ile metal yorgunluğuna karşı hassastır. Amorf matrisli ve sünek dendritik kristal fazlı takviyeli iki fazlı bir kompozit yapı veya başka malzemeden fiberlerle takviye edilmiş metal matrisli bir kompozit bu dezavantajı azaltabilir veya ortadan kaldırabilir.

kullanır

Liquidmetal, normalde herhangi bir malzemede bulunmayan bir dizi özelliği bir araya getirir. Bu onları çok çeşitli uygulamalarda kullanışlı hale getirir.

Liquidmetal'in ilk ticari kullanımlarından biri, kulüp yüzünün bölümlerinde oldukça elastik metalin kullanıldığı şirket tarafından yapılan golf kulüplerindeydi. Bunlar kullanıcılar tarafından yüksek puan aldı, ancak ürün daha sonra kısmen prototiplerin 40'tan az isabetten sonra parçalanması nedeniyle düşürüldü. O zamandan beri Liquidmetal, golf topları , kayaklar , beyzbol ve softbol sopaları ve tenis raketlerinin çekirdekleri de dahil olmak üzere diğer spor ekipmanlarında ortaya çıktı .

Dökme ve kalıplama kabiliyeti, yüksek aşınma direnci ile birleştiğinde , Liquidmetal'in bazı uygulamalarda plastiklerin yerine kullanılmasına yol açmıştır . Son model SanDisk "Cruzer Titanium" USB flash sürücülerinin kasasında ve Sansa serisi flash tabanlı MP3 çaların kasasında ve lüks Vertu ürünleri gibi bazı cep telefonlarının kasalarında ve diğer sertleştirilmiş tüketici elektroniği cihazlarında kullanılmıştır. . Liquidmetal, Biolase dental lazer Ilase ve Socketmobile halka barkod tarayıcıda kullanıldı. Liquidmetal ayrıca Apple Inc. tarafından üretilen ve ABD'de sevk edilen bazı iPhone 3G'lerin SIM çıkarma aracının yapımında da kullanılmıştır . Bu, Apple tarafından metal kullanımının uygulanabilirliğini test etmek için bir alıştırma olarak yapıldı. Rakip malzemelerden daha uzun süre çiziksiz bir yüzeyi korurlar ve yine de karmaşık şekillerde yapılırlar. Aynı nitelikler, petrol sondaj boruları ve enerji santrali kazan boruları dahil olmak üzere endüstriyel makineler için koruyucu kaplamalar olarak kullanılmasını sağlar .

Ayrıca tıbbi aletler ve arabalardan askeri ve havacılık endüstrisine kadar çeşitli uygulamalarda titanyumun yerini alıyor. Askeri uygulamalarda, amorf metal çubuklar yerine tükenmiş uranyum olarak kinetik enerji içeri girme . Genesis uzay sondasındaki solar rüzgar iyon toplayıcı dizisinde Liquidmetal plakaları kullanıldı .

Ticari alaşımlar

Bu ticari isim altında bir dizi zirkonyum bazlı alaşım pazarlanmaktadır. Bazı örnek bileşimler aşağıda molar yüzde olarak listelenmiştir:

  • Erken bir alaşım, Vitreloy 1 :
    Zr : 41.2 Be : 22.5 Ti : 13,8 Cu : 12,5 Ni : 10
  • Bir varyant, Vitreloy 4 ( Vit4 ):
    Zr : 46.75 Be : 27.5 Ti : 8.25 Cu : 7.5 Ni : 10
  • Vitreloy 105 ( Vit105 ):
    Zr : 52.5 Ti : 5 Cu : 17.9 Ni : 14.6 Al :10
  • Daha az hızlı soğutma altında cam oluşturan daha yeni bir gelişme ( Vitreloy 106a ):
    Zr : 58,5 Cu : 15.6 Ni : 12,8 Al : 10,3 Nb : 2,8

Lisanslı kullanımlar

  • Apple Inc. , teknolojisini tüketici elektroniğinde kullanmak için kalıcı, özel bir lisans aldı .
  • Swatch Group , Liquidmetal'i saatlerinde kullanmak için özel bir lisans aldı.

Referanslar

Dış bağlantılar