Si alguna vez tiene la mala suerte de tener un automóvil con llantas de metal, podría considerar un juego hecho de una nueva aleación diseñada en Sandia National Laboratories. Podría patinar, no conducir, patinaje:alrededor del ecuador de la Tierra 500 veces antes de desgastar la banda de rodadura.

El equipo de ciencia de materiales de Sandia ha diseñado una aleación de platino-oro que se cree que es el metal más resistente al desgaste del mundo. Es 100 veces más duradero que el acero de alta resistencia. convirtiéndola en la primera aleación, o combinación de metales, en la misma clase que el diamante y el zafiro, los materiales más resistentes al desgaste de la naturaleza. El equipo de Sandia informó recientemente sus hallazgos en Materiales avanzados . "Demostramos que hay un cambio fundamental que se puede hacer en algunas aleaciones que impartirá este tremendo aumento en el rendimiento en una amplia gama de real, metales prácticos, "dijo el científico de materiales Nic Argibay, un autor en el papel.

Aunque normalmente se piensa que los metales son fuertes, cuando se frotan repetidamente contra otros metales, como en un motor, se desgastan deformar y corroer a menos que tengan una barrera protectora, como aditivos en el aceite de motor.

En electrónica, Los contactos móviles de metal a metal reciben protecciones similares con capas externas de oro u otras aleaciones de metales preciosos. Pero estos recubrimientos son caros. Y eventualmente se desgastan también, a medida que las conexiones se presionan y se cruzan día tras día, año tras año, a veces millones, incluso miles de millones de veces. Estos efectos se agravan cuanto más pequeñas son las conexiones, porque cuanto menos material empieces, menor desgaste puede soportar una conexión antes de que deje de funcionar.

Con la capa de oro platino de Sandia, sólo una capa de átomos se perdería después de una milla de patinar sobre los hipotéticos neumáticos. El recubrimiento ultraduradero podría ahorrarle a la industria electrónica más de $ 100 millones al año solo en materiales, Argibay dice:y hacer que la electrónica de todos los tamaños y en muchas industrias sea más rentable, duraderos y fiables, desde sistemas aeroespaciales y turbinas eólicas hasta microelectrónica para teléfonos móviles y sistemas de radar.

"Estos materiales resistentes al desgaste podrían proporcionar beneficios de confiabilidad para una variedad de dispositivos que hemos explorado, "dijo Chris Nordquist, un ingeniero de Sandia que no participó en el estudio. "Las oportunidades de integración y mejora serían específicas del dispositivo, pero este material proporcionaría otra herramienta para abordar las limitaciones actuales de confiabilidad de los componentes microelectrónicos metálicos ".

El nuevo metal pone fin a una vieja teoría

Quizás se esté preguntando cómo los metalúrgicos durante miles de años de alguna manera pasaron por alto esto. En verdad, la combinación de un 90 por ciento de platino con un 10 por ciento de oro no es nueva en absoluto.

Pero la ingeniería es nueva. Argibay y el coautor Michael Chandross idearon el diseño y la nueva sabiduría del siglo XXI detrás de él. La sabiduría convencional dice que la capacidad de un metal para resistir la fricción se basa en su dureza. El equipo de Sandia propuso una nueva teoría que dice que el desgaste está relacionado con cómo reaccionan los metales al calor, no su dureza, y escogieron metales a mano, proporciones y un proceso de fabricación que podría probar su teoría.

"Muchas aleaciones tradicionales se desarrollaron para aumentar la resistencia de un material al reducir el tamaño de grano, "dijo John Curry, un postdoctoral designado en Sandia y primer autor del artículo. "Aún así, en presencia de tensiones y temperaturas extremas, muchas aleaciones se endurecerán o ablandarán, especialmente bajo fatiga. Vimos que con nuestra aleación de platino-oro la estabilidad mecánica y térmica es excelente, y no vimos muchos cambios en la microestructura durante períodos inmensamente largos de estrés cíclico durante el deslizamiento ".

Ahora tienen pruebas que pueden sostener en sus manos. Se ve y se siente como platino ordinario, blanco plateado y un poco más pesado que el oro puro. Lo más importante, no es más duro que otras aleaciones de platino-oro, pero es mucho mejor para resistir el calor y cien veces más resistente al desgaste.

El enfoque del equipo es moderno y dependía de herramientas computacionales. La teoría de Argibay y Chandross surgió a partir de simulaciones que calculaban cómo los átomos individuales estaban afectando las propiedades a gran escala de un material. una conexión que rara vez es obvia solo a partir de las observaciones. Los investigadores de muchos campos científicos utilizan herramientas computacionales para eliminar gran parte de las conjeturas de la investigación y el desarrollo.

"Nos estamos concentrando en los mecanismos atómicos fundamentales y la microestructura y uniendo todas estas cosas para comprender por qué se obtiene un buen rendimiento o por qué se obtiene un mal rendimiento, y luego diseñar una aleación que le brinde un buen rendimiento, "Dijo Chandross.

Una sorpresa resbaladiza

Todavía, siempre habrá sorpresas en la ciencia. En un artículo separado publicado en Carbón , el equipo de Sandia describe los resultados de un accidente notable. Un día, mientras miden el desgaste de su platino-oro, una película negra inesperada comenzó a formarse en la parte superior. Lo reconocieron:carbono similar al diamante, uno de los mejores revestimientos artificiales del mundo, resbaladizo como el grafito y duro como el diamante. Su creación estaba haciendo su propio lubricante, Y una buena en eso.

El carbono similar al diamante generalmente requiere condiciones especiales para su fabricación, y, sin embargo, la aleación lo sintetizó espontáneamente.

"Creemos que la estabilidad y la resistencia inherente al desgaste permiten que las moléculas que contienen carbono del medio ambiente se adhieran y se degraden durante el deslizamiento para finalmente formar carbono similar al diamante, ", Dijo Curry." La industria tiene otros métodos para hacer esto, pero normalmente involucran cámaras de vacío con plasmas de especies de carbono a alta temperatura. Puede resultar muy caro ".

El fenómeno podría aprovecharse para mejorar aún más el rendimiento ya impresionante del metal, y también podría conducir a una forma más rentable de producir en masa lubricante premium.