Las monedas de cinco centavos son omnipresentes en la vida estadounidense, dando vueltas en los bolsillos, rodando debajo de los asientos del coche, y emergiendo de la parte trasera de las secadoras para usarse una y otra vez para innumerables compras. Pero estas monedas resistentes y de aspecto algo humilde también se están volviendo costosas de producir. Níquel, el propio tocayo de la moneda, se ha convertido en un ingrediente preciado en muchos productos modernos, empujando tanto el valor de mercado que a veces hacer la moneda de cinco centavos cuesta hasta siete centavos cada uno.

Trabajando en conjunto con la Casa de la Moneda de EE. UU., un equipo de investigación del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha identificado un enfoque alternativo que reduciría el costo de los materiales para el níquel hasta en un 40 por ciento. Este enfoque produciría una moneda tan resistente y confiable como la antigua moneda de cinco centavos, pero también tan familiar para el ciudadano estadounidense.

El artículo que detalla el trabajo se publicó hoy en la revista Integración de materiales e innovación en la fabricación .

Como beneficio adicional, Los datos de esta investigación también han producido resultados que pueden ayudar a las empresas de alta tecnología a buscar nuevos materiales para usar en dispositivos electrónicos resistentes como teléfonos y computadoras portátiles. y en una variedad de nuevos colores radicales, arrancar.

La fabricación de monedas es un proceso complicado y exigente. Las monedas no deben corroerse en la palma de una mano húmeda, por ejemplo. Las imágenes estampadas en sus rostros deben ser lo suficientemente resistentes como para soportar décadas de comercio y el giro ocasional por la lavandería. Su brillo metálico debe ser siempre reconocible, y de espesor y densidad uniformes.

Aunque invisible para el cliente medio que compra un chicle o un refresco, todas las monedas estadounidenses también deben contener una cantidad predeterminada de conductividad eléctrica para funcionar en máquinas expendedoras, que utilizan un medidor pequeño para determinar la firma de la moneda de una moneda. Un parquímetro o una máquina de refrescos no contarán su centavo sin esta característica clave.

En muchos sentidos, el desafío de la producción de níquel fue un complemento ideal para la Iniciativa del genoma de materiales del NIST (MGI), que se inició en 2011 con el ambicioso objetivo de reducir al menos a la mitad el tiempo que tarda un nuevo material en llegar al mercado manteniendo los costes bajos. El MGI ha estado construyendo las herramientas informáticas y computacionales necesarias para el desarrollo de todo tipo de nuevos materiales para su uso en una amplia variedad de aplicaciones de fabricación.

"Repensar el níquel fue una de las primeras veces que pudimos implementar las nuevas herramientas MGI para diseñar un material para una aplicación específica, ", dijo la científica del NIST Carelyn Campbell." Estamos muy satisfechos con los resultados ".

El equipo de NIST trabajó al revés, primero identificando las cualidades deseadas para la nueva pieza de níquel y luego averiguando qué aleaciones y procedimientos podrían ser necesarios para hacerla realidad. La Casa de la Moneda de EE. UU. También describió algunas limitaciones específicas del sitio; a saber, la nueva moneda tuvo que producirse utilizando las instalaciones de fabricación existentes en Denver y Filadelfia, ambos utilizan un tipo específico de procedimiento de enfriamiento lento.

El color resultó particularmente desafiante. Aunque la mayoría de la gente no pensaría que la moneda tiene un tono o matiz especial, Los coleccionistas de monedas son un grupo exigente y, a menudo, rechazarán las monedas que estén ligeramente fuera de tono, y los coleccionistas forman una parte significativa del mercado de piezas monetarias. Es posible que el público en general tampoco confíe en una moneda que sea demasiado naranja o demasiado amarilla. Pero el color es a menudo un criterio subjetivo, y uno que puede ser difícil de cuantificar o reproducir con cualquier tipo de estándar confiable.

En este caso, el uso del proceso MGI resultó ser de enorme ayuda, sorprendiendo incluso a los propios investigadores con la eficacia del resultado. Comenzando con el conjunto de parámetros para la resiliencia, conductividad y color, el equipo pudo producir una nueva mezcla de cobre, níquel y zinc que era un 40 por ciento menos costoso que la mezcla de metales anterior.

El equipo se basó en gran medida en un tipo de sistema de diseño de materiales conocido como marco de Ingeniería de Materiales Computacional Integrada (ICME). El método utiliza una gran cantidad de modelos informáticos para descubrir cómo reaccionarán los diferentes componentes cuando se mezclen. En este caso, esos componentes eran aleaciones metálicas.

El trabajo experimental es costoso y requiere mucho tiempo, mientras que ejecutar un modelo en una computadora es bastante rápido y económico. La idea es utilizar más recursos y herramientas computacionales para hacer el trabajo preliminar en la etapa de diseño para reducir el tiempo y el costo necesarios para pasar de la idea a la realidad.

"Dentro de un año, pudimos armar un marco para diseñar una aleación, identificando y usando nuestro modelo para obtener la aleación correcta, y luego avanzar y hacer el prototipo, probarlo y descubrir que cumplimos con todos nuestros objetivos, ", dijo Eric Lass, líder del proyecto e ingeniero de materiales del NIST. Lass también es el autor principal del nuevo artículo. En el pasado, tal trabajo habría llevado varios años.

Los resultados podrían potencialmente ahorrar millones a la Casa de la Moneda de EE. UU. Además, Varias empresas que fabrican artículos de alta tecnología han mostrado interés en los resultados, ya que existe una fuerte demanda de los consumidores de productos electrónicos que sean duraderos pero que también estén disponibles en una variedad de colores como el rosa metálico.

Aún no se sabe si alguien está buscando activamente un teléfono que pueda pasar por una secadora caliente el día de la lavandería. aunque.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.