Ingenieros estadounidenses obtuvieron una aleación metálica con la mayor tenacidad a la fractura jamás medida en un material en la Tierra. La dureza de este supermetal, constituido por cromo, cobalto y níquel (CrCoNi), tiene además una resistencia y ductilidad superior a la de los mejores aceros.
Por otra parte, los creadores comunicaron que, contra lo que ocurre con la mayoría de los metales, estas propiedades aumentan a medida que el material se enfría, lo que sugiere un potencial interesante para aplicaciones en entornos criogénicos extremos como los que existe, por ejemplo, en el espacio exterior.
El nuevo producto fue desarrollado por ingenieros especialistas en metalografía de las universidades de Tennessee y de Berkeley, en California, cuyos trabajos se focalizan en una clase de materiales conocidos como aleaciones de alta entropía (HEA, por sus siglas en inglés).
La investigación ha sido publicada recientemente en la revista Science.
A diferencia de la mayoría de las aleaciones, que están dominadas por un elemento con pequeñas proporciones de otros mezclados, las HEA contienen elementos mezclados en proporciones iguales.
"Cuando se diseñan materiales estructurales, se busca que sean fuertes, pero también dúctiles y resistentes a la fractura", comentó el ingeniero metalúrgico Easo George, de Tennessee, uno de los autores de la investigación.
"Por lo general, es un compromiso entre estas propiedades. Pero este material es ambas cosas, y en lugar de volverse quebradizo a bajas temperaturas, se vuelve más resistente", explicó.
La dureza, la ductilidad y la tenacidad son tres propiedades que determinan la durabilidad de un material. La dureza describe la resistencia a la deformación y la ductilidad describe cuán maleable es un material. Estas dos propiedades contribuyen a su tenacidad general: la resistencia a la fractura. Por lo general, la tenacidad se incrementa con el aumento de la temperatura.
Durante su investigación, los científicos notaron que la resistencia y ductilidad del nuevo material aumentan a la temperatura del nitrógeno líquido (-196 °C) sin comprometer su dureza.
El equipo llevó aún más lejos el experimento, a temperaturas de helio líquido (-253 °C). Los resultados fueron más que sorprendentes. "La dureza de este material cerca de las temperaturas de helio líquido es tan alta como 500 megapascales por metro cuadrado", detalló el ingeniero mecánico Robert Richie, de Berkeley.
Para poner los resultados en las mismas unidades: la dureza de una pieza de silicio es 1, la estructura de aluminio de los aviones de pasajeros es de aproximadamente 35 y la dureza de algunos de los mejores aceros es de alrededor de 100. La de la nueva aleación CrCoNi es un asombroso 500.
¿Cómo lo hace?
Los investigadores identificaron en el CrCoNi una secuencia particular de tres bloques de dislocación o movimiento de la red cristalina del metal cuando es sometido a una fuerza.
La primera que ocurre es el deslizamiento, que es cuando partes paralelas de una red se separan unas de otras. Esto hace que las unidades repetitivas ya no coincidan perpendicularmente a la dirección de deslizamiento.
Si la fuerza continúa, produce nanohermanamiento, donde las redes forman una disposición especular a cada lado de un límite. Si se aplica aún más fuerza, esa energía se dedica a reorganizar la forma de las unidades cristalinas, de una red cúbica a una hexagonal. "Mientras lo tiras, comienza el primer mecanismo comienza, luego comienza el segundo, luego comienza el tercero y luego el cuarto", indica Ritchie.
“El nanohermanamiento en materiales regulares no es nada nuevo, pero el hecho de que todo ocurre en esta secuencia mágica que nos da estas propiedades realmente tremendas", añade.
El siguiente paso será investigar las posibles aplicaciones de dicho material, así como encontra r otras HEA con propiedades similares.
