Efecto de la combinación de los procesos de aleación mecánica y alta presión para la fabricación de vidrios metálicos a partir de la aleación 𝐴�𝑙� 82 𝐹�𝑒� 14 𝑁�𝑖� 4

Abstract

Los vidrios metálicos a granel (del inglés: bulk materials glass - BMG) son un tipo de material con una estructura interna sin un orden atómico (amorfo) como la de los vidrios tradicionales. Donde a través de los años, se ha hecho interesante su investigación debido a sus propiedades mejoradas en comparación con aquellos materiales con estructura cristalina. A su vez, estos materiales han tenido importantes aplicaciones, entre los que se destaca el ámbito deportivo y médico. En este proyecto de investigación, se buscó obtener e identificar los parámetros de obtención de los BMG a partir la aleación 𝐴𝑙82 𝐹𝑒 14 𝑁𝑖 4, mediante los métodos de aleación mecánica y la aplicación de alta presión y temperatura. Este estudio se divide en tres etapas, inicialmente se mezclan los polvos de los elementos en estado puro con las proporciones estequiométricas correctas para iniciar la primera etapa que corresponde a los procedimientos de aleación mecánica, para ello se emplearon 3 tipos diferentes de molino con el propósito de identificar la eficiencia que presenta cada uno frente posibilidad de formación a una muestra amorfa. En la segunda etapa se partió de la muestra inicial, precursores sólo mezclados, y se realizaron procedimientos usando una presión de 7,7 GPa con temperaturas que se encuentran en el rango de ~25° hasta 2000°C, teniendo como objetivo observar cómo se comportaba este tipo de aleación cuando es sometido en condiciones extremas. En la tercera etapa se hace una combinación de los procedimientos de aleación mecánica y alta presión y temperatura usando como muestras de partida aquellas que fueron molidas hasta 60h y 80h. Para la caracterización se emplearon técnicas de DRX, microdureza y magnetización de muestras vibratorias (VSM). La muestra que presentó los mejores resultados fue aquella obtenida a partir del polvo molido durante 80 h y posteriormente sometida a una presión de 7,7 GPa a ~25 °C. A partir de estos resultados, se puede concluir que la combinación de aleación mecánica y procesamiento bajo alta presión representa una estrategia viable para promover la amorfización de la aleación Al82Fe14Ni4, mostrando potencial para la obtención de vidrios metálicos a granel base aluminio.

Bulk metallic glasses (BMGs) are a type of material characterized by an internal structure without long-range atomic order, known as an amorphous structure, similar to that observed in conventional glasses. Over the years, these materials have attracted considerable research interest due to their enhanced properties compared with crystalline materials. In addition, BMGs have shown relevant applications in different fields, particularly in the sports and medical sectors. In this research project, the objective was to obtain and identify the processing parameters for the formation of BMGs from the Al82Fe14Ni4 alloy, using mechanical alloying combined with high-pressure and high-temperature processing. The study was divided into three stages. In the first stage, powders of the pure elements were mixed according to the appropriate stoichiometric proportions and then subjected to mechanical alloying. For this purpose, three different types of mills were used in order to evaluate their efficiency in promoting the formation of an amorphous structure. In the second stage, the initial sample, composed of only mixed precursor powders, was subjected to high-pressure processing at 7,7 GPa and temperatures ranging from approximately 25 °C to 2000 °C. The aim of this stage was to evaluate the behavior of the alloy under extreme processing conditions. In the third stage, mechanical alloying was combined with high-pressure and high-temperature processing, using as starting materials the samples milled for 60 h and 80 h. The samples were characterized by X-ray diffraction, Vickers microhardness measurements, and vibrating sample magnetometry. The sample that presented the best results was obtained from the powder milled for 80 h and subsequently subjected to a pressure of 7,7 GPa at approximately 25 °C. Based on these results, it can be concluded that the combination of mechanical alloying and high-pressure processing represents a viable strategy to promote the amorphization of the Al82Fe14Ni4 alloy, showing potential for the development of aluminum-based bulk metallic glasses.

Os vidros metálicos maciços, do inglês bulk metallic glasses BMGs, são materiais caracterizados por uma estrutura interna sem ordem atômica de longo alcance, conhecida como estrutura amorfa, semelhante à observada nos vidros convencionais. Ao longo dos anos, esses materiais têm despertado grande interesse científico devido às suas propriedades aprimoradas quando comparados aos materiais com estrutura cristalina. Além disso, os BMGs apresentam importantes aplicações em diferentes áreas, com destaque para os setores esportivo e médico. Neste projeto de pesquisa, buscou-se obter e identificar os parâmetros de processamento para a formação de BMGs a partir da liga Al82Fe14Ni4, utilizando os métodos de moagem mecânica e processamento sob alta pressão e alta temperatura. O estudo foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, os pós dos elementos puros foram misturados de acordo com as proporções estequiométricas adequadas e, posteriormente, submetidos ao processo de moagem mecânica. Para isso, foram utilizados três tipos diferentes de moinho, com o objetivo de avaliar a eficiência de cada um na promoção da formação de uma estrutura amorfa. Na segunda etapa, partiu-se da amostra inicial, composta apenas pelos pós precursores misturados, a qual foi submetida a uma pressão de 7,7 GPa e a temperaturas no intervalo de aproximadamente 25 °C até 2000 °C. O objetivo dessa etapa foi avaliar o comportamento da liga quando submetida a condições extremas de processamento. Na terceira etapa, foi realizada a combinação dos processos de moagem mecânica e processamento sob alta pressão e alta temperatura, utilizando como materiais de partida as amostras moídas por 60 h e 80 h. Para a caracterização das amostras, foram empregadas as técnicas de difração de raios X, microdureza Vickers e magnetometria de amostra vibrante. A amostra que apresentou os melhores resultados foi aquela obtida a partir do pó moído durante 80 h e posteriormente submetida a uma pressão de 7,7 GPa a aproximadamente 25 °C. A partir desses resultados, pode-se concluir que a combinação de moagem mecânica e processamento sob alta pressão representa uma estratégia viável para promover a amorfização da liga Al82Fe14Ni4, demonstrando potencial para o desenvolvimento de vidros metálicos maciços à base de alumínio.