Historia

Fechas Sobresalientes

Primera aleación amorfa: Au₇₅Si₂₅ por la técnica de solidificación ultrarrápida.   (1960)

Se fabricó el Metglas, una vidrio metálico de hierro, níquel, fósforo y boro (1980)


A partir del (2003)

 Primera aleación amorfa en bulto (BMG por sus siglas en inglés): PdCu-Si por la técnica de colado por succión.

  

 Primer BMG base hierro: Fe-(Al-Ga)-(P, C, B, Si, Ge), Desde su descubrimiento se han dedicado       muchos esfuerzos para mejorar su habilidad para la formación vitrea (GFA por   sus siglas en inglés) y sus  propiedades  mecánicas.

Historia

    Los vidrios metálicos masivos fueron desarrollados en los años 80  en aleaciones base Pd y en los  90 en sistemas metal-metal (base  metálica y aleantes metálicos), en  aleaciones de base Zr-, Mg-, La-, siendo los metales de transición temprana los primeros que lograron  grandes avances (Zr-, Ti-, y Hf). El desarrollo de BMGs de metal de  transición tardía fue impulsado por la necesidad de tener aleaciones de  menor costo y mayor disponibilidad. Fueron entonces  desarrollados a  partir de 1995, BMGs en base Fe- en  un sistema ferromagnético de  aleación Fe-Al-Ga-P-C-B con espesores máximos de 1 mm. Luego, en  2003 fue desarrollado el primer BMG base Fe no magnético a  temperatura ambiente en el sistema Fe-Mn-Cr-Mo-C-B con espesores  de 4 mm y fue llamado acero amorfo estructural, o  Structural  Amorphous Steel  (SAS). Un año más tarde,  se estableció que el  agregado de tierras raras  como Y, Er, Yb, Gd o Dy incrementaba  drásticamente el espesor crítico a 12 y 16 mm.

       Los BMGs en base Fe- por sus óptimas propiedades mecánicas  (resistencia a la fractura 3500-5500 MPa y dureza 850-1370 Hv),  magnéticas y químicas despiertan gran interés en el campo tanto científico como industrial, esperando ser aplicados en la industria  automotriz, naval, aeronáutica, quirúrgica, deportiva, etc., en un tiempo  estimado no superior a 5 años.   Actualmente una de las mayores complejidades en la obtención  de estos materiales radica en la gran velocidad de enfriamiento a la que deben ser sometidos en el estado líquido para mantener su estructura  amorfa en estado sólido, limitando esto el espesor máximo que puede  obtenerse. 

Fuente: ucasal.net/templates/unid-academicas/ingenieria/apps/5-p124-marta-formateado.pdf,  Bulk Metallic Glass

Aplicaciones

Los vidrios metálicos encuentran  diferentes aplicaciones. Todo esto aprovechando sus propiedades físicas, eléctricas, magnéticas, mecánicas y ante la corrosión. Por lo que constituye uno de los principales temas de investigación en el área de materiales avanzados.

 TRANSFORMADORES DE ENERGÍA

Los vidrio metálicos  son utilizados  en núcleos  de transformadores, debido a sus bajas pérdidas, hasta un 80% menor que los transformadores convencionales, remplazando los núcleos ferromagnéticos de ferrita,  optimizando así la eficiencia, mejorando la economía de servicios públicos. Resaltando que a diferencia de los metales tradicionales, tienen una estructura no cristalina y poseen unas propiedades físicas y magnéticas que combinan la fuerza y la dureza con la flexibilidad y la resistencia.

 SENSORES MAGNÉTICOS Y CABEZAS DE GRABACIÓN

 Se puede obtener bajo campo coercitivo, además la ausencia de fronteras de grano en este material responde a la facilidad de movimiento de las paredes de los dominios. Esto esta acoplado con una resistividad relativamente alta, lo que hace que estos materiales sean atractivos en aplicaciones magnéticas, también  proporciona una fuente mínima de pérdida de energía, por su pequeña área del ciclo de histéresis, encontrando aplicabilidad en Sensores magnéticos Materiales con GMR (Magnetorresistencia gigante).

 

  MEMS

Utilizando los vidrios metálicos para  nuevo proceso de MEMS, Este proceso de micro mecánica de superficie se ha utilizado para la fabricación de condensadores para aplicaciones de microondas y ondas milimétricas, donde se encontró baja pérdida (menos de 0,2 dB hasta 20 GHz y 1.2 dB hasta 110 GHz).

CARCASAS PARA DISPOSITIVOS PORTÁTILES

Utilizados en carcasas de equipos debido a su  alta relación resistencia/peso y a su alto grado de elasticidad (conocido técnicamente como un alto “módulo de elasticidad”).

 

 LA INDUSTRIA AERONÁUTICA Y AUTOMOVILÍSTICA.

 Encuentran aplicaciones en partes de alas de aviones y partes de automóviles ya que algunos vidrios metálicos  presentan superficies resistentes a la corrosión y al desgaste mecánico, además de su alta  relación resistencia/peso

Biomateriales

Encuentra aplicaciones como biomaterial, para implantación en huesos como tornillos, clavos o placas, para fijar las fracturas. Ya que se disuelve en los organismos a una velocidad de aproximadamente 1 milímetro por mes y es sustituido por tejido óseo. Esta velocidad puede ser ajustada por la variación del contenido de zinc.

Aplicación en Palos de golf y Raquetas de tenis

Un material muy resistente transfiere mejor la energía de impacto de un palo de golf a la bola, ya que estas aleaciones son dos veces más resistentes que los materiales utilizados en los palos de golf como el titanio y el acero, además poseen densidad intermedia entre ambos. De este modo la bola puede ser golpeada más lejos igual sucede en las raquetas de tenis aprovechando la propiedad de no deformarse por el impacto de la pelota, este evita la dispersión de la energía y aumenta la resistencia a la torsión del marco, como resultado la pelota se golpea con más control y mayor potencia.

 

 
fuente: liquidmetal.com , Bulk Metallic Glass

 

Propiedades

       La resistencia de un metal cristalino está limitada por la presencia de las dislocaciones. Los vidrios metálicos no poseen estos defectos y alcanzan valores de resistencia y límite elástico mayores. Pero también una carencia de dislocaciones en estos materiales, es la responsable de su falta de ductibilidad, lo cual es una barrera significativa para algunas aplicaciones.

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Térmicas: Poseen alta estabilidad térmica (∆ T =Tx –Tg ), dado que es similar a la medida de un liquido sobre enfriado, por lo tanto sus propiedades o características  se mantienen estables con el cambio de temperatura.

Eléctricas: La conductividad eléctrica disminuye frente a materiales cristalinos, sin embargo siguen contando con electrones libres, lo cual los hace ser conductores eléctricos y térmicos.

Frente  a la corrosión: La buena resistencia a la corrosión de los vidrios metálicos se atribuye a la falta de límites de grano  que son las aéreas susceptibles al ataque químico.

Mecánicas: Los vidrios metálicos no poseen dislocaciones por lo que alcanzan valores de resistencia y límite elástico mayores. Pero esta carencia también es la responsable de su falta de ductilidad. La ausencia de fronteras de grano le confiere una buena resistencia al impacto.

Magnéticas: Los vidrios metálicos presentan ciclos de histéresis estrechos con pequeñas fuerzas coercitivas, por lo que se consideran como un material magnético blando,  es decir que es fácil de imanar y desimanar. Además los vidrios metálicos, principalmente ferrosos, la ausencia de fronteras de grano, permite que sea uno de los materiales fáciles de magnetizar y un movimiento más fácil de las paredes de los dominios. La alta resistividad y la ausencia de la anisotropía de los cristales también contribuyen a la movilidad de las paredes de los dominios.

 fuente: Bulk Metallic Glass

formación de vidrios metálicos

Sistemas multicomponentes:

      Al aumentar el número de componentes de una aleación el tiempo que demoran en ordenarse sus átomos para producir una red cristalina es mayor. La cristalización ocurre por nucleación y crecimiento, a mayores elementos, la cristalización es más difusa y más lenta, aumentando la probabilidad de producir vidrios metálicos.

Diferencia en el radio atómico entre los elementos constituyentes.

      Por la diferencia significativa en el tamaño atómico la tendencia a la formación de redes cristalinas se dificulta, debido a que la solubilidad entre ellos se restringe.

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fuente: Bulk Metallic Glass

Estructura

Se puede obtener un vidrio metálico enfriando un líquido de forma suficientemente rápida, de modo que los átomos no alcancen a ordenarse al pasar al estado sólido. De esta manera, los vidrios tienen una estructura interna, en términos del grado de ordenamiento atómico, similar a la de un líquido (un orden de corto alcance). Aunque estrictamente un vidrio metálico no es un líquido, porque los átomos se encuentran fijos en su lugar.

 


fuente: upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/8157/7/TFC_BMGaeronauticalapplications_SElkan.pdf