Способ получения лент c аморфной структурой

 

Изобретение относится к получению аморфных материалов в виде лент на основе металлов. Ленту располагают между двумя симметрично расположенными инструментами трения. Создают нормальное давление и сдвиговую деформацию, вращая инструменты трения навстречу друг другу со скоростью, обеспечивающей в зоне обработки режим циркуляционного трения. В результате трения происходит интенсивное движение частиц материала - циркуляция по замкнутым траекториям типа эллипсоидов, большая часть которых находится на глубине обрабатываемого объема. Расположенные с двух сторон полосы траектории перекрывают всю ее толщину, формируя тем самым аморфную структуру ленты толщиной до 6 мм. 3 ил.

Изобретение относится к области получения аморфных материалов в виде лент на основе металлов.

Известно большое число различных методов получения сплавов с аморфной структурой, которые объединяются в три группы согласно исходному агрегатному состоянию, а именно в группу, полученную из газообразного состояния, в группу, полученную из жидкого состояния, и в группу, полученную из твердого кристаллического состояния. Первую группу составляют методы вакуумного испарения и конденсации, катодного распыления, газометрического напыления и др. Во вторую группу входят методы закалки из жидкого состояния [1], электролитическое и химическое осаждение из расплава, лазерное стеклование и др. К третьей группе относятся способы перевода кристаллических твердых тел в аморфное состояние путем ионной имплантации и нейтронного облучения, механического воздействия и давления, а также активации твердофазных реакций.

Одним из способов, относящихся к третьей группе, является способ воздействия высокого давления совместно с деформацией сдвига, который осуществляется на бойках Бриджмена [2]. Для этого способа характерно, что при давлениях 2000-8000 МПа и относительном вращении наковален Бриджмена на углы от 60^o до 600^o (что обеспечивает сдвиговую деформацию) радикально изменяются практически все свойства исследуемых материалов. Это объясняется тем, что при таком способе обработки происходит дробление и смешение материалов на молекулярном и даже атомарном уровне, что приводит к образованию материала с амофной структурой.

Однако этот способ осуществляется на уникальном оборудовании, при медленном деформировании (десятки или сотни секунд) и на образцах незначительных размеров (диаметр наковален Бриджмена - 20 миллиметров). Следовательно, этот метод получения аморфных материалов невозможно широко использовать.

Задачей изобретения является получение аморфной структуры материала в виде лент толщиной до 6 миллиметров путем механического разрушения кристаллической структуры.

Указанная задача решается тем, что на ленту воздействуют двумя симметрично расположенными инструментами трения, вращающимися навстречу друг другу. При этом режим обработки подобран таким образом, что возникает особый вид трения - циркуляционное трение [3÷5].

Процессы, происходящие в этом случае в зоне трения, с термодинамических позиций выглядят следующим образом: работа трения в виде деформации взаимодействующих поверхностных структур преобразуется в тепловую энергию, которая потом отводится и рассеивается во внешней среде или преобразует металл в зоне трения. Процесс устойчиво протекает в том случае, если энергия активации (подводимая) равна энергии пассивации (отводимой).

Способ получения аморфных материалов поясняется с помощью чертежа, где на фиг.1 изображена закономерность изменения механизмов трения в зависимости от энергетического состояния зоны трения. На фиг.2 изображена схема циркуляционного движения материала в деформируемой части полосы. На фиг.3 показана металлография аморфизированной ленты из бронзы АЖ 9-4.

По энергетическим признакам все виды трения делятся на две большие группы: группу низкоэнергетического трения или износа в машинах и механизмах и группу высокоэнергетического трения или износа при обработке материалов. К первой низкоэнергетической группе относится, прежде всего, область нестационарных процессов трения I и область устойчивого внешнего трения II. В рамках областей взаимодействие происходит по пикам шероховатостей на металле, без глубокой деформационной проработки тела материала. При высокоэнергетическом трении начинают деформироваться и втягиваться в формирование третьего, расположенного между контактирующими поверхностями тела, более глубокие подповерхностные слои. К такому взаимодействию поверхностей относятся внутреннее трение, область III, фрикционное резание, область VI, и интересующее нас в данном случае циркуляционное трение, область IV.

В рамках энергетических координат циркуляционное трение расположено между областью III микрорезания (внутреннего трения) и областью IV фрикционного резания. Реализуется этот механизм трения при вполне определенном отношении энергии активации Ga к энергии пассивации Gn.

Например, такое энергетическое отношение, обеспечивающее циркуляционное трение при воздействии инструмента в виде дисков на бронзу и сталь, достигается при следующих технологических параметрах: заглубление инструмента 0,012-0,04 миллиметра, скорость подачи ленты в зону обработки - 4•10^-4÷3•10^-3 частей от линейной скорости каждого из вращающихся инструментов, которая равна 81÷99 м/с.

Суть предлагаемого метода состоит в том, что при воздействии на полосу в указанном режиме в зоне обработки материала симметрично расположенными дисками наблюдается интенсивное движение частиц материала (циркуляция) по замкнутым траекториям типа эллипсоидов, изображенных на фиг.2, каждый из которых прилегает, с одной стороны, к торцевой поверхности инструмента или диска трения, а большей частью своей траектории находится в глубине обрабатываемого объема. Эти расположенные с двух сторон полосы траектории перекрывают всю толщину этой полосы, формируя тем самым аморфную структуру ленты, металлографический бронзовый образец которой показан на фиг.3.

Способ аморфизации материалов, использующий эффект циркуляционного трения, возникающий при оптимальном энергетическом балансе в обрабатываемой зоне, реализует максимально возможное измельчение частиц обрабатываемого материала до атомарного уровня и их интенсивное перемешивание по замкнутым траекториям на всю толщину полосы (фиг.2), определяемую высотой зоны активного движения частиц. В результате обработки получаются лента материала с аморфной структурой толщиной до 6 миллиметров.

ЛИТЕРАТУРА 1. Золотухин И.В., Калинин Ю.Е. Аморфные металлические сплавы. // Успехи физических наук, Т. 160, вып. 9, 1990, сентябрь. С.75-110.

2. Bridgman P.W. Proc. Amer. Acad. Arts and Sci., 1948. Vol 76.

3. Савельев А. Н. Особенности механизма циркуляционного трения твердых тел. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1991г., 4, с.101-103.

4. Савельев А.Н. Особенности механизма трения при скоростном воздействии гладким диском на металл. // Повышение эксплуатационной надежности деталей и технологического инструмента металлургических машин. Тематический сборник научных трудов МИСИС. М.: Металлургия. 1991. С.92-96.

5. Савельева Н. А. Использование акустических сигналов для организации трибометаллургических технологий. / Актуальные проблемы материаловеденья в металлургии. Сборник тезисов докладов. Новокузнецк. 1997 г.

Формула изобретения

Способ получения лент с аморфной структурой путем воздействия нормальным давлением и сдвиговой деформацией, отличающийся тем, что обрабатывают ленты толщиной до 6 мм и располагают их между двумя симметрично расположенными инструментами трения, а нормальное давление и сдвиговую деформацию создают, вращая инструменты трения навстречу друг другу со скоростью, обеспечивающей в зоне обработки режим циркуляционного трения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3