Amorphous alloys: a new method for predicting composition capable of forming amorphous

Esta tese apresenta o desenvolvimento de um novo critério para indicar novas composições de ligas metálicas amorfas. Este novo critério foi baseado no empacotamento denso de esferas combinado com o critério lambda através do número de coordenação. O desenvolvimento matemático é apresentado e um software que engloba e concatena diversos outros critérios foi desenvolvido com o propósito de indicar as melhores ligas metálicas com alta tendência à formação de vidros (GFA). Para tal, houve uma análise matemática dos critérios, entre eles: (i) o critério λmin, que usa o parâmetro de mínima instabilidade topológica, usado como indicativo da competição de fases durante a solidificação; (ii) o parâmetro γ, que reflete a GFA relativa entre vidros metálicos volumosos (BMG) com base nas temperaturas características como a temperatura de transição vítrea - Tg; temperatura de início de cristalização - Tx e a temperatura liquidus - Tl; (iii) o parâmetro Zc, que é a espessura crítica para a formação do vidro volumoso e que corresponde à máxima dimensão com que o fundido pode ser formado sem que haja precipitação de cristais e (iv) o parâmetro Rc, que é a taxa de resfriamento crítico para a formação de vidro a qual decresce inversamente aos valores de Zc. Através de formalismo matemático para combinar todos os parâmetros, o software pode decidir qual a faixa de composição mais adequada para a produção de uma nova liga. Os resultados são apresentados e comparados com a bibliografia existente, além de terem sido desenvolvidas ligas experimentais para comparação. Estes resultados indicam uma boa concordância com a literatura e com os dados experimentais, uma vez que não se trata de uma teoria geral, mas que pretende atender a alguns casos específicos com razoável convergência e que ainda precisam ser melhor estudados.This thesis presents the development of a new criterion which can indicate new compositions for amorphous metallic alloys. This new criterion was based on dense packing of spheres combined with the lambda criterion through the coordination number. The mathematical development is presented and a software was developed with the purpose of indicating alloys with best glass forming ability (GFA). This software includes and concatenates several other criteria. For this purpose, we performed a mathematical analysis of the criteria, which included: (i) (λmin) criterion which uses the minimum topological instability parameter and it is used as an indication of phase competition during the solidification. (ii) the γ parameter, which reflects the relative GFA between bulky metallic glasses (BMG) and it is based on characteristic temperatures, such as: the glass transition temperature - Tg, the crystallization onset temperature - Tx and the liquidus temperature - Tl. (iii) the parameter Zc that is the critical thickness for bulky glass formation, which corresponds to the maximum dimension in which the molten can be formed without any crystals precipitation and (iv) the parameter Rc that is the critical cooling rate for glass formation, which decreases inversely to the Zc values. Through a mathematical formalism combining all the parameters, the software can decide the most suitable composition range to produce a new alloy. The results are presented and compared with the ones available on the literature. Also, for comparison, new alloys were developed by using the new criterion. These results indicate good agreement with the literature and with the experimental data since it is not a general theory, but intends to meet some specific cases with a reasonable convergence and which still need to be better studied