Perspectivas sobre el mecanismo de envenenamiento de Zr mediante cálculos de primer principio sobre el trabajo de adhesión y la energía de adsorción entre TiB2, Al3Ti y Al3Zr
Autores: Wu, Jianqiang; Ruan, Qilin; Chen, Simin; Meng, Chuanchao; Xu, Zhengbing; Wei, Chunhua; Tang, Hongqun; Wang, Junsheng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Aleaciones de aluminio
Refinadores de grano
Envenenamiento por zirconio
Sustrato de nucleación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Las aleaciones intermedias Al-Ti-B se utilizan ampliamente como refinadores de grano en aleaciones de aluminio debido a la presencia de las fases Al3Ti y TiB2. Sin embargo, la existencia de Zr en los metales fundidos de aleación de aluminio a menudo resulta en un tamaño de grano grueso, lo que lleva al fallo de Al-Ti-B llamado envenenamiento por Zr. Hay tres tipos de mecanismos de envenenamiento relacionados con TiB2, Al3Ti y una combinación de TiB2 y Al3Ti para Zr. Primero, Zr forma ZrB2 o Ti2Zr con TiB2 en Al-Ti-B para reducir la capacidad de nucleación. En segundo lugar, Zr existente en el metal fundido de aluminio con un punto de fusión alto Al3Zr atrae Ti para reducir la dispersión de Ti como un inhibidor de crecimiento. En tercer lugar, Zr reacciona con Al3Ti en la superficie de TiB2 para formar Al3Zr, aumentando así el grado de desajuste con Al y disminuyendo la capacidad del refinador como sustrato de nucleación. Para obtener una mejor comprensión del mecanismo de envenenamiento por Zr, se utilizó el primer principio en este estudio para calcular los trabajos de adhesión (ZrB2//Al3Ti), (Ti2Zr//Al3Ti), (Al3Zr//Al3Ti), (Al3Ti//Al), (TiB2//Al3Zr) y (Al3Zr//Al), así como la energía superficial de Al3Zr y las energías de adsorción de Al a Al3Ti o Al3Zr. Los resultados demostraron que el envenenamiento por Zr se originó en la segunda suposición. El elemento Zr que existe en el metal fundido de aluminio llevó a la formación de una superficie Al3Zr (001). El trabajo de adhesión interfacial de Al3Zr (001)//Al3Ti (001) no fue más débil que el de TiB2//Al3Ti. Como resultado, Al3Zr se combinó primero con Al3Ti para disminuir significativamente la adsorción de Al3Ti (001) sobre Al, perdiendo su papel como agente nucleante y provocando el grueso de grano. En general, para prevenir el fallo del refinador de grano en el metal fundido de aluminio que contiene Zr, el trabajo de adhesión de la interfaz entre la fase generada del refinador de grano y Al3Zr debe permanecer más bajo para evitar la combinación de la fase generada del refinador de grano con Al3Zr. En resumen, estos hallazgos parecen prometedores para evaluar los efectos futuros del refinamiento de grano en el metal fundido de aluminio que contiene Zr.
Descripción
Las aleaciones intermedias Al-Ti-B se utilizan ampliamente como refinadores de grano en aleaciones de aluminio debido a la presencia de las fases Al3Ti y TiB2. Sin embargo, la existencia de Zr en los metales fundidos de aleación de aluminio a menudo resulta en un tamaño de grano grueso, lo que lleva al fallo de Al-Ti-B llamado envenenamiento por Zr. Hay tres tipos de mecanismos de envenenamiento relacionados con TiB2, Al3Ti y una combinación de TiB2 y Al3Ti para Zr. Primero, Zr forma ZrB2 o Ti2Zr con TiB2 en Al-Ti-B para reducir la capacidad de nucleación. En segundo lugar, Zr existente en el metal fundido de aluminio con un punto de fusión alto Al3Zr atrae Ti para reducir la dispersión de Ti como un inhibidor de crecimiento. En tercer lugar, Zr reacciona con Al3Ti en la superficie de TiB2 para formar Al3Zr, aumentando así el grado de desajuste con Al y disminuyendo la capacidad del refinador como sustrato de nucleación. Para obtener una mejor comprensión del mecanismo de envenenamiento por Zr, se utilizó el primer principio en este estudio para calcular los trabajos de adhesión (ZrB2//Al3Ti), (Ti2Zr//Al3Ti), (Al3Zr//Al3Ti), (Al3Ti//Al), (TiB2//Al3Zr) y (Al3Zr//Al), así como la energía superficial de Al3Zr y las energías de adsorción de Al a Al3Ti o Al3Zr. Los resultados demostraron que el envenenamiento por Zr se originó en la segunda suposición. El elemento Zr que existe en el metal fundido de aluminio llevó a la formación de una superficie Al3Zr (001). El trabajo de adhesión interfacial de Al3Zr (001)//Al3Ti (001) no fue más débil que el de TiB2//Al3Ti. Como resultado, Al3Zr se combinó primero con Al3Ti para disminuir significativamente la adsorción de Al3Ti (001) sobre Al, perdiendo su papel como agente nucleante y provocando el grueso de grano. En general, para prevenir el fallo del refinador de grano en el metal fundido de aluminio que contiene Zr, el trabajo de adhesión de la interfaz entre la fase generada del refinador de grano y Al3Zr debe permanecer más bajo para evitar la combinación de la fase generada del refinador de grano con Al3Zr. En resumen, estos hallazgos parecen prometedores para evaluar los efectos futuros del refinamiento de grano en el metal fundido de aluminio que contiene Zr.