Los investigadores han demostrado cómo crear una aleación de aluminio súper resistente que compita con la resistencia del acero inoxidable, un avance con potenciales aplicaciones industriales.

"La mayoría de las aleaciones de aluminio livianas son blandas y tienen una resistencia mecánica inherentemente baja, que dificulta una aplicación industrial más generalizada, "dijo Xinghang Zhang, profesor de la Escuela de Ingeniería de Materiales de la Universidad de Purdue. "Sin embargo, alta resistencia, las aleaciones de aluminio livianas con una resistencia comparable a la de los aceros inoxidables revolucionarían las industrias automotriz y aeroespacial ".

Una nueva investigación muestra cómo alterar la microestructura del aluminio para impartir mayor resistencia y ductilidad. Los hallazgos se detallaron en dos nuevos artículos de investigación. El trabajo fue dirigido por un equipo de investigadores que incluía al asociado de investigación postdoctoral de Purdue, Sichuang Xue, y al estudiante de doctorado Qiang Li.

El artículo más reciente se publicó en línea el 22 de enero en la revista Materiales avanzados . El artículo anterior se publicó en noviembre en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

El nuevo aluminio de alta resistencia es posible mediante la introducción de "fallas de apilamiento, "o distorsiones en la estructura cristalina. Si bien estos son fáciles de producir en metales como el cobre y la plata, son difíciles de introducir en el aluminio debido a su alta "energía de falla de apilamiento".

La red cristalina de un metal está formada por una secuencia repetida de capas atómicas. Si falta una capa, se dice que hay una falla de apilamiento. Mientras tanto, se pueden formar los llamados "límites gemelos" que constan de dos capas de fallas de apilamiento. Un tipo de falla de apilamiento, llamada fase 9R, es particularmente prometedor, Dijo Zhang.

"Se ha demostrado que los límites gemelos son difíciles de introducir en el aluminio. La formación de la fase 9R en el aluminio es aún más difícil debido a su alta energía de falla de apilamiento, ", Dijo Zhang." Quieres introducir tanto nanotwins como la fase 9R en aluminio nanograbado para aumentar la resistencia y la ductilidad y mejorar la estabilidad térmica ".

Ahora, Los investigadores han aprendido cómo lograr fácilmente esta fase 9R y nanotwins en aluminio.

"Estos resultados muestran cómo fabricar aleaciones de aluminio que son comparables a, o incluso más fuerte que, Aceros inoxidables, ", dijo." Hay mucho impacto comercial potencial en este hallazgo ".

Xue es el autor principal del Comunicaciones de la naturaleza papel, que es el primero en reportar una fase 9R "inducida por choque" en aluminio. Los investigadores bombardearon películas de aluminio ultradelgadas con diminutos microproyectiles de dióxido de silicio, produciendo la fase 9R.

"Aquí, mediante el uso de una técnica de prueba de impacto de proyectil inducida por láser, descubrimos una fase 9R inducida por deformación con decenas de nanómetros de ancho, "Dijo Xue.

Las pruebas de microproyectiles fueron realizadas por un grupo de investigación de la Universidad de Rice, dirigido por el profesor Edwin L. Thomas, coautor del artículo Nature Communications. Un rayo láser hace que las partículas sean expulsadas a una velocidad de 600 metros por segundo. El procedimiento acelera drásticamente las pruebas de detección de varias aleaciones para aplicaciones de resistencia al impacto.

"Supongamos que quiero filtrar muchos materiales en poco tiempo, ", Dijo Zhang." Este método nos permite hacer eso a un costo mucho más bajo de lo que sería posible de otra manera ".

Li es el autor principal del artículo de Materiales avanzados, que describe cómo inducir una fase 9R en el aluminio, no mediante un choque, sino mediante la introducción de átomos de hierro en la estructura cristalina del aluminio mediante un procedimiento llamado pulverización catódica con magnetrón. El hierro también se puede introducir en el aluminio mediante otras técnicas, como el casting, y el nuevo hallazgo podría potencialmente ampliarse para aplicaciones industriales.

Los recubrimientos de aleación de hierro y aluminio "nanotwinning" resultantes demostraron ser una de las aleaciones de aluminio más fuertes jamás creadas. comparable a los aceros de alta resistencia.

"Simulaciones de dinámica molecular, realizado por el grupo del profesor Jian Wang en la Universidad de Nebraska, Lincoln, mostró que la fase 9R y los nanogranos dan como resultado una alta resistencia y capacidad de endurecimiento por trabajo y revelaron los mecanismos de formación de la fase 9R en el aluminio, ", Dijo Zhang." Comprender los nuevos mecanismos de deformación nos ayudará a diseñar nuevos de alta resistencia, materiales metálicos dúctiles, como las aleaciones de aluminio ".

Una posible aplicación podría ser diseñar revestimientos de aleación de aluminio resistentes al desgaste y a la corrosión para las industrias de la electrónica y del automóvil.