Las técnicas de fabricación aditiva utilizadas para producir aleaciones metálicas han ganado popularidad debido a su capacidad para fabricarse en formas complejas para su uso en diversas aplicaciones de ingeniería. Sin embargo, la mayoría de los estudios realizados se han centrado en el desarrollo de materiales monofásicos.

El equipo del Dr. Kelvin Xie en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Texas A&M empleó técnicas de caracterización avanzadas para revelar la microestructura de los elementos multiprincipales de fase dual impresos en 3D, también conocidos como aleaciones de alta entropía (HEA), que muestran propiedades ultrarresistentes y dúctiles. Este trabajo es una colaboración con el Dr. Wen Chen de la Universidad de Massachusetts en Amherst y el Dr. Ting Zhu del Instituto de Tecnología de Georgia.

Este estudio fue publicado recientemente en Nature .

El HEA informado en este estudio se fabricó mediante fusión de lecho de polvo láser (L-PBF) en la Universidad de Massachusetts en Amherst. L-PBF es el proceso de calentamiento y enfriamiento de materiales a velocidades muy rápidas, lo que permite la creación de microestructuras únicas y la adaptación de propiedades mecánicas. Sin embargo, los investigadores se han centrado en gran medida en el uso de L-PBF para materiales monofásicos.

En este trabajo, Xie y su estudiante graduado Dexin Zhao lideraron el esfuerzo de caracterización para comprender los HEA eutécticos de doble fase impresos en 3D. En lugar de estar compuestos por una sola fase, los HEA de dos fases se superponen en una estructura autoorganizada a nanoescala.

"Una aleación eutéctica es similar a una lasaña", dijo Xie. "Primero, tienes una hoja de pasta, luego salsa, carne y queso. Estas capas se repiten. En los materiales, la fase cúbica centrada en la cara y la fase cúbica centrada en el cuerpo son como hojas de pasta y el relleno".

Las interfaces que separan estas fases son fuertes barreras que proporcionan una fuerza adicional. La velocidad de enfriamiento súper rápida, que es exclusiva de la impresión 3D L-PBF, creó "láminas de pasta" y "relleno" súper finos. Esto crea interfaces excepcionalmente de alta densidad que son críticas para la combinación de excelente resistencia y ductilidad.

Según Xie, esta es la primera vez que los investigadores logran el HEA nanoestructurado impreso en 3D que muestra propiedades ultrarresistentes y dúctiles, una hazaña difícil de superar en la ciencia de los materiales debido a la naturaleza opuesta de estas características.

Además de sus favorables propiedades físicas, cuando se usa en aplicaciones como la aeroespacial o la automotriz, este material ofrece el potencial para reducir los costos de energía.

"Dondequiera que se consuma energía, hay una preocupación", dijo Xie. "Por ejemplo, un automóvil que mueve pasajeros consume mucha más energía moviéndose que moviendo a los pasajeros. Nuestros hallazgos muestran nuevas vías para el diseño de materiales, que eventualmente pueden conducir a alternativas livianas para muchos de los materiales que usamos actualmente en la fabricación".

En el futuro, los investigadores esperan aprovechar esta tecnología para diversas aplicaciones de ingeniería y materiales de fabricación que deben ser livianos y resistentes a la deformación.

Esta investigación es un esfuerzo de colaboración entre la Universidad de Massachusetts en Amherst, el Instituto de Tecnología de Georgia, la Universidad de California, Los Ángeles, la Universidad Rice y los Laboratorios Nacionales Oak Ridge y Lawrence Livermore. + Explora más

Investigadores imprimen en 3D la primera aleación nanoestructurada de alto rendimiento que es a la vez ultrarresistente y dúctil