Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han arrojado nueva luz sobre un misterio científico con respecto al mecanismo a nivel atómico de la fragilidad por azufre del níquel, un problema clásico que ha desconcertado a la comunidad científica durante casi un siglo. El descubrimiento también enriquece fundamentalmentecomprensión de los límites generales del grano que a menudo controlan las propiedades mecánicas y físicas de los materiales policristalinos.
El estudio fue dirigido por Jian Luo, profesor de nanoingeniería y ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs. El trabajo se publica el 17 de julio en Comunicaciones de la naturaleza .
Desde principios de 1900, los ingenieros y científicos han reconocido que las impurezas de azufre causan que el níquel y otros metales dúctiles, como el hierro y el acero, fallen a bajos niveles de tensión. La fragilidad de azufre de los metales es de importancia tecnológica general porque se utilizan muchas aleaciones de ingeniería.en entornos con contenido de azufre, como las aleaciones de alta temperatura a base de níquel utilizadas en las centrales eléctricas de carbón de próxima generación para aumentar la eficiencia energética.
Los investigadores han sabido que esta fragilidad está relacionada con la segregación de azufre en el límite de grano, pero los mecanismos atómicos subyacentes han permanecido esquivos.
Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han arrojado nueva luz sobre estos mecanismos al examinar los límites generales del grano en los policristales de níquel dopados con azufre. Usaron una combinación de microscopía electrónica de transmisión de exploración con corrección de aberración y simulaciones atomísticas de conjuntos semi-gran-canónicos.
El equipo de Luo descubrió que la competencia entre el orden interfacial y el desorden conduce a la formación alterna de facetas amorfas y bicapa en los límites generales del grano. También encontraron que las estructuras interfaciales bipolares causan fracturas intergranulares frágiles entre las estructuras polares de azufre y níquel que sondesordenadamente alineado en dos direcciones opuestas.
"Mecanismos similares pueden causar fragilización del límite de grano en otros sistemas metálicos no metálicos. Los ejemplos incluyen fragilización de oxígeno, azufre, fósforo e hidrógeno de otros metales y aleaciones. Estos son de gran importancia tecnológica", dijo Luo.
Este trabajo avanza aún más la investigación previa del grupo de Luo sobre la fragilidad del níquel por bismuto, que se realizó en colaboración con la Universidad de Lehigh y se publicó en dos informes posteriores en ciencia en 2011 y 2017. Los investigadores descubrieron que las estructuras interfaciales altamente ordenadas se forman en los límites generales del grano en níquel dopado con bismuto. En el nuevo estudio de Nature Communications, el grupo de Luo descubrió que las estructuras interfaciales bipolares desordenadas se forman en níquel dopado con azufre.
"El bismuto y el azufre son dos impurezas de fragilización conocidas para el níquel. Curiosamente, encontramos que representan dos casos extremos de estructuras interfaciales, ordenadas versus desordenadas, respectivamente. Por lo tanto, pueden considerarse como dos ejemplos clásicos de límite de granofragilidad con diferentes estructuras atomísticas subyacentes ", dijo Luo.
Además de los mecanismos de fragilidad, los investigadores dicen que este estudio arroja nueva luz sobre los misteriosos fenómenos anormales de crecimiento de grano en el níquel dopado con azufre y enriquece la comprensión fundamental de las interfaces desordenadas. Este estudio también desafía una visión tradicional al mostrar que la orientación del granoLa faceta límite, en lugar de la desorientación, dicta la estructura interfacial.
"Este trabajo amplía nuestro conocimiento fundamental de las interfaces de materiales más allá de las interfaces ordenadas bien caracterizadas y los límites simétricos especiales en los bicristales artificiales que han sido el foco de la mayoría de los estudios anteriores. Ahora, tenemos una nueva visión de las interfaces desordenadas y los límites generales del granoen policristales del mundo real, que a menudo limitan el rendimiento de la mayoría de los materiales de ingeniería ", dijo Luo.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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