Metal liquido - Liquidmetal

Liquidmetal y Vitreloy son nombres comerciales de una serie de aleaciones de metales amorfos desarrollados por un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y comercializados por Liquidmetal Technologies . Las aleaciones de metal líquido combinan una serie de características deseables del material, que incluyen alta resistencia a la tracción , excelente resistencia a la corrosión , muy alto coeficiente de restitución y excelentes características antidesgaste, al mismo tiempo que pueden ser termoformadas en procesos similares a los termoplásticos . A pesar del nombre, no son líquidos a temperatura ambiente.

Liquidmetal se introdujo para aplicaciones comerciales en 2003. Se utiliza, entre otras cosas, para palos de golf , relojes y fundas de teléfonos móviles .

La aleación fue el resultado final de un programa de investigación sobre metales amorfos llevado a cabo en Caltech. Fue la primera de una serie de aleaciones experimentales que pudieron lograr una estructura amorfa a velocidades de enfriamiento relativamente lentas. Los metales amorfos se habían fabricado antes, pero solo en pequeños lotes porque las velocidades de enfriamiento debían estar en millones de grados por segundo. Por ejemplo, los alambres amorfos podrían fabricarse apagando una corriente de metal fundido en un disco giratorio. Debido a que Vitreloy permitía velocidades de enfriamiento tan lentas, fue posible la producción de lotes de mayor tamaño. Más recientemente, se han agregado varias aleaciones adicionales a la cartera de Liquidmetal. Estas aleaciones también conservan su estructura amorfa después de repetidos recalentamientos, lo que les permite ser utilizadas en una amplia variedad de procesos de mecanizado tradicionales.

Caracteristicas

Liquidmetal, creado por el Dr. Atakan Peker, contiene átomos de tamaños significativamente diferentes. Forman una mezcla densa con poco volumen libre. A diferencia de los metales cristalinos, no existe un punto de fusión obvio en el que la viscosidad caiga repentinamente. Vitreloy se comporta más como otros vidrios , ya que su viscosidad cae gradualmente con el aumento de temperatura. A alta temperatura, se comporta de manera plástica, lo que permite controlar las propiedades mecánicas con relativa facilidad durante la colada. La viscosidad evita que los átomos se muevan lo suficiente como para formar una red ordenada, por lo que el material conserva sus propiedades amorfas incluso después de ser termoformado.

Las aleaciones tienen temperaturas de ablandamiento relativamente bajas, lo que permite la fundición de formas complicadas sin necesidad de acabado. Las propiedades del material inmediatamente después de la colada son mucho mejores que las de los metales convencionales; por lo general, los metales fundidos tienen peores propiedades que los forjados o forjados. Las aleaciones también son maleables a bajas temperaturas (400 ° C o 752 ° F para la formulación más temprana) y se pueden moldear . El bajo volumen libre también da como resultado una baja contracción durante el enfriamiento. Por todas estas razones, Liquidmetal se puede formar en formas complejas usando procesos similares a los termoplásticos, lo que hace de Liquidmetal un reemplazo potencial para muchas aplicaciones donde normalmente se usarían plásticos.

Debido a sus estructuras no cristalinas ( amorfas ), los Liquidmetals son más duros que las aleaciones de titanio o aluminio de composición similar. Las aleaciones Liquidmetal a base de circonio y titanio alcanzaron un límite elástico de más de 1723 MPa, casi el doble de la resistencia de las aleaciones de titanio cristalino convencionales (Ti6Al4V es ~ 830 MPa), y aproximadamente la resistencia de los aceros de alta resistencia y algunos materiales compuestos a granel de alta ingeniería (ver resistencia a la tracción para una lista de materiales comunes). Sin embargo, los primeros métodos de fundición introdujeron defectos microscópicos que eran sitios excelentes para la propagación de grietas, lo que llevó a que Vitreloy fuera frágil como el vidrio. Aunque fuertes, estos primeros lotes se rompieron fácilmente cuando se golpearon. Los métodos de fundición más nuevos, los ajustes de las mezclas de aleaciones y otros cambios han mejorado esto.

La falta de límites de grano contribuye al alto límite elástico (y por lo tanto a la resiliencia) exhibido. En una demostración, una esfera de metal que se dejó caer sobre acero amorfo rebotó significativamente más tiempo que la misma esfera de metal que se dejó caer sobre acero cristalino.

La falta de límites de grano en un vidrio metálico elimina la corrosión del límite de grano, un problema común en las aleaciones de alta resistencia producidas por el endurecimiento por precipitación y los aceros inoxidables sensibilizados. Por lo tanto, las aleaciones de metal líquido son generalmente más resistentes a la corrosión, tanto por la estructura mecánica como por los elementos utilizados en su aleación. La combinación de dureza mecánica, alta elasticidad y resistencia a la corrosión hace que Liquidmetal sea resistente al desgaste.

Aunque a altas temperaturas, la deformación plástica ocurre fácilmente, casi ninguna ocurre a temperatura ambiente antes del inicio de la falla catastrófica . Esto limita la aplicabilidad del material en aplicaciones de confiabilidad crítica, ya que la falla inminente no es evidente. El material también es susceptible a la fatiga del metal con el crecimiento de grietas. Una estructura compuesta de dos fases con matriz amorfa y un refuerzo de fase cristalina dendrítica dúctil, o un compuesto de matriz metálica reforzado con fibras de otro material pueden reducir o eliminar esta desventaja.

Usos

Liquidmetal combina una serie de características que normalmente no se encuentran en ningún material. Esto los hace útiles en una amplia variedad de aplicaciones.

Uno de los primeros usos comerciales de Liquidmetal fue en palos de golf fabricados por la empresa, donde el metal altamente elástico se usaba en partes de la cara del palo. Estos fueron altamente calificados por los usuarios, pero el producto se abandonó más tarde, en parte porque los prototipos se rompieron después de menos de 40 golpes. Desde entonces, Liquidmetal ha aparecido en otros equipos deportivos, incluidos los núcleos de pelotas de golf , esquís , bates de béisbol y sóftbol y raquetas de tenis .

La capacidad de fundirse y moldearse, combinada con una alta resistencia al desgaste , también ha llevado a que Liquidmetal se utilice como reemplazo de los plásticos en algunas aplicaciones. Se ha utilizado en la carcasa de unidades flash USB SanDisk "Cruzer Titanium" de último modelo , así como en su línea Sansa de reproductores MP3 basados ​​en flash , y en las carcasas de algunos teléfonos móviles , como los productos de lujo Vertu , y otros dispositivos electrónicos de consumo reforzados. . Liquidmetal se utilizó en el láser dental Biolase Ilase y en el escáner de código de barras de anillo Socketmobile. Liquidmetal también se ha utilizado notablemente para fabricar la herramienta de expulsión de SIM de algunos iPhone 3G fabricados por Apple Inc. , enviados en los EE. UU. Apple hizo esto como un ejercicio para probar la viabilidad del uso del metal. Conservan una superficie libre de rayones durante más tiempo que los materiales de la competencia, al mismo tiempo que se fabrican en formas complejas. Las mismas cualidades lo prestan para su uso como recubrimientos protectores para maquinaria industrial, incluidos tubos de perforación de petróleo y tubos de calderas de centrales eléctricas .

También reemplaza al titanio en aplicaciones que van desde instrumentos médicos y automóviles hasta la industria militar y aeroespacial. En aplicaciones militares, las varillas de metales amorfos reemplazan al uranio empobrecido en los penetradores de energía cinética . Se utilizaron placas de Liquidmetal en la matriz de colectores de iones de viento solar en la sonda espacial Genesis .

Aleaciones comerciales

Se ha comercializado una gama de aleaciones a base de circonio con este nombre comercial. Algunas composiciones de ejemplo se enumeran a continuación, en porcentaje molar:

  • Una de las primeras aleaciones, Vitreloy 1 :
    Zr : 41,2 Be : 22,5 Ti : 13,8 Cu : 12,5 Ni : 10
  • Una variante, Vitreloy 4 ( Vit4 ):
    Zr : 46,75 Be : 27,5 Ti : 8,25 Cu : 7,5 Ni : 10
  • Vitreloy 105 ( Vit105 ):
    Zr : 52,5 Ti : 5 Cu : 17,9 Ni : 14,6 Al : 10
  • Un desarrollo más reciente ( Vitreloy 106a ), que forma vidrio con un enfriamiento menos rápido:
    Zr : 58,5 Cu : 15,6 Ni : 12,8 Al : 10,3 Nb : 2,8

Usos autorizados

  • Apple Inc. , adquirió una licencia exclusiva y perpetua para usar su tecnología en productos electrónicos de consumo.
  • Swatch Group recibió una licencia exclusiva para utilizar Liquidmetal en sus relojes.

Referencias

enlaces externos