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Reglas de Hume-Rothery para soluciones sólidas (metalurgia)

1930
  • William Hume-Rothery
Technician analyzing nickel-based superalloy in metallurgy lab, focusing on Hume-Rothery rules.

Las reglas de Hume-Rothery son un conjunto de directrices empíricas que predicen el grado de disolución de un elemento en un metal, formando una solución sólida. Para una solubilidad sustitucional sustancial, las reglas establecen que la diferencia de tamaño atómico debe ser inferior al 15 %, las estructuras cristalinas deben ser similares, las electronegatividades deben ser comparables y los elementos deben tener la misma valencia.

The Hume-Rothery rules provide a crucial qualitative estructura for metallurgists to design new alloys. They are not absolute laws but rather strong indicators of potential solid solubility. The four primary rules are:

1. Factor de tamaño atómico: La diferencia de radios atómicos entre los átomos del soluto y del disolvente debe ser inferior al 15 %. Si la diferencia de tamaño es demasiado grande, la deformación reticular resultante es demasiado alta para mantener una solución sólida estable, y es probable que se formen nuevas fases o compuestos intermetálicos.

2. Estructura cristalina: Los metales soluto y disolvente deben tener la misma estructura cristalina (p. ej., cúbica centrada en las caras o cúbica centrada en el cuerpo). Una estructura cristalina similar facilita la sustitución de átomos sin alterar la disposición reticular general.

3. Electronegatividad: La electronegatividad de ambos elementos debería ser similar. Una gran diferencia de electronegatividad favorece la formación de compuestos intermetálicos estables en lugar de una solución sólida sustitutiva, ya que los elementos tienden a formar enlaces iónicos o covalentes.

4. Valencia: The elements should have the same valency. A metal will dissolve a metal of higher valency to a greater extent than one of lower valency. This rule is related to the electron concentration in the alloy, which affects the stability of certain phases.

Estas reglas, aunque desarrolladas empíricamente, tienen una base sólida en la termodinámica y la química cristalina de los sistemas metálicos y siguen siendo una piedra angular de la educación sobre materiales y el desarrollo de aleaciones.

UNESCO Nomenclature: 3308
– Metallurgy

Tipo

Scientific Principle

Disrupción

Sustancial

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • recopilación de datos sobre radios atómicos
  • Clasificación de las estructuras cristalinas (fcc, bcc, hcp)
  • linus pauling’s development of the electronegativity scale
  • El concepto de valencia de la química clásica
  • Determinación del diagrama de fases mediante análisis térmico

Aplicaciones

  • Desarrollo de nuevas superaleaciones a base de níquel para motores a reacción
  • Diseño de aleaciones de aluminio específicas para estructuras aeroespaciales
  • formulation of biocompatible titanio alloys for medical implants
  • Modelado predictivo en la ciencia computacional de materiales (informática de aleaciones)
  • Creación de aleaciones de magnesio de alto rendimiento para piezas ligeras de automoción

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    Related to: hume-rothery rules, solid solution, substitutional alloy, atomic radius, crystal structure, electronegativity, valency, alloy design, metallurgy, miscibility.

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