Los investigadores crean alta

8 de agosto de 2023

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por Cactus Comunicaciones

Nuestro esfuerzo continuo por aventurarnos en el espacio exterior exige avances tecnológicos sustanciales en diversos campos, incluida la ciencia de los materiales. Los materiales utilizados en la industria aeroespacial deben ser livianos pero mecánicamente resistentes, una combinación difícil de lograr. Afortunadamente, los compuestos de matriz metálica han avanzado mucho desde sus inicios en el siglo XX, y muchos expertos creen que serán clave para las aplicaciones espaciales del futuro cercano.

Uno de los tipos más prometedores de compuestos de matriz metálica son los compuestos de matriz de aluminio (AMC) reforzados con partículas de aleación de alta entropía (HEAps), que pueden dotar a los AMC de propiedades mecánicas superiores, incluidas alta resistencia, durabilidad y plasticidad. Sin embargo, los HEAps también generan defectos estructurales, como microfisuras y microhuecos, que pueden resultar problemáticos.

En este contexto, un equipo de investigación dirigido por el profesor Hai-liang Yu de la Universidad Central del Sur (China) está investigando una nueva forma de fabricar láminas planas HEAp/AMC de alto rendimiento.

En su último estudio, publicado en Transactions of Nonferrous Metals Society of China, el equipo exploró una técnica prometedora llamada criororollo asimétrico (ACR), que combina las ventajas del criororollo y del laminado asimétrico (AR).

AR es una técnica bien establecida en la fabricación de acero que implica pasar una placa de metal a través de un laminador. Este proceso aplica una gran tensión de corte de manera uniforme a través del espesor de la placa, lo que ayuda a reducir la cantidad de defectos. La única diferencia práctica entre AR y ACR es su temperatura de funcionamiento. Mientras que la AR se lleva a cabo a temperatura ambiente, la ACR se realiza a temperaturas criogénicas alcanzadas utilizando nitrógeno líquido.

Algunos estudios previos han demostrado que el ACR puede mejorar las propiedades mecánicas de las láminas HEAp/AMC. Pero el mecanismo de fortalecimiento correspondiente y el vínculo entre las propiedades mecánicas y la microestructura de los AMC durante la ACR aún no están claros. Para abordar esta brecha de conocimiento, los investigadores prepararon láminas HEAp/AMC utilizando AR a 298 K y ACR a 77 K y las analizaron utilizando técnicas de microscopía electrónica de barrido y transmisión junto con pruebas de tracción y dureza.

Encontraron importantes diferencias microestructurales entre las láminas preparadas mediante AR y ACR. El procesamiento criogénico produjo láminas con menos microhuecos, un tamaño de grano más fino y una mayor densidad de dislocaciones. Además, las pruebas mecánicas revelaron que las láminas ACR eran significativamente más dúctiles y resistentes que las láminas AR. "La resistencia máxima a la tracción del 3% en peso de HEAp/AMC preparadas mediante ACR alcanzó 253 MPa, un 13,5% más que la alcanzada por las láminas preparadas mediante AR", destaca el profesor Yu.

Los investigadores concluyeron que las diferencias observadas entre ACR y AR se debían principalmente al efecto de contracción del volumen de HEAp/AMC.

"Cuanto mayor sea el efecto de contracción del volumen de la aleación de aluminio, más estrechamente se envolverá el aluminio alrededor de los HEAps de refuerzo. Esto fortalece la unión entre la matriz y las partículas", explica el profesor Yu. "Dado que el efecto de contracción del volumen es mayor en entornos criogénicos, el ACR desempeña un papel importante en la prevención de defectos causados ​​por la gran deformación plástica de las láminas HEAp/AMC".

En general, estos hallazgos sugieren que el ACR podría desempeñar un papel clave en el desarrollo de nuevas aleaciones para las industrias aeroespacial y automotriz, e incluso podría convertirse en la tecnología de referencia para materiales de alto rendimiento en el futuro.

Más información: Kai-guang Luo et al, Propiedades mecánicas mejoradas de compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas de aleación de alta entropía mediante criolaminado asimétrico, Transactions of Nonferrous Metals Society of China (2023). DOI: 10.1016/S1003-6326(23)66238-7

Proporcionado por Comunicaciones Cactus