Liquidmetal y Vitreloy son nombres comerciales de una serie de aleaciones de metales amorfos desarrolladas por un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y comercializadas por Liquidmetal Technologies . Las aleaciones de metal líquido combinan una serie de características materiales deseables, que incluyen alta resistencia a la tracción , excelente resistencia a la corrosión , coeficiente de restitución muy alto y excelentes características antidesgaste, al mismo tiempo que pueden termoformarse en procesos similares a los termoplásticos . A pesar del nombre, no son líquidos a temperatura ambiente. [1]
Liquidmetal se introdujo para aplicaciones comerciales en 2003. [2] 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 podían lograr una estructura amorfa a velocidades de enfriamiento relativamente lentas. [ cita necesaria ] Los metales amorfos se habían fabricado antes, pero solo en pequeños lotes porque las velocidades de enfriamiento debían ser de millones de grados por segundo. Por ejemplo, se podrían fabricar alambres amorfos 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 permite su uso en una amplia variedad de procesos de mecanizado tradicionales.
El metal líquido, 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 , en el sentido de que su viscosidad cae gradualmente al aumentar la temperatura. A alta temperatura, se comporta de forma plástica, lo que permite controlar las propiedades mecánicas con relativa facilidad durante la fundición. La viscosidad impide 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 haber sido formado térmicamente.
Las aleaciones tienen temperaturas de reblandecimiento relativamente bajas, lo que permite la fundición de formas complejas sin necesidad de acabado. Las propiedades del material inmediatamente después de la fundición 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 antigua) y se pueden moldear . El bajo volumen libre también da como resultado una baja contracción durante el enfriamiento. Por todas estas razones, a Liquidmetal se le pueden dar formas complejas utilizando procesos similares a los termoplásticos, [3] lo que convierte a Liquidmetal en un reemplazo potencial para muchas aplicaciones en las que normalmente se usarían plásticos.
Debido a sus estructuras no cristalinas ( amorfas ), los metales líquidos 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 obtener una lista de materiales comunes). Sin embargo, los primeros métodos de fundición introdujeron defectos microscópicos que eran lugares excelentes para la propagación de grietas, lo que llevó a que Vitreloy fuera frágil como el vidrio. Aunque fuertes, estos primeros lotes se rompían fácilmente cuando eran golpeados. Los nuevos métodos de fundición, los ajustes de las mezclas de aleaciones y otros cambios han mejorado esto. [ cita necesaria ]
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 mucho más tiempo que la misma esfera de metal que se dejó caer sobre acero cristalino. [4]
La falta de límites de grano en un vidrio metálico elimina la corrosión de los límites de grano, un problema común en aleaciones de alta resistencia producidas por endurecimiento por precipitación y aceros inoxidables sensibilizados. Por 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 se produce fácilmente, casi ninguna ocurre a temperatura ambiente antes de que se produzca una falla catastrófica . Esto limita la aplicabilidad del material en aplicaciones críticas para la confiabilidad, ya que la falla inminente no es evidente. El material también es susceptible a la fatiga del metal con 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 puede reducir o eliminar esta desventaja. [5]
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 los palos de golf fabricados por la empresa, donde el metal altamente elástico se utilizaba en partes de la cara del palo. [6] Estos fueron altamente calificados por los usuarios, pero el producto fue abandonado más tarde, en parte porque los prototipos se hicieron añicos después de menos de 40 golpes. [7] Desde entonces, Liquidmetal ha aparecido en otros equipos deportivos, incluidos los núcleos de pelotas de golf , esquís , bates de béisbol y softbol y raquetas de tenis . [8]
La capacidad de ser fundido y moldeado, combinada con una alta resistencia al desgaste , también ha llevado a que Liquidmetal se utilice como reemplazo de los plásticos en algunas aplicaciones. [9] 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 carcasas de algunos teléfonos móviles , como los productos de lujo Vertu y otros. Electrónica de consumo reforzada. [ cita necesaria ] Liquidmetal se utilizó en el láser dental Biolase Ilase [10] 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 a los EE. UU. Apple hizo esto como un ejercicio para probar la viabilidad del uso del metal. [11] Conservan una superficie libre de rayones por más tiempo que los materiales de la competencia, sin dejar de fabricarse en formas complejas. Las mismas cualidades lo hacen apto para su uso como revestimiento protector para maquinaria industrial, incluidas tuberías de perforación de petróleo y tubos de calderas de centrales eléctricas . [ cita necesaria ]
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 penetradores de energía cinética . [12] Se utilizaron placas de Liquidmetal en el conjunto de colectores de iones de viento solar de la sonda espacial Génesis . [ cita necesaria ]
Con este nombre comercial se ha comercializado una gama de aleaciones a base de circonio . A continuación se enumeran algunas composiciones de ejemplo, en porcentaje molar:
Liquidmetal Technologies Inc. (OTCBB: LQMT) y The Swatch Group Ltd (SIX: Uhr / Uhr N) anunciaron hoy que han firmado un acuerdo de licencia exclusivo que permite al fabricante suizo utilizar la tecnología de aleación Liquidmetal en todo el mundo. Dentro del Grupo Swatch, la tecnología Liquidmetal se utilizó por primera vez en 2009 para el
Omega Seamaster
Planet Ocean y en 2010 para el
Breguet
«Reveil Musical». El presente contrato permitirá al Grupo Swatch utilizar la tecnología exclusivamente en toda su línea de relojes.