Científicos de la Universidad de Birmingham han descrito cómo los cristales microscópicos crecen y cambian de forma en los metales fundidos a medida que se enfrían.
Su investigación está abriendo nuevos caminos en la investigación de aleaciones y allana el camino para mejorar la resistencia a la tracción de las aleaciones utilizadas en fundición y soldadura.
Publicado en Acta Materialia, el estudio utilizó tomografía de rayos X sincrotrón de alta velocidad para 'fotografiar' las estructuras cristalinas cambiantes en aleaciones fundidas a medida que se enfrían.
El estudio muestra que, a medida que la aleación de aluminio y cobre se enfría, el proceso de solidificación comienza con la formación de dendritas facetadas, que se forman por un apilamiento capa por capa de unidades básicas que tienen un tamaño de solo micrómetros. Estas unidades comienzan con forma de L y se apilan una encima de la otra como bloques de construcción, pero a medida que se enfrían cambian de forma y se transforman en forma de U y finalmente en un cubo hueco, mientras que algunas de ellas se apilan para formar hermosas dendritas.
El estudio fue dirigido por el doctor Biao Cai, de la Escuela de Metalurgia y Materiales de la Universidad de Birmingham, cuya investigación ya ha demostrado cómo los campos magnéticos influyen en el crecimiento de los cristales1.
El doctor Cai comentó: "Los hallazgos de este nuevo estudio brindan una visión real de lo que sucede a nivel micro cuando una aleación se enfría y muestran la forma de los componentes básicos de los cristales en las aleaciones fundidas. La forma del cristal determina la resistencia de la aleación final, y si podemos hacer aleaciones con cristales más finos, podemos hacer aleaciones más fuertes".
Agregó: "Los resultados contrastan directamente con la visión clásica de la formación de dendritas en aleaciones de enfriamiento, y abren la puerta al desarrollo de nuevos enfoques que pueden predecir y controlar la formación de cristales intermetálicos".
La investigación anterior del doctor Cai ha dado como resultado una tecnología novedosa para mejorar la calidad del aluminio reciclado al eliminar el hierro de la aleación fundida en un proceso simple y económico que utiliza imanes y un gradiente de temperatura.
La tecnología es objeto de una solicitud de patente presentada por la Universidad de Birmingham Enterprise. También ha atraído fondos de Midlands Innovation Commercialization of Research Accelerator y EPSRC-Impact Acceleration Account, que ha permitido a Biao construir un prototipo a gran escala que funciona a 1.000 °C y utiliza un imán de 1 Tesla.
El prototipo se está probando actualmente con lingotes proporcionados por Tandom Metallurgical Group, que opera una operación comercial internacional desde su base en Congleton, Cheshire, donde produce aleaciones de aluminio, aleaciones maestras y recicla productos de aluminio, desechos y escoria.
Cai espera publicar los resultados de las pruebas y mostrar el demostrador a la industria antes de fin de año, con el objetivo de encontrar colaboradores industriales dispuestos a realizar pruebas en entornos de fundición en combinación con las líneas de producción existentes.
