Un grupo de investigación de NUST "MISiS" y el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear durante la investigación de aleaciones del sistema de "hierro-galio" descubrió
nuevos patrones que le permiten controlar la estructura de estos materiales y, como resultado, administrar de manera más efectiva sus propiedades. Desde un punto de vista práctico, esto amplía las posibilidades de su posterior aplicación en sensores y sonares de presión de alta precisión.
Hoy en día, una gran cantidad de sensores diferentes (por ejemplo, sensores de presión y vibración, así como sonares) operan en el llamado efecto magnetoelástico, un cambio en la magnetización de un producto metálico bajo la influencia de una fuerza mecánica aplicada en la región elástica de carga. Por ejemplo, cuando desea rastrear la ubicación de un submarino, se envía una señal ultrasónica a través de la columna de agua y, reflejada desde la superficie de la embarcación, regresa en una forma ligeramente modificada. El sensor detecta estos cambios, por lo que es posible determinar la ubicación del recipiente.
En condiciones de laboratorio, para evaluar las características funcionales de los materiales para sensores, se mide el efecto opuesto al magnetoelástico - magnetoestrictivo (medición del tamaño de la muestra bajo la influencia de un campo magnético aplicado). Cuanta más magnetostricción posee el material, más oportunidades recibe el producto de él. Entre los "campeones" se encuentran las aleaciones de hierro con galio (Fe-Ga o galofenoles). En ellos, el cambio en el tamaño de la muestra alcanza el 0.04%, mientras que en hierro puro esta cifra es de aproximadamente 0.0015%.
Recientemente, grupos científicos de los EE. UU. Han demostrado que las mejores propiedades funcionales se muestran en aleaciones con una estructura heterogénea y sin equilibrio, en las que varias fases con parámetros de red muy cercanos "se unen" a la vez. Esto abre nuevas perspectivas para su aplicación en el campo de la sensorización de alta precisión, pero la pregunta sigue siendo: ¿cómo crear y estabilizar esta estructura nanoheterogénea sin equilibrio para que permanezca a temperatura normal?
Un equipo de científicos del Departamento de Metalurgia de Metales No Ferrosos NUST "MISiS" junto con especialistas del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (Dubna) ha identificado una
serie de relaciones entre la temperatura de procesamiento de los galofenoles y su estructura cristalina. Estos estudios forman una imagen más completa de los procesos que tienen lugar dentro del cristal, lo que le permite seleccionar las condiciones de procesamiento necesarias para que la muestra estabilice la estructura de desequilibrio deseada. Los científicos presentaron los resultados del trabajo en forma de una serie de diagramas de equilibrio y fases de equilibrio, esquemas de transformaciones estructurales de la red cristalina. Además, los científicos han demostrado que alear aleaciones de Fe-Ga con dosis microscópicas de elementos de tierras raras no solo puede aumentar aún más su magnetostricción, sino que también estabiliza las fases metaestables a temperatura ambiente.
" Valeria Palacheva y Abdelkarim Mohamed , estudiantes de posgrado de NUST" MISiS ", comenzaron a investigar sobre transformaciones estructurales en galfenoles hace varios años,
- comenta el director del proyecto, profesor
Igor Golovin .
- Una etapa importante en la investigación fue la colaboración con el grupo del físico experimental Profesor Anatoly Balagurov del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear. El objetivo del proyecto conjunto (RNF) es estudiar sistemáticamente la estructura y las propiedades de las aleaciones a base de hierro en un estado sin equilibrio, incluidos los estudios de reactores de neutrones en conjunto con la ciencia del metal físico: microscopía electrónica de barrido y transmisión, rayos X, magnetometría, fricción interna y otros ".
Gracias a un enfoque sistemático para estudiar la estructura de los galofenoles, los científicos pudieron establecer en qué condiciones de tratamiento térmico las aleaciones demuestran sus mejores propiedades funcionales.
El estudio se lleva a cabo con subvenciones de la Russian Science Foundation. Además, el equipo planea expandir el campo de investigación, usando aleaciones con metales de tierras raras más ampliamente y usando compuestos de otros metales con hierro.