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 la fabricó y confirmó experimentalmente la predicción. La aleación de titanio, tantalio y escandio es másque una nueva aleación con memoria de forma de alta temperatura. Más bien, 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 se pueden utilizar las predicciones teóricas paraproducir 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 se mostró como sugerencia del 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 están dispuestos los átomos de los metales. Los investigadores se refieren a esto como transformación de fase ".Además de las fases deseadas, también hay otras 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 denominada fase omega se produce a una temperatura determinada, segúnen 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 volverse 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 ".esta temperatura hacia arriba, la temperatura de la transformación de fase deseada desafortunadamente 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 ello, Alberto Ferrari, investigador de doctorado enIcams, 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 el Dr. Jutta Rogal de Icams.
En el siguiente paso, Alberto Ferrari simuló la adición de pequeñas cantidades de terceros elementos a la aleación de titanio y tantalio con memoria de forma. Seleccionó a los candidatos de acuerdo con criterios específicos, por ejemplo, deberían ser lo más no tóxicos posible.que una mezcla de un pequeño porcentaje de escandio tendría que resultar en que la aleación funcione durante mucho tiempo incluso a altas temperaturas. "Aunque el escandio pertenece a las tierras raras y es, en consecuencia, caro, solo necesitamos muy poco de él,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 enla red cristalina de la aleación. "Por lo tanto, hemos ampliado nuestro conocimiento básico de las aleaciones con memoria de forma basadas en titanio y hemos desarrollado posibles nuevas aleaciones con memoria de forma de alta temperatura", dice Jan Frenzel. "Además, es genial que las predicciones de simulación por computadora sean tanprecisa. "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.
Financiamiento
La investigación fue financiada por la Fundación de Investigación Alemana como parte del grupo de investigación 1766 proyecto no. 200999873. Algunos de los cálculos fueron realizados usando supercomputadoras por la Infraestructura Nacional Sueca para Computación en el Centro Nacional de Supercomputación NSC en Linköping y enel Centro de Computación de Alto Rendimiento de Estocolmo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad de Bochum . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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