Struttura e proprietà selezionate di Al

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14194 (2022) Citare questo articolo

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Lo scopo dello studio è stato quello di integrare i dati sulla lega Al65Cr20Fe15 con struttura a fase binaria e sulla lega Al71Cr24Fe5 con struttura multifase preparata con due diverse velocità di raffreddamento dallo stato liquido. La presenza della fase Al65Cr27Fe8 strutturalmente complessa è stata confermata mediante diffrazione di neutroni, microscopia elettronica a scansione con analisi della composizione chimica e microscopia elettronica a trasmissione. Inoltre, la fase Al8Cr5 con struttura γ-ottone è stata identificata per la lega Al71Cr24Fe5 in entrambe le velocità di raffreddamento dallo stato liquido. A causa delle caratteristiche interessanti delle leghe strutturalmente complesse, sono state esaminate la resistenza all'usura, le proprietà magnetiche e i prodotti della corrosione dopo l'esecuzione di test elettrochimici. Sulla base delle misurazioni perno su disco, è stato osservato un coefficiente di attrito inferiore per la lega Al65Cr20Fe15 (μ ≈ 0,55) rispetto alla lega multifase Al71Cr24Fe5 (μ ≈ 0,6). La durezza media della lega Al65Cr20Fe5 a fase binaria (HV0,1 = 917 ± 30) era superiore rispetto alla lega multifase Al71Cr24Fe5 (HV0,1 = 728 ± 34) e alle leghe monofase Al–Cr–Fe descritte in letteratura. Inoltre, è stato dimostrato l'effetto benefico della rapida solidificazione sulla durezza. Le leghe Al65Cr20Fe15 e Al71Cr24Fe5 hanno mostrato un comportamento paramagnetico, tuttavia la lega Al71Cr24Fe5 solidificata rapidamente ha indicato un aumento delle proprietà magnetiche. Le leghe studiate erano caratterizzate dalla presenza di strati passivi dopo test elettrochimici. È stata registrata una maggiore quantità di ossidi sulla superficie della lega Al71Cr24Fe5 a causa dell'effetto positivo del cromo sulla stabilizzazione dello strato passivo.

Le leghe metalliche complesse (CMA) sono composti cristallini intermetallici. I CMA sono composti da fasi di lega strutturalmente complesse (SCAP)1. Sono caratterizzati da celle unitarie di grandi dimensioni che possono essere costituite da migliaia di atomi. I cristalli che contengono diverse dozzine di atomi nella loro cella2, i quasicristalli e i loro approssimanti3 sono considerati strutture di tipo SCAP. Le leghe metalliche complesse indicano proprietà fisico-chimiche interessanti, come elevata durezza, basso coefficiente di attrito e buona resistenza alla corrosione4,5. Inoltre, gli SCAP esenti da difetti strutturali possono essere caratterizzati da un elevato grado di ordine magnetico6. L'insieme delle caratteristiche uniche delle leghe con struttura strutturalmente complessa risulta dalle differenze nel trasporto di elettroni e fononi dovute alle diverse strutture atomiche dei reticoli cristallini classici2,7. Le principali limitazioni per lo sviluppo di questo gruppo di materiali sono la produzione di leghe monofase strutturalmente complesse e le risorse computazionali e teoriche per la loro descrizione6. Sulla base delle proprietà fisico-chimiche, le leghe metalliche complesse hanno potenziali applicazioni come materiali termoelettrici, catalitici e strutturali (tra gli altri, in parti satellitari ad alto carico)3,5,6. I CMA potrebbero essere applicati nei compositi o come materiali di rivestimento grazie al ridotto coefficiente di attrito4,5,8.

Le leghe Al–Cr–Fe, Al–Cu–Fe e Al–Cu–Fe–Cr sono state classificate come CMA a causa della presenza di fasi di lega strutturalmente complesse4. La presenza di fasi γ-ottone è stata spesso osservata durante la preparazione dei quasicristalli e dei loro approssimanti in Al–Cr9,10, Al–Cr–Fe2,4,8,11,12,13,14, Al–Cu15,16 e Al–Cu–Cr17,18 composizioni chimiche12. Dong9 ha affermato che le fasi γ-ottone sono approssimazioni ai quasicristalli. Allo stesso modo, Veys et al.19 hanno indicato che la fase di Al65Cr27Fe8 è un composto CMA con struttura γ-ottone che può essere considerato un approssimante delle fasi icosaedrica e decagonale quasicristallina. In altre pubblicazioni4,11, le leghe Al64.2Cr27.2Fe8.1 e Al66.9Cu11.6Fe11.6Cr10.6 di leghe strutturalmente complesse sono state prodotte mediante sinterizzazione a caldo di polveri sotto forma di rulli di diametro 20 mm e poi sottoposte a trattamento termico. Sulla base dell'analisi di diffrazione dei raggi X, è stata identificata la fase Al8Cr5 per la lega Al64.2Cr27.2Fe8.1 e la fase Al6.5Cr0.5Cu2Fe per la lega Al66.9Cu11.6Fe11.6Cr10.6. Gli autori11 hanno concluso che la fase Al8Cr5 (γ-ottone) è isostrutturale con la fase Al65Cr27Fe8.