Um grupo de pesquisa do NUST "MISiS" e do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear durante o estudo de ligas do sistema "ferro-gálio" descobriu
novos padrões que permitem controlar a estrutura desses materiais e, como resultado, gerenciar com mais eficácia suas propriedades. Do ponto de vista prático, isso expande as possibilidades de sua aplicação adicional em sensores de pressão e sonares de alta precisão.
Hoje, um grande número de sensores diferentes (por exemplo, sensores de pressão e vibração, bem como sonares) opera com o chamado efeito magnetoelástico - uma alteração na magnetização de um produto metálico sob a influência de uma força mecânica aplicada na região elástica de carga. Por exemplo, quando você deseja rastrear a localização de um submarino, um sinal ultrassônico é enviado através da coluna de água e, refletido na superfície da embarcação, retorna de forma ligeiramente modificada. O sensor detecta essas alterações, portanto, é possível determinar a localização da embarcação.
Em condições de laboratório, para avaliar as características funcionais dos materiais dos sensores, é medido o efeito oposto ao magnetorrestritivo magnetoelástico (medição do tamanho da amostra sob a influência de um campo magnético aplicado). Quanto mais magnetostrição o material possui, mais oportunidades o produto recebe dele. Entre os "campeões" estão as ligas de ferro com gálio (Fe-Ga ou galofenóis). Neles, a variação no tamanho da amostra atinge 0,04%, enquanto no ferro puro esse valor é de cerca de 0,0015%.
Recentemente, grupos científicos dos EUA mostraram que as melhores propriedades funcionais são mostradas por ligas com estrutura sem equilíbrio e heterogênea, nas quais várias fases com parâmetros de rede muito próximos “se juntam” de uma só vez. Isso abre novas perspectivas para a sua aplicação no campo dos sensores sensoriais de alta precisão, mas a questão permanece: como criar e estabilizar essa estrutura nano-heterogênea sem equilíbrio para que permaneça à temperatura comum?
Uma equipe de cientistas do Departamento de Metalurgia dos Metais Não-Ferrosos NUST "MISiS", juntamente com especialistas do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (Dubna), identificou
várias relações entre a temperatura de processamento dos galofenóis e sua estrutura cristalina. Esses estudos formam uma imagem mais completa dos processos que ocorrem no interior do cristal, o que permite selecionar as condições de processamento necessárias para a amostra para estabilizar a estrutura de não-equilíbrio desejada. Os cientistas apresentaram os resultados do trabalho na forma de uma série de diagramas de fases de equilíbrio e não-equilíbrio, esquemas de transformações estruturais da rede cristalina. Além disso, os cientistas provaram que a liga de Fe-Ga com doses microscópicas de elementos de terras raras pode não apenas aumentar ainda mais sua magnetostrição, mas também estabilizar fases metaestáveis à temperatura ambiente.
“ Valeria Palacheva e Abdelkarim Mohamed , estudantes de pós-graduação do NUST“ MISiS ”, começaram a pesquisar sobre transformações estruturais em galfenóis há vários anos,
- comenta o gerente do projeto, professor
Igor Golovin .
- Uma etapa importante da pesquisa foi a colaboração com o grupo do físico experimental Professor Anatoly Balagurov, do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear. O objetivo do projeto conjunto (RNF) é estudar sistematicamente a estrutura e as propriedades das ligas à base de ferro em um estado sem equilíbrio, incluindo estudos de reatores de nêutrons em conjunto com a ciência do metal físico - microscopia eletrônica de varredura e eletrônica de transmissão, raio-x, magnetometria, fricção interna e outros. "
Graças a uma abordagem sistemática ao estudo da estrutura dos galofenóis, os cientistas conseguiram estabelecer sob quais condições de tratamento térmico as ligas demonstram suas melhores propriedades funcionais.
O estudo é realizado sob doações da Russian Science Foundation. Além disso, a equipe planeja expandir o campo de pesquisa, usando ligas com metais de terras raras mais amplamente e usando compostos de outros metais com ferro.