Combinando microscopia eletrônica e simulações para obter uma compreensão completa de uma liga de ferro e alumínio
Comparação de simulações e experimentos para migração AntiPhase Boundary (APB) e derivação dos coeficientes de forma. Crédito:2024 Koizumi et al., Resolvendo a discrepância de longa data em Fe3 Mobilidades de ordenação total:um estudo sinérgico experimental e de campo de fase. Acta Materialia O composto de ferro e alumínio com a fórmula química Fe
3 Al tem algumas propriedades mecânicas muito úteis. Uma equipe da Universidade de Osaka combinou simulações com técnicas experimentais para compreender melhor a cinética de formação de microestruturas para aprimorar e utilizar essas propriedades para aplicações específicas.
Em um estudo publicado na Acta Materialia, os pesquisadores analisaram em profundidade a forma como a microestrutura do Fe3 Al se desenvolve porque os domínios ordenados que se formam contribuem para uma de suas propriedades principais:a superelasticidade.
Quando cargas elevadas são aplicadas a materiais superelásticos, eles podem deformar-se com grandes deformações, o que resultaria em uma deformação permanente em materiais convencionais sem ruptura. Curiosamente, eles podem retornar à sua forma original quando descarregados. Isto pode ser usado em uma ampla gama de aplicações, desde materiais de saúde até dispositivos sísmicos para materiais de construção.
A superelasticidade resulta da maneira como os átomos estão organizados em um material. Isso pode diferir entre os materiais. No material superelástico mais conhecido, ou seja, ligas de TiNi, que consistem em metais preciosos e raros de titânio e níquel, a mudança das estruturas cristalinas em resposta à carga (ou seja, transformação martensítica) é responsável pela grande deformação plástica e pela recuperação da forma.
Em contraste, em Fe3 Al consistindo de metais comuns de ferro e alumínio, as propriedades superelásticas são causadas não pela mudança da estrutura cristalina, mas pelo deslizamento de deslocamento, que é o deslocamento relativo dos átomos mantendo a estrutura cristalina. O deslizamento da luxação normalmente dá origem a uma tensão permanente, exceto quando há uma força que pode dar origem ao movimento para trás da luxação.
Em fevereiro3 Al, o movimento retroativo do deslocamento pode ser causado por limites antifásicos (APB) que separam áreas dentro de um material conhecido como domínios, e a forma e o tamanho dos limites entre esses domínios contribuem para as propriedades superelásticas.
Simulações de PF imitando o processo de encolhimento circular de APB no espaço 2D (esquerda) e crescimento de APD no espaço 3D (direita). Crédito:Laboratório Koizumi 2018–2024. Universidade de Osaka, todos os direitos reservados.
“Para aproveitar propriedades específicas de materiais e garantir que sejam apropriadas para sua aplicação, é preciso entender o que está acontecendo”, explica o principal autor do estudo, Yuheng Liu.
"Até agora, solicitar estudos de mobilidade dos átomos em Fe3 Todos levaram a diferentes interpretações dependendo da técnica experimental. Portanto, combinamos simulações computacionais de campo de fase e experimentos de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) para finalmente obter uma boa imagem."
As simulações de computador previram as formas 3D das áreas no Fe3 Al com estrutura ordenada. Essas descobertas foram então comparadas com observações TEM para Fe3 Al amostras aquecidas a diferentes temperaturas. Os dados combinados revelaram a mobilidade para formar o D03 ordenado estrutura de tipo.
O D03 estrutura de Fe3 Al é semelhante a L21 estrutura de outros materiais. As descobertas poderiam, portanto, fornecer um ponto de partida para explorar tratamentos térmicos para outros materiais funcionais, incluindo meios-metais para spintrônica, que podem se tornar cruciais para a computação quântica num futuro próximo.
Migração do limite antifase (APB) em Fe3 Al devido ao movimento de vagas atômicas (v) próximo ao APB. Crédito:2024 Koizumi et al., Resolvendo a discrepância de longa data em Fe3 Mobilidades de ordenação total:um estudo sinérgico experimental e de campo de fase. Acta Materialia
"É um desafio projetar experimentos que possam capturar o movimento dos limites e os detalhes de como a microestrutura evolui, particularmente nos estágios iniciais do pedido", diz o autor sênior Yuichiro Koizumi. "As simulações de campo de fase fornecem uma janela para o processo que estava faltando em estudos anteriores."
Espera-se que os resultados do estudo apoiem aplicações na indústria da construção. Por exemplo, Fe3 Al poderia ser usado para imprimir peças estruturais em 3D que podem atuar como amortecedores para atividades sísmicas.
