Metales que pueden ser moldeados como plásticos - 💡 Fix My Ideas

Metales que pueden ser moldeados como plásticos

Metales que pueden ser moldeados como plásticos


Autor: Ethan Holmes, 2019

En la escala atómica, en general, los sólidos son cristalinos o amorfos. En los cristales, los átomos o las moléculas llenan el espacio en una disposición ordenada y repetitiva, como balas de cañón apiladas o células en un panal. La sal de mesa es un ejemplo práctico. En materiales amorfos, sin embargo, los átomos o moléculas se empaquetan al azar, sin arreglos repetidos. Glass es el ejemplo común, y de hecho, "amorfo" y "glassy" se usan comúnmente como sinónimos.

Muchos sólidos pueden existir en estado cristalino o vítreo. Si un material fundido se congela rápidamente, los átomos o las moléculas tienen menos tiempo para establecerse en un arreglo ordenado antes de que se queden sin energía, y tienen que congelarse donde están. El sólido resultante es más probable que sea vítreo. Sin embargo, si se congelan lentamente, los átomos o las moléculas pueden encontrar sus lugares "apropiados" y establecerse en una estructura regular. El sólido resultante es más probable que sea cristalino.

Las propiedades de los metales se manipulan comúnmente de esta manera, utilizando diversos tratamientos térmicos. Bajo examen microscópico, los metales son granulados, y cada grano es un volumen dentro del cual los átomos están dispuestos en una estructura cristalina altamente ordenada. En general, cuanto más rápido se enfría el metal, más pequeños son los granos cristalinos y, naturalmente, surge la pregunta: ¿Es posible congelar el metal fundido lo suficientemente rápido como para que los granos de cristal no se formen? La pieza de metal resultante sería completamente vítrea, con un empaquetamiento esencialmente aleatorio de sus átomos.

Resulta que esto es muy difícil de hacer. Con los metales puros, es casi imposible: todos los átomos son del mismo tamaño y se empaquetan fácilmente, y no hay una forma práctica de sacar el calor de una muestra fundida lo suficientemente rápido como para evitar que caigan en su arreglo de cristales ordenados, como Bolas de billar en un triángulo. Sin embargo, una vez que comienzas a mezclar metales para hacer aleaciones, estás tratando con átomos que no son del mismo tamaño, y se sugiere una estrategia: elige una mezcla de átomos con una distribución de tamaños que no se empaque en el espacio.

No fue hasta 1960, sin embargo, que los metales vítreos se produjeron realmente en un laboratorio, a partir de una aleación que consta de tres átomos de plata para cada átomo de silicio. Se requirieron medios elaborados para enfriar las muestras lo suficientemente rápido, y tenían que ser pequeñas y delgadas: alambres, cintas o láminas de menos de 100 micrómetros de espesor. Pero el concepto fue probado, y el objetivo de los investigadores fue reducir la "tasa de enfriamiento crítico" lo suficiente como para que los objetos metálicos vítreos pudieran fabricarse en tamaños más grandes, sin métodos de enfriamiento costosos.

En la década de 1990, los investigadores de CalTech lo hicieron funcionar. La primera aleación comercial de metal amorfo fue lanzada al mercado en 2003 por la tecnología de metalización líquida CalTech. Llamado Vitreloy 1, es alrededor del 40% de circonio, 20% de berilio y 10% de titanio, cobre y níquel.

Vitreloy 1 y sus sucesores tienen una serie de propiedades excepcionales. Son fuertes, duros y (a diferencia de los metales cristalinos) no se contraen apreciablemente al congelarse y, por lo tanto, pueden moldearse por inyección, moldearse por soplado y formarse de otra manera utilizando los mismos procesos económicos que los plásticos. El diseño de herramientas para metales amorfos requiere prestar atención a la velocidad de enfriamiento crítica del material; si algún volumen de la pieza se enfría demasiado lentamente, la aleación allí se cristalizará, encogerá y estropeará.

Hoy en día, las aleaciones amorfas de Liquidmetal se encuentran en equipos deportivos, equipos militares y electrónica de consumo. Bits han entrado en iPhones y otros teléfonos celulares. Si tienes ganas de comprar una pieza, en este momento, tu mejor apuesta es probablemente enganchar una de las unidades USB del modelo Cruzer Titanium de SanDisk, que contienen fundas deportivas hechas con esas cosas. Algunas raquetas de tenis Head y bates de béisbol de Rawlings también contienen piezas de aleación amorfa. Lamentablemente, Liquidmetal Technologies no proporciona muestras, excepto mediante venta negociada, para fines de prueba y evaluación, en virtud de un acuerdo de no divulgación. Sin embargo, han adquirido una serie de patentes que están bloqueadas con detalles técnicos interesantes. El documento US7017645 es particularmente instructivo de los métodos para diseñar moldes para aleaciones amorfas, y la patente original de Vitreloy (US5288344), que expirará en 2013, incluye ocho formulaciones para aleaciones que "han demostrado ser amorfas cuando se moldean en una capa de 5 mm de espesor. ”



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