Sobre la pista de las transformaciones rápidas de fase
Mecanismos de transformación de fase y cinética de un vidrio metálico definido en un amplio rango de temperaturas
Los vidrios metálicos son materiales metaestables que se caracterizan por una disposición atómica y unas propiedades especiales. Suelen ser más duros, resistentes a la corrosión y fuertes que los metales ordinarios. Su estructura amorfa se forma cuando se impide la cristalización natural. Esto puede conseguirse, por ejemplo, enfriando rápidamente la masa fundida para privar a los átomos de movilidad antes de que puedan adoptar la disposición cristalina. El proceso inverso -el calentamiento rápido de los vidrios metálicos- permite acceder y controlar los estados de no equilibrio y las estructuras con propiedades físicas y mecánicas únicas, que no pueden obtenerse por métodos convencionales. Sin embargo, debido a la rápida cinética de transformación, en la escala de tiempo de milisegundos, los estudios in situ siempre han sido un reto para los científicos y físicos de materiales. Ahora, los investigadores han conseguido observar las transformaciones de fase con una alta resolución temporal en todo el rango de temperaturas de la existencia del líquido superenfriado.
Imagen de microscopio electrónico de barrido de un compuesto de cristal metálico de cobre-circonio-aluminio que muestra las fases cristalinas CuZr B2 (esferoide)/Cu10Zr7 (dendrita) en una matriz vítrea.
IFW Dresden
En un artículo publicado recientemente en Nature Communications, los investigadores informan de que han aplicado una combinación de técnicas diferentes y complementarias para estudiar las transformaciones de fase durante el calentamiento rápido (recocido) de un vidrio de cobre-circonio-aluminio. Los estudios estructurales se han llevado a cabo mediante difracción de rayos X in situ en la fuente de sincrotrón PETRA III (DESY Hamburgo) con los montajes experimentales de levitación electromagnética y recocido rápido construidos ambos en el IFW de Dresde, y microscopía electrónica de transmisión en la Universidad de Cambridge (Reino Unido). La microestructura local se analizó mediante tomografía de sonda atómica en el MPIE de Düsseldorf, y la química de la superficie se estudió mediante espectroscopia Auger y de fotoelectrones de rayos X en el IFW de Dresde. Esta combinación única de técnicas experimentales proporcionó una visión hasta ahora inaccesible del mecanismo de transformación de fase y su cinética con alta resolución temporal en todo el rango de temperatura de existencia del líquido superenfriado. Por primera vez, se definen in situ las condiciones en las que el vidrio puede formar estructuras con propiedades materiales beneficiosas. Este enfoque también puede aplicarse para cartografiar las transformaciones de fase en otros sistemas de formación de vidrio metálico.
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Publicación original
J. Orava, S. Balachandran, X. Han, O. Shuleshova, E. Nurouzi, I. Soldatov, S. Oswald, O. Gutowski, O. Ivashko, A.-C. Dippel, M. v. Zimmermann, Y.P. Ivanov, A.L. Greer, D. Raabe, M. Herbig & I. Kaban; "In situ correlation between metastable phase transformation mechanism and kinetics in a metallic glass"; Nature Commun.; 2021, Vol. 12, Article No. 2839
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