Production of low cost Cu-based metallic glasses from recycled Cu

Abstract

Metallic glasses have a large scientific and industrial interest. Since the production of the first metallic amorphous ribbons by fast undercooling a large number of amorphous metallic alloys have been produced by using several methods. Bulk metallic glasses (BMG) are defined as amorphous metallic alloys that can be obtained with characteristic dimensions of millimetre or larger. Since the late 1980's a large amount of BMG alloys have been reported, based in almost all metals with technological interest. The non-conventional mechanical properties of BMG, such as high strength to density ratios and very high restitution coefficients during elastic deformation combined with the possibility of producing relatively large parts and complex characteristics by mould casting make BMG highly promising materials for industrial use. Cu-based metallic glasses are of high interest, as they show better mechanical properties than crystalline alloys with similar compositions. The research group of the student has already established a collaboration with one of the most important Spanish companies of Cu production, La Farga Group. La Farga is leader in Cu recycling, and is at present supplying high value Cu products, mostly for power applications. The aim of this project is to explore the possibility of producing binary Cu-Zr metallic glasses using residual Cu supplied by La Farga that has several degrees of impurity (up to 13%). The exit of the project will imply, on the one hand, the possibility of producing metallic glasses without using high purity elements, thus reducing their cost and, on the other hand, the possibility for La Farga to obtain profit from residual Cu that nowadays has no use.

Català:Els vidres metàl·lics tenen un gran interès científic i industrial. Des de la producció de les primeres cintes metàl·liques amorfes mitjançant subrefredament ràpid, un gran nombre de aliatges metàl·lics amorfs s'han produït mitjançant diversos mètodes. Els vidres metàl·lics massius (BMG) es defineixen com aliatges metàl·lics amorfs que es poden obtenir amb dimensions característiques del mil·límetre o, fins i tot, majors. Des de finals de la dècada de 1980, una gran quantitat d'aliatges en forma de BMGs s'han reportat, basats en quasi tots els metalls amb interès tecnològic. Les propietats mecàniques no convencionals dels BMGs, com ara l’alt quocient entre la resistència i la densitat i els coeficients de restitució molt elevats durant la deformació elàstica, combinat amb la possibilitat de produir peces relativament grans amb característiques complexes mitjançant la tècnica de refredament amb motlle, fa que els BMGs siguin uns materials molt prometedors per a ús industrial. Els vidres metàl·lics basats en Cu són de gran interès, ja que mostren millors propietats mecàniques que els aliatges cristal·lins amb composicions similars. El grup d'investigació de l'estudiant ha establert una col·laboració amb una de les empreses espanyoles més importants en la producció de coure: el grup La Farga. La Farga és el líder en el reciclatge de coure i, en l'actualitat, està subministrant productes de Cu d'alt valor, majoritàriament per a aplicacions de potència. L'objectiu d'aquest projecte és explorar la possibilitat de produir vidres metàl·lics en el sistema binari Cu-Zr amb Cu residual subministrat per La Farga, el qual té diversos graus d'impuresa (fins a un 13%). L’èxit del projecte implica, d'una banda, la possibilitat de produir vidres metàl·lics sense utilitzar elements d'alta puresa, reduint així el seu cost i, d'altra banda, la possibilitat per la Farga d’obtenir guanys pel Cu amb residus que actualment no té cap utilitat.