Bulk Metallic Glass

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Messaggioda Aldebaran » 15/10/2019, 14:03

Un Saluto a Tutti!

Noi del Medusa stiamo provando ad arricchire del Bulk Metallic Glass con il carbonio in modo da ottenere un materiale per costruirci lame (rasoi).
Il Bulk Metallic Glass è un tipo di materiale al momento molto costoso.
La struttura amorfa dei vetri metallici presenta due proprietà importanti. La prima è la presenza per un sistema metallico della Temperatura di transizione vetrosa proprio come i vetri tradizionali, infatti è possibile controllare la viscosità del vetro e questo rende possibile la lavorazione o modellazione del materiale. La seconda proprietà riguarda la struttura atomica amorfa ed in particolare l'assenza di difetti cristallini quali le dislocazioni, di conseguenza i vetri metallici possono essere molto più resistenti (3-4 volte di più) rispetto ai metalli nella forma cristallina
Altre proprietà sono la Rigidezza che risulta più bassa rispetto alle leghe cristalline di riferimento. La conseguente combinazione alta Resistenza e bassa rigidezza comporta una Resilienza molto elevata, cioè una buona capacità di immagazzinare energia di deformazione elastica e rilasciarla.
Una prova che può descrivere tale capacità è sicuramente quella di lasciare cadere sfere di elevate durezza su un pezzo di metallo inossidabile e su un vetro metallico, si può notare come quelle cadute sul vetro metallico rimbalzino bene e per una durata maggiore. Il metallo del primo caso invece presenta una più bassa resistenza, viene deformato plasticamente e questo smorza rapidamente l'energia cinetica della sfera.

Abbiamo iniziato a lavorare con della Trinitite, che ha delle caratteristiche molto simile all'ossidiana (simile al vetro) dopo averla separata con il Processo Redox che impiega come solvente selettivo il metilisobutilchetone ( esone ) per la separazione dell'uranio e del plutonio e di altri prodotti da soluzioni contenti alluminio (filosilicati idrati di alluminio).

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Abbiamo lavorato con strumenti appositi e studiato, quindi, per quanto concerne i rasoi, leghe che hanno nella chimica anche Rame-Zirconio-Argento ( non proprio cosi resistenti alla corrosione) e Zirconio-Titanio-Rame-Nichel ma quest'ultima lega ha dato problemi vari.

La durezza di questo tipo di metallo è bassa perché è limitato il movimento delle dislocazioni il che porta anche ad una bassa conducibilità termica. La resistenza alla corrosione è alta.

Il range di temperatura a cui si dovrebbe sottoporre questo metallo per fare una lama si sposa male con lo spessore che dovrebbe avere, appunto per fare un coltello/rasoio. Il range di temperatura, che si deve mantenere costante è di circa 417 gradi centigradi. E' in questo stadio che si creano, tramite transizioni, delle peculiarità che rimarranno nel metallo per sempre ( a patto che non ci siano, poi, altri interventi esterni).

Quando abbiamo inserito il carbonio nella chimica del suddetto bulk metallic glass abbiamo notato una diminuzione nel movimento delle dislocazioni e quindi il materiale è diventato più fragile. Per quanto concerne la velocità di raffreddamento, più essa è repentina, più il materiale risulterà amorfo*; più lentamente avverrà il raffreddamento, più il materiale tenderà ad essere cristallino.
Il bulk metallic glass ha una massima deformazione che è paragonabile ad alcuni materiali polimerici pur mantenendo una durezza paragonabile all'acciaio.
E' un materiale ideale per minimizzare la dissipazione di energia. Inserirò poi un video in cui si nota come una pallina d'acciaio su base di metallo vetroso amorfo rimbalzi per un numero di volte maggiore rispetto ad una pallina d'acciaio su base d'acciaio.
Il BMG è una lega che prevede che alcuni elementi presenti in essa abbiano intrinsecamente una velocità di ricristallizzazione più lenta di altri.

Prendiamo ad esempio lo Zirconio.

Questo elemento permette, quando la struttura diventa amorfa perchè liquida, tramite un raffreddamento rapido, di risolidificare la lega prima che cristallizzi nuovamente, lasciandola amorfa pur solida.
La lega in questo momento più utilizzata nel B.M.G. è il Vit 105 che ha appunto il 65,7% di Zirconio, il 15,6% di Rame, il 11,7% di Nichel, il 3,7% di Alluminio e il 3,3% di Titanio.
Questa lega è prodotta dalla Eutectix statunitense (Unica al mondo a produrre BMG con uno standard qualitativo elevatissimo).
Anche Noi del Medusa ci abbiamo provato, dovendo poi però ricorrere ad un artificio per inserire il carbonio (quindi non si tratta più di BMG in questo caso) quando abbiamo forgiato l'ultimo Medusa in Damasco Wootz.
*amorfo - quando la periodicità è limitata in modo locale.

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Video








Bibliografia:

https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4923210
https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4899124
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Re: Bulk Metallic Glass

Messaggioda kairen » 15/10/2019, 15:55

Ciao, Andrea una domanda stupida se posso

Un domani tramite questa nuova tecnologia, sarebbe possibile riparare un rasoio, per aggiunta di metallo?

In ogni caso la nuova tecnologia è mooolto interessante, grazie per la condivisione
kairen
 
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Re: Bulk Metallic Glass

Messaggioda Aldebaran » 20/10/2019, 16:20

Buongiorno,

mi scuso per il ritardo.
I rasoi sono fatti in acciaio che è una lega di ferro e carbonio. A questa lega vanno aggiunti i metalli per variarne le caratteristiche di base.
Il bulk metallic glass è un insieme di metalli legati al ferro utilizzato per svariati usi (costruzioni aereonautiche e protesi). Una lama al momento non è possibile costruirla con questo materiale. Non lo stiamo studiando per riparare rasoi (non è possibile) ma proprio per farci lame per rasoi/coltelli. Nel caso dei rasoi il bulk metallic glass mostra gli stessi difetti di una ceramica molto sottile ovvero: fragilità estrema.


Grazie e buona domenica,


Andrea
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Re: Bulk Metallic Glass

Messaggioda Aldebaran » 23/11/2019, 18:13

Buonasera a Tutti!

Riguardo ai nostri studi sul Bulk Metallic Glass Noi del Medusa abbiamo scoperto che lavorando su taluni tipi di acciaio con alcune tecniche che mi accingerò a descrivere in questo thread, possiamo far assumere all'acciaio le stesse proprietà del Bulk Metallic Glass. In questo modo sarà possibile anche costruire lame e taglienti per vari usi, senza la fragilità peculiare delle ceramiche e del Bulk Metallic Glass. Noi del Medusa stiamo già lavorando ad un acciaio per costruire una tipologia di rasoio, oltre che a compiere ancora esperimenti per l'industria e l'impiantistica industriale.
Abbiamo iniziato con lo studiare le peculiarità della Trinitite (vetrosa) dopo aver separato il materiale tramite questa collaudata tecnica.
Ci è servito approfondire storicamente alcune tematiche leggendo e traducendo gli studi del Prof.Shogo Nagaoka ( altri approfondimenti leggibili qui ).

Riassunto Metodo di Trattamento Acciaio per fargli assumere le peculiarità del Bulk Metallic Glass:

Questo metodo fa si che si ottenga un acciaio con le stesse peculiarità del Bulk Metallic Glass (identiche proprietà meccaniche), quindi stessa durezza, tenacità e rigidità (quest'ultima rispetto al movimento delle dislocazioni, quindi si ha minore deformazione dell'acciaio. Tutto ciò lo si ottiene raffreddando l'acciaio a 10^4-10^9 Kelvin al secondo. Ciò lo si attua utilizzando una variante dello splat quenching. L'acciaio fuso in forno (può essere da colata o da polveri) passa attraverso un ugello in materiale ceramico e finisce su un piatto in lega di rame. Digressione: andrebbe meglio in lega di tungsteno ma il rame è quotato stabilmente a 7/8 euro al chilo, il tungsteno a 45 uro al chilo. La temperatura di fusione acciaio in lega è 1.500 circa, il rame è 1.083. Come si fa ad evitare che il rame fonda? Secondo il metodo dello splat quenching il piatto di rame gira a 100 km. orari e pure se a "room temperature" (temperatura ambiente) l'acciaio fuso in stato amorfo si raffredda a contatto. Il tasso di raffreddamento ("cooling rate") è di 10.000 Kelvin al secondo. La ruota ha un diametro di pochi millimetri e il filamento invece di ruotare che ruotare sul disco di rame a mano a mano va verso il laminatoio. La lega in rame è quella più compatibile con l'acciaio, rispetto al tungsteno. Lo spessore raggiunto di volta in volta è di 25 micrometri quindi bisogna sovrapporrevari strati di acciaio per arrivare a spessori accettabili. Il problema è che non è possibile sovrapporre vari strati di acciaio senza che quello sovrastante uscente dall'ugello in cermaica sciolga almeno in parte lo strato sottostante.
Ci sarebbero poi da considerare anche problemi col piatto in lega di rame a causa di adesione locale. Si raffredda quindi con l'azoto il tutto al momento dell'arrivo dell'ennesima colata di acciaio su quella precedente.
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