Metales amorfos

Los metales amorfos ( vidrios metálicos ) son una clase de sólidos metálicos con estructura amorfa , caracterizados por la ausencia de orden de largo alcance y la presencia de orden de corto alcance en la disposición de los átomos. A diferencia de los metales con estructura cristalina , los metales amorfos se caracterizan por la homogeneidad de fase, su estructura atómica es similar a la estructura atómica de los fundidos sobreenfriados .

Historia

Ya en la década de 1940, se sabía que las películas metálicas obtenidas por deposición al vacío a baja temperatura no tenían una estructura cristalina. Sin embargo, el estudio de los metales amorfos comenzó en 1960 , cuando se obtuvo el vidrio metálico Au 75 Si 25 en el Instituto de Tecnología de California bajo la dirección del profesor Pol Duwez [1] .  Gran interés científico en el tema comenzó a manifestarse a partir de 1970, inicialmente en los EE.UU. y Japón , y luego en Europa , la URSS y China .

En la década de 1990, se descubrieron aleaciones que ya se volvían amorfas a velocidades de enfriamiento de aproximadamente 1 °C/s [2] [3] . Esto hizo posible fabricar muestras con dimensiones del orden de varios milímetros.

Clasificación

Las aleaciones amorfas se dividen en 2 tipos principales: metal - metaloide y metal-metal.

Durante la amorfización por enfriamiento desde el estado líquido, se pueden obtener aleaciones que contienen los siguientes elementos:

Propiedades

En algunas propiedades, varios metales amorfos difieren significativamente de los cristalinos de la misma composición. En particular, algunos de ellos se distinguen por su alta resistencia y tenacidad , resistencia a la corrosión , alta permeabilidad magnética [4] .

Propiedades mecánicas

Una serie de vidrios metálicos se caracterizan por una resistencia y dureza muy altas . En las aleaciones amorfas a base de elementos del subgrupo hierro (Fe, Co, Ni), la dureza HV puede superar los 1000 H/m 2 , la resistencia es de 4 H/m 2 . Al mismo tiempo, los vidrios metálicos tienen una tenacidad a la fractura muy alta : por ejemplo, la energía de ruptura del Fe 80 P 13 C 7 es de 110 kJ/m 2 , mientras que para el acero X-200 el valor de este parámetro es de 17 kJ/m 2 .

Propiedades eléctricas

La resistencia de los metales amorfos es, por regla general, de unos 100-300 μΩ cm, que es mucho mayor que la resistencia de los metales cristalinos. Además, la resistencia de varios vidrios metálicos en ciertos rangos de temperatura se caracteriza por una débil dependencia de la temperatura y, a veces, incluso disminuye con el aumento de la temperatura. Al analizar las características de resistencia de los metales amorfos, se distinguen 3 grupos:

Los vidrios metálicos del grupo metal simple-metal simple se caracterizan por una baja resistividad (menos de 100 μΩ cm). Con el aumento de la temperatura, la resistencia de los diferentes materiales de este grupo puede aumentar o disminuir.

La resistencia de los materiales del grupo metal de transición-metaloide se encuentra en el rango de 100-200 μΩ cm. El coeficiente de temperatura de la resistencia es inicialmente positivo, y cuando la resistencia alcanza ~150 μΩ cm, se vuelve negativo. El valor mínimo de resistencia a temperaturas de 10-20 K.

La resistencia de los materiales del grupo metal de transición-metal de transición supera los 200 μΩ cm. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia disminuye.

Algunas aleaciones amorfas exhiben la propiedad de superconductividad mientras mantienen una buena ductilidad.

Conseguir

Hay muchas formas de obtener vasos metálicos.

  1. Deposición de metal gaseoso
    • Recubrimiento al vacío
    • fumigación
    • Reacciones químicas en fase gaseosa
  2. solidificacion de metal liquido
    • Enfriamiento desde el estado líquido
  3. Violación de la estructura cristalina de un metal sólido.
    • Irradiación con partículas
    • impacto de la onda de choque
    • Implantación de iones
  4. Deposición electrolítica de soluciones.

Enfriamiento desde el estado líquido

El enfriamiento desde el estado líquido es el principal método para obtener vidrios metálicos. Este método consiste en el enfriamiento ultrarrápido de la masa fundida, como resultado de lo cual pasa a un estado sólido, evitando la cristalización: la estructura del material permanece casi igual que en estado líquido. Incluye varios métodos que permiten obtener metales amorfos en forma de polvo, alambre delgado, tira delgada y placas. Además, se desarrollaron aleaciones con baja velocidad crítica de enfriamiento, que permitieron crear vidrios metálicos tridimensionales.

Para obtener placas que pesen varios cientos de miligramos, se dispara una gota de masa fundida a alta velocidad sobre una placa de cobre enfriada, la velocidad de enfriamiento en este caso alcanza los 10 9 °C/s. Para obtener tiras delgadas con un ancho de décimas a decenas de milímetros, la masa fundida se extruye sobre una superficie de enfriamiento que gira rápidamente. Se utilizan varios métodos para obtener alambres con un espesor de unidades a cientos de micras. En el primer caso, la masa fundida se aspira en un tubo a través de una solución acuosa refrigerante, la velocidad de enfriamiento en este caso es de 10 4 -10 5 °C/s. En el segundo método, el chorro de fusión ingresa al refrigerante, que se encuentra en el interior del tambor giratorio, donde es retenido por la fuerza centrífuga.

Aplicación

A pesar de las buenas propiedades mecánicas, los vidrios metálicos no se utilizan como partes críticas de las estructuras debido a su alto costo y dificultades tecnológicas. Una dirección prometedora es el uso de aleaciones amorfas resistentes a la corrosión en varias industrias.

En la industria de la defensa , en la producción de vallas blindadas protectoras, se utilizan capas intermedias de aleaciones basadas en aluminio amorfo para extinguir la energía de un proyectil penetrante debido a la alta tenacidad a la fractura de tales capas intermedias.

Debido a sus propiedades magnéticas, los metales amorfos se utilizan en la producción de pantallas magnéticas, cabezas de lectura (grabadoras de audio y video, dispositivos de almacenamiento de información), transformadores y otros dispositivos.

Desde principios de los años ochenta, los materiales amorfos (aleaciones amorfas magnéticas blandas) han sido ampliamente utilizados en productos radioeléctricos y eléctricos para circuitos magnéticos (núcleos), que ahora se utilizan en algunos casos en lugar de permalloys, ferritas, aceros eléctricos y magnetodieléctricos. El segundo representante de una nueva clase de aleaciones metaestables enfriadas rápidamente y un rival activo de las aleaciones amorfas son las aleaciones nanocristalinas. Los materiales nanocristalinos obtenidos a partir de materiales amorfos tienen excelentes características en la región de alta frecuencia.

La dependencia de baja temperatura de la resistencia de algunos metales amorfos les permite ser utilizados como resistencias de referencia .

Véase también

Notas

  1. ↑ Klement, W.; Willens, RH; Duwez, P.O.L. Estructura no cristalina en aleaciones de oro y silicio solidificadas  (inglés)  // Nature: revista. - 1960. - Vol. 187 , núm. 4740 . - Pág. 869-870 . -doi : 10.1038/ 187869b0 .
  2. ↑ VV Molokanov y VN Chebotnikov. [Key Engineering Materials, 40-41 (1990) 319-332 Capacidad de formación de vidrio, estructura y propiedades de aleaciones basadas en compuestos intermetálicos de Ti y Zr].
  3. ↑ A. Inoue, K. Ohtera, K. Kita y T. Masumoto. [Japón. Aplicación J. Phys Nuevas aleaciones amorfas de Mg-Ce-Ni con alta resistencia y buena ductilidad]. - 1988. - T. 27 . — S. L2248 .
  4. ↑ Dmitri Valentinovich Luzgin, Vladislav Igorevich Polkin. Vidrios metálicos volumétricos: obtención, estructura, cambios estructurales durante el calentamiento  // Izvestiya vuzov. Metalurgia no ferrosa. 2015;(6). -doi : 10.17073 / 0021-3438-2015-6- .

Literatura

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