Estudio de la deformación de vidrios metálicos en base a cobre y zirconio en condiciones de compresión y en un impacto a velocidades sub y supersónicas, mediante simulaciones de dinámica molecular

Abstract

Los vidrios metálicos son aleaciones con una estructura atómica desordenada que han atraído interés durante las últimas décadas debido a sus propiedades mecánicas particulares como un alto módulo y límite elástico. Sin embargo, éstos se presentan como materiales frágiles a temperatura ambiente debido a su tendencia a la localización de la deformación mediante la formación de bandas de corte. La explotación de las propiedades de los vidrios metálicos requiere el desarrollo de estrategias efectivas para controlar la localización de la deformación y poder prevenir la fractura frágil. Este objetivo puede ser alcanzado si los mecanismos que gobiernan la plasticidad en los vidrios metálicos a escala atómica son bien conocidos. En particular, cuando tratamos con nano-estructuras, aparecen efectos superficiales debido a la mayor proporción de átomos que corresponden a la superficie con respecto a los que se encuentran en el volumen. Con el ánimo de proporcionar mayor entendimiento de estos efectos y de como ellos influyen sobre las propiedades mecánicas de nano-estructuras de vidrio metálico, se estudió su comportamiento mécanico usando simulaciones de dinámica molecular. Se eligió la aleación Zr-Cu-Al por ser uno de los pocos sistemas ternarios con un potencial interatómico bien definido que puede ser implementado en los programas computacionales utilizados en el modelamiento de materiales. El estudio fue enfocado en el modelamiento de dos casos de deformación. El primer caso lo constituye un ensayo de compresión sobre nano-columnas en el cual se estudió la relación entre el módulo elástico y límite elástico con el largo y diámetro de las nano-columnas. El segundo estudio trató sobre la deformación que sufren una nanopartícula y un substrato, ambos de vidrio metálico basados en cobre y zirconio, en un impacto a velocidades sub y supersónicas. En ambos casos resultó muy importante el papel que juega la relación superficie-volumen en la deformación. En el modelamiento de la compresión se encontró que los nano-alambres son capaces de deformarse plásticamente gracias a la disminución de la energía elástica almacenada por la muestra cuando disminuye el volumen. En el caso del impacto de nano-partículas de vidrio metálico se muestra que a esta escala la deformación es un fenómeno global que funde toda la partícula y debido a la mayor proporción de área con respecto al volumen, esta se enfría rápidamente, lo que conserva la estructura atómica amorfa de la muestra.