Un equipo de investigación dirigido por la City University of Hong Kong (CityU) ha desarrollado una estrategia para crear nuevas aleaciones de alta resistencia que son extremadamente fuertes, dúctil y flexible. La estrategia supera los problemas críticos del dilema de equilibrio entre resistencia y ductilidad, allanando el camino para materiales estructurales innovadores en el futuro.

Aleaciones de elementos principales múltiples, generalmente conocidas como aleaciones de alta entropía (HEA), son un nuevo tipo de material construido con cantidades iguales o casi iguales de cinco o más metales. Actualmente son el foco de atención en la ciencia e ingeniería de materiales debido a sus posibles aplicaciones estructurales. Sin embargo, la mayoría de las aleaciones comparten la misma característica perjudicial:cuanto mayor es la resistencia de la aleación, cuanto menor sea la ductilidad y tenacidad, lo que significa que las aleaciones fuertes tienden a ser menos deformables o estirables sin fracturarse.

Recientemente, sin embargo, un estudio dirigido por el profesor Liu Chain Tsuan, Profesor Distinguido de la Universidad del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de CityU, ha encontrado una solución revolucionaria para este dilema abrumador de décadas:hacer aleaciones de alta entropía a través de la precipitación masiva de partículas a nanoescala. Esta investigación de vanguardia acaba de ser publicada en el último número de la prestigiosa revista Ciencias , titulado "Nanopartículas intermetálicas multicomponente y excelentes comportamientos mecánicos de aleaciones complejas".

Resolviendo el compromiso fuerza-ductilidad

"Podemos hacer una nueva aleación de alta entropía llamada Al ₇ Ti ₇ ((FeCoNi) ₈₆ -Alabama ₇ Ti ₇ ) con una resistencia superior de 1,5 gigapascales y una ductilidad de hasta el 50 por ciento en tensión a temperatura ambiente. Fortalecido por nanopartículas, esta nueva aleación es cinco veces más resistente que la aleación a base de hierro-cobalto-níquel (FeCoNi), "dice el profesor Liu.

"La mayoría de las aleaciones convencionales contienen uno o dos elementos principales, como el níquel y el hierro para fabricar, ", explica." Sin embargo, mediante la adición de elementos adicionales de aluminio y titanio para formar precipitados masivos en la aleación a base de FeCoNi, hemos descubierto que tanto la resistencia como la ductilidad han aumentado significativamente, resolviendo el problema crítico del dilema de compensación para materiales estructurales ".

Es más, Las aleaciones de alta resistencia generalmente enfrentan inestabilidad por deformación plástica, conocido como el problema de los nudos, lo que significa que cuando la aleación está sometida a una alta resistencia, su deformación se volvería inestable y muy fácilmente conduciría a una fractura por estrechamiento (deformación localizada) con un alargamiento uniforme muy limitado. Pero el equipo descubrió además que al agregar nanopartículas intermetálicas multicomponente, que son nanopartículas complejas hechas de diferentes elementos, Puede fortalecer uniformemente la aleación mejorando la inestabilidad de deformación.

Abordar el "problema de los besos"

Y han encontrado la fórmula ideal para estas complejas nanopartículas, que consiste en níquel, cobalto, planchar, átomos de titanio y aluminio. El profesor Liu explica que cada nanopartícula mide de 30 a 50 nanómetros. Los átomos de hierro y cobalto que reemplazan algunos de los componentes del níquel ayudan a reducir la densidad de electrones de valencia y mejoran la ductilidad de la nueva aleación. Por otra parte, Reemplazar parte del aluminio con titanio reduce en gran medida el impacto de la humedad en el aire para evitar la fragilización inducida en esta nueva aleación fuerte.

"Esta investigación abre una nueva estrategia de diseño para desarrollar superaleaciones, mediante la ingeniería de nanopartículas multicomponente para fortalecer aleaciones complejas para lograr excelentes propiedades mecánicas a temperatura ambiente y elevadas, "dice el profesor Liu.

Él cree que las nuevas aleaciones desarrolladas con esta nueva estrategia funcionarán bien en temperaturas que oscilan entre -200 ° C y 1000 ° C. Por lo tanto, pueden actuar como una buena base para seguir desarrollándose para uso estructural en dispositivos criogénicos, aviones y sistemas aeronáuticos y más allá.