20 de febrero de 2024.- De acuerdo con el artículo editorial de Ibtisam Abbasi, AZO Materials, el papel del acero de ultra alta resistencia, UHSS, destaca en las innovaciones aeroespaciales pioneras.
El acero desempeña un papel crucial en diversas aplicaciones dentro de los sistemas aeronáuticos y aeroespaciales modernos. Se utilizan diferentes grados de acero para los componentes estructurales, aprovechando su alta resistencia, tenacidad, rigidez y resistencia a la corrosión.
El papel del acero en las innovaciones aeroespaciales pioneras
Como resultado de estas propiedades favorables, componentes esenciales como trenes de aterrizaje, soportes de motor, pernos y componentes del fuselaje se fabrican comúnmente con acero.
En respuesta a los rigurosos requisitos de los aviones contemporáneos, la investigación en curso tiene como objetivo mejorar las características del acero e idear nuevos procesos que aumenten sustancialmente su durabilidad y resistencia a los factores ambientales, contribuyendo a mejorar el rendimiento general de los aviones.
Avances en aceros martensíticos para aplicaciones estructurales aeroespaciales
Los aceros de ultra alta resistencia (UHSS) son aceros de alta resistencia con un límite elástico que supera los 1380 MPa. Encuentran aplicaciones comunes en componentes críticos, como cojinetes de motores de aviones y trenes de aterrizaje, debido a sus excepcionales propiedades de resistencia, tenacidad y fatiga.
En el diseño estructural de productos aeroespaciales, priorizar el diseño ligero es un concepto fundamental. A pesar de la prevalencia de materiales de alta resistencia específica como aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio y compuestos, el uso de acero en estructuras de aviones ha disminuido.
Sin embargo, el UHSS sigue siendo el material preferido para los cojinetes principales y los trenes de aterrizaje de los motores de avión. Es fácil lograr UHSS con una resistencia máxima a la tracción superior a 2 GPa en un caso singular.
Controlar el tamaño, la cantidad y la ubicación de la formación de partículas a nanoescala es crucial para mejorar la resistencia y tenacidad del acero estructural. Los investigadores publicaron un artículo en el Journal of Materials Research and Technology especificando un nuevo método de refuerzo para aceros aeroespaciales.
El último método implica combinar nanopartículas con bajo desajuste de red con la creación de una matriz de martensita que contiene muchas dislocaciones. Este enfoque utiliza los efectos sinérgicos de las nanopartículas de NiAl y las dislocaciones de alta densidad para fortalecer el material.
La utilización de un método de fortalecimiento por coprecipitación a nanoescala con NiAl es un enfoque potencial para mejorar la tenacidad. Al mejorar el grado de resistencia, este método puede combinar sinérgicamente varios tipos de nanopartículas, superando el rendimiento logrado al fortalecer el acero con un solo tipo de nanopartículas.
El desarrollo de nuevos aceros de ultra alta resistencia (UHSS) requiere una cuidadosa consideración del diseño de la composición, los procesos de preparación y el rendimiento del servicio. El objetivo no es sólo abordar las limitaciones del UHSS convencional, sino también explorar y utilizar a fondo mecanismos innovadores de fortalecimiento y endurecimiento para optimizar el equilibrio entre resistencia y dureza.
El nitruro de boro hexagonal (hBN) es un material 2D clave conocido por su estructura de capas planas, su inercia química y su significativa estabilidad térmica. Estas características lo hacen versátil para diversas aplicaciones. Además de su función como sustrato, el hBN sirve como material aislante y una excelente capa protectora, previniendo la corrosión y proporcionando resistencia contra la oxidación a alta temperatura.
Los investigadores de Advanced Materials Interfaces informaron sobre un proceso de deposición química de vapor para el crecimiento uniforme de hBN en superficies extensas de diversas aleaciones y aceros, independientemente de sus formas intrincadas.
A diferencia de informes anteriores sobre la protección limitada del hBN contra la corrosión y la oxidación, el estudio demuestra la protección efectiva de los aceros contra el ácido clorhídrico (HCl) al 10 % y la resistencia a la oxidación a 850 °C en presencia de aire. También se muestra una disminución sustancial en el coeficiente de fricción de los aceros recubiertos con hBN.
El equipo destacó la eficacia de las películas de hBN, sintetizadas directamente en aceros, para proteger contra la corrosión y la oxidación a alta temperatura. También demostraron propiedades tribológicas mejoradas.
La armadura de acero proporcionó una protección mejorada a las piezas por hasta 10 días. Esta capa protectora mejorará significativamente la durabilidad de varios componentes aeroespaciales, especialmente los presentes en las cámaras de combustión de los motores modernos.
Para los componentes de acero utilizados en aeronaves, se aplica un tratamiento químico especializado llamado pasivación. Esto mejora significativamente la resistencia a la corrosión. Los fabricantes emplean varios tipos de aceros inoxidables endurecidos por precipitación en diferentes partes de las aeronaves.
Se elige Custom450 para la producción de palas de turbina, AM350 se aplica en ejes, rotores y palas de turbina, mientras que 15-5PH y 17-4PH se prefieren para componentes estructurales como flaps. Estos materiales y tratamientos son cruciales para garantizar la durabilidad y confiabilidad de los componentes aeroespaciales expuestos a condiciones operativas exigentes.
Un artículo publicado en Metals investigó el comportamiento electroquímico de aceros inoxidables pasivados 15-5PH, 17-4PH, Custom450 y AM350 utilizando baños de ácido cítrico y nítrico. La pasivación se realizó durante diferentes duraciones a diferentes temperaturas.
La evaluación se realizó en soluciones de cloruro de sodio (NaCl) y ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) utilizando curvas de polarización potenciodinámica (PPC) según la norma ASTM G5-13.
En H 2 SO 4 se observó una pasivación secundaria, mientras que en NaCl hubo una pseudopasivación con una película de pasivación inestable. Las densidades de corriente en NaCl oscilaron entre 10 -4 y 10 -5 mA/cm 2 , mientras que las del H 2 SO 4 oscilaron entre 10 -2 y 10 -3 mA/cm 2 .
El ácido cítrico demostró eficacia de pasivación, con una resistencia a la corrosión comparable a la del ácido nítrico en algunos casos. Investigaciones recientes han destacado que el ácido cítrico se puede utilizar fácilmente para técnicas de pasivación, ya que produce una menor degradación ambiental y no libera toxinas.
Acero de bambú de alto rendimiento: un nuevo material para piezas aeroespaciales
Investigadores de todo el mundo están intentando minimizar las emisiones y los efectos medioambientales del sector aeroespacial. El uso de materiales naturales reducirá significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero.
Para desarrollar una alternativa al acero convencional, los investigadores han introducido un enfoque eficiente de arriba hacia abajo para transformar el bambú natural en «acero de bambú». Este método se describe en un artículo publicado en ACS Applied Materials and Interfaces .
La fabricación implicó la eliminación de lignina y hemicelulosa, liofilización, infiltración de epoxi y densificación con solidificación in situ. El acero de bambú resultante es un material compuesto súper resistente con una impresionante resistencia a la tracción específica (302 MPa g -1 cm 3 ), superando al acero convencional de alta resistencia específica (227 MPa g -1 cm 3 ).
El acero de bambú exhibió una alta resistencia a la tracción (407,6 MPa), una resistencia récord a la flexión (513,8 MPa) y una tenacidad sustancial (14,08 MJ/m 3 ). Este enfoque, que utiliza bambú naturalmente abundante, es prometedor para el desarrollo de materiales sostenibles de ingeniería civil y aeroespacial especializados para piezas estructurales.
Reportacero
