Usando simulación por computadora, Alberto Ferrari calculó una propuesta de diseño para una aleación con memoria de forma que conserva su eficiencia durante mucho tiempo incluso a altas temperaturas. Alexander Paulsen lo fabricó y confirmó experimentalmente la predicción. La aleación de titanio, el tantalio y el escandio son más que una nueva aleación con memoria de forma de alta temperatura. Bastante, El equipo de investigación del Centro Interdisciplinario de Simulación Avanzada de Materiales (Icams) y el Instituto de Materiales de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) también ha demostrado cómo las predicciones teóricas se pueden utilizar para producir nuevos materiales más rápidamente. El grupo publicó su informe en la revista Materiales de revisión física a partir del 21 de octubre de 2019. Su trabajo fue presentado como sugerencia de un editor.

Evitando la fase no deseada

Las aleaciones con memoria de forma pueden restablecer su forma original después de la deformación cuando cambia la temperatura. Este fenómeno se basa en una transformación de la red cristalina en la que se disponen los átomos de los metales. Los investigadores se refieren a esto como transformación de fase. "Además de las fases deseadas, también hay otros que se forman de forma permanente y debilitan considerablemente o incluso destruyen por completo el efecto de memoria de forma, "explica el Dr. Jan Frenzel del Instituto de Materiales. La llamada fase omega ocurre a una temperatura específica, dependiendo de la composición del material. Hasta la fecha, Muchas aleaciones con memoria de forma para el rango de alta temperatura resistirían solo unas pocas deformaciones antes de que se volvieran inutilizables una vez que se estableciera la fase omega.

Las aleaciones con memoria de forma prometedoras para aplicaciones de alta temperatura se basan en una mezcla de titanio y tantalio. Al cambiar las proporciones de estos metales en la aleación, los investigadores pueden determinar la temperatura a la que se produce la fase omega. "Sin embargo, mientras podemos mover esta temperatura hacia arriba, Desafortunadamente, la temperatura de la transformación de fase deseada se reduce en el proceso, "dice Jan Frenzel.

La mezcla altera las propiedades

Los investigadores de RUB intentaron comprender en detalle los mecanismos del inicio de la fase omega, con el fin de encontrar formas de mejorar el rendimiento de las aleaciones con memoria de forma para el rango de alta temperatura. Para tal fin, Alberto Ferrari, Doctor. investigador en Icams, calculó la estabilidad de las respectivas fases en función de la temperatura para diferentes composiciones de titanio y tantalio. "Pudo usarlo para confirmar los resultados de los experimentos, "señala la Dra. Jutta Rogal de Icams.

En el siguiente paso, Alberto Ferrari simuló la adición de pequeñas cantidades de terceros elementos a la aleación con memoria de forma de titanio y tantalio. Seleccionó a los candidatos según criterios específicos, por ejemplo, deberían ser lo más no tóxicos posible. Resultó que una mezcla de un pequeño porcentaje de escandio tendría que hacer que la aleación funcionara durante mucho tiempo incluso a altas temperaturas. "Aunque el escandio pertenece a las tierras raras y es, como consecuencia, costoso, solo necesitamos muy poco, por eso vale la pena usarlo de todos modos, "explica Jan Frenzel.

La predicción es precisa

Alexander Paulsen luego produjo la aleación calculada por Alberto Ferrari en el Instituto de Materiales y probó sus propiedades en un experimento:los resultados confirmaron los cálculos. Un examen microscópico de las muestras demostró más tarde que, incluso después de muchas deformaciones, no se encontró ninguna fase omega en la red cristalina de la aleación. "Por lo tanto, hemos ampliado nuestro conocimiento básico de las aleaciones con memoria de forma a base de titanio y hemos desarrollado posibles nuevas aleaciones con memoria de forma a alta temperatura, "dice Jan Frenzel." Además, es genial que las predicciones de simulación por computadora sean tan precisas ". Dado que la producción de tales aleaciones es muy compleja, la implementación de propuestas de diseño asistido por computadora para nuevos materiales promete un éxito mucho más rápido.