- Investigadores de la Universidad de Nagoya rompen las reglas convencionales para desarrollar aleaciones metálicas reciclables y resistentes al calor para uso automotriz y aeroespacial.
El aluminio es apreciado por su ligereza y resistencia, pero a altas temperaturas pierde resistencia. Esto ha limitado su uso en motores, turbinas y otras aplicaciones donde las piezas deben mantener su resistencia a altas temperaturas. Investigadores de la Universidad de Nagoya han desarrollado un método que utiliza la impresión 3D de metal para crear una nueva serie de aleaciones de aluminio optimizadas para una alta resistencia y resistencia al calor. Todas las nuevas aleaciones utilizan elementos abundantes y de bajo coste, y son fáciles de reciclar; una variante se mantiene resistente y flexible a 300 °C
“El diseño se centra en el hierro, que los metalúrgicos generalmente no agregan al aluminio porque hace que el metal sea quebradizo y vulnerable a la corrosión”, explicó Naoki Takata, autor principal y profesor de la Escuela de Posgrado de Ingeniería de la Universidad de Nagoya .
Las velocidades extremas de enfriamiento en la fusión láser de lecho de polvo, un proceso representativo de las tecnologías de impresión 3D de metal, hacen que el metal fundido se solidifique en segundos. Esto cambia las reglas fundamentales: el enfriamiento rápido atrapa el hierro y otros elementos en disposiciones (formación de fases metaestables) que no pueden formarse en condiciones normales de fabricación. Al seleccionar cuidadosamente los elementos a añadir, creamos nuevas aleaciones resistentes al calor y resistentes.
Los investigadores desarrollaron un método sistemático para predecir qué elementos fortalecerán la matriz de aluminio y cuáles formarán micro o nanoestructuras protectoras. Comprobaron estas predicciones creando nuevas aleaciones con cobre, manganeso y titanio, y confirmaron los resultados mediante microscopía electrónica.
La aleación de mejor rendimiento contiene aluminio, hierro, manganeso y titanio (Al-Fe-Mn-Ti) y supera a todos los demás materiales de aluminio impresos en 3D al combinar resistencia a altas temperaturas con flexibilidad a temperatura ambiente.
Nuestro método se basa en principios científicos consolidados sobre el comportamiento de los elementos durante la solidificación rápida en la impresión 3D y es aplicable a otros metales. Las aleaciones también resultaron más fáciles de imprimir en 3D que el aluminio convencional de alta resistencia, que suele agrietarse o deformarse durante la fabricación, señaló el profesor Takata.
Vehículos más ligeros, menos emisiones
Los nuevos materiales podrían permitir la fabricación de componentes de aluminio ligeros en piezas que operan a temperaturas elevadas, como rotores de compresores y componentes de turbinas. Los vehículos más ligeros consumen menos combustible y producen menos emisiones.
La industria aeroespacial también podría beneficiarse, ya que los motores de aeronaves requieren materiales que combinen ligereza y resistencia al calor. Más allá de estas aplicaciones, la investigación proporciona un marco para el diseño de nuevas clases de metales específicamente para la impresión 3D, con el potencial de acelerar el desarrollo en múltiples industrias.
Equipo Prensa
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