Aleaciones con capacidad de conformación amorfa alta y miembros metálicos chapados con aleación fabricados por el uso de las mismas.

Una aleación con una alta capacidad de formación vítrea, que consiste en Zn y Al en una cantidad de 40 a menos que 64,

7% en átomos, Mg en una cantidad de más que 35 a 59,7% en átomos, y Ca en una cantidad de 0,3 a 15% en átomos, y opcionalmente uno o más elementos seleccionados de Au, Ag, Cu, y Ni en una cantidad total de 0,1 a 7% en átomos, donde el contenido de Zn es mayor que el contenido de Al.

Aleaciones con capacidad de conformación amorfa alta y miembros metálicos chapados con aleación fabricados por el uso de las mismas

Campo técnico

La presente invención se refiere a una aleación amorfa y a un material metálico chapado con una aleación, más particularmente se refiere a una aleación con una alta capacidad de formación vitrea y a un material metálico chapado con una aleación con una alta resistencia a la corrosión o una alta reflectancia del calor que usa la misma.

Antecedentes de la técnica

En los últimos años, la investigación que se relaciona con aleaciones amorfas se ha concentrado en búsquedas para obtener estructuras amorfas incluso con pequeñas velocidades de enfriamiento, esto es, los así llamados vidrios metálicos masivos. Hasta ahora, las composiciones de aleaciones que dan vidrios metálicos masivos han sido descubiertas mediante sistemas de numerosos componentes.

En Japón, Inoue et al., de la Universidad de Tohoku han estado comprometidos en la investigación de vanguardia. El hecho de que desde 1988 se hayan descubierto aleaciones basadas en Mg-La-(Ni,Cu), aleaciones basadas en lantanoides-AI-metal de transición, aleaciones basadas en Zr-AI-metal de transición, y aleaciones basadas en Pd- Cu-Ni-P que dan vidrios metálicos masivos se explica en Akihisa Inoue, Akira Takeuchi, Material Science and Engineering A, Vol. 375-377 (2004) p. 16-30.

Fuera de Japón el hecho de que se hayan descubierto aleaciones basadas en Hf-Cu-Ni-AI, aleaciones basadas en Ti-Ni-Cu, y aleaciones basadas en Ca-Mg-Ag que dan vidrios metálicos masivos se explica en A. Revesez, J-L. Uriarte, D. Louzguine, A. Inoue, S. Surinach, M. D. Baro, A. R. Yavari, Materials Science and Engineering A, Vol. 375-377 (2004) p. 381- 384, Tao Zhang, Akihisa Inoue, y Tsuyoshi Masumoto, Materials Science and Engineering A, Vol. 181/182 (1994) p. 1423-1426, y Oleg N. Senkov and J. Mike Scott, Materials Research Society Symposium Proceedings, v806, Amorphous and Nanocrystalline Metals (2003) p. 145-150. Además, casi todos los vidrios metálicos masivos de los que se ha informado actualmente caen bajo uno de estos sistemas de componentes.

Las características comunes de estas aleaciones son que el elemento con la concentración más alta entre los elementos que forman la aleación tiene el radio atómico más grande, el elemento que tiene la siguiente concentración más alta tiene el radio atómico más pequeño, y los restantes componentes están hechos de elementos que tienen radios atómicos intermedios, esto es, la relación entre los radios atómicos y las concentraciones de los elementos componentes.

La relación entre los radios atómicos y las concentraciones de los elementos componentes se describe en la Patente de EE.UU. No. 6623566 como la regla para seleccionar elementos con una alta capacidad de formación vitrea.

Esto es, las aleaciones amorfas reportadas son aleaciones que usan el descubrimiento conocido de usar átomos que tienen radios atómicos gigantes (átomos gigantes) para aumentar la diferencia de los radios atómicos entre elementos que forman las aleaciones y de este modo mejorar la capacidad de formación vitrea. Los átomos lantanoides, el Ca, etc., son ejemplos típicos de átomos gigantes.

Se han descubierto vidrios metálicos masivos que no se ajustan a esta relación de radios atómicos y concentraciones de los elementos componentes en aleaciones basadas en Fe-B-Si-Nb, aleaciones basadas en N¡- Cr-P-B, aleaciones basadas en (Co,Cr,Ni)-(Mo,Nb)(B,P), etc.

Sin embargo, estas aleaciones usan elementos metaloides tales como B, Si, y P. Como aleaciones metaloide-metal, éstas pueden clasificarse como aleaciones diferentes de aleaciones metal-metal.

Actualmente, las aleaciones que utilizan la alta capacidad de formación vitrea de los elementos metaloides de B, Si, o P para obtener vidrios metálicos masivos están limitadas a aleaciones basadas en los elementos del grupo del hierro: Fe, Co, y Ni.

Además, por otra parte, como excepciones a la regla para seleccionar elementos descritos en la Patente de EE.UU. No. 6623566, la Publicación de Patente Japonesa (A) No. 2002-256401 describe aleaciones amorfas basadas en Cu. El Cu tiene un radio atómico relativamente pequeño (0,12780 nm) incluso entre el grupo de elementos metálicos que tienen pequeños radios atómicos, tiene una gran diferencia de radio atómico con otros elementos, y permite un fácil diseño de una aleación con una alta capacidad de formación vitrea.

Por lo tanto, puede decirse que el Cu es un elemento que da relativamente fácilmente vidrios metálicos masivos. Sin embargo, hasta ahora los vidrios metálicos masivos basados en Cu, que se describen en la Publicación de Patente Japonesa (A) No. 2002-256401, son sistemas de componentes que usan Zr, Hf, u otros elementos caros. Se desean sistemas de componentes amorfos que usan elementos componentes menos caros.

Si se juzga desde las combinaciones de elementos de aleaciones amorfas descubiertas hasta ahora, los elementos con los que es particularmente difícil obtener vidrios metálicos masivos como elementos base son elementos metálicos los cuales, aunque pertenecen al grupo de elementos con pequeños radios atómicos, tienen radios atómicos relativamente grandes entre el grupo de elementos con pequeños radios atómicos. El Al y el Zn corresponden a tales elementos.

Con respecto a las aleaciones basadas en Al, aleaciones basadas en Al-Y-Ni, aleaciones basadas en AlZr- (Fe,Co,Ni), etc., son descritas como aleaciones amorfas en M. Gogebakan, Journal ofLight Metals, Vol. 2 (2002), p. 271-275 y Limin Wang, Liqun Ma, Hisamichi Kimura, Akihisa Inoue, Materials Letters, Vol. 52 (2002), p. 47-52.

Sin embargo, no puede decirse que estas aleaciones sean de alta capacidad de formación vitrea. No pueden obtenerse todavía vidrios metálicos masivos. Además, con respecto a aleaciones basadas en Zn, raramente se ha informado de aleaciones amorfas en el pasado.

Los dos elementos de Al y Zn tienen puntos comunes en que tienen grandes radios atómicos en el grupo de elementos de pequeños radios atómicos y también tienen puntos de fusión relativamente bajos entre los metales.

Existe un descubrimiento convencional de que "en una composición cerca del punto eutéctico con un descenso profundo, la capacidad de formación vitrea es mayor". Si el punto de fusión del elemento base es bajo, en una composición con alta concentración del elemento de bajo punto de fusión es difícil formar un punto eutéctico profundo.

En la actualidad, en composiciones con altas concentraciones de Al o altas concentraciones de Zn, no hay casi ninguna composición eutéctica con descensos profundos. Esto también es una razón de por qué es difícil mejorar la capacidad de formación vitrea en aleaciones basadas en Al y en aleaciones basadas en Zn.

Por ejemplo, la Publicación de Patente Japonesa (A) No. 5-70877 describe un material de aleación de aluminio de alta resistencia, alta tenacidad y un método de producción del mismo, pero la aleación de aluminio descrita en este Documento de Patente tiene una baja capacidad de formación vitrea. Incluso si se usa un molde de fundición de cobre para el moldeo de alta presión, sólo puede obtenerse una fase amorfa en la parte de la capa superficial.

Esto es, no puede decirse que la aleación de aluminio descrita en el anterior Documento Patente sea un vidrio metálico masivo.

La Publicación de Patente Japonesa (A) No. 7-113101 describe un método de producción de un material extruido a partir de un polvo de una aleación amorfa basada en Al producida por planchado mecánico. En el caso de este método, en el momento de la extrusión en caliente, la temperatura de trabajo termina superando a la temperatura de cristalización, por tanto este método no puede usarse para producir un vidrio metálico masivo basado en Al.

La Publicación de Patente Japonesa (A) No. 7-216407 describe un método para usar el método del atomizador de gases para fabricar un polvo de aleación basada en Al que incluye una fase amorfa, rellenar el polvo en un molde, elevar a continuación la temperatura a la temperatura de cristalización para obtener un material cristalino fino trabajado plásticamente.

Incluso si se trata de mejorar esta técnica y producir un vidrio metálico masivo elevando la temperatura a la temperatura de cristalización o menos, es difícil creer que las partículas de polvo rellenadas en el molde se adherirían y ligarían a la temperatura de la temperatura de cristalización o menos.

De esta manera, hasta ahora, en aleaciones basadas en Al, podrían no obtenerse composiciones con una alta capacidad de formación vitrea, por tanto las aleaciones amorfas... [Seguir leyendo]

1. Una aleación con una alta capacidad de formación vitrea, que consiste en Zn y Al en una cantidad de 40 a menos que 64,7% en átomos, Mg en una cantidad de más que 35 a 59,7% en átomos, y Ca en una cantidad de 0,3 a 15% en átomos, y opcionalmente uno o más elementos seleccionados de Au, Ag, Cu, y Ni en una cantidad total de

5 0,1 a 7% en átomos, donde el contenido de Zn es mayor que el contenido de Al.

2. El uso de una aleación con una alta capacidad de formación vitrea según la reivindicación 1, como una aleación de chapado.

3. Un material metálico chapado con una aleación que tiene al menos sobre una parte de su superficie una aleación con una alta capacidad de formación vitrea según la reivindicación 1 como capa de chapado, caracterizado

10 dicho material metálico chapado con una aleación porque en dicha capa de chapado una fracción en volumen de 5% o más es una fase amorfa.

4. El material metálico chapado con una aleación según la reivindicación 3, donde en dicha capa de chapado una fracción en volumen de 50% o más es una fase amorfa.

5. El material metálico chapado con una aleación según la reivindicación 3, donde la capa superficial de dicha 15 capa de chapado está compuesta de una única fase de una fase amorfa.