El descubrimiento de superestructuras ordenadas inducidas por la segregación en los límites generales del grano desafía una visión tradicional en la metalurgia física
Un equipo de investigadores descubrió que los límites de grano general, de ángulo alto, seleccionados al azar en una aleación policristalina de níquel-bismuto Ni-Bi pueden sufrir una reconstrucción interfacial para formar superestructuras ordenadas, un descubrimiento que enriquece las teorías y la comprensión fundamental de ambossegregación de límite de grano y fragilización de metal líquido en metalurgia física.
Este descubrimiento muestra que las superestructuras ordenadas inducidas por la segregación no se limitan a límites de grano especiales que son inherentemente periódicos, sino que pueden existir en una variedad de límites de grano generales que se pensaba que carecían de un orden de largo alcance; por lo tanto, pueden afectarEl rendimiento de las aleaciones policristalinas de ingeniería.
El equipo, incluido el profesor de nanoingeniería Jian Luo aquí en la Universidad de California en San Diego como co-corresponsal junto con el profesor Martin Harmer en la Universidad de Lehigh, presenta sus hallazgos en la edición del 6 de octubre de 2017 ciencia .
Los investigadores observaron e investigaron las superestructuras inducidas por la segregación en los límites generales de grano seleccionados al azar de una aleación policristalina de Ni-Bi a través de microscopía electrónica de transmisión de exploración corregida por aberración AC STEM, junto con cálculos de teoría funcional de densidad de primeros principios.
Los límites de grano son interfaces internas en materiales policristalinos que a menudo controlan las propiedades de los materiales. La segregación de elementos de aleación o impurezas en los límites de grano puede alterar significativamente, a menudo degradando severamente, las propiedades mecánicas y físicas de las aleaciones de ingeniería.
Los estudios previos de las estructuras de segmentación y límite de grano a nivel atómico se han centrado principalmente en la inclinación simétrica de ángulo pequeño o límites de torsión especiales con simetrías altas y periodicidades bien definidas en cristales bicristales artificiales. Sin embargo, la mayoría de los límites de grano en materiales policristalinos son tanllamados límites de grano "generales" de carácter mixto de tilt y twist, que no se comprenden bien debido a las dificultades para caracterizarlos y modelarlos. Sin embargo, tales límites de granos generales a menudo son significativamente más débiles mecánica y químicamente que los límites de granos especiales bien estudiados, lo que limita las propiedades y el rendimiento de los materiales de ingeniería. Aquí, una visión tradicional es que estos límites generales de grano de alto ángulo no pueden sufrir reconstrucciones interfaciales para formar superestructuras ordenadas porque falta una coincidencia de celosía entre los dos granos contiguos. Esta creencia tradicional es desafiada.por este nuevo informe en ciencia .
Más específicamente, las reconstrucciones interfaciales que cambian las simetrías traslacionales 2D, que se sabe que ocurren con frecuencia en las superficies cristalinas, se consideraron imposibles de realizar en los límites generales del grano que deberían carecer de simetrías traslacionales de largo alcance. Pero los investigadores mostraron quese habilita por facetado, así como la formación de pasos a nivel atómico en los límites del grano, lo que permite que se produzcan reconstrucciones interfaciales separadas en ambos planos de la superficie del grano que terminan en una única fase interfacial de "bicapa" en donde se refiere a una "fase interfacial"a una fase termodinámicamente bidimensional formada espontáneamente en una interfaz, que también se denomina "tez".
Específico de este sistema de níquel-bismuto, tales superestructuras interfaciales son la causa raíz de un fenómeno misterioso llamado "fragilidad de metal líquido", en el que un níquel metal dúctil o una aleación a base de níquel normalmente pueden fallar catastróficamente de una manera extremadamente frágil en contacto conun metal líquido a base de bismuto.
Este trabajo es un avance significativo adicional de la investigación colaborativa anterior de Luo con la Universidad de Lehigh publicada hace seis años [Luo et al., Science 333: 1730-1733 2011].
En ese trabajo anterior, los investigadores descubrieron esta fase interfacial de la bicapa que es responsable de la misteriosa fragilidad del metal líquido en el níquel-bismuto, pero las estructuras atómicas exactas de las bicapas no se habían determinado en ese momento. Específicamente, no estaba claro si elLos átomos de bismuto segregados pueden formar superestructuras reconstruidas, cuya existencia no se esperaba en los límites generales del grano, pero se han revelado en este nuevo estudio. Otra observación científicamente interesante del estudio actual es que la reconstrucción interfacial es impulsada y dictada por la orientaciónde la superficie del grano terminal, en lugar de una mala orientación de la red entre los dos granos contiguos, como se cree comúnmente en la metalurgia física clásica.
Los investigadores creen que estos descubrimientos nuevos y algo sorprendentes son científicamente importantes y enriquecen nuestra comprensión fundamental de los límites generales del grano que a menudo controlan las propiedades de rendimiento de varios materiales de ingeniería policristalinos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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