Caltech revoluciona metalurgia con aleaciones a medida

Revolución en la metalurgía con aleaciones a medida THOMAS TRAN/CALTECH

Científicos del Instituto de Tecnología de California (Caltech) han logrado un avance revolucionario en la metalurgia al desarrollar un método que permite crear objetos metálicos con forma y composición específicas. Esta innovadora técnica ofrece un control sin precedentes sobre las aleaciones y sus propiedades, marcando un hito en la industria metalúrgica.

La nueva metodología puede indicar a los científicos con exactitud qué combinación de metales producirá el mejor producto para cada aplicación específica. Además, abre la puerta para crear aleaciones con propiedades beneficiosas determinadas por su estructura subyacente, como las aleaciones de cobre-níquel sorprendentemente resistentes.

Superando limitaciones tradicionales

"Si observamos cómo se ha llevado a cabo la metalurgia durante siglos, a grandes rasgos, casi siempre se parte de un mineral en bruto, que luego se trata y refina térmica o químicamente para producir el metal o la aleación deseados", afirma Julia R. Greer, profesora de Ciencia de los Materiales, Mecánica e Ingeniería Médica en Caltech. "Básicamente, las propiedades mecánicas de los metales producidos de esta manera son limitadas", añade en un comunicado.

"Lo que estamos demostrando es que realmente se puede ajustar la composición química y la microestructura de los materiales metálicos, mejorando sustancialmente su resiliencia mecánica", explica Greer. Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista científica Small.

Impresión 3D revolucionaria

La nueva técnica se basa en trabajos previos del laboratorio Greer, donde los científicos demostraron cómo utilizar un tipo de impresión 3D, o fabricación aditiva, para crear estructuras metálicas complejas a microescala. Esta metodología, denominada fabricación aditiva por infusión de hidrogel (HIAM), se había empleado anteriormente para construir estructuras a partir de un solo tipo de metal.

En el nuevo trabajo, el equipo ha descubierto una manera de infundir más de un metal a la vez, creando aleaciones de cobre-níquel con porcentajes personalizados de ambos elementos. Estas diferencias en la composición influyen directamente en las propiedades finales del material.

Proceso innovador paso a paso

El proceso comienza con la impresión 3D de un material de hidrogel orgánico, depositando la resina polimérica exactamente donde se desea, capa por capa, para crear una estructura similar a un gel. A continuación, esta estructura se infunde con iones metálicos vertiendo una solución líquida de sales metálicas sobre la estructura.

En un proceso llamado calcinación, los científicos queman el material, eliminando todo el contenido orgánico y dejando solo los metales. Dado que esto se realiza en presencia de oxígeno, lo que queda es una mezcla de óxidos metálicos.

Recocido reductor como clave

En un innovador paso posterior, denominado recocido reductor, se eleva la temperatura en un entorno de hidrógeno, lo que provoca que la mayor parte del oxígeno se difunda fuera del sólido. Posteriormente, reacciona con el hidrógeno para formar vapor de agua, generando una estructura metálica con la forma deseada y una aleación de los dos metales añadidos.

"La composición se puede modificar a voluntad, algo que no ha sido posible con los procesos metalúrgicos tradicionales", explica Greer. "Uno de nuestros colegas describió este trabajo como la clave para modernizar la metalurgia", concluye la investigadora.

(EUROPA PRESS) Nota: Este artículo ha sido editado con la ayuda de Inteligencia Artificial.