Metales y aleaciones nanogranados, cuyo tamaño de grano es inferior a 100 nm, exhiben una resistencia extremadamente alta y alta ductilidad, que posee excelentes propiedades mecánicas. Materiales nanogranados, sin embargo, tienen un gran número de límites de grano y, por lo tanto, una alta energía de límite de grano total. A una temperatura superior a una temperatura crítica, Los granos en materiales nanogranados crecerán espontáneamente para reducir la energía del límite del grano, que conduce a la inestabilidad térmica de los materiales. Un enfoque común para mejorar la estabilidad térmica es a través de la segregación de energía en los límites del grano, que termodinámicamente reduce la energía de la frontera del grano y fija cinéticamente el movimiento de los límites del grano, mejorando así la temperatura crítica de recristalización. Sin embargo, El papel de las tensiones mecánicas en la estabilidad térmica aún no se ha estudiado de forma sistemática.

Un artículo publicado recientemente titulado "Segregación y relajación de los límites de grano en aleaciones policristalinas nanogranizadas, " en CIENCIA CHINA Física, Mecánica y Astronomía , estudia sistemáticamente la estabilidad térmica de las aleaciones nanogranuladas, mediante la investigación analítica de tres comportamientos acoplados entre los límites de los granos y los granos cristalinos entre concentraciones químicas y tensiones mecánicas. Los tres comportamientos acoplados son 1) el acoplamiento entre la tensión en los límites del grano y la tensión del grano, 2) segregación del límite de grano, y 3) el acoplamiento entre concentración y estrés. Finalmente, se desarrolla un nuevo criterio termodinámico para la estabilidad térmica de las aleaciones nanogranuladas, lo que muestra que las tensiones juegan un papel muy importante allí. Los autores del artículo son Zhang Tong-Yi, Gao Yingxin y Sun Sheng del Instituto del Genoma de Materiales, Universidad de Shanghai.

La energía termodinámica se divide en energía mecánica y energía química y ambas se acoplan entre sí. El análisis de la energía mecánica considera la tensión propia en el límite del grano y la deformación propia inducida por la segregación en el límite del grano y desarrolla un método híbrido para resolver el problema de acoplamiento de la tensión propia y la deformación propia. El análisis de termodinámica química considera la diferencia en los potenciales químicos de los elementos puros en los límites de los granos y en los granos, y por tanto propone una isoterma de adsorción de McLean generalizada, que naturalmente incluye el término de estrés. Basado en los tres efectos de acoplamiento coherentes, se desarrolla un criterio novedoso para la estabilidad térmica de las aleaciones nanogranuladas, y expresada cuantitativa y analíticamente por la diferencia en energía libre molar entre una aleación policristalina nanogranulada y su contraparte monocristalina. Una diferencia positiva o negativa en la energía libre molar indica que la aleación nanogranulada es térmicamente inestable o estable.

Las aleaciones binarias Ni1-xMox se toman como ejemplo para ilustrar, con figuras, los resultados teóricos y los roles de cada uno de los parámetros involucrados en el criterio analítico. El presente estudio muestra que las tensiones juegan un papel vital en la estabilidad térmica de las aleaciones nanogranuladas. Cualquier criterio sin considerar las tensiones internas estimaría parcialmente la estabilidad térmica de las aleaciones nanogranuladas.