Metaliczne szkło jak plastik
W najnowszym numerze magazynu "Materials Today" znajdziemy opis badań nad niezwykłymi właściwościami szkła metalicznego, o którym informowaliśmy w styczniu. Okazuje się, że ten amorficzny wytrzymalszy od stali metal można formować jak plastiki nie tracąc jego trwałości i wytrzymałości.
Zespół pracujący pod kierunkiem Jana Schroersa z Yale University stworzył stopy, które wyglądają jak zwykły metal, mogą jednak być formowane metodą wtryskiwania tak łatwo i tanio, jak plastik. Grupa Schroersa stworzyła już skomplikowane kształty, takie jak butelki, koperty zegarków, rezonatory czy implanty biomedyczne. Otrzymanie każdego z przedmiotów zajęło mniej niż minutę, a są one dwukrotnie bardziej wytrzymałe od zwykłej stali.
Koszt materiałów potrzebnych do uzyskania stopów jest podobny do ceny stali o wysokiej jakości, gdyż zawierają one m.in. tytan, miedź, cyrkon czy nikiel, jednak koszt ich formowania jest bardzo niski.
Kluczem do sukcesu jest wyeliminowanie tarcia, obecnego w innych technikach formowania metali. Wtryskiwanie eliminuje je całkowicie, pozwalając na uzyskanie dowolnych kształtów, nawet w nanoskali - stwierdził Schroers. Co więcej, dzięki zastosowaniu wtryskiwania jego zespół połączył trzy typowe etapy przetwarzania metalu (struganie, łączenie, polerowanie) w jeden.
To może oznaczać powstanie całkowicie nowego sposobu pracy z metalami. Właściwości amorficznego metalu, które są lepsze od plastików i typowych metali, w połączeniu z łatwością, precyzją i niskimi kosztami wtryskiwania, mogą zmienić społeczeństwo tak, jak zmieniło je opracowanie syntetycznych tworzyw sztucznych i metod ich przetwarzania - mówi Schroers.
Komentarze (12)
pixel, 1 marca 2011, 16:39
struganie!?
stawialbym raczej na skrawanie
Mariusz Błoński, 1 marca 2011, 17:14
Wychodzi na to, że struganie, to bardziej ogólna nazwa: http://pl.wikipedia.org/wiki/Struganie
mnichv10, 1 marca 2011, 18:05
Struganie skrawanie co za różnica, mnie bardziej interesuje, że to ogromny przełom.
pixel, 1 marca 2011, 19:20
ja rozumiem ze to news dot przelomu
ale upieram sie jednak ze skrawanie
http://pl.wikipedia.org/wiki/Obr%C3%B3bka_skrawaniem
zreszta z linku MB tez wynika ze struganie to obrobka skrawaniem
bo wszystkie obrobki gdzie wiory leca to skrawanie
a struganie jest jednym z rodzajow takiej obrobki
mikroos, 1 marca 2011, 21:59
I właśnie dlatego słusznym określeniem jest to najbardziej precyzyjne.
Tolo, 1 marca 2011, 23:49
Należy użyć określenia skrawanie.
Skąd wiadomo czy chodzi o frezowanie, toczenie, wytaczanie, czy struganie?
http://www.youtube.com/watch?v=f6_q12DFg1Q
http://www.youtube.com/watch?v=NP4sDX87JE8
MikiWay, 2 marca 2011, 12:35
Struganie inaczej heblowanie dotyczy obróbki drewna. Narzędzie do tego używane to "hebel". Nazwa pochodzi z j. Niemieckiego natomiast Polska nazwa tego narzędzia - rzadko używana - to Strug, Struganie znaczy też rzeźbienie w drewnie. Dawniej na jarmarkach sprzedawało się strugane zabawki dla dzieci np. drewniane koguciki, koniki, itp
waldi888231200, 2 marca 2011, 13:13
Tolo, 2 marca 2011, 14:06
Struganie jako takie kojarzy się z drzewem ale w ten sposób można tez obrabiać metal.
Tu nie chodzi o materiał ale o sposób obróbki.
Z ciekawych innych sposobów obróbki metali jest jeszcze na przykład
wyoblanie
Kucie
Walcowanie
Elektrodrążenie
Dłutowanie choć to akurat struganie
Taka obróbka bardzo często zmienia właściwości metali nadając im pożądane parametry. Należy też wspomnieć o innych procesach na które metal jest podatny na przykład możliwość grzania indukcyjnego.
Czy cięcia plazmowego czy palnikiem gazowym
Różnorodnego spawania na przykład z wykorzystaniem termitu.
Czy nadawanie w inny sposób określonych własności np przez nawęglanie, azotowanie, obróbkę cieplna czy pokrywanie innymi metalami np chromowanie miedziowanie niklowanie.
Z metalami można robić tyle rzeczy i na tyle sposobów wpływać na ich własności ze samo wtryskiwanie nie wiele zmienia. Szczególnie ze twierdzenie ze coś jest wytrzymalsze dwa razy od "zwykłej stali" to żadna rewelacja zwykła stal to dopiero początek. Co więcej można nadać jej parametry jakie się chce ściśle związane z późniejszym zastosowaniem. Poza tym stal można kuć matrycownio (na przykład korbowody w silnikach). Czy odlewać jak bloki silników
Albo wykonać na maszynce która może robić wiele rzeczy na raz
http://www.youtube.com/watch?v=E1Fj1j8Sg1g
wilk, 2 marca 2011, 16:42
Za oryginałem:
Chemik_Mlody, 3 marca 2011, 00:51
Są dwa podejścia do tematu zwiększania wytrzymałości metali, jedna polega na uporczywej rafinacji metalu, w celu uzyskania możliwie jak najczystszego metalu - uzyskuje się dzięki temu duże krystality pomiędzy którymi następują płynne przejścia, jednak trzeba pamiętać że faza międzykrystaliczna zawsze jest najsłabszym "ogniwem" jeżeli chodzi o wytrzymałość, nie chodzi tutaj o to że jej wytrzymałość mechaniczna jest o wiele słabsza od fazy krystalicznej (w metalach), ale o to że materiał lubi pękać wzdłuż granicy tych faz. Duże jednorodne krystality, ułożone ściśle obok siebie, o zbliżonej orientacji pozwalają zredukować prawdopodobieństwo pęknięcia właśnie wzdłuż tej granicy.
Inną metodą która jest realizowana w stalach na przykład, to wprowadzenie pewnej ilości substancji która wchodzi w komórki kryształu i utrudnia jego poprawny rozrost, dzięki czemu uzyskujemy materiał o strukturze drobno krystalicznej, powierzchnia pomiędzy faza krystaliczną, a międzykrystaliczną (można powiedzieć, że pewnym sensie amorficzną) jest bardzo duża => duża energia konieczna do jej rozerwania.
W opisywanym artykule mamy podejście II w skrajnej postaci, tzn faza międzykrystaliczna jest jedyną występującą, nie ma minimum energii gdzie może pęknąć, więc materiał pęka przy przyłożeniu siły odpowiadającej maksimum wytrzymałości materiału, zwiększa się przez to również wytrzymałość zmęczeniowa.
Należy to sobie wyobrazić tak, że na przykład mamy walec lodu i natniemy go w pewnym punkcie, powiedzmy do połowy średnicy. Położymy go na krawędzi stołu, tak aby ten karb wystawał poza krawędź daleko i uderzymy w koniec, materiał pęknie właśnie w miejscu nacięcia przy mniejszej sile koniecznej do jego przełamania, niż gdyby tego nacięcia nie było. Tak też sprawa wygląda z fazą krystaliczną i między krystaliczną w metalach, przejście nie jest płynne i można je sobie wyobrazić jako pewnego rodzaju szczelinę obniżającą wytrzymałość metalu, gdzie energia do pęknięcia jest najmniejsza.
Rafinowane metale:
- rafinacja jest droga
+ łatwo zabezpieczyć przed korozją - koroduje praktycznie zawsze przestrzeń międzykrystaliczna - jest jej mało, nie ma co korodować.
-/+ przenoszą naprężenia poprzez fazę krystaliczną
-/+ możliwa anizotropia właściwości
- aby uzyskać maksymalną wytrzymałość trzeba stworzyć odpowiednie warunki do krystalizacji - stopniowe schładzanie
Domieszkowanie metali
+ tworzymy "zupę" 0,5% w tą czy tamtą to nie problem.
+ warstwa antykorozyjna możliwa do wytworzenia poprzez niewielki dodatek metalu odpornego na korozję
-/+ przenoszenie naprężeń poprzez fazę międzykrystaliczną
-/+ izotropia właściwości
+ nie przejmujemy się tym w jaki sposób metal jest schładzany - i tak nie mogą się wytworzyć większe krystality.
+ hartowanie na zimno - nacisk powoduje rozpadanie się krystalitów i "mieszanie się" układu, staje się on bardzo jednorodny i jego wytrzymałość wzrasta, ale może generować anizotropię właściwości.
Elementy wykonane z rafinowanych metali spotyka się rzadko, bo są po prostu drogie. Pęknięcie rozchodzi się w fazie międzykrystalicznej, a następnie trafia na płaszczyznę poślizgu w krysztale i pękniecie dalej rozchodzi się wzdłuż tej płaszczyzny, co powoduje że przełom jest ostry i gładki. Za to z drugiej strony odpowiednio dobierając sposób krystalizacji i materiał oraz mając wiedzę jakim naprężeniom materiał będzie poddawany, można tak wszystko dobrać aby na drodze pęknięcia nie było żadnych płaszczyzn poślizgu,tak można zrobić na przykład bardzo wytrzymały młotek
W stopach pęknięcie rozchodzi się w fazie międzykrystalicznej, natrafia na fazę krystaliczną i albo idzie dalej wzdłuż granicy tej fazy, albo poprzez płaszczyznę poślizgu, potem ponownie się rozchodzi w fazie międzykrystalicznej, dopóki znowu nie trafia na fazę krystaliczną, i tak w kółko. Powierzchnia przełomu jest porowata i niejednorodna, ma dużą powierzchnię.
Jest jeszcze trzecia możliwość, na której chyba nawet się opiera powszechnie stosowana stal (węgiel wchodzi w puste węzły sieci krystalicznej żelaza - zwiększa to liczbę możliwych połączeń pomiędzy atomami, i utrudnia pęknięcie wzdłuż płaszczyzny poślizgu, oraz sprawia że przejście pomiędzy fazą krystaliczną i międzykrystaliczną (amorficzną) jest bardziej jednorodne, tego ostatniego nie jestem w 100% pewien). Można to traktować z pewnością jako wariant II, ale z tego co pamiętam profesor celowo to wyodrębniał i podawał jeszcze jakiś przykład oprócz stali.
To mniej więcej tyle ile pamiętam z materiałoznawstwa, a w szczególności wpływu struktury krystalicznej na właściwości mechaniczne - może nie dużo, ale o tym akurat było raptem 3 godziny wykładu
.
A jak dla mnie shaping to ogólnie nadawanie kształtu, w tym również skrawanie, ale również inne
waldi888231200, 3 marca 2011, 03:30
Ja go miałem troszkę więcej , do uzyskania materiałów o zaprojektowanych właściwościach (nawet tak nietypowych jak połączenie plastiku i stali) nic nie nadaje się lepiej jak technologie spiekania proszków metali. Robi się to tak: wytrzymałość stali ruszt: proszek stalowy (spieczenie np: indukcyjne) a następnie nasączenie np: miedzą powstaje materiał silny jak stal jednocześnie dobrze odprowadzający ciepło (łożyska toczne samosmarujące ), albo spieczone włókna stalowe zalane plastikiem (pptyp3) mamy lekką , wytrzymałą i odporną na rdzę np: ramę do roweru w jednej niespawanej całości albo samonośne pokrycie dachowe (to byłby sposób na utylizację butelek typu PET) które przepuszcza światło do środka i jednocześnie ekranując część pól elektro-magnetycznych.. itd.
Ponad 100elementów w współczesnych samochodach pochodzi z technologii spiekania proszków czas by kombinować nowe zastosowania w innych dziedzinach jak np: budownictwo a nie trzymać się energopazernego ciężkiego pustaka czy dachówki z gliny ( a plastki zasypywać na wysypiskach gdzie i 1000lat im rady nie da).