Las aleaciones de alta entropía, que están hechas de partes casi iguales de varios metales primarios, podrían tener un gran potencial para crear materiales con propiedades mecánicas superiores.
Pero con un número prácticamente ilimitado de combinaciones posibles, un desafío para los metalúrgicos es descubrir dónde enfocar sus esfuerzos de investigación en un mundo vasto e inexplorado de mezclas metálicas.
Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia ha desarrollado un nuevo proceso que podría ayudar a orientar dichos esfuerzos. Su enfoque implica la construcción de un mapa químico de resolución atómica para ayudar a obtener nuevos conocimientos sobre las aleaciones individuales de alta entropía y ayudar a caracterizar sus propiedades.
En un estudio publicado el 9 de octubre en la revista Naturaleza , los investigadores describieron el uso de espectroscopía de rayos X de dispersión de energía para crear mapas de metales individuales en dos aleaciones de alta entropía. Esta técnica de espectroscopía, utilizada junto con la microscopía electrónica de transmisión, detecta los rayos X emitidos por una muestra durante el bombardeo porun haz de electrones para caracterizar la composición elemental de una muestra analizada. Los mapas muestran cómo los átomos individuales se organizan dentro de la aleación, lo que permite a los investigadores buscar patrones que podrían ayudarlos a diseñar aleaciones que enfatizan las propiedades individuales.
Por ejemplo, los mapas podrían dar a los investigadores pistas para comprender por qué la sustitución de un metal por otro podría hacer que una aleación sea más fuerte o más débil, o por qué un metal supera a otros en ambientes extremadamente fríos.
"La mayoría de las aleaciones utilizadas en aplicaciones de ingeniería tienen solo un metal primario, como el hierro en el acero o el níquel en las superaleaciones a base de níquel, con cantidades relativamente pequeñas de otros metales", dijo Ting Zhu, profesor de George W. WoodruffEscuela de Ingeniería Mecánica de Georgia Tech. "Estas nuevas aleaciones que tienen concentraciones relativamente altas de cinco o más metales abren la posibilidad de aleaciones no convencionales que pueden tener propiedades sin precedentes. Pero este es un nuevo espacio de composición que no se ha explorado, ytodavía tengo un conocimiento muy limitado de esta clase de materiales ".
El nombre "alta entropía" se refiere a la falta de uniformidad en la mezcla de metales, así como a cuántas formas diferentes y algo aleatorias se pueden ordenar los átomos de los metales a medida que se combinan.
Los nuevos mapas podrían ayudar a los investigadores a determinar si existen estructuras atómicas no convencionales que adopten tales aleaciones que puedan aprovecharse para aplicaciones de ingeniería, y cuánto control podrían tener los investigadores sobre las mezclas para "ajustarlas" a rasgos específicos, Zhudijo.
Para probar el nuevo enfoque de imágenes, el equipo de investigación comparó dos aleaciones de alta entropía que contienen cinco metales. Una era una mezcla de cromo, hierro, cobalto, níquel y manganeso, una combinación comúnmente conocida como aleación "Cantor".El otro fue similar pero sustituyó al manganeso por paladio. Esa sustitución resultó en un comportamiento muy diferente en la forma en que los átomos se dispusieron en la mezcla.
"En la aleación de Cantor, la distribución de los cinco elementos es consistentemente aleatoria", dijo Zhu. "Pero con la nueva aleación que contiene paladio, los elementos muestran agregaciones significativas debido al tamaño atómico muy diferente de los átomos de paladio, así como a sudiferencia en electronegatividad en comparación con los otros elementos ".
En la nueva aleación con paladio, el mapeo mostró que el paladio tendía a formar grandes grupos, mientras que el cobalto parecía acumularse en lugares donde el hierro estaba en bajas concentraciones.
Esas agregaciones, con sus tamaños y espaciamientos en el rango de unos pocos nanómetros, proporcionan una fuerte resistencia a la deformación y podrían explicar las diferencias en las propiedades mecánicas de una aleación de alta entropía a otra. En las pruebas de deformación, la aleación con paladio mostró un mayor rendimiento.resistencia mientras mantiene un endurecimiento por deformación y una ductilidad a la tracción similares a las de la aleación Cantor.
"La modulación a escala atómica de la distribución de elementos produce la fluctuación de la resistencia de la red, lo que sintoniza fuertemente los comportamientos de dislocación", dijo Qian Yu, coautor del artículo y profesor de la Universidad de Zhejiang. "Tal modulación se produce a una escala más finaque el endurecimiento por precipitación y es más grande que el reforzamiento de la solución sólida tradicional. Y proporciona comprensión del carácter intrínseco de las aleaciones de alta entropía ".
Los hallazgos podrían permitir a los investigadores diseñar aleaciones personalizadas en el futuro, aprovechando una propiedad u otra.
El equipo también incluyó investigadores de la Universidad de Tennessee, Knoxville; la Universidad de Tsinghua; y la Academia China de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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