Ver elementos ligeros en un límite de grano: un paso más para desentrañar las propiedades de los materiales hasta la escala atómica
Científicos del Max-Planck-Institut für Eisenforschung desarrollan un flujo de trabajo y un código para caracterizar defectos en aceros
Para desarrollar materiales avanzados es necesario conocer a fondo su microestructura y su composición química subyacentes. Saber cómo influyen los defectos en la interacción entre microestructura y composición química es crucial, ya que son la puerta de entrada al fallo del material por corrosión o iniciación de grietas. Científicos del Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) han desarrollado un flujo de trabajo y un código para analizar e interpretar defectos bidimensionales, conocidos como límites de grano, en aceros. Han descubierto que ciertos motivos atómicos ordenados, el nivel jerárquico estructural más pequeño de los materiales, rigen las propiedades químicas más importantes de los límites de grano. La ingeniería de estos motivos atómicos allana el camino hacia materiales más duraderos y hechos a medida. Los investigadores del MPIE publican ahora sus resultados en la revista Nature Communications.
Los motivos atómicos rigen las propiedades químicas de los límites de grano
"Los dos principales retos que plantea el análisis de los límites de grano hasta su escala atómica son, en primer lugar, la enorme cantidad de parámetros que deben controlarse para comprender el efecto de cada uno de ellos en las propiedades del material. Y en segundo lugar, la dificultad de observar elementos ligeros con microscopía electrónica de transmisión. Desarrollamos un flujo de trabajo y un código para microscopía electrónica de transmisión que consiste en cultivar bicristales de una aleación de hierro-boro-carbono con la misma orientación cristalina pero cambiando los planos de los límites de grano. De este modo, pudimos controlar los parámetros de interferencia. Para interpretar los datos, desarrollé un código que ayuda a ver elementos ligeros como el boro y el carbono en los límites de grano del hierro. Es la primera vez que podemos observar elementos ligeros en los límites de grano de metales pesados como el hierro", explica el Dr. Xuyang Zhou, primer autor de la publicación y jefe adjunto del grupo "Tomografía de Sonda Atómica" del MPIE. Los investigadores demostraron que incluso la mera inclinación en el plano del límite de grano con idéntica desorientación repercute en la composición química y la disposición atómica de la microestructura y hace que el material sea más o menos propenso al fallo.
"Hasta ahora no era posible obtener imágenes de los elementos ligeros y pesados en los motivos atómicos de los límites de grano en el acero. En concreto, el espacio abierto en las estructuras atómicas ordenadas, los llamados sitios intersticiales, determinan la solubilidad de los elementos ligeros en un límite de grano. Esto permitirá en el futuro diseñar y pasivar el estado químico de los límites de grano para liberarlos de su papel de puertas de entrada a la corrosión, la fragilización por hidrógeno o los fallos mecánicos", explica el profesor Gerhard Dehm, coautor de la publicación y director del departamento de "Estructura y Nano/Micromecánica de Materiales" del MPIE. Los científicos también utilizaron el aprendizaje automático para analizar la composición de los límites de grano en los datos obtenidos mediante tomografía de sonda atómica. La tomografía muestra cómo se distribuyen los distintos elementos en el límite del grano, ofreciendo la posibilidad de generar análisis estadísticos de la correlación estructura-composición.
Próximos pasos: Simulaciones y pruebas in situ
El equipo de investigadores colabora ahora con el departamento de "Diseño computacional de materiales" del MPIE para utilizar el código desarrollado y los datos experimentales para simular cómo se comportan en los materiales elementos ligeros como el boro, el carbono o el hidrógeno. Además, Zhou y sus colegas están desarrollando sistemas de calentamiento in situ y ensayos de tracción en microscopios electrónicos de transmisión para seguir analizando el comportamiento de los límites de grano en condiciones externas cambiantes. Este estudio aporta pruebas experimentales directas para comprender la naturaleza química de los límites de grano a partir de sus propiedades estructurales a escala atómica.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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