Structuri metalice amorfe

Structuri metalice amorfe

Aliajele amorfe numite si sticle metalice, constituie o categorie de materiale noi care imbina proprietatile caracteristice metalelor (maleabilitate, conductibilitate electrica si termica), cu proprietatile caracteristice sticlelor (duritate si rezistenta la coroziune ridicata).

Spre deosebire de materialele metalice obisnuite policristaline, sticlele metalice sunt materiale amorfe la fel ca si lichidele, cu o distributie aproape intamplatoare a atomilor. Desi ordinea de lunga distanta, specifica cristalinitatii, este absenta in sticlele metalice, o ordine la scurta distanta de natura topologica si chimica este prezenta.

Absenta cristalinitatii in aliajele metalice amorfe conduce la o asociere de proprietati mecanice : ductilitate si duritate, neintalnite in materialele metalice cristaline. Astfel, aliajele fierului produse sub forma amorfa au rezistenta de rupere la tractiune de cca. 350 da N/mm² si duritatea Vickers de aproximativ 1000 da N/mm²; depasind cele mai mari valori obtinute in oteluri. In pofida acestei duritati extreme, aliajele metalice amorfe sunt materiale tenace si nu fragile, ruperea lor fiind precedata de deformari plastice considerabile.

Structura omogena a metalelor amorfe le confera rezistenta la coroziune comparabila in unele cazuri cu a platinei si rezistenta la oboseala neintalnita la aliajele cristaline.

Aliajele metalice amorfe reprezinta constituenti care nu poseda o structura cristalina cu ordine de lunga distanta. In acest sens termenul de amorf nu inseamna o lipsa completa de structura, ci o structura caracterizata printr-un tip de ordine a particulelor constitutive manifestat numai la scurta distanta (distanta considerata ca numar de raze atomice).

Ordinea de scurta distanta este caracteristica tuturor formelor de agregate (lichide, solide amorfe, solide cristaline), cu exceptia starii gazoase. Starea amorfa specifica materialelor metalice este caracterizata prin lipsa de cristalinitate sau de ordine la lunga distanta, asa incat cristalinitatea defineste automat, prin contrast, si starea amorfa astfel: atomii intr-un cristal sunt aranjati intr-un model care se repeta in trei dimensiuni pe tot cuprinsul cristalului.

In figura 2.21. se indica modul cum este generata starea amorfa (sau starea lichida), caracterizata prin prezenta ordinii la scurta distanta (2.21.b) in absenta ordinii de lunga distanta specifica cristalelor (fig.2.21.a).

a) b)

Fig.2.21 Definirea starii cristaline si a starii amorfe pe o structura bidimensionala

a) structura cristalina cu ordine la lunga distanta obtinuta prin translatia celulei elementare pe distante egale cu parametrii retelei; b) structura amorfa lipsita de ordine la lunga distanta obtinuta prin deplasari intamplatoare ale celulei elementare.

Punerea in evidenta a structurii amorfe in comparatie cu structura cristalina se poate face prin difractie cu raze X sau prin microscopie electronica. Este cunoscut faptul ca pe masura ce dimensiunea cristalelor intr-un material policristalin se micsoreaza, maximele de intensitate din imaginile de difractie (liniile de difractie), devin din ce in ce mai late, in final imaginea apropiindu-se de cea a unui solid amorf, asa cum rezulta din fig.2.22.

Problema de baza in ceea ce priveste omogenitatea structurala a aliajelor amorfe este daca aceste materiale contin sau nu defecte punctiforme de tipul vacantelor. Studii comparative efectuate prin metoda anihilarii pozitronilor in aliajele cristaline si amorfe au aratat ca defectele la scara atomica de tipul vacantelor lipsesc in aliajele metalice amorfe, chiar si in cele deformate plastic, de unde se pot concretiza urmatoarele aspecte:

in aliajele metalice amorfe nu sunt prezente defecte de tipul vacantelor ;

deformarea plastica nu introduce in aliajele amorfe defecte de tipul vacantelor sau alte defecte localizate la scara atomica. Chiar daca s-ar forma asemenea defecte, ele sunt extrem de instabile si se anihileaza rapid.