Refuerzo por alta presión en metales de grano ultrafino

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología
• Ingeniería mecánica

Sus antecedentes:

• La relación Hall-Petch predice un aumento de la resistencia del metal con una disminución del tamaño del grano.
• Se sabe que esta relación se descompone por debajo de los tamaños críticos de grano (10-15 nm), lo que lleva al ablandamiento del material debido a mecanismos de deformación alterados.
• Los métodos anteriores para contrarrestar el ablandamiento implicaban estabilizar los límites de los granos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el comportamiento mecánico del níquel puro con tamaños de grano de hasta 3 nm bajo alta presión.
• Determinar si el fortalecimiento continuo ocurre en tamaños de grano ultrapequeños, desafiando el desglose Hall-Petch establecido.
• Identificar los mecanismos de refuerzo subyacentes responsables de una mayor resistencia en los metales nanocristalinos.

Principales métodos:

• Seguimiento in situ de la tensión de rendimiento y la textura de deformación utilizando una célula de yunque de diamante junto con la difracción radial de rayos X.
• Experimentos de alta presión en muestras de níquel puro con tamaños de grano que van desde 200 nm hasta 3 nm.
• Análisis complementario mediante simulaciones y microscopía electrónica de transmisión.

Principales resultados:

• Se observó un fortalecimiento continuo en las muestras de níquel a medida que el tamaño del grano disminuía de 200 nm a 3 nm.
• El fortalecimiento se mejoró en tamaños de grano por debajo de 20 nm, contrariamente al desglose esperado de la relación Hall-Petch.
• Se obtiene una resistencia de rendimiento de aproximadamente 4,2 GPa y una tensión de flujo máxima de 10,2 GPa en níquel de tamaño de grano de 3 nm.
• Se observaron patrones de fortalecimiento similares en muestras de oro y paladio.

Conclusiones:

• Se puede superar la relación Hall-Petch, demostrando un fortalecimiento continuo hasta tamaños de grano de 3 nm.
• La resistencia ultra alta en el tamaño de grano de 3 nm del níquel es el resultado de una superposición de endurecimiento por dislocación y plasticidad suprimida en el límite del grano.
• Estos hallazgos ofrecen una vía para la ingeniería de metales ultra fuertes a través del control preciso del tamaño del grano y los mecanismos de deformación.