Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de la Ciudad de Hong Kong CityU ha desarrollado una estrategia novedosa para desarrollar nuevas aleaciones de alta resistencia que son extremadamente fuertes pero también dúctiles y flexibles. La estrategia supera los problemas críticos del comercio de resistencia y ductilidaddilema, allanando el camino para desarrollar materiales estructurales innovadores en el futuro.
Las aleaciones de elementos principales múltiples, generalmente denominadas aleaciones de alta entropía HEA, es un nuevo tipo de materiales construidos con cantidades iguales o casi iguales de cinco o más metales. Actualmente son el centro de atención en la ciencia e ingeniería de materialesdebido a sus propiedades potencialmente deseables para aplicaciones estructurales. Sin embargo, la mayoría de las aleaciones comparten la misma característica perjudicial clave: cuanto mayor es la resistencia de una aleación, menor es la ductilidad y tenacidad, lo que significa que las aleaciones fuertes tienden a ser menos deformables o estirables sin fracturas.
Recientemente, sin embargo, una investigación dirigida por el profesor Liu Chain Tsuan, profesor distinguido de la Universidad del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales en CityU, ha encontrado una solución innovadora a este desalentador dilema de décadas de duración, haciendo aleaciones de alta entropíafuerte pero también muy dúctil a través de la precipitación masiva de partículas a nanoescala. La investigación acaba de publicarse en el último número de la revista ciencia , titulado "Nanopartículas intermetálicas multicomponentes y excelentes comportamientos mecánicos de aleaciones complejas"
Solución de compensación de resistencia-ductilidad
"Somos capaces de hacer una nueva aleación de alta entropía llamada Al 7 Ti 7 FeCoNi 86 -Al 7 Ti 7 con una resistencia superior de 1.5 gigapascales y una ductilidad de hasta 50% en tensión a temperatura ambiente.Fortalecida por nanopartículas, esta nueva aleación es cinco veces más fuerte que la de la aleación a base de hierro-cobalto-níquel FeCoNi ", dice el profesor Liu.
"La mayoría de las aleaciones convencionales contienen uno o dos elementos principales, como el níquel y el hierro para fabricar", explica. "Sin embargo, al agregar elementos adicionales de aluminio y titanio para formar precipitados masivos en la aleación a base de FeCoNi, hemos encontradotanto la resistencia como la ductilidad han aumentado significativamente, resolviendo el problema crítico del dilema de compensación para los materiales estructurales ".
Además, las aleaciones de alta resistencia generalmente se enfrentan a la inestabilidad de la deformación plástica, conocida como el problema del cuello, lo que significa que cuando la aleación está bajo una alta resistencia, su deformación se volvería inestable y conduciría muy fácilmente a la fractura del cuello deformación localizada con una limitación muy limitada.alargamiento uniforme. Pero el equipo ha descubierto además que al agregar "nanopartículas intermetálicas multicomponentes", es decir, nanopartículas complejas hechas de átomos de diferentes elementos, puede fortalecer en gran medida la aleación de manera uniforme al mejorar la inestabilidad de la deformación.
Abordar el "problema del cuello"
Y han encontrado la fórmula ideal para estas nanopartículas complejas, que consisten en átomos de níquel, cobalto, hierro, titanio y aluminio. El profesor Liu explica que cada una de las nanopartículas mide solo 30 a 50 nanómetros. Los átomos de hierro y cobalto que reemplazan algunosde los componentes de níquel ayuda a reducir la densidad de electrones de valencia y mejorar la ductilidad de la nueva aleación. Por otro lado, reemplazar parte del aluminio con titanio reduce en gran medida el impacto de la humedad en el aire para evitar la fragilidad inducida en esta nueva aleación fuerte.
"Esta investigación abre una nueva estrategia de diseño para desarrollar superaleaciones, al diseñar nanopartículas multicomponentes para fortalecer aleaciones complejas para lograr excelentes propiedades mecánicas a temperatura ambiente y elevada", dice el profesor Liu.
Él cree que las nuevas aleaciones desarrolladas con esta nueva estrategia funcionarán bien en temperaturas que oscilan entre -200 ° C y 1000 ° C. Por lo tanto, pueden actuar como una buena base para desarrollar aún más para uso estructural en dispositivos criogénicos, aviones y aeronáuticasistemas y más allá.
El profesor Liu es el autor correspondiente del artículo, y Yang Tao, su estudiante de doctorado y actual investigador asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de CityU es el primer autor. Otros coautores incluyen al Profesor Presidente Kai Jijung, Profesor AsistenteLa Dra. Alice Hu, los becarios post-doctorales Zhao Yilu, Tong Yang, Wei Jie y el estudiante de doctorado Chen Da del Departamento de Ingeniería Mecánica y Centro de Materiales Estructurales Avanzados de la Ciudad de los Estados Unidos; junto con el Dr. Jiao Zengbao, Profesor Asistente del Departamento de Ingeniería Mecánica en HongUniversidad Politécnica de Kong; Profesor Han Xiaodong y Dr. Cai Jixiang del Instituto de Microestructura y Propiedad de Materiales Avanzados de la Universidad Tecnológica de Beijing; Profesor Lu Ke, Director del Laboratorio Nacional Shenyang de Ciencia de Materiales, Instituto de Investigación del Metal, Academia de Ciencias de China;y el profesor Liu Yong del Laboratorio Estatal de Metalurgia de Polvos, que también es director de Powder Metallurgy Instituto de Investigación de la Universidad Central del Sur.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de la ciudad de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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