Una aleación metálica de muy alta resistencia similar a un polímero

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Trabajos de metalurgia
• Ingeniería mecánica

Sus antecedentes:

• El desarrollo de aleaciones metálicas con alta resistencia y flexibilidad es crucial para tecnologías avanzadas como la transformación de aviones y músculos artificiales.
• La compensación inherente entre la resistencia y la flexibilidad de las aleaciones convencionales ha limitado históricamente su aplicación en diseños futuristas exigentes.
• Lograr una combinación de resistencia de rendimiento ultraalto y un bajo módulo elástico, similar a los polímeros, sigue siendo un desafío importante para la ciencia de los materiales.

Objetivo del estudio:

• Diseñar una nueva aleación de metal que supere el compromiso de resistencia y flexibilidad, exhibiendo una resistencia ultra alta y una elasticidad similar a la de un polímero.
• Investigar los orígenes microestructurales y los mecanismos de deformación responsables de las propiedades mecánicas únicas de la aleación desarrollada.
• Evaluar el rendimiento de la aleación en un rango de temperaturas y su idoneidad para la producción industrial escalable.

Principales métodos:

• Fabricación de una aleación de vidrio de tensión Ti-50,8 at.% utilizando un tratamiento termomecánico escalable en tres etapas.
• Caracterización de las propiedades mecánicas, incluida la resistencia al rendimiento, el módulo elástico y la deformación elástica, en un amplio rango de temperatura (-80 °C a +80 °C).
• Difractometría de rayos X in situ para analizar las transiciones de fase reversibles durante la carga y la descarga, aclarando los mecanismos de deformación.

Principales resultados:

• La aleación de vidrio de deformación Ti-Ni exhibe una resistencia de rendimiento ultra alta (≈1,8 GPa) y un módulo elástico ultra bajo (≈10,5 GPa), logrando una alta cifra de mérito de flexibilidad (≈0,17).
• La aleación muestra una gran deformación elástica similar a la del caucho (≈8%) y mantiene sus propiedades excepcionales en un amplio rango de temperatura con una excelente resistencia a la fatiga.
• Se identificó como clave para sus propiedades una microestructura única de "vidrio de tensión de doble semilla", que comprende una matriz de vidrio de tensión con semillas de martensita R y B19 incrustadas.

Conclusiones:

• La aleación de vidrio de tensión Ti-Ni desarrollada concilia con éxito la paradoja de resistencia y flexibilidad, ofreciendo propiedades mecánicas sin precedentes.
• El comportamiento de deformación similar al polímero observado se atribuye a una transición reversible libre de nucleación entre el vidrio de tensión y las fases martensíticas.
• Esta aleación exótica fácilmente producible tiene un potencial significativo para el avance de tecnologías futuristas, incluidos los dispositivos aeroespaciales, robóticos y biomédicos.