Combina lo mejor de los metales refractarios con ingeniería de vanguardia y podría cambiar la fabricación moderna
Buenos Aires-(Nomyc)-En investigaciones publicadas hace poco , los científicos revelaron una aleación especial que podría cambiar las reglas del juego gracias a su combinación de tolerancia a la temperatura, resistencia al desgaste y una tenacidad a la fractura hasta ahora desconocida.
Sobre cómo se logró crear una aleación que lo tenga todo: el secreto está en una característica llamada “kink band” o Banda de Torsión, donde el material se forma de manera natural al ser calentado y tratado y como dice el refrán, “a veces nuestros defectos pueden convertirse en nuestras mayores fortalezas” y eso también se cumple con las aleaciones exóticas”.
Muchos metales son blandos en su forma pura, o al menos, más blandos de lo que nos gustaría para aplicaciones como la fabricación y la maquinaria pesada, pero hace mucho tiempo, los humanos se dieron cuenta de que podían combinar dos metales en una aleación como el bronce y obtener resultados más resistentes, que mantenían mejor un filo y tenían mayor durabilidad.
Sobre por qué son tan fuertes las aleaciones, esto se da debido a que cada elemento tiene su propia masa atómica y tamaño de partícula y se debe pensar en un metal puro como un juego de Jenga.
Cuando se empuja un bloque o se deforma el metal, se sabe cómo se moverá ese bloque, pero en una aleación, la “Torre de Jenga”, está formada por bloques de distintos tamaños, lo que hace mucho más difícil “empujarlos”, es decir deformarlos, fuera de su lugar. Hay menos líneas ordenadas que sean propensas a romperse.
En este artículo, investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y de varias universidades de la costa oeste de Estados Unidos, colaboraron en una nueva aleación refractaria, usada de manera coloquial, obstinada que en este caso se refiere a una aleación muy tolerante a temperaturas muy altas, gracias a la combinación de metales de los periodos quinto y sexto de la tabla periódica: molibdeno, niobio, tungsteno, tantalio y renio.
Estos elementos, tienen algunos de los puntos de fusión más altos conocidos en la tabla periódica y también presentan una dureza muy elevada entre los metales puros, aunque, si se habla de materiales en general, el diamante aún los supera ampliamente.
Esto significa que, al combinarse de manera particular, estos metales junto con otros de alto punto de fusión, como titanio e iridio, pueden volverse aún más resistentes al calor y al desgaste, formando la familia de las aleaciones refractarias.
Hay solo unos pocos problemas: la misma dureza y resistencia que define a las aleaciones refractarias a menudo significa que son demasiado difíciles de trabajar, con baja ductilidad y una alta probabilidad de fractura.
En otras palabras, si se intenta moldear una aleación refractaria en cualquier forma, se romperá en lugar de doblarse, lo que hacía necesario encontrar un punto intermedio en el que una aleación refractaria muy dura pudiera soportar un golpe y deformarse de la manera deseada en lugar de fracturarse.
Para lograrlo, los científicos del Berkeley Lab “diseñaron específicamente” una aleación de niobio, tantalio, titanio y hafnio, y formaron bandas de torsión (“kink bands”) en el metal.
Dentro de un material sólido como una aleación, los “kinks” y “jogs”, son términos que se refieren a tipos de defectos que afectan la estructura de la aleación.
Sus detalles son más científicos, pero un nudo en un cable eléctrico o un pequeño desvío en una calle que da la idea intuitiva y mientras la aleación se forma, sus estructuras cristalinas, se mueven lo suficiente para crear estas “estrías” o costuras que muestran un cambio en la orientación de los cristales.
En los cables, un “kink” suele ser un signo de daño o desgaste inusual. En los cristales que usamos como gemas, una banda de torsión podría arruinar el efecto brillante deseado al alterar cómo pasa la luz a través del material.
Pero en la aleación, los investigadores descubrieron que las bandas de torsión resultaban de la tolerancia a la dislocación, es decir, de la capacidad de deformarse sin romperse y las partículas en la aleación, pudieron adaptarse a un espacio donde los cristales se habían desplazado, y esas bandas de adaptación fortalecieron el resultado.
“Nuestro trabajo muestra que, contrariamente a la comprensión convencional, las aleaciones refractarias complejas y concentradas pueden poseer una tenacidad excepcional frente a fracturas en rangos de temperatura extremos, incluso en el régimen criogénico”, concluyen los científicos. El siguiente paso es continuar investigando, ya que este es solo un estudio exploratorio.
En un mundo que espera nuevas tecnologías como la computación cuántica y la fusión nuclear, el régimen criogénico, donde los materiales se enfrían cerca del cero absoluto, es vital por lo que, cuanto más fuertes podamos hacer estos materiales, será mejor.
Nomyc-7-1-26
