Аморфные металлические порошки: получение и компактирование

Проблема получения аморфных металлических сплавов прямо из расплава стала предметом интенсивных исследований на протяжении последних 20 лет. В результате появились аморфные сплавы с довольно необычными и многообещающими свойствами: высокой прочностью, высокой твердостью, низким уровнем электромагнитных потерь и превосходной коррозионной стойкостью. Однако, несмотря на ожидаемый экономический эффект, эти материалы в большинстве своем еще не перешагнули порог исследовательских лабораторий, и только в очень немногих случаях нашли применение в промышленных масштабах.

Причина такого заторможенного развития обусловлена, в частности, теми ограничениями на геометрию литых изделий, которые накладывает очень высокая скорость охлаждения (~ 10в6 К/с), необходимая для того, чтобы подавить кристаллизацию во время затвердевания расплава. Требуемая высокая скорость охлаждения должна быть обеспечена отводом тепла через образец, вещество которого, как правило, характеризуется относительно низкой теплопроводностью, и теплообменом образца с охлаждающей его средой посредством теплопроводности и конвекций. По этим соображениям довольно жестко ограничиваются размеры аморфных образцов, полученных закалкой из расплава. Т. е. по меньшей мере один из размеров должен быть весьма малым, а отношение его поверхности к объему — весьма высоким. Вследствие этого представляющие интерес аморфные сплавы могут быть получены только в форме пленок, тонких фольг, лент и в последнее время в виде порошка.

Перечисленные геометрические формы неудобны для применения в случаях, когда изделие имеет сложную конфигурацию или относительно большие размеры по всем трем измерениям, как например, сердечник трансформатора из ферромагнитного аморфного сплава. В связи с этим большое значение придается развитию методов приготовления аморфных сплавов в виде массивных образцов. К ним относятся такие методы, как плазменное распыление, холодное компактирование, компактирование с помощью взрыва, теплое прессование, теплое экструдирование и динамическое компактирование.

Из упомянутых выше конфигураций литых изделий из аморфных сплавов наиболее предпочтительным для компактирования является порошок в силу равноосности его частиц. Деформация, которой подвергается порошок при компактировании, характеризуется значительным смещением частиц одной относительно другой и пластическим течением материала отдельных частиц. Возникающие при этом высокие сдвиговые напряжения в поверхностных слоях частиц способствуют разрушению оксидных пленок, обеспечивая чистоту контактирующих поверхностей и, как следствие этого, высокое качество соединения. Образцы плоской формы, такие как пленки и лента, характеризующиеся высоким отношением ширины и длины к толщине, при уплотнении соприкасаются одни с другими в основном по плоскостям вследствие чего сдвиговые напряжения на контактирующих поверхностях относительно невелики. Чтобы обеспечить в этом случае ту же степень связи, что и для порошка, обычно требуются процессы, характеризующиеся высокой степенью макроскопической деформации, например, экструдирование с большой степенью обжатия. Вследствие этого остается нерешенной проблема компактирования аморфных лент и чешуек. Это повышает интерес к технологии производства аморфного порошка.