リキッドメタル

リキッドメタルとビトレロイは、カリフォルニア工科大学(Caltech) の研究チームによって開発され、リキッドメタルテクノロジーズによって販売されている一連のアモルファス金属合金の商品名です。リキッドメタル合金は、高い引張強度、優れた耐腐食性、非常に高い反発係数、優れた耐摩耗性など、多くの望ましい材料特性を兼ね備えており、熱可塑性プラスチックと同様のプロセスで熱成形することもできます。名前にもかかわらず、室温では液体ではありません。^[1]

リキッドメタルは2003年に商業用途に導入されました。^[2]ゴルフクラブ、時計、携帯電話のカバーなどに使用されています。

この合金は、カリフォルニア工科大学で行われたアモルファス金属の研究プログラムの成果です。これは、比較的遅い冷却速度でアモルファス構造を実現できる一連の実験的合金の最初のものでした。^[要出典]アモルファス金属は以前にも製造されていましたが、冷却速度が毎秒数百万度必要だったため、少量生産に限られていました。たとえば、アモルファスワイヤは、回転するディスク上で溶融金属の流れをスプラット急冷することで製造できます。Vitreloy はこのような遅い冷却速度を可能にするため、より大規模なバッチサイズでの生産が可能になりました。最近では、Liquidmetal ポートフォリオにいくつかの追加の合金が追加されました。これらの合金は、繰り返し再加熱した後もアモルファス構造を維持するため、さまざまな従来の機械加工プロセスで使用できます。

特徴

アタカン・ペカー博士が開発したリキッドメタルには、大きさが著しく異なる原子が含まれています。これらは、自由体積の小さい高密度混合物を形成します。結晶金属とは異なり、粘度が急激に低下する明らかな融点はありません。ビトレロイは、温度が上昇するにつれて粘度が徐々に低下するという点で、他のガラスに似ています。高温では塑性的に動作し、鋳造中に機械的特性を比較的簡単に制御できます。粘度により、原子が十分に動いて整列した格子を形成するのを防ぐため、材料は熱成形後も非晶質特性を維持します。

この合金は軟化温度が比較的低いため、仕上げを必要とせずに複雑な形状の鋳造が可能です。鋳造直後の材料特性は従来の金属よりもはるかに優れています。通常、鋳造金属は鍛造または鍛造された金属よりも特性が劣ります。この合金は低温でも展性があり（最も初期の配合では400 °Cまたは752 °F）、成形できます。自由体積が小さいため、冷却中の収縮も低くなります。これらの理由から、リキッドメタルは熱可塑性プラスチックと同様のプロセスを使用して複雑な形状に成形できるため、^[3]通常プラスチックが使用される多くの用途でリキッドメタルを代替できる可能性があります。

非結晶（アモルファス）構造のため、リキッドメタルは同様の組成のチタンやアルミニウムの合金よりも硬い。ジルコニウムとチタンをベースとしたリキッドメタル合金は、 1723 MPaを超える降伏強度を達成し、従来の結晶性チタン合金（Ti
₆アル
₄V は約 830 MPa であり、高強度鋼や高度にエンジニアリングされたバルク複合材料の強度とほぼ同じです(一般的な材料のリストについては引張強度を参照してください)。しかし、初期の鋳造方法では、亀裂が伝播するのに最適な場所となる微細な欠陥が発生し、ビトレロイはガラスのように脆くなりました。強度はあるものの、これらの初期のバッチは衝撃を受けると簡単に砕け散りました。新しい鋳造方法、合金混合物の調整、その他の変更により、この点は改善されました。^{[引用が必要]}

粒界が存在しないことが、高い降伏強度（ひいては弾力性）に寄与している。デモンストレーションでは、非晶質鋼の上に落とされた金属球は、結晶鋼の上に落とされた同じ金属球よりも大幅に長く跳ね返った。^[4]

金属ガラスには粒界がないため、粒界腐食は発生しません。これは、析出硬化や鋭敏化ステンレス鋼によって生成される高強度合金に共通する問題です。したがって、Liquidmetal 合金は、その機械的構造と合金に使用されている元素の両方により、一般的に耐腐食性が高くなります。機械的硬度、高弾性、耐腐食性の組み合わせにより、Liquidmetal は耐摩耗性を備えています。

高温では塑性変形が起こりやすいが、室温では壊滅的な破損が始まる前に塑性変形はほとんど起こらない。このため、差し迫った破損が明らかではないため、信頼性が重要な用途への材料の適用が制限される。この材料は、亀裂成長を伴う金属疲労にも弱い。非晶質マトリックスと延性樹枝状結晶相強化材を含む2相複合構造、または他の材料の繊維で強化された金属マトリックス複合材料は、この欠点を軽減または排除することができる。^[5]

用途

Liquidmetal は、通常 1 つの材料には見られない多くの特徴を兼ね備えており、さまざまな用途に使用できます。

リキッドメタルが初めて商業的に使用されたのは、同社が製造したゴルフクラブで、クラブフェースの一部に高弾性金属が使用されていました。^[6]これらはユーザーから高い評価を得ましたが、プロトタイプが40回も打たずに割れてしまったこともあり、後に製品は製造中止となりました。^{[7]それ以来、リキッドメタルは}ゴルフボール、スキー、野球やソフトボールのバット、テニスラケットの芯材など、他のスポーツ用品にも使用されています。^[8]

リキッドメタルは、鋳造や成型が可能で、耐摩耗性も高いことから、一部の用途ではプラスチックの代替品としても使用されています。 ^[9]サンディスクの最新モデル「Cruzer Titanium」USBフラッシュドライブや、フラッシュベースのMP3プレーヤーのSansaシリーズのケース、高級Vertu製品などの携帯電話のケース、その他の強化家電製品にも使用されています。^[^要出典^]リキッドメタルは、Biolase歯科用レーザーIlase ^{[10]やSocketmobileリング型バーコードスキャナーに使用されています。リキッドメタルは、米国で出荷された}Apple社製の一部のiPhone 3GのSIM取り出しツールにも使用されています。これは、Apple社が金属の使用可能性をテストするための実験として行われたものです。^[11]複雑な形状でありながら、競合素材よりも傷がつきにくい表面を長く保ちます。同じ特性により、石油掘削パイプや発電所のボイラー管などの産業機械の保護コーティングとしても使用されます。^[^要出典^]

また、医療機器や自動車から軍事産業や航空宇宙産業に至るまで、チタンの代替品としても使用されています。軍事用途では、アモルファス金属の棒が運動エネルギー貫通体で劣化ウランの代替として使用されています。^{[12]液体金属のプレートは}、ジェネシス宇宙探査機の太陽風イオンコレクターアレイに使用されました。^[^要出典^]

市販の合金

ジルコニウムベースの合金は、この商標名で販売されています。いくつかの組成例を以下にモルパーセントで示します。

初期の合金、ビトレロイ1：^[13]
ジルコニウム: 41.2、ベリリウム: 22.5、チタン: 13.8、銅: 12.5、ニッケル: 10
変種、Vitreloy 4 ( Vit4 )：
ジルコニウム: 46.75、ベリリウム: 27.5、チタン: 8.25、銅: 7.5、ニッケル: 10
ビトレロイ105（Vit105）: ^[14]
ジルコニウム: 52.5、チタン: 5、銅: 17.9、ニッケル: 14.6、アルミニウム: 10
より最近の開発（Vitreloy 106a）では、それほど急速な冷却でガラスが形成されます。
ジルコニウム: 58.5、銅: 15.6、ニッケル: 12.8、アルミニウム: 10.3、ニオブ: 2.8

ライセンスされた使用

アップル社は、2010年以降に開発された技術を民生用電子機器に使用するための永久的かつ独占的なライセンスを取得した。 ^[15]
スウォッチグループは、2010年以降に開発されたリキッドメタル合金を自社の時計に使用する独占ライセンスを付与されました。^[16]

参考文献

^ 「Liquidmetal Coatings Material」。liquidmetal.com。2009年1月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ Herrman, John (2010-08-17). 「Giz Explains: What Is Liquidmetal?」Gizmodo . 2024-08-31閲覧。
^ 「液体金属はプラスチックのように動作する」。製造エンジニアリング。2003年3月。2005年12月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ YouTubeの公式リキッドメタルボールバウンサーデモンストレーション
^ テルフォード、マーク（2004年3月）。「バルク金属ガラスのケース」。Materials Today。7 （ 3）：36–43。doi ：10.1016 / S1369-7021 （04）00124-5。
^ Gorant, Jim (1998年7月). 「Liquid Golf」. Popular Mechanics . 2006年12月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ Catherine Zandonella (2005-04-02). 「金属ガラス: 硬い物質の一滴」。New Scientist no. 2493。2012年10月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年6月10日閲覧。
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^ 「Liquidmetal が Apple の iPhone、iPad 用の SIM イジェクターツールを開発」Appleinsider.com、2010 年 8 月 17 日。2013年 6 月 10 日閲覧。
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^ Demetriou, Marios D; Johnson, William L (2004 年 7 月 12 日). 「Vitreloy-1 の定常非等温流動中のせん断流動特性と結晶化速度」. Acta Materialia . 52 (12): 3403–3412. Bibcode :2004AcMat..52.3403D. doi :10.1016/j.actamat.2004.03.034.
^ Morrison, ML; RA Buchanan; PK Law; BA Green; GY Wang; CT Liu; JA Horton (2007 年 10 月 15 日)。「Zr ベースの Vitreloy 105 バルク金属ガラスの 4 点曲げ疲労挙動」。Materials Science and Engineering: A。467 (1–2): 190–197。doi :10.1016/ j.msea.2007.05.066。
^ 「Apple、Liquidmetal Technologiesの合金に対する独占権を更新」。MacRumors。2016年7月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年2月18日閲覧。
^ 「スウォッチグループがリキッドメタルテクノロジーズと独占ライセンス契約を締結」。プレスリリース。スウォッチグループ。2011 年 3 月 10 日。2013 年 6 月10 日閲覧。リキッドメタルテクノロジーズ社 (OTCBB: LQMT) とスウォッチグループ社 (SIX: Uhr / Uhr N) は本日、スイスのメーカーがリキッドメタル合金技術を世界中で利用できるようにする独占ライセンス契約を締結したことを発表しました。スウォッチグループでは、リキッドメタル技術は 2009 年にオメガシーマスタープラネットオーシャンで、2010 年にはブレゲ「レヴェイユミュージカル」で初めて使用されました。今回の契約により、スウォッチグループは時計の全ラインでこの技術を独占的に使用できるようになります。

外部リンク

公式サイト
アモルファス金属の概要
NASA スピンオフ 2004: アモルファス合金が鋼鉄とチタンを上回る
LiquidMetalに関するNASAの別の記事
Wayback Machineの Caltech の記事(2007 年 12 月 10 日アーカイブ)
液体金属の弾性特性を示すライブビデオデモンストレーション

[1] 「Liquidmetal Coatings Material」。liquidmetal.com。2009年1月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[2] Herrman, John (2010-08-17). 「Giz Explains: What Is Liquidmetal?」Gizmodo . 2024-08-31閲覧。

[3] 「液体金属はプラスチックのように動作する」。製造エンジニアリング。2003年3月。2005年12月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[4] YouTubeの公式リキッドメタルボールバウンサーデモンストレーション

[5] テルフォード、マーク（2004年3月）。「バルク金属ガラスのケース」。Materials Today。7 （ 3）：36–43。doi ：10.1016 / S1369-7021 （04）00124-5。

[6] Gorant, Jim (1998年7月). 「Liquid Golf」. Popular Mechanics . 2006年12月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[7] Catherine Zandonella (2005-04-02). 「金属ガラス: 硬い物質の一滴」。New Scientist no. 2493。2012年10月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年6月10日閲覧。

[8] 「Liquidmetal の最新ポートフォリオが好評 - PGATOUR.COM」。2003 年 10 月 1 日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[9] 「電子を大量に生み出すことに関しては、金属ガラスがプラスチックに勝る」ScienceDaily 。 2024年8月31日閲覧。

[10] 「バイオラーゼ歯科用レーザー ILASE®」.ビオラーゼ。 2018年11月20日。

[11] 「Liquidmetal が Apple の iPhone、iPad 用の SIM イジェクターツールを開発」Appleinsider.com、2010 年 8 月 17 日。2013年 6 月 10 日閲覧。

[12] 「防衛と戦術アプリケーション」。Liquidmetal Technologies。2013年3月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年5月24日閲覧。

[13] Demetriou, Marios D; Johnson, William L (2004 年 7 月 12 日). 「Vitreloy-1 の定常非等温流動中のせん断流動特性と結晶化速度」. Acta Materialia . 52 (12): 3403–3412. Bibcode :2004AcMat..52.3403D. doi :10.1016/j.actamat.2004.03.034.

[14] Morrison, ML; RA Buchanan; PK Law; BA Green; GY Wang; CT Liu; JA Horton (2007 年 10 月 15 日)。「Zr ベースの Vitreloy 105 バルク金属ガラスの 4 点曲げ疲労挙動」。Materials Science and Engineering: A。467 (1–2): 190–197。doi :10.1016/ j.msea.2007.05.066。

[15] 「Apple、Liquidmetal Technologiesの合金に対する独占権を更新」。MacRumors。2016年7月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年2月18日閲覧。

[16] 「スウォッチグループがリキッドメタルテクノロジーズと独占ライセンス契約を締結」。プレスリリース。スウォッチグループ。2011 年 3 月 10 日。2013 年 6 月10 日閲覧。リキッドメタルテクノロジーズ社 (OTCBB: LQMT) とスウォッチグループ社 (SIX: Uhr / Uhr N) は本日、スイスのメーカーがリキッドメタル合金技術を世界中で利用できるようにする独占ライセンス契約を締結したことを発表しました。スウォッチグループでは、リキッドメタル技術は 2009 年にオメガシーマスタープラネットオーシャンで、2010 年にはブレゲ「レヴェイユミュージカル」で初めて使用されました。今回の契約により、スウォッチグループは時計の全ラインでこの技術を独占的に使用できるようになります。