Vidrios metálicos, la versatilidad de los nuevos materiales
Los metales tradicionales tienen una estructura ordenada, definida tridimensionalmente; los vidrios, en cambio, son conglomerados amorfos de óxido de silicio. Esta diferencia en su estructura les confiere propiedades tan dispares como las que observamos entre los vidrios y los metales. No obstante existe un nuevo tipo de metales, cuya estructura es amorfa como la de los vidrios. Así, éstos tienen propiedades anti-corrosivas, y unas muy interesantes propiedades magnéticas y mecánicas. Son más duros que el acero, más elásticos y tenaces que los materiales verámicos y mucho menos frágiles que los vidrios convencionales. En el presente trabajo se han realizado medidas de la penetración en estos materiales, mostrando unos sorprendentes datos sobre su capacidad de deformación.
Investigadores de la Universtitat Autònoma de Barcelona, coordinados por el Dr. J. Sort (investigador ICREA), en colaboración con científicos e ingenieros alemanes y chinos, han realizado recientemente unos estudios que han permitido comprender mejor los mecanismos de deformación a escala nanométrica de un nuevo tipo de materiales emergentes, conocidos como "vidrios metálicos masivos".
De manera similar a los vidrios convencionales, que están basados en óxido de silicio, los vidrios metálicos presentan una estructura amorfa donde los átomos están dispuestos sin seguir un orden de largo alcance. Debido a la ausencia de granos cristalinos, estos materiales presentan propiedades anti-corrosivas, magnéticas y mecánicas muy interesantes. Des de un punto de vista mecánico, los vidrios metálicos tienen una dureza dos veces superior a la de los aceros, son más elásticos y tenaces que los materiales cerámicos y son menos frágiles que los vidrios de óxidos convencionales.
Estas propiedades los hacen útiles para aplicaciones tecnológicas diversas como, por ejemplo, dispositivos micro-electro-mecánicos o MEMS (micro-motors o micro-engranatges), eines d'alta precisió (bisturís o puntas afiladas para microscopía de rastreo por sonda), implantes biomédicos o piezas y recubrimientos para la industria aeronáutica o de la automoción, entre otras. La investigación se ha de llevar a cabo utilizando la técnica de la nanoindentación, que permite medir la penetración de una punta de diamante en el material mientras se aplica una fuerza, que típicamente es del orden de los mN.
Los datos obtenidos son analizados mediante simulación numérica por elementos finitos y las huellas que deja el nanoindentador se observan mediante microscopía electrónica de transmisión. Los resultados muestran que los vidrios metálicos se deforman de manera similar a como lo hace la arena mojada de la playa cuando se comprime, es decir, siguiendo un criterio de fluencia que se desvía sustancialmente del de los materiales estándard atómicamente ordenados. Este modo atípico de deformación contribuye a la dureza tan elevada de estos materiales. Además, la deformación ouede inducir cambios en la estructura atómica local de estos materiales, dando lugar eventualmente a un alto grado de deformabilidad a temperatura ambiente, parecido a los polímeros. La investigación ha sido publicada recientemente en la revista International Journal of Plasticity.
Referencias
"Yielding and intrinsic plasticity of Ti-Zr-Ni-Cu-Be bulk metallic glass". J. Fornell et al. Int. J. Plast. 25 (2009) 1540.d
