Ученые НИТУ «МИСиС» применили метод криотермической обработки к металлическим стеклам и выяснили, как он поможет стеклам обрести нужные свойства — в частности, стать пластичнее, не потеряв исходную прочность. Статья об исследовании опубликована в журнале «NPG Asia Materials».
Металлические стекла (или аморфные сплавы) применяют в самых разных областях: от магнитных материалов и медицинского инструмента, шестеренок микромоторов и спортинвентаря. Такие стекла очень прочны, стойки к износу и корозии.
Однако у всех стекол из металла есть и важный недостаток — малая пластичность (или склонность к хрупкости), которую устраняет «омоложение» — перевод материала в более высокое энергетическое состояние, повышающий его сопротивление пластической деформации без потери прочности.
«Коллектив ученых НИТУ „МИСиС“ под руководством ведущего ученого университета профессора Дмитрия Лузгина изучил, как на свойства металлических стекол воздействует криотермическая обработка. Полученный материал с оптимизированными свойствами может быть востребован в современном машиностроении и энергетике», — рассказала ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.
В своей работе исследователи применили метод циклического охлаждения образцов в жидком азоте. «Мы обнаружили, что применение криотермических циклов может стимулировать „омоложение“ одних стекол и релаксацию (обратный омоложению процесс) других, в зависимости от состава», — сообщил к.ф-м.н инженер кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСиС Артем Трифонов.
Благодаря атомно-силовой микроскопии ученые выяснили, что криотермическая обработка также резко повышает способность материала сопротивляться растяжению и сжатию при упругой деформации на поверхности образцов (в тонком слое в десятки нанометров).
Этот эффект, однако, исчезает после выдержки стекла при комнатной температуре. Объемный же эффект сохраняется со временем и позволяет улучшить пластичность сплава.
«Криотермическая обработка выглядит универсальным и простым методом для изменения свойств, омолаживания или релаксации металлических стекол. Важно, что она способна как улучшить, так и ухудшить пластичность — это требует тщательной подборки состава сплава, исходя из строения атомных связей в материале», — заявляет Артем Трифонов.
По словам авторов, они продолжат изучать влияние такой обработки на структуру и свойства разных материалов. «Приручение» процесса позволит сделать пластичнее не только объемные металлические стекла, но и композиты типа «металлическое стекло-кристалл» (чье «омоложение» может проявляться еще сильнее из-за большей неоднородности структуры).
