Descrierea Proprietatilor Sticlelor Metalice

STADIUL ACTUAL AL CERCETARILOR PRIVIND STICLELE METALICE SI PROPRIETATILE LOR Abstract Sticlele metalice , materiale de tip amorf isi gasesc o tot mai larga aplicare in diverse domenii ale stiintei si tehnicii. Exista o multitudine de astfel de materiale, la care se face studierea prorietatilor lor. Lucrarea de fata incearca sa prezinte cateva aspecte privind proprietatile acestor materiale.

Cuprins Starea solidă cristalină a metalelor se obţine prin răcirea lentă a topiturilor lor când se formează iniţial germeni de cristale care cresc apoi în timp. Prin răcirea rapidă, cu 105 1010 oC/s, a topiturii unui metal se împiedică formarea germenilor de cristalizare precum şi creşterea acestora şi se creează condiţiile obţinerii metalelor în stare amorfă, a sticlelor metalice. Astăzi se obţin metale amorfe prin: • •

Metoda răcirii ultrarapide a topiturilor metalice; Îngheţarea straturilor superficiale topite prin energii concentrate. Metoda se bazează pe topirea superficială a unui metal pe adâncimi de zeci de microni, cu ajutorul unei energii concentrate (laser, bombardament ionic sau cu alte particule) şi răcirea rapidă pentru realizarea stării amorfe; • Depuneri de straturi subţiri în stare amorfă pe materiale suport. Se poate realiza prin procedee fizice sau chimice, evaporarea în vid a unor aliaje cu anumite componente şi condensarea pe suprafeţe suport la temperaturi inferioare celor favorabile cristalizării. Procesul durează câteva pico-secunde, răcirea făcându-se cu o viteza de 1013 oC/s. Procesul este laborios, necesită instalaţii de mare complexitate, prezintă dezavantajul impurificării şi neuniformităţii oglinzilor precum şi al vitezelor mici de depunere. Straturile amorfe se pot realiza pe cale chimică prin electrodepunere, folosind anod de cupru sau de nichel de puritate ridicată şi catod de cupru. Calitatea depunerii depinde de compoziţia şi de calitatea electrolitului, de densitatea de curent şi de temperatură. Aşa s-au obţinut straturi amorfe Co – Ni – P cu depuneri uniforme dar nu întotdeauna reproductibile. Depuneri uniforme, selective, rezistente la coroziune se pot obţine prin depunerea chimică, autocatalitică, dintr-o soluţie, fără folosirea curentului electric. Operaţia necesită păstrarea constantă a pH-ului şi a temperaturii mediului. Prin acest procedeu s-au obţinut straturi amorfe Co-P. Oxidarea anodică este o altă posibilitate de obţinere a unor straturi amorfe de oxizi metalici. Astfel aliajele obtin anumite prorietati pe care nici o alta clasa de substante cunoscute nu le pot obtine. •

Proprietati mecanice – sticlele metalice imbina comportarea ductila la indoire, forfecare si compresiune cu limita de curgere si duritatea foarte ridicata si cu o valoare a limitei de rupere de ordinul E/50, valoare care se aproprie de limita teoretica. [1]

•

Constata de elasticitate – valorile scazute ale modulelor E si G reflecta rezistenta diminuata la forfecare interatomica; valoarea mai ridicata a modulului volumetric este corelata cu densitatea mare a sticlelor metalice.[1] • Ruperea – energia de rupere a aliajelor metalice amorfe este de circa 108 erg/cm2 in timp ce la materialele policristaline este de aprox. 105 [2] Prin analiza in detaliu a 3 tipuri de sticle metalice s-a putut dovedi ca sticlele metalice au si o importanta proprietate cum ar fi aceea de rezistenta la rupere.

Fig. 2 Crack propagation for BMG (a) and BMG reinforced by tungsten fiber (b) under three-point bending test

• •

•

Rezistenţa la coroziune – cercetările efectuate au stabilit că rezistenţa la coroziune este mult mai mare la un aliaj amorf decât la un aliaj cristalin cu aceeaşi compoziţie şi este legată de formarea stratului de pasivare omogen si uniform. [2] Proprietati electrice [2] - Rezistivitatea: studiile experimentale au aratat ca la un aliaj amorf rezistivitatea fazei amorfe creste o data cu temperature pana la temp de cristalizare la care scade brusc , atingand un minim, dupa care creste din nou pana la temp de topire a aliajului. - Superconductibilitatea: in urma studiilor efectuate s-a constatat ca temperatura de tranzitie supraconductoare a metalelor amorfe este comparabila sau mai mare decat cea a metalelor cristaline corespunzatoare. Proprietati magnetice [2] - feromagnetismul corpurilor amorfe ca si al corpurilor cristaline este legat de prezenta metalelor de tranzitie cu invelis electronic 3d incomplet - cele mai simple substante feromagnetice amorfe sunt metale de tranzitie obtinute intr-un vid foarte inalt, prin pulverizare, termic, pe suport racit cu heliu. - anizotropia magnetoelastica apare datorita magnetostrictiunii in prezenta tensiunilor interne si se manifesta in toate substantele amorfe care sunt supuse tensiunilor interne sau externe si care au o magnetostrictiune diferita de zero - la aliajele amorfe se intalneste o permeabilitate magnetica maxima ridicata - au o forta coercitiva mica - au o inductie de saturatie mare - aliajele amorfe prezinta rezistivitate mare

O noua clasa de substante este formata din aliajele ferimagnetice amorfe care sunt compuse din metale de tranzitie MT si pamanturi rare PR. Fenomenul de ferimagnetism apare datorita orientarii antiparalele a momentelor magnetice ale atomilor. Diferentele dintre razele atomice ale MT si PR favorizeaza ferimagnetismul si determina cresterea stabilitatii aliajelor ferimagnetice la temperatura mai ridicata. Peliculele ferimagnetice amorfe obtinute prin diverse metode pot fi folosite cu succes pt inregistrarea termomagnetica cat si pt transformarea informatiilor inregistrate in imagine vizuala (optica). Efectul magnetocaloric este studiat foarte bine pe sticlele metalice dar la tamperaturi foarte scazute, tot odata icercandu-se studierea lui si la temperaturi apropiate de mediul inconjurator. In urma studiilor s-a dovedit ca o proprietate importanta a sticlelor metalice este efectul magnectocaloric (MCE) care se manifesta prin schimbarea temperaturii materialului cand acesta este supus unui camp magnetic.

Figure 1 (a) The isothermal magnetization curves M-H of Gd53Co20Al24Zr3 metallic glass measured at different temperatures in bulk and stacked-ribbon forms, respectively. The insets show the schematic of the samples for the measurements. (b) The magnetic entropy change ΔSm vs. T of Gd53Co20Al24Zr3 metallic glass under different magnetic fields. The solid line and dash line correspond to ΔSribbon and ΔSbulk, respectively. (c) ΔSm vs. T of three different metallic glasses (Gd53Co20Al24Zr3, Gd33Er22Co20Al25 and (Er0.7Ho0.2Dy0.1)55Ni25Al20) under 5 kOe in bulk and stacked-ribbon forms, respectively. (d) ΔSm vs. T of the stacked-ribbon contains three different rare-earth-based metallic glasses (Gd53Co20Al24Zr3, Gd33Er22Co20Al25 and (Er0.7Ho0.2Dy0.1)55Ni25Al20) with the mass ratio of 1:1:1 (left-down scale), and the

left-up scale shows the GdxDy1−x composite containing five constituents with the optimum ratio [4] CONCLUZII: In urma cercetarilor efectuate s-a dovedit ca sticlele metalice prezinta anumite proprietati, mecanice sau magnetic, deosebite. Asa cum se vede din aceasta lucrare, sticlele metalice prezinta proprietati de rezistenta ridicate asociate cu o buna plasticitate, precum si proprietati chimice, electrice si magnetice superioare materialelor metalice cu structura cristalina. Astfel domeniul de aplicare al acestor sticle metalice este vast si in continua extindere.

BIBLIOGRAFIE [1] S. Gandea, M. Petrescu, N. Petrescu: Aliaje Amorfe Solidificate Ultrarapid. Sticle Metalice., Ed. Stiintifica si Enciclopedica , Bucuresti 1988. [2] G. Gherghisor, R. Paunescu: Sticle Metalice Solidificare, Proprietati,Metode De Obtinere, ed. Printech, 2005 [3] Ke-Qiang Qiu D. Z. Hao Y. L. Ren H. Zhang, Mechanical properties for bulk metallic glass with crystallites precipitation and second ductile phase addition