Los ingenieros de materiales de la Universidad Purdue han creado un proceso pendiente de patente para producir aleaciones de aluminio de resistencia extremadamente alta que son adecuadas para la fabricación aditiva debido a la deformación plástica.
Haiyan Wang y Xinghang Zhang lideran un equipo que ha transferido cobalto, hierro, níquel y titanio al aluminio a través de intermetálicos deformables, laminados y a nanoescala. Wang es profesor de ingeniería Basil S. Turner y Zhang es profesor en la Escuela de Ingeniería de Materiales de Purdue. Anyu Shang, estudiante de posgrado en ingeniería de materiales, completa el equipo.
“Nuestro trabajo muestra que la introducción adecuada de microestructuras heterogéneas e intermetálicos de entropía media a nanoescala ofrece una solución alternativa para diseñar aleaciones de aluminio moldeables y ultrarresistentes mediante la fabricación aditiva”, dijo Zhang. “Estos compuestos mejoran los convencionales que son ultrafuertes o ultrafuertes, pero no ambos”.
Wang y Zhang revelaron la invención a la Oficina de Comercialización de Tecnología de Purdue Innovate, que solicitó una patente ante la Oficina de Patentes y Marcas de EE. UU. para protección de la propiedad intelectual.
La investigación ha sido publicada en una revista revisada por pares. Comunicaciones de la naturaleza. La Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Naval de EE. UU. brindaron apoyo para este trabajo.
Desventajas de las aleaciones de aluminio convencionales.
Las aleaciones de aluminio ligeras y de alta resistencia se utilizan en industrias que van desde la aeroespacial hasta la fabricación de automóviles.
“Sin embargo, la mayoría de las aleaciones de aluminio de alta resistencia disponibles comercialmente no se pueden utilizar en la fabricación aditiva”, afirmó Shang. “Son muy susceptibles al agrietamiento en caliente, lo que crea defectos que pueden provocar el deterioro de la aleación metálica”.
Un método tradicional para reducir el agrietamiento en caliente durante la fabricación aditiva es la introducción de partículas que fortalecen la aleación de aluminio y evitan su movimiento.
“Pero la resistencia más alta que alcanzan estas aleaciones está en el rango de 300 a 500 MPa, que es mucho menor que la alcanzada por los aceros, típicamente de 600 a 1.000 MPa”, dijo Wang. “Ha habido un éxito limitado en el desarrollo de aleaciones de aluminio de alta resistencia que también exhiban una gran deformación plástica beneficiosa”.
El método Purdue y su validación.
Los investigadores de Purdue han desarrollado aleaciones de aluminio aditivas que fortalecen los intermetálicos mediante el uso de varios metales de transición, incluidos cobalto, hierro, níquel y titanio. Estos metales tradicionalmente se han evitado en la producción de aleaciones de aluminio, afirmó Shang.
“Estos intermetálicos tienen estructuras cristalinas con baja simetría y se sabe que son frágiles a temperatura ambiente”, dijo Shang. “Pero nuestro método construye elementos de metales de transición en colonias de laminillas intermetálicas a nanoescala que se ensamblan en finas rosas. Las rosas nanolaminadas pueden suprimir en gran medida la naturaleza frágil de los intermetálicos”.
“Además, las microestructuras heterogéneas contienen intermetálicos duros a nanoescala y una matriz de aluminio de grano grueso, lo que crea una tensión de corte significativa que puede mejorar la capacidad de endurecimiento por trabajo de los materiales metálicos”, dijo Wang.
El equipo de investigación realizó pruebas de compresión a macroescala, pruebas de compresión de micropilares y análisis posteriores a la deformación en aleaciones de aluminio producidas por Purdue.
“Durante las pruebas a macroescala, las aleaciones mostraron una deformación plástica significativa y una alta resistencia, una combinación de más de 900 MPa. Las pruebas de micropilares mostraron un límite elástico en todas las regiones, y en algunas regiones, por encima de un gigapascales. El flujo fue estresante”, Shang dicho. “Los análisis posteriores a la corrupción revelaron que, además de la abundante actividad de dislocación en la matriz de aleación de aluminio, se forman estructuras complejas de dislocación y fallas de apilamiento en el intermetálico frágil monoclínico de tipo Al9Co2”.
