07.06.2022 - University of Birmingham

La investigación abre el camino a aleaciones más resistentes

La tomografía de rayos X de sincrotrón de alta velocidad 'fotografía' las estructuras cristalinas cambiantes en las aleaciones fundidas a medida que se enfrían

Científicos de la Universidad de Birmingham han descrito cómo crecen los cristales microscópicos y cambian de forma en los metales fundidos a medida que se enfrían, en una investigación que abre nuevos caminos en la investigación de las aleaciones y allana el camino para mejorar la resistencia a la tracción de las aleaciones utilizadas en la fundición y la soldadura.

Su investigación, publicada en Acta Materialia, utilizó la tomografía de rayos X de sincrotrón de alta velocidad para "fotografiar" los cambios en las estructuras cristalinas de las aleaciones fundidas a medida que se enfrían.

El estudio muestra que, a medida que la aleación de aluminio y cobre se enfría, el proceso de solidificación comienza con la formación de dendritas facetadas, formadas por un apilamiento capa a capa de unidades básicas de apenas micrómetros de tamaño. Estas unidades comienzan con forma de L y se apilan unas sobre otras como bloques de construcción, pero a medida que se enfrían cambian de forma y se transforman en una U y finalmente en un cubo hueco, mientras que algunas de ellas se apilan para formar hermosas dendritas.

El estudio fue dirigido por el Dr. Biao Cai, de la Escuela de Metalurgia y Materiales de la Universidad de Birmingham, cuya investigación ya ha demostrado cómo los campos magnéticos influyen en el crecimiento de los cristales.

El Dr. Cai comentó: "Los resultados de este nuevo estudio proporcionan una visión real de lo que ocurre a nivel micro cuando una aleación se enfría, y muestran la forma de los bloques básicos de construcción de los cristales en las aleaciones fundidas. La forma de los cristales determina la resistencia de la aleación final, y si podemos hacer aleaciones con cristales más finos, podemos hacer aleaciones más fuertes".

Y añadió: "Los resultados contrastan directamente con la visión clásica de la formación de dendritas en aleaciones en enfriamiento, y abren la puerta al desarrollo de nuevos enfoques que puedan predecir y controlar la formación de cristales intermetálicos."

Las investigaciones anteriores del Dr. Cai han dado lugar a una novedosa tecnología para mejorar la calidad del aluminio reciclado mediante la eliminación del hierro de la aleación fundida en un proceso sencillo y barato que utiliza imanes y un gradiente de temperatura.

La tecnología es objeto de una solicitud de patente presentada por University of Birmingham Enterprise. También ha atraído financiación del acelerador de comercialización de la investigación de Midlands Innovation y de la cuenta de aceleración del impacto del EPSRC, lo que ha permitido a Biao construir un prototipo a gran escala que funciona a 1000oC y utiliza un imán de 1 Tesla.

El prototipo se está probando actualmente con lingotes proporcionados por el Grupo Metalúrgico Tandom, que opera una operación comercial internacional desde su base en Congleton, Cheshire, donde producen aleaciones de aluminio, aleaciones maestras y reciclan productos de aluminio, chatarras y escorias.

El Dr. Cai espera publicar los resultados de las pruebas y presentar el demostrador a la industria antes de finales de año, con el objetivo de encontrar colaboradores industriales dispuestos a realizar pruebas en entornos de fundición en combinación con las líneas de producción existentes.

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