Ingenieros de Purdue desarrollan novedosas aleaciones de aluminio ultrarresistentes para impresión 3D
MadridIngenieros de la Universidad de Purdue han descubierto una nueva técnica para crear aleaciones de aluminio extremadamente resistentes aptas para la impresión 3D. Este método aprovecha la flexibilidad plástica de las aleaciones. La investigación fue liderada por Haiyan Wang y Xinghang Zhang, con la colaboración del estudiante de posgrado Anyu Shang.
Industrias como la aeroespacial y la automotriz emplean aleaciones de aluminio debido a su ligereza y resistencia. No obstante, estas aleaciones presentan un gran inconveniente: tienden a agrietarse cuando se calientan durante la manufactura aditiva, lo que puede disminuir la calidad del metal.
Para solucionar este problema, los métodos tradicionales incorporan partículas para reforzar las aleaciones de aluminio. No obstante, estas aleaciones solo logran niveles de resistencia entre 300 y 500 megapascales, lo cual es significativamente inferior a los 600 a 1,000 megapascales del acero.
El equipo de Purdue añadió metales de transición como:
- cobalto
- hierro
- níquel
- titanio
Estos metales forman pequeños compuestos en capas y flexibles con el aluminio. Esto es nuevo e interesante porque:
- Estos intermetálicos tienen estructuras cristalinas de baja simetría, y son típicamente frágiles a temperatura ambiente.
- Las estructuras en láminas a escala nanométrica eliminan la fragilidad.
- Se agrupan en finas rosetas, mejorando la resistencia general de la aleación.
El nuevo método genera diversos tipos de pequeñas estructuras. Estas contienen diminutas piezas metálicas duras dentro de una estructura mayor de aluminio. Según Shang, esto proporciona una gran resistencia, lo que resulta en una mejor capacidad para soportar deformaciones.
Pruebas han demostrado que este método es eficaz.
- Las pruebas de compresión a macroescala demostraron una notable deformabilidad plástica y una resistencia superior a los 900 megapascales.
- Las pruebas de compresión en micropilares revelaron un estrés de retroceso significativo, con ciertas regiones mostrando tensiones de flujo que superan el gigapascal.
- El análisis posterior a la deformación mostró estructuras complejas de dislocaciones y fallos de apilamiento en intermetálicos frágiles.
La investigación fue publicada en Nature Communications. La Oficina de Comercialización de Tecnología de Purdue solicitó una patente. El proyecto fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Naval de EE.UU.
Esta mejora podría transformar industrias que utilizan aleaciones de aluminio. Materiales más fuertes y flexibles fabricados con impresión 3D pueden tener aplicaciones más diversas.
El estudio se publica aquí:
http://dx.doi.org/10.1038/s41467-024-48693-4y su cita oficial - incluidos autores y revista - es
Anyu Shang, Benjamin Stegman, Kenyi Choy, Tongjun Niu, Chao Shen, Zhongxia Shang, Xuanyu Sheng, Jack Lopez, Luke Hoppenrath, Bohua Peter Zhang, Haiyan Wang, Pascal Bellon, Xinghang Zhang. Additive manufacturing of an ultrastrong, deformable Al alloy with nanoscale intermetallics. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-48693-4
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