La aleación metálica, hecha de cromo, cobalto y níquel, se llama CrCoNi y es el material más duro de nuestro planeta. El material es impresionantemente fuerte, lo que significa que resiste la deformación permanente y, al mismo tiempo, sigue siendo extremadamente dúctil, esto es, muy maleable.
«Cuando diseñas materiales estructurales, quieres que sean fuertes pero también dúctiles y resistentes a la fractura», dijo en un comunicado el codirector del proyecto Easo George, presidente del Gobernador para Teoría y Desarrollo de Aleaciones Avanzadas en ORNL y la Universidad de Tennessee. «Por lo general, es un compromiso entre estas propiedades. Pero este material es ambas cosas, y en lugar de volverse quebradizo a bajas temperaturas, se vuelve más resistente».
CrCoNi, el material más duro de la Tierra
Las aleaciones de alta entropía (HEA) son un grupo de metales que incluye un subconjunto de CrCoNi. Los HEA están construidos con una mezcla equitativa de cada elemento constituyente, a diferencia de todas las aleaciones actuales, que tienen una alta proporción de un elemento y adiciones más pequeñas de otros elementos.
En el nuevo estudio, publicado en la revista Science, científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y el Laboratorio Nacional Oak Ridge midieron la dureza más alta jamás registrada de cualquier material mientras investigaban una aleación metálica hecha de cromo, cobalto y níquel (CrCoNi).
“La dureza de este material cerca de las temperaturas de helio líquido (20 Kelvin, -253 ºC) es tan alta como 500 megapascales. En las mismas unidades, la dureza de una pieza de silicio es uno, la estructura de aluminio de los aviones de pasajeros es de aproximadamente 35 y la dureza de algunos de los mejores aceros es de alrededor de 100. Por lo que 500, es un número asombroso”, explicó Robert Ritchie, científico senior de la facultad en la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab y profesor de ingeniería de Chua en UC Berkeley y coautor del trabajo.
Definiendo su resistencia
Los científicos utilizaron difracción de neutrones, difracción de retrodispersión de electrones y microscopía electrónica de transmisión para examinar las estructuras reticulares de muestras de CrCoNi que se habían fracturado a temperatura ambiente y 20 K.
Según el comunicado, «las imágenes y los mapas atómicos generados a partir de estas técnicas revelaron que la dureza de la aleación se debe a un trío de obstáculos de dislocación que entran en vigor en un orden particular cuando se aplica fuerza al material. Pero cuando se deforma, la estructura se vuelve muy complicada, y este cambio ayuda a explicar su excepcional resistencia a la fractura», agregó Andrew Minor, director de las instalaciones del Centro Nacional de Microscopía Electrónica de Molecular Foundry en Berkeley Lab y Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en UC Berkeley, así como coautor del trabajo.
Este material se está desarrollando ahora para diferentes aplicaciones, pero debido al costo de crearlo, los investigadores actualmente lo consideran un buen candidato para entornos extremos como el espacio profundo.
Aunque el progreso es emocionante, Ritchie advierte que el uso en el mundo real aún podría estar lejos, por una buena razón. “Cuando estás volando en un avión, ¿te gustaría saber que lo que te salva de caer 12.000 metros es una aleación de fuselaje que se desarrolló hace solo unos meses? ¿O le gustaría que los materiales fueran maduros y bien entendidos? Es por eso que los materiales estructurales pueden tardar muchos años, incluso décadas, en tener un uso real”.
