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O composto de ferro e alumínio com a fórmula química Fe3Al 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 e como aproveitá-las para aplicações específicas.
Num estudo recentemente publicado em Materiais de diário, os pesquisadores analisaram em profundidade a forma como a microestrutura do Fe3Al 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 ao serem descarregados. Isso pode ser usado em uma ampla gama de aplicações, desde dispositivos sísmicos de materiais de saúde até 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, no Fe3Al, que consiste em metais comuns de ferro e alumínio, as propriedades superelásticas são causadas não pela mudança da estrutura cristalina, mas pelo deslizamento de discordância, que é o deslocamento relativo dos átomos que mantêm a estrutura cristalina. O deslizamento da luxação normalmente dá origem a tensão permanente. No entanto, quando há uma força que pode dar origem ao movimento de deslocamento para trás. No Fe3Al, o retrocesso 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.
“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, encomendar estudos de mobilidade dos átomos de Fe3Todos 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 Fe3Al com estrutura ordenada. Estas descobertas foram então comparadas com observações TEM para Fe3Al amostras aquecidas a diferentes temperaturas. Os dados combinados revelaram a mobilidade para formar o ordenado D03estrutura de tipo.
O D03 estrutura do Fe3Al é semelhante a eu21 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.
“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, Fe3Al poderia ser usado para imprimir peças estruturais em 3D que podem atuar como amortecedores para atividades sísmicas.
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