Un equipo de investigación internacional dirigido por científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong CityU descubrió recientemente que las aleaciones de alta entropía HEA exhiben propiedades mecánicas excepcionales a temperaturas ultrabajas debido a la coexistencia de múltiples mecanismos de deformación. Su descubrimiento puedemantenga la clave para diseñar nuevos materiales estructurales para aplicaciones a bajas temperaturas.
El profesor Wang Xunli, miembro recientemente elegido de la Sociedad de Dispersión de Neutrones de América, profesor titular y jefe del Departamento de Física en CityU, se unió a científicos de Japón y China continental para llevar a cabo este desafiante estudio sobre los comportamientos de deformación de HEA en ultrabajas temperaturas. Los resultados de su investigación se publicaron en el último número de la revista científica Avances científicos , titulado "Deformación cooperativa en aleaciones de alta entropía a temperaturas ultrabajas".
dispersión de neutrones: una poderosa herramienta de medición
Los HEA son una nueva clase de materiales estructurales con diferentes propiedades mecánicas favorables, como una excelente combinación de resistencia-ductilidad, alta tenacidad a la fractura y resistencia a la corrosión. Se compone de múltiples elementos principales que contribuyen a comportamientos de deformación complejos.
Por lo general, los materiales se volverían frágiles a bajas temperaturas porque los átomos se "congelan" y pierden su movilidad. Pero los HEA demuestran una alta ductilidad y se pueden estirar a una gran deformación a bajas temperaturas ". Este fenómeno se descubrió por primera vez en 2014,pero el mecanismo detrás aún se desconoce. Es intrigante ", dijo el profesor Wang, quien ha estado estudiando el mecanismo desde entonces y es el autor correspondiente del artículo.
Para resolver este rompecabezas, el equipo de investigación dirigido por el profesor Wang hizo uso de la técnica de difracción de neutrones in situ para estudiar el proceso de deformación de los HEA. "La medición de difracción de neutrones es uno de los pocos medios para observar lo que sucede durante eldeformación de los materiales. Podemos ver cada paso: qué mecanismo se activa primero y cómo cada uno de ellos interactúa con los demás, lo cual no es factible por métodos experimentales convencionales como la microscopía electrónica de transmisión ", explicó el profesor Wang, quien también es el director deCentro CityU sobre dispersión de neutrones.
"Más importante aún, puede realizar mediciones a temperaturas ultrabajas, es decir, cerca del cero absoluto. Y las mediciones son representativas de la mayor parte de la muestra en lugar de la superficie o área localizada, proporcionando información microscópica como la diferencia de los granos delos materiales interactuaron entre sí ", agregó.
Secuencia de mecanismos de deformación revelada
Usando esta técnica, la secuencia de mecanismos de deformación en HEA a temperaturas ultra bajas se revela por primera vez. El equipo descubrió que a 15 Kelvin K, la HEA se deforma en cuatro etapas.
Comienza con el deslizamiento de dislocación, un mecanismo de deformación común para materiales cúbicos centrados en la cara, donde los planos de la red cristalina se deslizan unos sobre otros. Mientras continúan las dislocaciones, las fallas de apilamiento se vuelven activas y dominantes, donde la secuencia de apilamiento deLa deformación cambia los planos de celosía de cristal. Luego se sigue el hermanamiento, donde se produce la desorientación de los planos de celosía, lo que resulta en una imagen especular del cristal original. Finalmente, pasa a serraciones donde el HEA muestra grandes oscilaciones de tensión deformante.
"Es interesante ver cómo estos mecanismos se activan y cooperan entre sí cuando el material se deforma", dijo Muhammad Naeem, estudiante de doctorado graduado y asistente de investigación sénior del Departamento de Física de CityU que es el primer autor del artículo.
En sus experimentos, descubrieron que los HEA mostraron un endurecimiento por deformación mayor y más estable el endurecimiento por deformación significa que los materiales se vuelven más fuertes y más duros después de la deformación, y la ductilidad extremadamente grande a medida que la temperatura disminuyó.-sitios experimentales, concluyeron que los tres mecanismos de deformación adicionales observados fallas de apilamiento, hermanamiento y estrías, así como la interacción entre estos mecanismos, son la fuente de esas extraordinarias propiedades mecánicas.
Un nuevo terreno: deformaciones a temperaturas ultrabajas
Todo el estudio llevó al equipo casi tres años. Pero hay mucho para una mayor exploración. "Los mecanismos de deformación complicados en HEA a temperaturas ultrabajas es un terreno nuevo que muy pocas personas se han aventurado antes. Los resultados de este estudio solomostrar la punta de un iceberg ", dijo el profesor Wang.
Para su próximo paso, el equipo investigará más a fondo cuándo aparecerán fallas de apilamiento en otras aleaciones y sus mecanismos de deformación a diferentes temperaturas ". Comprender los mecanismos de deformación facilitará el diseño de nuevas aleaciones. Al implementar diferentes mecanismos en sinergia, podemos ajustarpara lograr mejores propiedades mecánicas para aplicaciones a bajas temperaturas ", dijo el Sr. Naeem.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de la ciudad de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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