Un equipo dirigido por investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli de la UCLA ha creado un metal estructural súper fuerte pero ligero con una resistencia y módulo específicos extremadamente altos, o una relación rigidez / peso. El nuevo metal está compuesto demagnesio infundido con una densa e incluso dispersión de nanopartículas cerámicas de carburo de silicio. Podría usarse para fabricar aviones, naves espaciales y automóviles más ligeros, ayudando a mejorar la eficiencia del combustible, así como en dispositivos electrónicos y dispositivos biomédicos móviles.
Para crear el metal súper fuerte pero liviano, el equipo encontró una nueva forma de dispersar y estabilizar las nanopartículas en metales fundidos. También desarrollaron un método de fabricación escalable que podría allanar el camino para obtener más metales livianos de alto rendimiento. La investigación fuepublicado hoy en Naturaleza .
"Se ha propuesto que las nanopartículas realmente podrían mejorar la resistencia de los metales sin dañar su plasticidad, especialmente los metales ligeros como el magnesio, pero hasta ahora ningún grupo ha podido dispersar nanopartículas de cerámica en metales fundidos", dijo Xiaochun Li, el investigador principalen la investigación y la Cátedra Raytheon en Ingeniería de Manufactura en UCLA. "Con una infusión de física y procesamiento de materiales, nuestro método abre una nueva forma de mejorar el rendimiento de muchos tipos diferentes de metales mediante la infusión uniforme de nanopartículas densas para mejorar el rendimiento de los metales paracumplir con los desafíos de energía y sostenibilidad en la sociedad actual "
Los metales estructurales son metales que soportan cargas; se usan en edificios y vehículos. El magnesio, con solo dos tercios de la densidad del aluminio, es el metal estructural más liviano. El carburo de silicio es una cerámica ultradura que se usa comúnmente en cuchillas de corte industrialesLa técnica de los investigadores de infundir una gran cantidad de partículas de carburo de silicio de menos de 100 nanómetros en magnesio agregó una resistencia, rigidez, plasticidad y durabilidad significativas a altas temperaturas.
El nuevo magnesio infundido con carburo de silicio de los investigadores demostró niveles récord de resistencia específica - cuánto peso puede soportar un material antes de romperse - y módulo específico - la relación rigidez / peso del material. También mostró una estabilidad superior enaltas temperaturas.
Las partículas cerámicas se han considerado durante mucho tiempo como una forma potencial de fortalecer los metales. Sin embargo, con las partículas cerámicas a microescala, el proceso de infusión produce una pérdida de plasticidad.
Las partículas a nanoescala, por el contrario, pueden mejorar la resistencia al tiempo que mantienen o incluso mejoran la plasticidad de los metales. Pero las partículas de cerámica a nanoescala tienden a agruparse en lugar de dispersarse de manera uniforme, debido a la tendencia de las partículas pequeñas a atraerse entre sí.
Para contrarrestar este problema, los investigadores dispersaron las partículas en una aleación de magnesio y zinc fundido. La dispersión de nanopartículas recientemente descubierta se basa en la energía cinética en el movimiento de las partículas. Esto estabiliza la dispersión de las partículas y evita la aglomeración.
Para mejorar aún más la resistencia del nuevo metal, los investigadores utilizaron una técnica llamada torsión de alta presión para comprimirlo.
"Los resultados que obtuvimos hasta ahora solo están rascando la superficie del tesoro escondido para una nueva clase de metales con propiedades y funcionalidades revolucionarias", dijo Li.
El nuevo metal más exactamente llamado nanocompuesto de metal tiene aproximadamente un 14 por ciento de nanopartículas de carburo de silicio y un 86 por ciento de magnesio. Los investigadores notaron que el magnesio es un recurso abundante y que aumentar su uso no causaría daño ambiental.
El autor principal del artículo es Lian-Yi Chen, quien realizó la investigación como investigador postdoctoral en el Laboratorio de Scifacturing de Li en UCLA. Chen ahora es profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri.
Los otros autores del artículo de la UCLA incluyen a Jia-Quan Xu, una estudiante graduada en ciencia e ingeniería de materiales; Marta Pozuelo, ingeniera asistente de desarrollo; y Jenn-Ming Yang, profesora de ciencia e ingeniería de materiales.
Los otros autores en el artículo son Hongseok Choi, de la Universidad de Clemson; Xiaolong Ma, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte; Sanjit Bhowmick de Hysitron, Inc. de Minneapolis; y Suveen Mathaudhu de UC Riverside.
La investigación fue financiada en parte por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Los Ángeles . Original escrito por Matthew Chin. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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