Una clase de aleación de particular interés para aplicaciones militares son las aleaciones de níquel-tungsteno (Ni-W). Estas aleaciones poseen una alta durabilidad, lo que las hace útiles como recubrimientos. Como Ni y W tienen propiedades diferentes, su interfaz de unión forma capas únicas donde se forman compuestos intermetálicos (IMC) y regiones de recristalización inducida por difusión (DIR) a través de procesos como la difusión y reacciones interfaciales.

Estas regiones exhiben comportamientos mecánicos, térmicos y químicos significativamente diferentes en comparación con el resto de la aleación. Por lo tanto, comprender las propiedades de estas interfaces es un aspecto importante a la hora de diseñar aleaciones con propiedades adecuadas.

Ahora, investigadores dirigidos por el profesor asistente Minho Oh del Instituto de Tecnología de Tokio y entre ellos el profesor Hee-Soo Kim, actualmente en la Universidad Chosun, Corea del Sur, han revelado cómo se forman varias fases, incluidas las IMC, dentro de una aleación de Ni-W. Sus hallazgos se publicaron en el Journal of Alloys and Compounds. puede resultar valioso en el desarrollo de aleaciones de Ni-W que duren más y sean más efectivas como recubrimientos.

"Los conocimientos obtenidos de los estudios sobre IMC y capas intermedias formadas por difusión en la interfaz Ni/W tienen el potencial de mejorar significativamente la eficacia y la longevidad de materiales importantes en diversos campos", afirma Oh.

Para examinar la interfaz Ni/W, los investigadores intercalaron una lámina de W entre dos placas de Ni. Luego calentaron la muestra a 1123 K durante 112 horas para estimular la difusión, seguido del recocido a la misma temperatura durante 234,15 horas.

Posteriormente, los investigadores analizaron la morfología y composiciones químicas de la interfaz mediante técnicas experimentales. Analizaron las concentraciones de Ni y W en cada fase de la sección transversal del material, así como los tamaños de grano de las regiones formadas en la interfaz.

Además, los investigadores desarrollaron un modelo de difusión que tenía en cuenta las velocidades de difusión de Ni y W tanto en el metal en masa como en diferentes regiones de interfaz para explicar la formación de estas regiones de interfaz.

Su análisis reveló que la interdifusión de Ni y W da como resultado una capa IMC de Ni₄ W, que crece bidireccionalmente hacia las placas Ni y W. Los átomos de W continúan moviéndose hacia la matriz de Ni, formando una región recristalizada inducida por difusión (DIR) entre la matriz de Ni y la capa de IMC. En particular, tanto el Ni₄ W IMC y la región DIR exhiben una estructura policristalina.

La región DIR no es una fase individual sino una región de solución sólida dentro de la fase de Ni. Se caracteriza por la presencia de granos alargados en forma de columna que facilitan la difusión en los límites de grano de los átomos de W.

En la región DIR, el desequilibrio en las velocidades de difusión de Ni y W provoca que se formen vacíos de forma irregular conocidos como huecos de Kirkendall cerca de la interfaz entre Ni y DIR en la región DIR. En particular, las interfaces que consisten en la región DIR, IMC y huecos influyen en la resistencia y las propiedades térmicas del material.

"Estos hallazgos no sólo mejoran nuestra comprensión de la región DIR resultante de la formación y difusión de IMC en la interfaz Ni/W, sino que también ofrecen información crucial sobre el fenómeno de la generación de vacíos de Kirkendall y el mecanismo de formación de defectos dentro de la región DIR del sistema metálico. ", dice Oh.

"Este enfoque integrado mejora nuestra comprensión de la termodinámica y la cinética en el par de difusión Ni-W, avanzando conocimientos cruciales para la ciencia de materiales de alta temperatura".