El compuesto de hierro y aluminio con la fórmula química Fe3 Al tiene algunas propiedades mecánicas muy útiles. Un equipo de la Universidad de Osaka ha combinado simulaciones con técnicas experimentales para comprender mejor la cinética de formación de microestructuras para mejorar y utilizar estas propiedades para aplicaciones específicas.
En un estudio publicado en Acta Materialia Los investigadores observaron en profundidad cómo se modifica la microestructura del Fe3. Al se desarrolla porque los dominios ordenados que lo forman contribuyen a una de sus propiedades clave:la superelasticidad.
Cuando se aplican cargas elevadas a materiales superelásticos, estos pueden deformarse generando grandes deformaciones, lo que daría como resultado una deformación permanente en materiales convencionales sin rotura. Curiosamente, pueden volver a su forma original cuando se descargan. Esto se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones, desde materiales para el cuidado de la salud hasta dispositivos sísmicos para materiales de construcción.
La superelasticidad resulta de la forma en que están dispuestos los átomos en un material. Esto puede diferir entre materiales. En el material superelástico más conocido, es decir, las aleaciones de TiNi, que consisten en metales preciosos y raros como titanio y níquel, el cambio de las estructuras cristalinas en respuesta a la carga (es decir, transformación martensítica) es responsable de la gran deformación plástica y la recuperación. de la forma.
Por el contrario, en Fe3 Al estar formado por metales comunes como hierro y aluminio, las propiedades superelásticas no son causadas por el cambio de la estructura cristalina sino por el deslizamiento por dislocación, que es el desplazamiento relativo de los átomos que mantienen la estructura cristalina. El deslizamiento de la dislocación normalmente da lugar a una tensión permanente, excepto cuando hay una fuerza que puede dar lugar al movimiento hacia atrás de la dislocación.
En Fe3 Al, el retroceso de la dislocación puede ser causado por límites antifase (APB) que separan áreas dentro de un material conocidos como dominios, y la forma y el tamaño de los límites entre estos dominios contribuyen a las propiedades superelásticas.
"Para aprovechar propiedades concretas de un material y garantizar que sean apropiadas para su aplicación, es necesario comprender lo que está sucediendo", explica el autor principal del estudio, Yuheng Liu.
"Hasta ahora, se han encargado estudios de movilidad de los átomos de Fe3 Al han dado lugar a diferentes interpretaciones dependiendo de la técnica experimental. Por lo tanto, hemos combinado simulaciones por computadora de campo de fase y experimentos de microscopía electrónica de transmisión (TEM) para finalmente obtener una buena imagen".
Las simulaciones por computadora predijeron las formas 3D de las áreas en el Fe3 Al con estructura ordenada. Estos hallazgos luego se compararon con observaciones TEM para Fe3 Todas las muestras se calentaron a diferentes temperaturas. Los datos combinados revelaron la movilidad para formar el D03 ordenado. -tipo estructura.
El D03 estructura del Fe3 Al es similar a L21 estructura de otros materiales. Por lo tanto, los hallazgos podrían proporcionar un punto de partida para explorar tratamientos térmicos para otros materiales funcionales, incluidos semimetales para la espintrónica, que pueden llegar a ser cruciales para la computación cuántica en un futuro próximo.
"Es un desafío diseñar experimentos que puedan capturar el movimiento de los límites y los detalles de cómo evoluciona la microestructura, particularmente en las primeras etapas de ordenamiento", dice el autor principal Yuichiro Koizumi. "Las simulaciones de campo de fase proporcionan una ventana al proceso que faltaba en estudios anteriores."
Se espera que los hallazgos del estudio respalden las aplicaciones en la industria de la construcción. Por ejemplo, Fe3 Al podría usarse para imprimir en 3D piezas estructurales que puedan actuar como amortiguadores de actividad sísmica.
Más información: Yuheng Liu et al, Resolviendo la discrepancia de larga data en las movilidades de ordenación de Fe3Al:un estudio sinérgico experimental y de campo de fase, Acta Materialia (2024). DOI:10.1016/j.actamat.2024.119958
Información de la revista: Acta Materialia
Proporcionado por la Universidad de Osaka
