Los vidrios metálicos, o aleaciones amorfas, se obtienen enfriando la masa fundida a una velocidad superior a la de cristalización. En este caso, la nucleación y el crecimiento de la fase cristalina se vuelven imposibles y el metal después de la solidificación tiene una estructura amorfa. altas velocidades se puede lograr el enfriamiento varios métodos, sin embargo, se usa con mayor frecuencia el enfriamiento del fundido en la superficie de un disco que gira rápidamente (Fig. 177). Este método le permite obtener cinta, alambre, gránulos, polvos.

La obtención de una estructura amorfa es, en principio, posible para todos los metales. El estado amorfo más fácilmente se consigue en aleaciones de Al, Pb, Sn, Cu, etc. Para obtener vidrios metálicos a base de Ni, Co, Fe, Mn, Cr, elementos no metálicos o semimetálicos C, P, Si, Se les añaden B, As, S. y otros (elementos amorfos). Las aleaciones amorfas corresponden más a menudo a la fórmula M 80 X 20, donde M es uno o más elementos de transición, y X es uno o más elementos no metálicos u otros elementos amorfos (Fe 80 P 13 C, Ni 82 P 18, Ni 80 S 20).

Arroz. 177. Esquema para obtener aleaciones amorfas mediante enfriamiento rápido de la masa fundida: a - vertido en un disco; b - verter entre dos discos; 1 - inductor; 2 - derretir; 3 - crisol; 4 - disco; 5 - cinta de material amorfo

El estado amorfo de los metales es metaestable. Durante el calentamiento, cuando aumenta la movilidad de los átomos, continúa el proceso de cristalización, que lleva gradualmente el metal (aleación) a través de una serie de metaestables a un estado cristalino estable. Las propiedades mecánicas, magnéticas, eléctricas y otras sensibles a la estructura de las aleaciones amorfas difieren significativamente de las de las aleaciones cristalinas. característica distintiva Las aleaciones amorfas tienen un alto límite elástico y un límite elástico casi sin endurecimiento por trabajo.

Altas propiedades mecánicas

Las aleaciones amorfas a base de cobalto tienen altas propiedades mecánicas.

Las aleaciones amorfas son a menudo frágiles en tensión, pero relativamente dúctiles en flexión y compresión. Se puede laminar en frío. Se ha establecido una relación lineal entre el límite elástico y la dureza para aleaciones a base de hierro y cobalto. La resistencia de las aleaciones amorfas es cercana a la teórica. Esto se debe, por un lado, a la alta
valor de m, y por otro lado, valores más bajos del módulo elástico E (en un 30-50%) en comparación con las aleaciones cristalinas.

Las aleaciones amorfas a base de hierro y que contienen al menos un 3-5 % de Cr tienen una alta resistencia a la corrosión. Las aleaciones amorfas a base de níquel también tienen buena resistencia a la corrosión. Las aleaciones amorfas de Fe, Co, Ni con adiciones de 15-25% de elementos amorfos B, C, Si, P se utilizan como materiales magnéticos blandos.

Grupos de aleaciones amorfas

Las aleaciones amorfas magnéticas blandas se dividen en tres grupos principales:

1. aleaciones amorfas a base de hierro con altos valores de inducción magnética y baja fuerza coercitiva (32-35 mA/cm);
2. aleaciones de hierro-níquel con valores medios de inducción magnética (0,75-0,8 T) y menor fuerza coercitiva que las aleaciones de hierro (6-7 mA/cm);
3. aleaciones amorfas basadas en cobalto, que tienen una inducción de saturación relativamente baja (0,55 T), pero altas propiedades mecánicas (900-1000 HV), baja fuerza coercitiva y alta permeabilidad magnética. Debido a la resistividad eléctrica muy alta, las aleaciones amorfas se caracterizan por bajas pérdidas por corrientes de Foucault, esta es su principal ventaja.

Las aleaciones amorfas magnéticas blandas se utilizan en las industrias eléctrica y electrónica (circuitos magnéticos de transformadores, núcleos, amplificadores, filtros de choque, etc.). Las aleaciones con alto contenido en cobalto se utilizan para la fabricación de escudos magnéticos y cabezas magnéticas, donde es importante contar con un material con alta resistencia al desgaste.

El alcance de los vidrios metálicos todavía está limitado por el hecho de que pueden obtenerse por enfriamiento rápido (templado) desde el estado líquido solo en forma de cintas delgadas (hasta 60 μm) de hasta 200 mm de ancho o más o alambre con una diámetro de 0,5 a 20 μm. Sin embargo, existen amplias perspectivas para el desarrollo de este grupo de materiales.

alambre de aluminio y acero (KAS-1A), alambre de níquel-tungsteno (VKN-1).

Materiales compuestos con matriz no metálica. Neme-

matriz de talio - estos son poliméricos, de carbono y materiales cerámicos. Como polímeros se utilizan matrices epoxi, fenol-formaldehído y poliamida. Los reforzadores son fibras de vidrio, carbón, boro, orgánicas, inorgánicas (bigotes de óxidos, boruros, carburos, nitruros); alambres metálicos; partículas dispersas. Según el tipo de endurecedor, los compuestos poliméricos se dividen en fibras de vidrio, de carbono, de boro y orgánicas.

EN materiales en capas (ver arroz. 8.3, c) las fibras, los hilos después de la impregnación con un aglutinante se colocan en planos, que se ensamblan en placas. Al cambiar la forma en que se apilan las fibras, se obtiene un CM isotrópico o anisotrópico.

Fibra de vidrio- Se trata de un compuesto de resina sintética y fibra de vidrio (componente de refuerzo). Las fibras de vidrio no orientadas tienen fibras cortas y las fibras de vidrio orientadas tienen fibras largas. Esto le da a la fibra de vidrio una alta resistencia.

Carbofibras (plásticos de carbono) consisten en una matriz - un aglutinante de polímero y un endurecedor - fibras de carbono(carbofibra). El aglutinante es un polímero sintético (fibra de carbono polimérica) o fibra de carbono con una matriz de carbono: carbono pirolítico (coque).

Las fibras de boro consisten en un aglutinante polimérico y un endurecedor: las fibras de boro.

Tienen alta resistencia (superior a las fibras de carbono) y dureza, conductividad térmica y eléctrica, alta resistencia química y resistencia a la fatiga. Son superiores al metal en resistencia a la vibración.

fibras organicas consisten en un aglutinante de polímero y agentes de refuerzo - fibras sintéticas. Tienen alta resistencia y rigidez específicas, son estables en ambientes agresivos y son insensibles al daño.

EN En ingeniería minera, los materiales compuestos se utilizan para la fabricación de piezas de fricción y antifricción, herramientas de perforación (brocas de corona), piezas de transportadores, cosechadoras, electrodos, contactos eléctricos.

8.4. vidrio metalico

vidrio metalico(aleaciones amorfas, metales vítreos, metglasses) son aleaciones metálicas en estado vítreo, obtenidas después de enfriar las masas fundidas a altas velocidades (< 106 К/с). Металлические стекла – это «замороженные» расплавы, т.е. метастабильные системы и поэтому они кристаллизуются при нагревании до температуры около 0,5 Tпл . Образуют металлические стекла переходные металлы (Fe, Mn, Cr, Co, Ni), благородные и поливалентные неметаллы (C, B, N, Si, P, Ge), которые являются стеклообразующими.

Los vidrios metálicos son monofásicos, no presentan defectos estructurales (vacíos, dislocaciones). Tienen alta resistencia, alta ductilidad,

SECCIÓN III. CIENCIA DE MATERIALES DE ALEACIONES Y METALES NO FERROSOS

Capítulo 8

alta resistencia a la corrosión. Algunos de ellos son ferromagnéticos o absorben débilmente el sonido.

Los vidrios metálicos magnéticamente blandos se obtienen a base de Fe, Co, Ni con la adición de 15–20% de elementos amorfos - B, C, Si, P (por ejemplo, Fe81 Si3 5B13 C2 con un alto valor de inducción magnética) . La aleación amorfa Co66 Fe4 (Mo, Si, B)30 tiene altas propiedades mecánicas.

Las aleaciones amorfas estables tienen una alta resistencia a la corrosión. Por ejemplo, vidrios metálicos a base de Fe y Ni con 3–5% Cr.

El uso de vidrios metálicos determina sus propiedades magnéticas y anticorrosivas.

Preguntas y tareas de control

1. Dé ejemplos de grados de aleaciones antifricción.

2. Dé ejemplos de marcas de babbits de plomo y estaño.

3. ¿Qué estructura determina las propiedades antifricción de los babbits?

4. ¿Cuál es el propósito de los babbits de aleación de cobre?

5. Dé ejemplos de grados de aleaciones a base de zinc.

6. ¿Qué materiales se llaman cermets?

7. Describir el cermet poroso y sus propiedades.

8. Enumere las ventajas y desventajas de los cermets.

9. ¿Qué proceso se llama sinterización?

10. Nombre los tipos de cermets estructurales, sus propiedades, propósito.

11. Dar las características de la herramienta metal-cerámica. ¿Cual es su propósito?

12. ¿Qué tipos de cermets especiales con propiedades especiales existen y cómo se obtienen?

13. ¿Qué materiales se llaman compuestos?

14. ¿Cuáles son los componentes de los materiales compuestos?

15. ¿Cómo se clasifican los materiales compuestos?

16. Describir compuestos de matriz metálica dispersos reforzado con iones y con un endurecedor fibroso.

17. Dé una característica de los materiales compuestos con una matriz no metálica.

18. ¿Qué materiales se llaman vidrios metálicos? Describe sus propiedades y tipos.

19. Nombre los tipos de protección de los metales contra la corrosión y descríbalos.

SECCIÓN IV. CIENCIA DE MATERIALES NO METÁLICOS

MATERIALES

Capítulo 9 Materiales minerales sueltos, dispersos y pétreos

9.1. materiales de piedra natural

Los minerales inorgánicos son elementos químicos y compuestos (óxidos, compuestos de elementos libres de oxígeno) que no tienen propiedades metálicas. Estos materiales tienen resistencia química, incombustibilidad, dureza, resistencia al calor, estabilidad de propiedades. Sus desventajas son la alta fragilidad, la baja resistencia a los cambios de temperatura, el estiramiento y la flexión.

Materiales de piedra natural (PCM) - Materiales de construcción,

derivado de rocas procesamiento mecánico (trituración, fusión, división, etc.), después de lo cual la estructura y las propiedades de la roca se conservan casi por completo (tab. 9.1).

De acuerdo con la naturaleza del tratamiento superficial, PCM se divide en los siguientes tipos:

natural piedras de construccion (productos de piedra) - materiales de pared aserrados y piedras de revestimiento,arquitectura y construccionproductos (peldaños, alféizares de ventanas), materiales para carreteras (piedras de colocación, piedras laterales), productos para estructuras hidráulicas, revestimiento de soportes de puentes, productos técnicos (placas de mármol, losas de calibración, ejes de granito para equipos de fabricación de papel),decorativa y artistica productos;

materiales de piedra en bruto- escombros y cantos rodados, piedra triturada, grava, arena.

Las razones de la destrucción de PCM son la congelación del agua en los poros y grietas; cambios frecuentes de temperatura y humedad; corrosión química bajo la acción de gases (oxígeno, hidrógeno, etc.) y sustancias disueltas en aguas subterráneas y marinas.

Tabla 9.1

Clasificación de PCM por método de fabricación

* El proceso de dar piedra natural. forma deseada y acabados exteriores.

Para proteger los materiales de piedra de la destrucción, se utilizan los siguientes métodos:

la protección constructiva es dar a los productos una forma que facilite el drenaje del agua y una superficie lisa y pulida del revestimiento;

físico y químico la protección es la impregnación de la capa superficial con compuestos de sellado, la aplicación de compuestos hidrofóbicos (repelentes al agua), materiales poliméricos formadores de película (transparentes y coloreados) en la superficie frontal.

Piedras de construcción naturales (NCS) . Este Material de construcción de rocas después de su aserrado con conservación de estructura y propiedades. Según su densidad, se dividen en pulmones (densidad inferior a 1.800 kg/m³) y pesado.

La fuerza es una propiedad de consumo de PSK. Su significado se usa

zuetsya en el marcado y evaluado por la máxima resistencia a la compresión σcom, MPa, muestras en estado seco al aire.

Las propiedades de consumo también incluyen la abrasión y el desgaste. Para superficies de carreteras, suelos, se utilizan rocas duras, de grano fino y medio.

La resistencia al agua de PSK se evalúa mediante el coeficiente de ablandamiento Krm (para estructuras hidráulicas, Krm es al menos 0,8; para paredes externas, al menos 0,6).

La resistencia a las heladas se evalúa por el número de ciclos de congelación y descongelación alternados: F10, F15, ..., F500. Depende de la composición, estructura y

SECCIÓN IV. CIENCIA MATERIAL DE MATERIALES NO METÁLICOS

Capítulo 9

PSK de humedad. Alta resistencia a las heladas en piedras densas con una estructura de grano uniforme y estructuras estratificadas bajas.

La resistencia al fuego depende de la composición y estructura de la piedra. A temperaturas elevadas, algunas rocas (yeso, piedra caliza) pueden descomponerse, mientras que otras (granito) pueden agrietarse.

Según su finalidad, PSK se divide en: muro, paramento, perfilado, calzada.

Para dar textura a la superficie, se utilizan los siguientes tipos de procesamiento de PSK: choque, abrasivo, térmico.

Las piedras de pared se obtienen de tobas y calizas densas y porosas. Requerimientos generales a las piedras de pared: solidez; densidad de 900 a 2.200 kg/m3; σco = 5–15 MPa para calizas densas y σco = 5–40 MPa para tobas; Krm = 0,6–0,7; resistencia a las heladas - no inferior a F15; decorativo apariencia. Las piedras naturales finamente porosas no se enchapan. Las piedras de pared para la colocación de paredes (tipo I) y tabiques (tipo II) se producen en los grados 4, 7, 10, 15, 20, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300 y 400 (marca números corresponden a

valor σco ).

Los bloques de pared tienen dimensiones lineales normalizadas con tolerancias< 10 мм. Каждый камень заменяет в кладке от 8 до 12 кирпичей, а их масса – не выше 40 кг. Один из opciones dimensiones de las piedras de la pared - 390 × 190 × 188, y bloques de pared grandes para mecanizado

noah tendido - 300 × 800 × 900.

Las piedras aserradas y astilladas de piedra caliza, dolomita y toba se utilizan para colocar los estribos de puentes y fortificar pendientes.

Frente a piedras- estas son rocas de hermoso color y patrón (decorativo) con la necesaria resistencia a las heladas (al menos F15), resistencia (σco al menos 5 MPa), solidez. Los bloques grandes se obtienen a partir de bloques de piedra natural después del aserrado, seguido de un procesamiento mecánico.

Las piedras de revestimiento pueden ser de rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. La clasificación de resistencia es la siguiente: fuerte (σco > 80 MPa); resistencia media (σco = 40–80 MPa); baja fuerza

(σco< 40 МПа).

Por durabilidad, se distinguen 4 clases: muy duradera (el comienzo de la destrucción después de 650 años); duradero (200–250 años); de vida relativamente larga (75 a 120 años); efímera (20 a 75 años). Por decoratividad, se distinguen piedras altamente decorativas, decorativas, poco decorativas y no decorativas.

Según su finalidad, las piedras de revestimiento se dividen en:

en el revestimiento de estructuras hidráulicas (granito, rocas ígneas de alta resistencia y dureza);

losas para el revestimiento exterior de edificios (piedra caliza, dolomitas, areniscas, tobas); el revestimiento de las paredes del metro suele estar hecho de mármol;

losas de zócalo (de rocas resistentes).

SECCIÓN IV. CIENCIA MATERIAL DE MATERIALES NO METÁLICOS

Capítulo 9

La textura de la superficie frontal de las placas frontales se puede espejar (pulir), pulir (pulir con polvo), pulir con una herramienta abrasiva y aserrar.

materiales de piedra de carretera obtenido de rocas ígneas y sedimentarias que no están meteorizadas.

Los materiales de piedra de carretera se dividen en los siguientes tipos:

piedras laterales en forma de viga larga 70–200 cm de rocas ígneas sólidas (diabasa, basalto, granito); se hacen rectos y curvos, altos (hasta 40 cm) y bajos (hasta 30 cm);

adoquines en forma de barras para pavimentar caminos de grano fino y medio

rocas ígneas sólidas fuertes (σco no menos de 100 MPa) (basalto, granito, diabasa, etc.); Los adoquines pueden ser BV alto (hasta 160 mm de alto), BS medio (130 mm), BN bajo (100 mm);

astillados y adoquines en forma de prisma multifacético (astillado) u ovalado (adoquín) de diabasa, basalto, granito;

losas de pavimentación en forma de losas rectangulares de montaña en capas

Materiales de piedra en bruto . Este grupo incluye bu-

cantos rodados y cantos rodados, piedra triturada, grava y arena.

Piedra de escombros: grandes fragmentos de rocas, que se obtienen mediante la extracción explosiva de piedra caliza, dolomita y arenisca. Sus tipos en forma: desgarrado, estratificado, escamoso (el ancho es tres o más veces el grosor). Las estructuras hidráulicas, la mampostería de los cimientos se erigen a partir de buta, se obtiene piedra triturada.

La grava es material suelto en forma de granos redondeados de 1 a 10 mm de tamaño, que se obtiene por destrucción natural (meteorización) de rocas sedimentarias. Impurezas en la grava: polvo, arcilla, si hay arena (25-40%), entonces el material se denomina mezcla de arena y grava. Las propiedades de la grava dependen de la roca y están reguladas requerimientos técnicos estándares

La resistencia de los granos de grava debe garantizar que la resistencia del hormigón sea entre un 20% y un 50% superior a la especificada. Según el grado de resistencia a las heladas, se distinguen grava F15, F25, F50, F100, F150, F200, F300. Esta característica es importante si la grava se utiliza para la fabricación de estructuras de hormigón para condiciones climáticas adversas. La grava natural también se utiliza para la preparación de hormigón armado y no reforzado como árido grueso. La grava se usa para hormigón de grado hasta 300, los requisitos para ello se dan en GOST 8268-82.

piedra natural triturada obtenido al triturar piedras en pedazos

5–70 mm de tamaño de rocas resistentes a las heladas con σco = 120–200 MPa. La piedra triturada se obtiene a partir de granito, diabasa, rocas ígneas, de rocas sedimentarias (piedra caliza, dolomita). La piedra triturada natural se llama gruss. La piedra triturada a menudo tiene una forma de ángulo agudo, y la mejor forma es un cubo o un tetraedro. La piedra triturada es más limpia que la grava.

Formación y propagación de bandas de corte en la superficie de una muestra de vidrio metálico (Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2)

Bajo un microscopio electrónico de barrido, la estructura escalonada de la banda de corte es claramente visible.

Se forman bandas de corte similares a lo largo de los bordes de las grietas, lo que conduce a la destrucción de la punta de la grieta y evita su crecimiento adicional.

Debido a su estructura amorfa, los vidrios metálicos pueden ser tan fuertes como el acero y dúctiles como materiales poliméricos, son capaces de realizar electricidad y tienen alta resistencia a la corrosión. Dichos materiales podrían utilizarse ampliamente en la fabricación de implantes médicos y diversos dispositivos electrónicos, si no fuera por una propiedad desagradable: la fragilidad. Los paneles de metal tienden a ser quebradizos y resisten las cargas de fatiga de manera desigual, lo que pone en duda su confiabilidad. El uso de metales amorfos multicomponentes (composites) resuelve este problema, sin embargo, sigue siendo relevante para los vidrios metálicos monolíticos.

Como parte de un nuevo estudio, realizado conjuntamente por científicos del Laboratorio de Berkeley y el Instituto de Tecnología de California, se ha encontrado una forma de aumentar la resistencia a la fatiga de los vidrios metálicos a granel. El vidrio metálico voluminoso con base de paladio, sometido a cargas de fatiga, se desempeñó tan bien como el mejor de los vidrios metálicos compuestos. Su resistencia a la fatiga es comparable a la de los metales y aleaciones estructurales policristalinos de uso común, como el acero, el aluminio y el titanio.

Bajo carga, se forma una banda de corte en la superficie del vidrio metálico de paladio, es decir, un área local de deformación significativa, que adquiere una forma escalonada. Al mismo tiempo, las mismas bandas de corte aparecen a lo largo de los bordes de las grietas que separan los "escalones", lo que embota las puntas de las grietas y evita que se sigan propagando.

El paladio se caracteriza por una alta relación de módulo volumétrico y de corte, que oculta la fragilidad inherente a los materiales vítreos, ya que la formación de bandas de corte "multinivel" que impiden un mayor crecimiento de grietas es energéticamente más favorable que la formación de grandes grietas que conducen a una rápida formación de grietas. destrucción de la muestra. Junto con alto

Imagen de microscopio electrónico de transmisión niveles diferentes cristalización de metal amorfo

Ingenieros de la Universidad del Sur de California han desarrollado un nuevo tipo de vidrio metálico que es más resistente. El material combina, al parecer, propiedades incompatibles: dureza, resistencia y elasticidad. El material, que recibió el nombre tecnológico SAM2X5-630, tiene la mayor resistencia al impacto de todos los vidrios metálicos conocidos.

Los vidrios metálicos, o metales amorfos, son una clase de sólidos metálicos con estructura amorfa. A diferencia de los metales con su estructura cristalina, la de los metales amorfos es similar a la estructura atómica de los fundidos sobreenfriados.


A la izquierda, salta una bola hecha de vidrio metálico nuevo, a la derecha, de acero ordinario.

El material es capaz de soportar fuertes impactos, mientras que no se desmorona ni se rompe, sino que vuelve a su forma original. El potencial de sus aplicaciones es casi ilimitado, desde taladros y chalecos antibalas hasta implantes para fortalecer huesos y proteger satélites espaciales.

Por lo general, los metales amorfos se obtienen calentándolos a 630 ° C y luego enfriándolos muy rápidamente (del orden de un grado por segundo). El material SAM2X5-630 se obtuvo calentando composición en polvo a base de hierro (Fe 49,7 Cr 17,7 Mn 1,9 Mo 7,4 W 1,6 B 15,2 C 3,8 Si 2,4).

Las propiedades únicas del metal provienen del hallazgo exitoso de una combinación de temperatura de calentamiento y velocidad de enfriamiento: son precisamente las condiciones que experimentó la composición resultante las que conducen a la formación de focos locales de una estructura cristalina débilmente pronunciada. Otras condiciones de calentamiento o enfriamiento conducen a metales completamente amorfos con una disposición aleatoria de átomos.

“Casi no tiene estructura interna, y en esto es similar al vidrio, pero hay regiones con cristalización”, dice Veronica Elyason, profesora asistente en la Escuela de Ingeniería Viterbi de la Universidad y autora principal del trabajo. "Todavía no tenemos idea de por qué una pequeña cantidad de áreas cristalizadas en vidrios metálicos conducen a diferencias tan fuertes en las respuestas al impacto".

El límite elástico dinámico de Hugoniot (el impacto máximo que un material puede soportar sin deformación permanente) se ha determinado para el SAM2X5-630 en la región de 12 GPa. Para acero inoxidable, esta cifra es de 0,2 GPa, para carburo de tungsteno (utilizado para crear herramientas duras y núcleos de bala perforantes) - 4,5 GPa, para diamantes - hasta 60 GPa.

El estudio de los metales amorfos comenzó en 1960 en el Instituto de Tecnología de California: un grupo de científicos obtuvo el primer vidrio metálico Au 75 Si 25. Desde entonces, se han obtenido muchos materiales similares con propiedades interesantes, pero hasta ahora su área aplicación práctica no pueden llamarse anchos debido a su alto costo.

Por ejemplo, Ti 40 Cu 36 Pd 14 Zr 10 obtenido recientemente en Japón no es cancerígeno, es tres veces más fuerte que el titanio, se desgasta poco, no forma polvo durante la fricción y prácticamente coincide con los huesos humanos en el módulo de elasticidad longitudinal - en el potencial se puede utilizar como excelente reemplazo de articulación artificial.

Es este material, para el cual la energía de formación de bandas de corte será mucho menor que la energía requerida para su transformación en grietas, que los autores intentaron crear. Después de probar muchas opciones, se decidieron por una aleación de paladio, fósforo, silicio y germanio, que permitía obtener varillas de vidrio con un diámetro de alrededor de 1 mm. Con la adición de plata, el diámetro se aumentó a 6 mm; el tamaño de las muestras, observamos, está limitado por el hecho de que la fusión inicial requiere un enfriamiento muy rápido.

“Al mezclar cinco elementos, nos aseguramos de que el material, al enfriarse, “no sepa qué estructura cristalina tomar, y elija una amorfa”, explica Robert Ritchie, uno de los participantes en el estudio. Los experimentos han demostrado que dicho vidrio metálico combina la dureza inherente de los vidrios con la característica resistencia al agrietamiento de los metales.

Es fácil predecir que en la práctica nuevo material, que contiene paladio extremadamente caro, rara vez se utilizará, tal vez para la fabricación de implantes dentales o médicos.

“Desafortunadamente, aún no hemos determinado por qué nuestra aleación tiene características tan atractivas”, dice otro participante en el trabajo, Marios Demetriou. “Si tenemos éxito, podemos intentar crear una versión más barata de vidrio a base de cobre, hierro o aluminio”.

Los vidrios metálicos, o metales amorfos, son nuevas aleaciones tecnológicas cuya estructura no es cristalina, sino más bien desorganizada, con átomos en una disposición algo aleatoria. En este sentido, los vidrios metálicos son similares a los vidrios de óxido, como los vidrios de cal sodada que se usan para ventanas y botellas.

Desde cierto punto de vista, la estructura amorfa de los vidrios metálicos determina dos propiedades importantes. Primero, al igual que otros tipos de vidrio, experimentan una transición vítrea a un estado líquido sobreenfriado cuando se calientan. En este estado, la fluidez del vidrio se puede controlar de muchas maneras, creando así una gran cantidad de formas posibles adherido al vidrio. Por ejemplo, Liquidmetal Technologies ha fabricado un palo de golf.

En segundo lugar, la estructura atómica amorfa significa que el vidrio metálico no tiene defectos en la red cristalina, las llamadas dislocaciones, que afectan muchas de las propiedades de resistencia de la mayoría de las aleaciones convencionales. La consecuencia más obvia de esto es la mayor dureza de los vidrios metálicos que sus contrapartes cristalinas. Además, los vidrios metálicos son menos rígidos que las aleaciones cristalinas. La combinación de alta dureza y baja rigidez otorga a los vidrios metálicos una gran elasticidad, la capacidad de acumular la energía de la deformación elástica y liberarla.

Otra consecuencia de la estructura amorfa es que, a diferencia de las aleaciones cristalinas, los vidrios metálicos se debilitan debido a la deformación. La "descompresión por deformación" provoca una concentración de la deformación en bandas de deslizamiento muy estrechas, microscopía electrónica de transmisión.

¿Vidrio metalizado o metal transparente?

desarrollado en el Instituto de Tecnología de California Nuevo método producción de materiales estructurales extremadamente prometedores: vidrios metálicos volumétricos. Son aleaciones de varios metales que no tienen estructura cristalina. En esto son similares al vidrio ordinario, de ahí el nombre. El vidrio metálico surge durante un enfriamiento muy rápido de las masas fundidas, por lo que simplemente no tienen tiempo para cristalizar y retener una estructura amorfa. Primero, de esta manera, aprendieron a obtener finas cintas de vidrios metálicos, que son más fáciles de hacer perder temperatura rápidamente. Los vasos metálicos volumétricos son mucho más difíciles de fabricar.

Las gafas de metal tienen muchas ventajas. Las redes cristalinas de metales ordinarios y aleaciones siempre contienen ciertos defectos estructurales que reducen sus propiedades mecánicas. En los vidrios metálicos no existen tales defectos y no pueden existir, por lo que se distinguen por una dureza especial. Algunos vidrios metálicos también resisten la corrosión incluso mejor que el acero inoxidable. Por lo tanto, los expertos creen que a estos materiales les espera un futuro brillante.

Hasta ahora, los vidrios metálicos a granel han tenido un gran inconveniente: la baja ductilidad. Soportan bien la flexión y la compresión, pero se rompen cuando se estiran. Ahora, Douglas Hoffman y sus colegas han inventado una tecnología para fabricar vidrios metálicos volumétricos a base de aleaciones de titanio, circonio, niobio, cobre y berilio, lo que conduce al nacimiento de materiales que no son inferiores en resistencia a las mejores aleaciones de titanio y acero.

Los desarrolladores creen que al principio encontrarán aplicación en la industria aeroespacial y luego, cuando puedan reducir su costo, en otras industrias.

Metal vidrio cómo superar la fragilidad.

Bajo un microscopio electrónico de barrido, la estructura escalonada de la banda de corte es claramente visible.

Se forman bandas de corte similares a lo largo de los bordes de las grietas, lo que conduce a la destrucción de la punta de la grieta y evita su crecimiento adicional.

Debido a su estructura amorfa, los vidrios metálicos pueden ser tan fuertes como el acero y los plásticos como los materiales poliméricos, son capaces de conducir la corriente eléctrica y tienen una alta resistencia a la corrosión. Dichos materiales podrían usarse ampliamente en la fabricación de implantes médicos y varios dispositivos electrónicos, si no fuera por una propiedad desagradable: la fragilidad. Los paneles de metal tienden a ser quebradizos y resisten las cargas de fatiga de manera desigual, lo que pone en duda su confiabilidad. El uso de metales amorfos multicomponentes resuelve este problema, sin embargo, sigue siendo relevante para los vidrios metálicos monolíticos.

Como parte de un nuevo estudio. realizado conjuntamente por científicos del Laboratorio de Berkeley y el Instituto de Tecnología de California, se encontró una manera de aumentar la resistencia a la fatiga de los vidrios metálicos a granel. El vidrio metálico voluminoso con base de paladio, sometido a cargas de fatiga, se desempeñó tan bien como el mejor de los vidrios metálicos compuestos. Su resistencia a la fatiga es comparable a la de los metales y aleaciones estructurales policristalinos de uso común, como el acero, el aluminio y el titanio.

Bajo carga, se forma una banda de corte en la superficie del vidrio metálico de paladio, un área local de deformación significativa, que toma una forma escalonada. En este caso, las mismas bandas de corte aparecen a lo largo de los bordes de las grietas que separan los escalones, lo que embota las puntas de las grietas y evita que se sigan propagando.

El paladio se caracteriza por una alta relación de módulos aparentes y de corte. lo que enmascara la fragilidad inherente a los materiales vítreos, ya que la formación de bandas de cizallamiento multinivel, que impiden un mayor crecimiento de grietas, es energéticamente más favorable que la formación de grandes grietas, que conducen a la rápida destrucción de la muestra. Junto con la alta resistencia a la fatiga del material, estos mecanismos aumentan significativamente la resistencia a la fatiga del vidrio metálico a granel a base de paladio.

Una aleación o metal no cristalino, generalmente producido por sobreenfriamiento de una aleación fundida a través de la deposición en fase líquida o vapor, o por métodos de impacto externo.

Fuentes: www.nanonewsnet.ru, tran.su, www.razgovorium.ru, www.popmech.ru, enc-dic.com

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