11 de agosto de 2026.- Ke Xu, investigador postdoctoral de la Universidad de Purdue, realiza pruebas nanomecánicas in situ en un microscopio electrónico de barrido en el Centro de Microscopía Electrónica de Purdue en Indiana, EE. UU.
Ke Xu, investigador postdoctoral de la Universidad de Purdue, realiza pruebas nanomecánicas in situ en un microscopio electrónico de barrido en el Centro de Microscopía Electrónica de Purdue en Indiana, EE. UU.
Ingenieros de materiales de la Universidad de Purdue en Indiana, EE. UU., han desarrollado una aleación de aluminio que es hasta 10 veces más resistente que el acero estructural.
Aunque todavía se encuentra en fase de investigación, la alta resistencia y plasticidad de la aleación podrían resultar beneficiosas para aplicaciones en los sectores aeroespacial, energético y de transporte.
Fondo
Los aluminuros son una familia de compuestos intermetálicos que contienen aluminio y que se obtienen mezclando aluminio con otros metales como el cobalto (CoAl), el níquel (NiAl, Ni₃Al ) , el hierro (FeAl) o el titanio (TiAl).
Estas aleaciones poseen una combinación excepcional de alta resistencia, altos puntos de fusión, baja densidad y una excelente resistencia a la oxidación, lo que las convierte en materiales prometedores para aplicaciones en las industrias aeroespacial y energética, como álabes de turbinas de motores a reacción, turbinas de gas y turbocompresores.
A pesar de estas ventajas, la aplicación generalizada de los aluminuros se ha visto limitada por un desafío importante: su fragilidad.
Si bien estos materiales son excepcionalmente resistentes, tienden a agrietarse antes de poder deformarse plásticamente, lo que dificulta su fabricación para convertirlos en componentes de ingeniería fiables.
Superar este desafío de larga data ha sido un objetivo central en la comunidad de la ciencia de los materiales.
Investigadores de la Universidad de Purdue se centraron en el CoAl, un aluminuro representativo, y desarrollaron una nueva estrategia de diseño para mejorar su rendimiento mecánico.
Proceso
En lugar de utilizar el proceso convencional de fundición de metales, en el que una aleación fundida se solidifica formando un material compacto, los investigadores emplearon una técnica de fabricación fuera del equilibrio denominada pulverización catódica por magnetrón.
Este proceso deposita aluminuros nanocristalinos directamente desde el vapor de la aleación al sólido, lo que permite crear estructuras a nanoescala que no se pueden lograr fácilmente mediante los métodos de fabricación tradicionales.
Posteriormente, se diseña e introduce una estructura de interfaces amorfas ricas en aluminio en compuestos intermetálicos de CoAl mediante pulverización catódica con magnetrón.
Estas interfaces amorfas cristalizan parcialmente durante la deformación y promueven la formación de dislocaciones en los compuestos intermetálicos de CoAl, es decir, un tipo de defectos cristalinos lineales a escala atómica que permiten que los materiales cristalinos se deformen plásticamente en lugar de fracturarse frágilmente.
Figuras de polos inversas de cobalto-aluminio y estructura de interfaces amorfas después de la deformación, que muestran la orientación cristalina.
Además, el bombardeo iónico energético inherente al proceso de pulverización catódica por magnetrón introduce directamente una alta densidad de dislocaciones en los compuestos intermetálicos de CoAl durante la fabricación.
En conjunto, las dislocaciones preexistentes en el CoAl y las interfaces amorfas ricas en aluminio trabajan conjuntamente para acomodar la deformación plástica manteniendo una resistencia excepcional.
Por el contrario, los aluminuros fundidos convencionales muestran poco éxito en la producción de suficientes dislocaciones de alta densidad, lo que conlleva una plasticidad muy limitada.
Resultados
El material alcanzó una resistencia a la compresión de aproximadamente 6 GPa, lo que supone entre seis y diez veces más que el acero estructural.
Además, soportó una deformación plástica de aproximadamente el 15 % a temperatura ambiente, lo que lo convierte en uno de los aluminuros con mejor rendimiento reportados hasta la fecha en términos de sinergia entre alta resistencia y plasticidad.
Para comprender cómo se comportaban los materiales durante la deformación, los investigadores realizaron ensayos mecánicos in situ dentro de un microscopio electrónico de barrido, lo que les permitió monitorizar la deformación en tiempo real mientras medían el rendimiento mecánico con precisión micrométrica.
Los ingenieros también colaboraron con la profesora Yashashree Kulkarni y su grupo de investigación en la Universidad de Houston , quienes llevaron a cabo simulaciones de dinámica molecular.
Sus simulaciones a escala atómica confirmaron que las interfaces amorfas cristalizan durante la deformación y actúan como fuentes de nuevas dislocaciones, lo que proporciona un fuerte respaldo a los mecanismos observados experimentalmente.
Próximos pasos
Ahora que los investigadores han demostrado que ciertos tipos de interfaces de capas pueden mejorar la deformabilidad plástica en el CoAl, el siguiente paso será implementar el mismo concepto para producir aluminuros a granel para aplicaciones a escala industrial.
Al permitir la creación de materiales que contienen aluminio más resistentes y deformables, este trabajo ofrece una vía prometedora hacia materiales estructurales de próxima generación para aplicaciones aeroespaciales, energéticas, de transporte y otras aplicaciones de ingeniería de alto rendimiento.
Reportacero
