Liquidmetal - Liquidmetal
Liquidmetal och Vitreloy är kommersiella namn på en serie amorfa metalllegeringar som utvecklats av ett forskargrupp vid California Institute of Technology (Caltech) och marknadsförs av Liquidmetal Technologies . Flytande metalllegeringar kombinerar ett antal önskvärda materialegenskaper, inklusive hög draghållfasthet , utmärkt korrosionsbeständighet , mycket hög återställningskoefficient och utmärkta antislitegenskaper, samtidigt som de också kan vara värmeformade i processer som liknar termoplaster . Trots namnet är de inte flytande vid rumstemperatur.
Liquidmetal introducerades för kommersiella applikationer 2003. Det används till bland annat golfklubbar , klockor och omslag till mobiltelefoner .
Legeringen var slutresultatet av ett forskningsprogram om amorfa metaller utförda vid Caltech. Det var den första av en serie experimentella legeringar som kunde uppnå en amorf struktur med relativt låga kylhastigheter. Amorfa metaller hade tillverkats tidigare, men bara i små satser eftersom kylhastigheterna behövde vara i miljoner grader per sekund. Exempelvis kan amorfa trådar tillverkas genom att stryka en ström av smält metall på en snurrskiva. Eftersom Vitreloy tillät så långsam kylhastighet var det möjligt att producera större satsstorlekar. På senare tid har ett antal ytterligare legeringar lagts till i Liquidmetal-portföljen. Dessa legeringar behåller också sin amorfa struktur efter upprepad återuppvärmning, vilket gör att de kan användas i en mängd olika traditionella bearbetningsprocesser.
Egenskaper
Liquidmetal, skapat av Dr. Atakan Peker, innehåller atomer i väsentligt olika storlekar. De bildar en tät blandning med låg fri volym. Till skillnad från kristallina metaller finns det ingen uppenbar smältpunkt vid vilken viskositeten plötsligt sjunker. Vitreloy beter sig mer som andra glasögon genom att dess viskositet sjunker gradvis med ökad temperatur. Vid hög temperatur beter den sig på ett plastiskt sätt, vilket gör att de mekaniska egenskaperna kan kontrolleras relativt lätt under gjutningen. Viskositeten förhindrar atomerna att röra sig tillräckligt för att bilda ett ordnat galler, så materialet behåller sina amorfa egenskaper även efter att det har värmeformats.
Legeringarna har relativt låga mjukningstemperaturer, vilket möjliggör gjutning av komplicerade former utan att behöva avslutas. Materialegenskaperna omedelbart efter gjutning är mycket bättre än konventionella metaller; vanligtvis har gjutna metaller sämre egenskaper än smidda eller smide. Legeringarna är också formbara vid låga temperaturer (400 ° C eller 752 ° F för den tidigaste formuleringen) och kan formas . Den låga fria volymen resulterar också i låg krympning under kylning. Av alla dessa skäl kan Liquidmetal formas till komplexa former med användning av processer som liknar termoplaster, vilket gör Liquidmetal till en potentiell ersättning för många applikationer där plast normalt skulle användas.
På grund av deras icke-kristallina ( amorfa ) strukturer är flytande metaller hårdare än legeringar av titan eller aluminium med liknande sammansättning. De zirkonium- och titanbaserade Liquidmetal-legeringarna uppnådde sträckgräns på över 1723 MPa, nästan dubbelt så starka som konventionella kristallina titanlegeringar (Ti6Al4V är ~ 830 MPa), och ungefär styrkan hos höghållfasta stål och vissa högt konstruerade kompositmaterial (se draghållfasthet för en lista över vanliga material). De tidiga gjutningsmetoderna introducerade dock mikroskopiska brister som var utmärkta platser för sprickbildning, vilket ledde till att Vitreloy var ömtåligt som glas. Även om de är starka krossas dessa tidiga partier lätt när de slås. Nyare gjutmetoder, justeringar av legeringsblandningarna och andra förändringar har förbättrat detta.
Bristen på korngränser bidrar till den höga sträckgränsen (och därmed motståndskraften) som uppvisas. I en demonstration studsade en metallsfär som släpptes på amorft stål betydligt längre än samma metallsfär som föll på kristallint stål.
Bristen på korngränser i ett metallglas eliminerar korngränsskorrosion - ett vanligt problem i höghållfasta legeringar som produceras genom utfällningshärdning och sensibiliserade rostfria stål. Likvidmetalllegeringar är därför i allmänhet mer korrosionsbeständiga, både på grund av den mekaniska strukturen och de element som används i dess legering. Kombinationen av mekanisk hårdhet, hög elasticitet och korrosionsbeständighet gör Liquidmetal slitstarkt.
Även om plastisk deformation lätt uppträder vid höga temperaturer, inträffar nästan ingen vid rumstemperatur innan katastrofalt fel inträffar . Detta begränsar materialets tillämplighet i tillförlitlighetskritiska applikationer, eftersom det förestående misslyckandet inte är uppenbart. Materialet är också känsligt för metallutmattning med sprickväxt. En tvåfaskompositstruktur med amorf matris och en duktil dendritisk kristallfasförstärkning, eller en metallmatrixkomposit förstärkt med fibrer av annat material kan minska eller eliminera denna nackdel.
Användningar
Liquidmetal kombinerar ett antal funktioner som normalt inte finns i något material. Detta gör dem användbara i en mängd olika applikationer.
En av de första kommersiella användningarna av Liquidmetal var i golfklubbor tillverkade av företaget, där den mycket elastiska metallen användes i delar av klubbans ansikte. Dessa fick höga betyg av användare, men produkten tappades senare, delvis på grund av att prototyperna krossades efter färre än 40 träffar. Sedan dess har Liquidmetal dykt upp i annan sportutrustning, inklusive kärnorna i golfbollar , skidor , baseball- och softball-fladdermöss och tennisracketar .
Möjligheten att gjutas och formas i kombination med hög slitstyrka har också lett till att Liquidmetal har använts som ersättning för plast i vissa applikationer. Den har använts på höljet av sena modell SanDisk "Cruzer Titanium" USB-minnen samt deras Sansa raden av flash -baserad mp3-spelare , och höljen av vissa mobiltelefoner , som lyx Vertu produkter och andra härdat hemelektronik . Liquidmetal användes i Biolases tandläsare Ilase och Socketmobile ring streckkodsläsare. Liquidmetal har också framför allt använts för att göra SIM-ejektorverktyget för vissa iPhone 3G: er tillverkade av Apple Inc. , levererade i USA. Detta gjordes av Apple som en övning för att testa användbarheten av metallen. De behåller en repfri yta längre än konkurrerande material, samtidigt som de görs i komplexa former. Samma egenskaper lämpar den att använda som skyddsbeläggningar för industrimaskiner, inklusive petroleum borrör och kraftverks pannrör .
Det ersätter också titan i applikationer som sträcker sig från medicinska instrument och bilar till militär- och flygindustrin. I militära applikationer ersätter stavar av amorfa metaller utarmat uran i kinetiska energipenetratorer . Plattor av Liquid användes i solvinden jon solfångarkrets i Genesis rymdsonden .
Kommersiella legeringar
En rad zirkoniumbaserade legeringar har marknadsförts under detta handelsnamn. Några exempel på kompositioner listas nedan, i molprocent:
- En tidig legering, Vitreloy 1 :
- En variant, Vitreloy 4 ( Vit4 ):
- Vitreloy 105 ( Vit105 ):
- En nyare utveckling ( Vitreloy 106a ), som bildar glas under mindre snabb kylning:
Licensierade användningar
- Apple Inc. , förvärvade en permanent, exklusiv licens för att använda sin teknik inom konsumentelektronik.
- Swatch Group fick en exklusiv licens att använda Liquidmetal i sina klockor.