Reduzca solo 100 kilogramos del peso de un automóvil y aumentará su eficiencia energética en aproximadamente un 3.5%. Crédito:iStock
Los investigadores de EPFL han desarrollado modelos de aleaciones de magnesio para comprender cómo hacer que el metal sea más flexible. El magnesio es el metal más ligero de la tierra, pero no se puede moldear fácilmente en formas utilizables. Los investigadores esperan que con los modelos conduzcan al descubrimiento de nuevos, aleaciones más maleables, para que los fabricantes de automóviles puedan fabricar vehículos más ligeros que consuman menos energía.
Reduzca solo 100 kilogramos del peso de un automóvil y aumentará su eficiencia energética en aproximadamente un 3.5 por ciento. Fabricar máquinas y equipos más ligeros es un objetivo de los fabricantes en industrias que van desde la automoción hasta la aeroespacial. Y la clave podría ser el magnesio, un metal que no solo es cuatro veces más liviano que el acero, pero también es fácil de encontrar. El problema es que el magnesio puro es difícil de estirar y formar, por lo que no se puede usar tal como está. Entonces, Los investigadores del Laboratorio de Modelado de Mecánica Multiescala de EPFL desarrollaron un modelo para predecir cómo se comporta el metal cuando se mezcla con diferentes elementos con el fin de determinar qué tipo de aleación proporciona la capacidad de deformación necesaria para aplicaciones industriales. Su investigación fue publicada hoy en Ciencias .
Encendedor, aleaciones más maleables
"El magnesio se vuelve mucho más maleable si agrega algunos átomos de metales de tierras raras, calcio, o manganeso, "dice William Curtin, profesor de la Escuela de Ingeniería de EPFL. "Queríamos entender qué está pasando en estas aleaciones a nivel atómico, para que podamos identificar qué elementos agregar y en qué cantidades para hacer que el metal sea flexible ". El magnesio se puede apreciar por su peso ultrabajo, pero también tiene una ductilidad muy baja. "Eso significa que puede romperse fácilmente si se deforma, por lo que aún no puede reemplazar el acero o el aluminio, ", dice Curtin. La solución es encontrar productos de bajo costo, minerales fácilmente disponibles que se pueden utilizar para crear aleaciones de magnesio. Los metales de tierras raras como el itrio y el cerio son muy eficaces, pero por lo demás no cumplen con estos criterios.
Las dos figuras muestran las configuraciones atómicas inicial y final del proceso de "deslizamiento cruzado" en presencia de dos átomos de itrio. Los átomos azules son átomos de Mg que se encuentran casi en el entorno perfecto de cristal de Mg, Los átomos amarillos son átomos de Mg que están lejos del entorno perfecto del cristal de Mg, e indicar así la estructura y los átomos implicados en el defecto de "dislocación". Los átomos rojos son dos Y solutos. Crédito:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Estos investigadores identificaron previamente las propiedades físicas que hacen que el magnesio puro sea difícil de moldear. Era bien sabido que agregar ciertos elementos puede hacerlo más maleable. Pero los investigadores no tienen una buena comprensión de los mecanismos físicos que tienen lugar, lo que significa que tienen dificultades para predecir cuáles serían las mejores aleaciones. "Los ingenieros a menudo diseñan y prueban nuevas aleaciones de acero y aluminio, los metales más utilizados, para desarrollar más ligero, compuestos más sólidos o más maleables, ", dice Curtin. Pero los factores que afectan la ductilidad de una aleación siguen siendo un misterio y muchos materiales todavía se desarrollan experimentalmente.
Estudiar metales a escala atómica
Los investigadores de EPFL estudiaron las interacciones entre los átomos de magnesio y los átomos de los elementos añadidos para hacer las aleaciones. Descubrieron que ciertos átomos desencadenan un proceso que "cancela" el mecanismo que hace que el magnesio sea difícil de moldear. La baja ductilidad del magnesio se debe a su bajo número de dislocaciones móviles, que son los defectos lineales que hacen que los metales fluyan plásticamente y que hacen que sea menos probable que se rompa cuando se deforma. Los investigadores encontraron que agregar ciertos elementos aumenta sustancialmente el número de dislocaciones móviles y, por lo tanto, mejora la capacidad de deformación del metal. Luego pasaron varios meses usando el sistema de Computación de Alto Rendimiento de EPFL para calcular a través de la mecánica cuántica qué combinaciones de átomos dan como resultado la mayor ductilidad. "Tuvimos mucha suerte de tener acceso a este equipo, que nos permite empezar a trabajar de inmediato, "dice Curtin.
Por ahora, las aleaciones aún se encuentran en la etapa de modelado. El siguiente paso será la fabricación en el laboratorio para ver si tienen las propiedades adecuadas para uso industrial y se pueden fabricar a gran escala.
