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31 may 2017
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Por Ker Than-Stanford. Usando alta presión, los científicos han creado la primera aleación metálica de alta entropía hecha de metales comunes y con una estructura atómica hexagonal compacta (HCP).
De esta forma se producen aleaciones más ligeras y fuertes que las aleaciones metálicas equivalentes con otras estructuras.
Las aleaciones tradicionales se componen de uno o dos metales dominantes con pequeñas cantidades de otros metales o elementos. Los ejemplos clásicos son: agregar estaño al cobre para obtener bronce, o el carbón al hierro para crear el acero.
Por el contrario, las aleaciones de "alta entropía" consisten en múltiples metales mezclados en cantidades aproximadamente iguales. El resultado son aleaciones más fuertes y ligeras que son más resistentes al calor, la corrosión y la radiación, y que incluso podrían poseer propiedades mecánicas, magnéticas o eléctricas únicas.
A pesar del enorme interés mostrado por los científicos en materiales, las aleaciones de alta entropía todavía tienen que dar el salto desde el laboratorio a productos reales. Una razón importante es que los investigadores aún no han descubierto cómo controlar con precisión la disposición o estructura de empaque de sus átomos constituyentes.
La forma en que los átomos de una aleación están dispuestos puede influir significativamente en sus propiedades, ayudando a determinar, por ejemplo, si es rígida o dúctil, fuerte o frágil.
Hasta la fecha, los científicos sólo han sido capaces de recrear dos tipos de estas estructuras con la mayoría de las aleaciones de alta entropía: cúbica centrada en el cuerpo y cúbica centrada en la cara. Una tercera estructura común de empaque ha eludido en gran medida los esfuerzos de los científicos, hasta ahora.
Situación de alta presión
En un nuevo estudio, publicado en Nature Communications, los investigadores informan que han creado con éxito una aleación de alta entropía, hecha de metales comunes y fácilmente disponibles, con una estructura denominada hexagonal comprimida de forma cerrada (HCP).
En los últimos años se han creado un pequeño número de aleaciones de alta entropía con la estructura HCP, pero contienen una gran cantidad de elementos exóticos como metales alcalinos y metales de tierras raras. Sin embargo en esta investigación se ha logrado fabricar una aleación HCP de alta entropía a partir de metales comunes que normalmente se usan en aplicaciones de ingeniería.
La clave parece estar en la alta presión. Los investigadores usaron un instrumento llamado célula de diamante y yunque para someter pequeñas muestras de una aleación de alta entropía a presiones de hasta 55 gigapascales, aproximadamente la presión que se encontraría en el manto de la Tierra.
La alta presión parece provocar una transformación en la aleación de alta entropía utilizada por el equipo, que consistía en manganeso, cobalto, hierro, níquel y cromo. Imaginemos los átomos como una capa de bolas de ping pong sobre una mesa y luego agregue más capas en la parte superior. Esto puede formar una estructura cúbica cúbica centrada en la cara. Pero si cambia algunas de las capas ligeramente con relación a la primera, obtendría una estructura hexagonal.
Los científicos han especulado que la razón por la cual las aleaciones de alta entropía no experimentan este cambio naturalmente es porque las fuerzas magnéticas interactivas entre los átomos de metal impiden que suceda. Pero la alta presión parece interrumpir las interacciones magnéticas.
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Para una aleación de metal más fuerte, mueva átomos con alta presión
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