Estudo revela estratégia para melhorar propriedades mecânicas de compósitos de alumínio
Diagrama esquemático mostrando processos de fabricação de AlNp heteroestruturado /Al compostos Os compósitos de matriz de alumínio reforçados com partículas (PRAMCs), nos quais a matriz de alumínio é reforçada com nanopartículas, apresentam grande potencial para aplicações nas indústrias aeroespacial e automobilística. Esses materiais combinam as vantagens da matriz de alumínio e das partículas de reforço, incluindo alta resistência específica, alto módulo específico e boa resistência ao desgaste.
Consequentemente, os PRAMCs são considerados os materiais mais promissores e económicos para melhorar a eficiência energética e reduzir as emissões nas indústrias automóvel e aeroespacial. No entanto, a compensação entre a resistência e a ductilidade dos PRAMCs limita severamente a sua aplicação.
Para enfrentar este desafio de longa data, uma equipe de pesquisadores da China, liderada pelo Professor Jin-feng Nie e pelo Professor Yong-hao Zhao do Centro de Nano e Materiais Heterogêneos da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Ciência e Tecnologia de Nanjing desenvolveu uma nova estratégia para melhorar a sinergia de resistência e ductilidade dos PRAMCs. Suas descobertas foram disponibilizadas on-line em 2 de maio de 2024 e publicadas na Transactions of Nonferrous Metals Society of China .
Explicando a motivação por trás de seu estudo, o Prof. Zhao diz:"Estudos mostraram que a configuração espacial das partículas de reforço desempenha um papel crucial no aumento da resistência e ductilidade dos PRAMCs. Além disso, a introdução de uma estrutura heterogênea na matriz de alumínio, que consiste em zonas de nanopartículas com propriedades dramaticamente diferentes do volume podem melhorar a resistência e ductilidade dos materiais tradicionais.
“Assim, desenvolvemos uma estratégia para melhorar as propriedades mecânicas dos PRAMCs, introduzindo uma estrutura heterogênea e regulando sua configuração de partículas”.
Os pesquisadores primeiro fabricaram um nitreto de alumínio/alumínio heteroestruturado (AlNp /Al) utilizando uma reação líquido-sólido, seguida de extrusão a quente. O composto resultante consistia em grandes aglomerados de AlNp partículas distribuídas na matriz de Al, que eram prejudiciais às propriedades mecânicas. Para regular a distribuição espacial das partículas, os pesquisadores submeteram o compósito extrudado à laminação a quente.
Dr. Nie explica:"Durante o tratamento de deformação plástica, como laminação, torção de alta pressão, etc., grande deformação plástica se acumula nos materiais, o que pode regular a microestrutura heterogênea." A laminação a quente foi realizada a 500
o
C com cepas equivalentes de 0,7–1,4.
Dependendo das deformações equivalentes, três tipos de compósitos foram formados com diferentes configurações espaciais de AlNp . Os três compostos, denominados Clustered-AlNp /Al, Rede-AlNp /Al e Uniformed-AlNp /Al, exibiram distribuições de partículas como aglomerados, redes e dispersão uniforme, respectivamente. Ao avaliar as propriedades mecânicas dos compósitos, os pesquisadores descobriram que suas propriedades melhoraram com o refinamento das partículas.
Notavelmente, a resistência ao escoamento e a resistência à tração do Uniformed-AlNp /Al compósitos foram encontrados em 334,6 e 387,4 MPa, que foram 55 e 52,9 MPa maiores que o Clustered AlNp /Al composto. Além disso, o alongamento até a ruptura aumentou de 6,8% para 9,1%, sugerindo um excelente equilíbrio entre resistência e ductilidade, superior aos compósitos com matriz de alumínio relatados anteriormente.
Além disso, os pesquisadores determinaram que a tensão induzida por heterodeformação (HDI), que se refere à tensão gerada em materiais compósitos devido ao diferente comportamento de deformação dos materiais constituintes, desempenhou um papel significativo no aumento da resistência e ductilidade do compósito. . O estresse do IDH foi maior no Uniformed-AlNp /Al composto.
Destacando a importância do estudo, o Prof. Zhao diz:"Nossa estratégia proposta fornecerá novos insights e orientações para o projeto de compósitos com combinações superiores de resistência e ductilidade."
No geral, as conclusões do estudo podem abrir caminho para o desenvolvimento de novos materiais compósitos que possam contribuir para a redução de emissões e aumentar a eficiência de automóveis e aviões.
