Cálculo de primeros principios y estudio experimental sobre la estabilidad de la interfaz, las características...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Metalurgia
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Los carburos cementados de carburo de tungsteno (WC)/cobalto (Co) son materiales de ingeniería cruciales.
• La optimización de la unión interfacial es clave para mejorar las propiedades mecánicas como la dureza y la tenacidad.
• El dopaje con itrio (Y) presenta una estrategia potencial para la regulación interfacial.

Objetivo del estudio:

• Elucidar el mecanismo por el cual el dopaje con itrio (Y) optimiza la unión interfacial en carburos cementados de WC/Co.
• Lograr materiales con una combinación de alta dureza, alta tenacidad y excelente resistencia al desgaste.
• Investigar los efectos de la adición de Y en la energía interfacial, la unión y las propiedades macroscópicas.

Principales métodos:

• Cálculos de primeros principios para investigar la energía interfacial, la densidad de estados y la densidad de carga.
• Preparación experimental de aleaciones WC-10Co, WC-10Co-0.5Y y WC-10Co-1Y.
• Caracterización microestructural, pruebas mecánicas (dureza Vickers, tenacidad a la fractura) y experimentos tribológicos.

Principales resultados:

• El dopaje con Y reduce la energía interfacial y mejora la unión interfacial, aumentando la tenacidad.
• El análisis a escala atómica revela que la hibridación orbital Y-W promueve fuertes enlaces covalentes en la interfaz.
• Las aleaciones experimentales mostraron mejoras significativas en el rendimiento con la adición de Y.
• La aleación WC-10Co-0.5Y exhibió un rendimiento óptimo: dureza de 1454 ± 1.3 HV, tenacidad a la fractura de 9.84 ± 0.15 MPa·m^1/2 y tasa de desgaste de 0.794 × 10^-5 mm³·N^-1·m^-1.

Conclusiones:

• El dopaje con itrio mejora eficazmente la unión interfacial en carburos cementados de WC/Co.
• La unión interfacial mejorada, impulsada por los enlaces covalentes Y-W, mejora significativamente la dureza, la tenacidad y la resistencia al desgaste.
• Se determinó que el contenido óptimo de Y para un rendimiento superior del material es del 0,5% en peso.