Особой группой металлических материалов являются аморфные металлы. Это вещества с характерным строением, которое близко к структуре расплавленного металла или стекла. Заметное упорядочение в аморфных металлах распространяется только на несколько межатомных расстояний, как у обычных стекол.
Такую структуру металлы приобретают при охлаждении со скоростью более 1 миллиона градусов Цельсия в секунду. Аморфные металлы привлекали усиленное внимание ученых со времени их открытия в 1960 году.
Первым из полученных аморфных металлов был сплав золото-кремний. Затем удалось получить в аморфном состоянии не только сплавы, но и многие чистые металлы, в том числе железо, алюминий, хром, никель, ванадий, германий и др. Для этого потребовались скорости охлаждения до 10 миллиардов градусов в секунду.
Однако аморфное состояние чистых металлов неустойчиво — при нагревании начинается кристаллизация. Намного устойчивее сплавы металлов, содержащие такие переходные элементы, как никель, палладий, цирконий, лантан, а также некоторые неметаллы — кремний, бор, углерод, фосфор.
Наиболее легко образуются сплавы, соответствующие формуле М80А20, где М — один или несколько переходных металлов, А — один или несколько так называемых аморфизирующих элементов, добавляемых для стабилизации аморфной структуры. Например, известны сплавы Fe80P13B7, Fe40Ni40S14B6 и др.
Для обеспечения сверхвысоких скоростей охлаждения расплава применяют распыление струи металла холодным газом или жидкостью, «выстреливание» капель металла на охлаждаемые поверхности металлических пластин или быстро вращающихся барабанов, облучение обычных сплавов лазером и др. В настоящее время аморфные металлы получают не только быстрым охлаждением расплавов металлов, но и осаждением их из газовой фазы на холодную поверхность, выделением из растворов и расплавов электрохимическими методами, катодным распылением и многими другими методами. Благодаря характерной структуре аморфные металлы обладают рядом особых свойств: они становятся в несколько раз прочнее, изменяются модули их упругости, электромагнитные свойства, повышается стойкость к коррозии. В противоположность обычным стеклам они проявляют заметную пластичность.
Эти свойства определяют особое место аморфных металлов среди прочих материалов и привлекают к себе внимание специалистов. Они представляют собой многообещающие материалы для техники будущего. Из них можно изготавливать новые высокопрочные композиты для применения их в авиации и космонавтике. Аморфные металлические материалы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, используют для различных химических и магнитных фильтров, химических сосудов, электродов, в качестве защитных покрытий в установках для добычи и обработки природного газа и нефти.
Значительная доля потерь электроэнергии при ее передаче приходится на трансформаторы. Новые материалы для производства сердечников трансформаторов, созданные на основе аморфных сплавов, позволяют сократить эти потери вдвое.
Разработаны аморфные сплавы, обладающие необходимыми магнитными свойствами, но плохо проводящие электрический ток, поэтому в сердечнике трансформатора, изготовленного из такого сплава, не возникают вихревые токи, поглощающие энергию. Интерес, проявляемый специалистами к аморфным металлам, обусловлен еще и тем, что они значительно дешевле традиционных материалов, выполняющих ту же задачу (если такие материалы вообще существуют).
Наиболее интенсивно аморфные металлы исследуют в США, Японии, Германии и Великобритании, а в последние 20 лет их начали изучать во всех промышленных странах мира. В начале 1981 года в США введен в эксплуатацию первый завод по изготовлению лент из аморфных металлов с объемом производства около 2000 тонн в год.
Сейчас таких предприятий много. Интерес к аморфным металлам растет. Число публикаций о них перевалило за несколько тысяч в год и продолжает расти. На повестке дня стоит задача разработки дешевых промышленных технологий.