Las aleaciones de aluminio tienen propiedades materiales únicas y son materiales indispensables en la fabricación de aviones y la tecnología espacial. Con la ayuda de la tomografía electrónica de alta resolución, Los investigadores de TU Graz han decodificado por primera vez mecanismos cruciales para comprender estas propiedades. Los resultados de la investigación se han publicado recientemente en Materiales de la naturaleza .

Nano estructuras responsables de la calidad del material

Los elementos de aleación como el escandio y el circón se agregan a la matriz de aluminio para mejorar la resistencia. resistencia a la corrosión y soldabilidad de las aleaciones de aluminio. Después de un tratamiento adicional, los llamados nanoprecipitados, están formados. Se trata de pequeñas partículas redondeadas de sólo unos pocos nanómetros de tamaño. Su forma, La estructura atómica y la 'lucha' de los átomos de escandio y circonio por el 'mejor lugar' en la red cristalina son decisivos para las propiedades y usabilidad del material.

Los investigadores analizaron estas estructuras con la ayuda del Microscopio Electrónico de Transmisión de Barrido de Austria (ASTEM) en el Centro de Microscopía Electrónica de Graz (ZFE). El dispositivo puede producir mapeos de elementos de alta resolución de estructuras tridimensionales. "El análisis tomográfico proporcionó una imagen que, asombrosamente, no se pudo interpretar de acuerdo con el nivel de conocimiento previo, "dijo Gerald Kothleitner, jefe del grupo de trabajo de microscopía electrónica de transmisión analítica en el Instituto de Microscopía Electrónica y Nanoanálisis de TU Graz. "Detectamos anomalías en las estructuras núcleo-capa generadas. Por un lado, encontramos mayores cantidades de aluminio en los nanoprecipitados de lo que supusimos. Por otra parte, descubrimos un núcleo enriquecido con circón, así como zonas fronterizas entre el núcleo y la cáscara con una composición y estructura cristalina casi perfectas ".

La mecánica cuántica y los métodos de Monte Carlo proporcionan respuestas

Para rastrear este fenómeno de autoorganización, investigadores del Instituto de Microscopía Electrónica y Nanoanálisis (FELMI) y del Instituto de Ciencia de Materiales, Unir y formar (IMAT) recurrió a los cálculos y simulaciones de la mecánica cuántica. Descubrieron que el sistema se separa y forma canales atómicamente estrechos en los que los átomos extraños pueden difundirse. Los átomos que se encuentran bloquean estos canales y estabilizan el sistema. La estudiante de doctorado Angelina Orthacker da una explicación gráfica del movimiento de los átomos:"El proceso de difusión se puede comparar con la formación de un corredor de emergencia en una zona urbana con mucho tráfico. El tráfico logra organizarse en una fracción de segundo para permitir la flujo libre de vehículos de emergencia. Pero solo se necesitan unos pocos vehículos individuales para bloquear el corredor de emergencia, impidiendo así que funcione ". Y este es exactamente el mismo comportamiento en el interior de las aleaciones de aluminio. Los" pasillos de emergencia "promueven el transporte de material de átomos de escandio y circonio e incluso pequeñas perturbaciones detienen esta reacción de transporte. El equipo de investigación presume que el nuevo Los descubrimientos sobre estos procesos de difusión también influyen en otras aleaciones multicomponente, cuyas propiedades ahora se pueden ajustar aún más.