les alliages d'aluminium ont des propriétés matérielles uniques et sont des matériaux indispensables dans la construction aéronautique et la technologie spatiale. Grâce à la tomographie électronique à haute résolution, des chercheurs de la TU Graz ont pour la première fois décodé des mécanismes cruciaux pour comprendre ces propriétés. Les résultats de la recherche ont récemment été publiés dans Matériaux naturels .

Nano structures responsables de la qualité des matériaux

Des éléments d'alliage tels que le scandium et le zircon sont ajoutés à la matrice en aluminium pour améliorer la résistance, résistance à la corrosion et soudabilité des alliages d'aluminium. Après un autre traitement, les nano-précipités, sont formés. Ce sont de minuscules particules arrondies de quelques nanomètres seulement. leur forme, La structure atomique et la « lutte » des atomes de scandium et de zircon pour la « meilleure place » dans le réseau cristallin sont déterminantes pour les propriétés et la facilité d'utilisation du matériau.

Les chercheurs ont analysé ces structures à l'aide du microscope électronique à transmission à balayage autrichien (ASTEM) du Centre de microscopie électronique de Graz (ZFE). Le dispositif peut produire des mappages d'éléments à haute résolution de structures tridimensionnelles. « L'analyse tomographique a fourni une image qui, étonnamment, ne pouvait pas être interprété selon le niveau de connaissance antérieur, " a déclaré Gerald Kothleitner, chef du groupe de travail pour la microscopie électronique à transmission analytique à l'Institut de microscopie électronique et de nanoanalyse de la TU Graz. « Nous avons détecté des anomalies dans les structures core-shell générées. D'une part, nous avons trouvé des quantités plus élevées d'aluminium dans les nano-précipités que nous l'avions supposé. D'autre part, nous avons découvert un noyau enrichi en zircon ainsi que des zones frontières entre le noyau et la coquille avec une composition et une structure cristalline presque parfaites."

La mécanique quantique et les méthodes de Monte Carlo apportent des réponses

Pour traquer ce phénomène d'auto-organisation, des chercheurs de l'Institut de Microscopie Electronique et de Nanoanalyse (FELMI) et de l'Institut des Sciences des Matériaux, Joining and Forming (IMAT) s'est rabattu sur les calculs et simulations de mécanique quantique. Ils ont découvert que le système se sépare et forme des canaux atomiquement étroits dans lesquels les atomes étrangers peuvent diffuser. Les atomes qui se rencontrent bloquent ces canaux et stabilisent le système. La doctorante Angelina Orthacker donne une explication graphique du mouvement des atomes :« Le processus de diffusion peut être comparé à la formation d'un couloir d'urgence dans une zone urbaine à fort trafic. Le trafic parvient à s'organiser en une fraction de seconde pour permettre le libre circulation des véhicules d'urgence. Mais il suffit de quelques véhicules individuels pour bloquer le couloir d'urgence, l'empêchant ainsi de fonctionner." Et c'est exactement le même comportement à l'intérieur des alliages d'aluminium. Les "couloirs d'urgence" favorisent le transport de matière des atomes de scandium et de zircon et même de légères perturbations arrêtent cette réaction de transport. les découvertes sur ces processus de diffusion jouent également un rôle dans d'autres alliages multi-composants dont les propriétés peuvent maintenant être encore plus ajustées.