En un primer experimento, los investigadores utilizaron neutrones para investigar el rendimiento de una nueva aleación de aluminio en un motor de gasolina, mientras el motor estaba funcionando.
Un equipo del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía trabajó con socios de la industria para realizar la prueba, que analizó si una aleación de alto rendimiento que es prometedora para aplicaciones automotrices se mantiene bajo el calor y el estrés de un motor de combustión interna.
La hazaña fue la primera vez para la fuente de neutrones de espalación, dijo Ke An, científico líder de instrumentos para el instrumento VULCAN de la instalación. "Esta fue la primera vez que un motor de combustión interna se ha ejecutado en nuestro difractómetro y, hasta donde sabemos, en cualquier otro ", afirmó.
Las propiedades únicas de los neutrones les permiten penetrar materiales de una manera no destructiva, revelando detalles fundamentales sobre la estructura atómica de un material. VULCAN usa neutrones para medir la tensión y el estrés en muestras industriales grandes, lo que lo hizo ideal para evaluar un molde de culata deuna aleación de aluminio-cerio ORNL desarrollada en asociación con Eck Industries.
El científico de materiales ORNL Orlando Rios, que ha estado trabajando a través del Instituto de Materiales Críticos para explorar el uso del cerio como agente fortalecedor de las aleaciones de aluminio, dirigió el experimento.
"Nuestro experimento confirmó que nuestra aleación supera a otras aleaciones de aluminio a temperaturas elevadas", dijo Rios.
"La industria automotriz actualmente está interesada en las aleaciones que pueden soportar las altas demandas de calor de las nuevas tecnologías eficientes en energía", explicó. "Nuestra composición de aluminio y cerio muestra una estabilidad excepcional a temperaturas superiores a 500 grados Celsius [932 gradosFahrenheit], que es inaudito para las aleaciones de aluminio. "
El teniente Eric Stromme, miembro de Navy Tours with Industry Fellow que ayudó en el proyecto, agregó: "Con una aleación de aluminio estable a altas temperaturas, los motores podrían funcionar más calientes y los componentes podrían hacerse más livianos, aumentando la eficiencia y la economía de combustible".
Ayudado por colegas de la Instalación de Demostración de Manufactura de ORNL y el Centro Nacional de Investigación de Transporte, el equipo de Rios echó la culata Al-Ce usando moldes de arena impresos en 3-D y adaptó el componente a un motor prototipo diseñado específicamente para VULCAN.
Durante el experimento de tres días, con el motor detenido y reiniciado mediante un encendido remoto desde la sala de control de VULCAN, la difracción de neutrones permitió a los investigadores "ver" la estabilidad a altas temperaturas de Al-Ce durante el régimen operativo del motor.
Los materiales experimentan fuerzas complejas y temperaturas extremas durante la combustión interna, por lo que los investigadores querían medir el rendimiento del material durante las condiciones de funcionamiento reales.
"Realmente pusimos a prueba el motor. Probablemente fue el experimento más ruidoso que tuvo lugar en SNS", señaló Rios, quien trabajó en el proyecto con Michael Kesler, posdoctorado de ORNL, y el becario Zachary Sims de la Universidad de Tennessee Bredesen Center.
"Todo el equipo quedó impresionado por la calidad de los datos de VULCAN, especialmente dado que los neutrones tuvieron que viajar a través de toda la estructura del motor antes de ser observados por nuestros detectores para proporcionar información sobre la culata en funcionamiento", dijo Rios."Eso es realmente notable"
Y agregó: "Lo que hemos logrado es una prueba de concepto para demostrar la viabilidad y el valor de este tipo de experimento".
An notó la efectividad de colaborar entre disciplinas entre ORNL y socios de la industria para apoyar el esfuerzo. Actualmente está trabajando para simplificar el proceso para futuros usuarios de VULCAN.
"Este fue un experimento fundamental no solo para comprender mejor esta aleación, sino también para proporcionar un análisis más amplio que permitirá procesar nuevas aleaciones, no solo compuestos de aluminio, de esta manera", dijo Rios. "El experimento demuestra los beneficiosde acoplar la ciencia fundamental con la investigación y el desarrollo en la etapa inicial de nuevos materiales y tecnologías. Esperamos que lo que estamos aprendiendo a través de este experimento se pueda aplicar a muchos otros materiales en una amplia gama de aplicaciones ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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