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Materiales metálicos avanzados a prueba

A diferencia de los materiales metálicos convencionales, los vidrios metálicos son aleaciones que, gracias a su estructura amorfa, pueden moldearse y vaciarse con más eficacia. Un proyecto europeo se propuso mejorar las alternativas de procesamiento con las que aprovechar todo su potencial.
Materiales metálicos avanzados a prueba
En su estado sólido, los metales están compuestos de un estado atómico cristalino muy ordenado. No obstante, si las aleaciones metálicas se enfrían muy rápidamente mediante temple, se genera vidrio metálico con una estructura atómica desordenada. Estos materiales pueden moldearse y vaciarse sin que, por ejemplo, se reduzca tanto su tamaño y emplearse así en aplicaciones concretas y adaptadas. No obstante, una de las limitaciones del vidrio metálico es que, para evitar el proceso de cristalización, la velocidad a la que es necesario templar el metal provoca limitaciones en el tamaño de las muestras con las que se trabaja.

El proyecto financiado con fondos europeos VITRIMETTECH formó a un grupo de jóvenes investigadores europeos en métodos punteros de trabajo con vidrios metálicos, y en concreto en grandes cantidades, para su uso en aplicaciones de micropiezas biomecánicas, químicas y estructurales. El proyecto logró sintetizar materiales en los dos extremos del proceso de templado, moldeado a presión para piezas de centímetros con formas complejas y compuestas de una aleación magnética, así como de películas delgadas y nanogranos vidriosos unidos por una «cola» vidriosa de unos pocos cientos de nanómetros de grosor.

Muestras desde los nanómetros a los centímetros

La composición de cada vidrio metálico depende del uso que se le vaya a dar. Por ejemplo, los basados en hierro y cobalto se emplean en dispositivos electromagnéticos, mientras que los basados en titanio son más adecuados para implantes corporales.

Los vidrios metálicos son inherentemente frágiles, lo que implica que las tensiones y la temperatura pueden romperlos al provocar en ellos bandas de cizalla. VITRIMETTECH estudió cómo se originan y sus dinámicas, y descubrió que sería posible reducir su velocidad de deslizamiento y que el vidrio podría rejuvenecerse mediante tratamientos mecánicos que modifican la microestructura del vidrio, como la torsión a alta presión o el endurecimiento por granallado (la conformación de un metal al bombardearlo con metales).

El objetivo principal de este proyecto fue comprender en mayor medida las propiedades mecánicas de los materiales de vidrio metálico para así aumentar su disponibilidad en ámbitos en los que ya se emplean (por ejemplo, en dispositivos magnéticos). También se propuso abrir nuevas vías en el campo de la química (por ejemplo, en la catálisis y la espectroscopía) y en la ingeniería eléctrica y electrónica (por ejemplo, para componentes de motores).

El socio industrial del proyecto, un fabricante de dispositivos de moldeado a presión, ya está en condiciones de crear máquinas que pueden crear vidrios metálicos magnéticos con formas complejas. Los investigadores del proyecto también lograron generar un núcleo de transformador laminado para un motor de inducción patentado. También mejoraron la formulación de aleaciones para imanes blandos amorfos y nanocristalinos destinados a maquinaria electromagnética, los cuales muestran características magnéticas mejoradas con respecto a los materiales de base.

Los vidrios metálicos también se utilizaron para desarrollar oro y plata nanoporosos para su empleo en electrooxidación de metanol y en pilas de combustible alcalinas respectivamente.

Tal como resume el coordinador del proyecto, el profesor Livio Battezzati: «Realizamos una investigación puntera en materia de vidrios metálicos con cualquier forma posible, desde vidrios gruesos a películas finas, y formamos a un grupo de investigadores jóvenes para que compartieran nuestros resultados en empresas y se ampliara así nuestro potencial de innovación».

Valioso para la economía europea

El valor estratégico y técnico de la investigación sobre materiales metálicos avanzados aumentará en las próximas décadas para la industria manufacturera de Europa. Las mejoras podrían dar lugar al empleo de menos metales, utilizados de maneras más ingeniosas y con mejores opciones de reciclado.

Tal como indica el profesor Battezzati: «Los vidrios metálicos no supondrán una revolución en el día a día de millones de personas, pero modificarán la aplicabilidad industrial de los materiales para generar productos mejores y dispositivos nuevos. Además, los resultados del proyecto ayudarán a que Europa se erija como líder mundial en la materia».

El equipo de investigación trabaja ya en la creación de sensores químicos y dispositivos electromagnéticos empleando los materiales desarrollados durante el proyecto. Los socios también han puesto en marcha nuevos estudios que entroncan con este tema, como la habilidad de los vidrios metálicos para soportar tracción (ductilización), investigaciones sobre las dinámicas de los átomos en su estado vidrioso y los mecanismos de corrosión localizada, así como mejoras en las propiedades magnéticas.

Palabras clave

VITRIMETTECH, metales, vidrio metálico, aleación, materiales avanzados, electromagnético, bandas de cizalla, catálisis, espectroscopia, motores, corrosión
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