Tecnología de los materiales: vidrio metalico

Cuadernos de la Facultad n. 4, 2009

Vidrios Metálicos y Aleaciones Nanocristalinas: Nuevos Materiales de Estructura Avanzada
Javier Alberto Moya* jmoya.fi.uba@gmail.com

Resumen Los vidrios metálicos y las aleaciones nanocristalinas están cada vez más presentes en el mercado sin dejar de entusiasmar y desafiar a los investigadores en ciencia de materiales para lograr nuevas aleaciones,aplicaciones y productos. En este artículo se pretende dar a divulgación este nuevo tipo de materiales de estructura avanzada, haciendo hincapié en su uso más extendido como material ferromagnético y mencionando otras aplicaciones y los desafíos para el futuro. Palabras Claves: Vidrios metálicos - Aleaciones amorfas – Nanocristales - Núcleos de transformadores

1. Introducción: qué son los vidriosmetálicos El término vidrio metálico (en inglés “glassy metal”) hace referencia a un material metálico con una estructura interna sin un orden atómico como la de un vidrio. Es decir, mientras un material metálico tradicional posee una estructura ordenada de átomos llamada estructura cristalina, los vidrios metálicos poseen el desorden atómico típico de los líquidos. Los primeros vidrios metálicosse produjeron hacia 1960 cuando el grupo de Duwez (Klement et al 1960) del California Institute of
*

El autor es Ingeniero Mecánico (UBA), Doctor en Ingeniería (UBA), miembro de la Carrera del Investigador del CONICET y profesor en la Facultad de Ingeniería e Informática de la UCASAL. Su actividad principal, actualmente, es la investigación en materiales en el Instituto de EstudiosInterdisciplinares en Ingeniería (IESIING) de la FII-UCASAL. 9

Moya: Vidrios Metálicos y Aleaciones Nanocristalinas

Technology (CALTech), se encontraban investigando sobre la retención de fase en aleaciones del tipo Cu-Ag, Ag-Ge y Au-Si. El método de fabricación consistía en eyectar la aleación fundida sobre una superficie fría dando lugar a una fina capa de metal rápidamente solidificada. Enfriandorápidamente una aleación de Au80Si20 obtuvieron el inesperado resultado de un sólido con estructura atómica desordenada. En la Fig. 1 se esquematiza el proceso de obtención de un vidrio metálico en un diagrama TTT (tiempo-temperatura-transformación) tal como se muestra en la curva (a), en dónde Tm y Tg son las temperaturas del líquido (melt) y de transformación vítrea (glass) respectivamente. Elmaterial permanece en un equilibrio metaestable; por lo tanto, si es sometido a un tratamiento térmico éste puede inducir la cristalización hacia otras fases estables o metaestables como muestra el tratamiento térmico indicado con la curva (b) de la Fig. 1: en este tratamiento, el material cristaliza en la región de la curva que está rayada. Por el contrario, en la región indicada entre Tx y Tg, elmaterial, en estado plasto-viscoso, puede ser conformado sin perder su característica de amorfo (curva (c)). Lograr amorfizar una aleación metálica no siempre resulta fácil; para ello es necesario la combinación de dos factores: 1) una velocidad de enfriamiento suficientemente rápida para “congelar” la estructura desordenada que posee el material fundido, y 2) elementos inhibidores de lacristalización en la composición química de la aleación. En el caso mencionado del experimento con la aleación Au80Si20, la primera

Líquido

Temperatura

Tm (a) Estructura Cristalina (b) Tx Tg (c) Estructura vítrea
Tiempo [log]

Fig. 1: Esquematización de una curva TTT para la formación y tratamientos térmicos de un vidrio metálico.
10

Cuadernos de la Facultad n. 4, 2009

condición se cumpleal ser eyectado el material sobre la superficie fría lo que resulta en una velocidad de enfriamiento del orden de 105 °C/seg, y la segunda condición viene dada por el contenido del 20% de Si. Siete años después, el mismo grupo de la CALTech desarrolló una aleación amorfa de mucha importancia tecnológica de composición química Fe80P13C7 (Duwez y Lin 1967) y por primera vez se realizaba una...