De 2 mm a 2 cm: las aleaciones amorfas superan el límite de espesor

Las aleaciones amorfas son como la fibra de carbono en el año 2000: un lujo hoy, pero un material esencial mañana.

Si bien los metales tradicionales mantienen estructuras cristalinas ordenadas, un material revolucionario está remodelando la ciencia de los materiales: las aleaciones amorfas, a las que los entusiastas de la ciencia ficción suelen llamar «metal líquido». Gracias a su caótica disposición atómica, ofrecen propiedades extraordinarias que superan a los metales convencionales: una resistencia altísima (entre 1600 y 2200 MPa), una dureza extrema (500 a 600 Hv), un límite elástico excepcional (2%) y una resistencia superior a la corrosión.

Tras tres décadas de avances en I+D, las aleaciones amorfas han pasado de ser las cintas delgadas en micras de Hitachi Metals a las empresas chinas que logran bloques de 2 cm de grosor mediante un enfriamiento de millones de grados por segundo. El aumento del grosor presenta desafíos exponencialmente mayores y representa regímenes técnicos completamente distintos.

A medida que aumentan las capacidades de grosor, las aplicaciones industriales explotan: bisagras plegables para teléfonos, carcasas de relojes inteligentes, carcasas de motores, huesos artificiales e incluso electrodos de interfaz cerebro-computadora. Este «metal líquido», que alguna vez estuvo destinado al laboratorio, está cumpliendo su promesa de pasar del lujo a la necesidad.

El código atómico de las aleaciones amorfas

La historia comenzó con el 3 de septiembre de 1960, Naturalezaartículo «Estructura no cristalina en aleaciones solidificadas de oro y silicio». El profesor estadounidense Duwez descubrió por casualidad que una aleación fundida enfriada a aproximadamente 1 000 000 °C por segundo «congela» los átomos y los convierte en estados desordenados antes de la cristalización, creando la primera aleación amorfa de la humanidad. Para controlar este caos atómico hay que superar las barreras termodinámicas y cinéticas, algo parecido a esculpir hielo durante una erupción volcánica.

A nivel microscópico:

• Metales tradicionalesorganiza los átomos en redes cristalinas disciplinadas.
• Aleaciones amorfasse parecen a la improvisación atómica: no se repiten patrones («trastorno de largo alcance»), son observables incluso a nanoescala. Los átomos permanecen «congelados» en una aleatoriedad similar a la de un líquido.

Esta estructura desordenada desbloquea propiedades incomparables:

• Resistencia ultra alta: de 1500 a 2200 MPa (registro de laboratorio: 6 000 MPa), superior al acero (100 a 1300 MPa), al acero inoxidable (200 MPa) y a las aleaciones de titanio (900 MPa).
• Dureza extrema: 500—600 Hv (registro de laboratorio: 1.800 Hv), superando al acero inoxidable (200 Hv) y al titanio (400 Hv).
• Alta elasticidad: Límite elástico de hasta el 2% (máximo teórico: 4,2%), frente al 0,6% del titanio/acero inoxidable.
• Resistencia a la corrosión: La ausencia de límites entre los granos evita las vías de corrosión.
• Ligera: 13— 34% más ligero que el acero inoxidable de composición comparable.
• Propiedades adicionales: Rendimiento antibacteriano, biocompatibilidad, actividad catalítica y capacidad de adsorción.

Evolución de tres décadas: de cintas micrométricas a bloques centimétricos

(1) Década de 2000: cintas delgadas como una micra para núcleos de alimentación​

La industrialización inicial utilizó aleaciones a base de hierro mediante «hilado por fusión», produciendo cintas de 20 a 80 μm. Estas sustituyeron al acero al silicio en los núcleos de los transformadores, lo que redujo las pérdidas en vacío entre un 70 y un 80%.

(2) Década de 2010: tiras milimétricas para aplicaciones de paredes delgadas​

Surgieron aleaciones a base de circonio, procesadas mediante «fundición a presión al vacío» para lograr un espesor de ≤2 mm. Los altos costos limitaban el uso de componentes 3C de primera calidad.

(3) Década de 2020: los bloques de centímetros permiten amplias aplicaciones​

Las empresas pioneras superaron el umbral de los centímetros utilizando aleaciones a base de circonio, titanio y cobre. La avanzada «fundición a presión protegida de la atmósfera» aumentó los rendimientos y redujo los costos, expandiéndose a la electrónica de consumo, los dispositivos médicos, la maquinaria y la industria aeroespacial.

Carrera mundial: el dominio de la cinta frente a los avances del material a granel

Las aleaciones amorfas se dividen en dos dominios con tecnologías, aplicaciones y líderes del mercado distintas:

• Cintas (a base de hierro): Principalmente para la distribución de energía (por ejemplo, núcleos de transformadores).
• Materiales a granel (a base de circonio, titanio y cobre): Para componentes estructurales.

(1) Producción de cintas: China lidera​

La empresa japonesa Hitachi Metals (pionera en 1977) domina a nivel mundial con una capacidad anual de 100 000 toneladas (una cuota de mercado del 20%). China produce ahora el 70% del suministro mundial:

• Qingdao Yunlu: Capacidad de más de 100,000 toneladas; 40% de participación global.
• Ametek: Capacidad de más de 50 000 toneladas; participación global del 10%.

Datos de China de 2024:

• Producción de cinta de 14,5 (+23,9% interanual).
• ~90.000 toneladas exportadas (principalmente al sudeste asiático).
• Aleación nanocristalina (derivado de la cinta): producción de 40 000 toneladas (participación global del 60%).

(2) Materiales a granel: inmenso potencial​

Liquidmetal Technologies, con sede en EE. UU., fue pionera en las aleaciones a granel de circonio y titanio. Problemas como la fragilidad, la dificultad de mecanizado y los altos costos (por ejemplo, las aleaciones de circonio: más de 2000 yenes por kg) limitan la comercialización. Mercado interno actual: aproximadamente mil millones de yenes, y se prevé que crezca exponencialmente.

Entre los innovadores chinos se encuentran:

• Nueva tecnología de materiales de Jiangsu Chaos
• Metal líquido Changzhou Shijing
• Materiales metálicos Dongguan Yihao
• Tecnología metálica Chisheng de Shanghai

Notable evolución: Huawei y Jiangsu Chaos patentaron conjuntamente la tecnología de aleación amorfa a base de circonio para bisagras de dispositivos plegables (2025).

Avance técnico: el umbral de 2 cm

«Fundición a presión protegida contra la atmósfera de ciclo completo». Este proceso:

• Garantiza un enfriamiento uniforme a millones de grados por segundo.
• Mantiene ambientes de oxígeno ultrabajo.
• Resuelve los desafíos de enfriamiento del núcleo para secciones gruesas.
• Ofrece una precisión dimensional de ± 0,02 mm (supera al MIM y compite con el CNC).
• Elimina los procesos secundarios (sinterización/tratamiento térmico).

Propiedades clave:

• Inmersión en agua de mar: cero corrosión después de 2 años.
• Ácido clorhídrico al 20%: resiste una exposición de 3 meses.
• Resistencia a la corrosión: 10 veces superior a la del acero inoxidable 316.

Applications Ignite: un mercado de mil millones de yuanes

Los dispositivos plegables lideran la adopción:

• Los Mate X (2019) y Mate XT (2025) de Huawei utilizan bisagras de circonio.
• Las bisagras amorfas sobreviven a más de 500 000 pliegues (2 veces los metales tradicionales).
• Envíos de productos plegables en China en 2025:9,47 millones de unidades (mercado de materiales para bisagras: aproximadamente mil millones de yenes).

Ampliación de aplicaciones:

• Automoción: Cierres, manijas, bisagras.
• Dispositivos portátiles: Carcasas para relojes inteligentes.
• Industrial: Carcasas de motor (entre un 15 y un 20% más ligeras), ranuras flexibles con accionamiento armónico.
• Médico: Implantes óseos (osteointegración un 50% más rápida), instrumentos quirúrgicos sin temblores.
• Neurotecnología: Electrodos de interfaz cerebro-computadora.

Previsión de mercado: La demanda de aleaciones de circonio a granel crecerá entre un 30 y un 40% al año y superará los 10 000 millones de yenes en 3 a 5 años.

Comienza la era del centímetro

Desde el descubrimiento accidental de Duwez hasta el dominio de Hitachi y ahora los avances de China en materia de materiales a granel, las aleaciones amorfas han entrado en su «era del centímetro». Ya no son curiosidades de laboratorio, sino que se están convirtiendo en elementos esenciales en todos los sectores, impulsando un futuro más ligero, sólido e inteligente.

Como observa Zhang Qidong (Jiangsu Chaos): «Las aleaciones amorfas actuales son similares a las de la fibra de carbono del año 2000: la necesidad del mañana nace del lujo actual».

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Baohui Steel Limited

Baohui Steel Limited se ha establecido como un exportador líder de acero al silicio orientado y materiales amorfos, con una sólida base de clientes en la industria de los transformadores. Gracias a sus propiedades únicas, los núcleos de hierro amorfo están remodelando el panorama del desarrollo del sector de los transformadores. Como fabricantes o procesadores de transformadores, estamos equipados para ofrecerle soluciones integrales de materiales y servicios de procesamiento, lo que le permitirá obtener una ventaja competitiva en este sector en rápida evolución.