Si alguna vez tiene la mala suerte de tener un automóvil con llantas de metal, puede considerar un juego hecho de una nueva aleación diseñada en los Laboratorios Nacionales Sandia. Puede deslizarse, no conducir, deslizarse, alrededor del ecuador de la Tierra 500 veces antesdesgastando la banda de rodadura.
El equipo de ciencia de materiales de Sandia ha diseñado una aleación de platino y oro que se cree que es el metal más resistente al desgaste del mundo. Es 100 veces más duradera que el acero de alta resistencia, por lo que es la primera aleación o combinación de metales en elmisma clase que el diamante y el zafiro, los materiales más resistentes al desgaste de la naturaleza. El equipo de Sandia informó recientemente de sus hallazgos en Materiales avanzados . "Mostramos que hay un cambio fundamental que puede hacer en algunas aleaciones que impartirá este tremendo aumento en el rendimiento en una amplia gama de metales reales y prácticos", dijo el científico de materiales Nic Argibay, autor del artículo.
Aunque los metales generalmente se consideran fuertes, cuando se rozan repetidamente contra otros metales, como en un motor, se desgastan, deforman y corroen a menos que tengan una barrera protectora, como los aditivos en el aceite de motor.
En electrónica, los contactos de metal a metal en movimiento reciben protecciones similares con capas externas de oro u otras aleaciones de metales preciosos. Pero estos recubrimientos son caros. Y eventualmente también se desgastan, ya que las conexiones se presionan y se deslizan entre sí un día despuésdía, año tras año, a veces millones, incluso miles de millones de veces. Estos efectos se exacerban cuanto más pequeñas son las conexiones, porque cuanto menos material comience, menos desgaste puede sufrir una conexión antes de que ya no funcione.
Con el recubrimiento de platino y oro de Sandia, solo se perdería una sola capa de átomos después de una milla de deslizamiento sobre los neumáticos hipotéticos. El recubrimiento ultradurable podría ahorrarle a la industria electrónica más de $ 100 millones al año solo en materiales, dice Argibay, yhacer que la electrónica de todos los tamaños y en muchas industrias sea más rentable, duradera y confiable, desde sistemas aeroespaciales y turbinas eólicas hasta microelectrónica para teléfonos celulares y sistemas de radar.
"Estos materiales resistentes al desgaste podrían proporcionar beneficios de confiabilidad para una gama de dispositivos que hemos explorado", dijo Chris Nordquist, un ingeniero de Sandia que no participó en el estudio. "Las oportunidades de integración y mejora serían específicas del dispositivo, peroeste material proporcionaría otra herramienta para abordar las limitaciones actuales de confiabilidad de los componentes microelectrónicos de metal ".
Nuevo metal pone una vieja teoría a descansar
Tal vez se pregunte cómo los metalúrgicos durante miles de años de alguna manera se perdieron esto. En verdad, la combinación de 90 por ciento de platino con 10 por ciento de oro no es nueva en absoluto.
Pero la ingeniería es nueva. Argibay y el coautor Michael Chandross idearon el diseño y el nuevo 21 st la sabiduría del siglo detrás de esto. La sabiduría convencional dice que la capacidad de un metal para resistir la fricción se basa en lo difícil que es. El equipo de Sandia propuso una nueva teoría que dice que el desgaste está relacionado con la reacción de los metales al calor, no su dureza, y seleccionaron a manometales, proporciones y un proceso de fabricación que podría probar su teoría.
"Muchas aleaciones tradicionales se desarrollaron para aumentar la resistencia de un material al reducir el tamaño de grano", dijo John Curry, un postdoctoral designado en Sandia y primer autor del artículo. "Aún así, en presencia de tensiones y temperaturas extremas, muchoslas aleaciones se endurecerán o se ablandarán, especialmente bajo fatiga. Vimos que con nuestra aleación de platino y oro la estabilidad mecánica y térmica es excelente, y no vimos muchos cambios en la microestructura durante períodos inmensamente largos de tensión cíclica durante el deslizamiento ".
Ahora tienen pruebas de que pueden sostener en sus manos. Se ve y se siente como el platino ordinario, blanco plateado y un poco más pesado que el oro puro. Lo más importante, no es más difícil que otras aleaciones de platino y oro, pero es mucho mejor enResistente al calor y cien veces más resistente al desgaste.
El enfoque del equipo es moderno y dependía de herramientas computacionales. La teoría de Argibay y Chandross surgió de simulaciones que calculaban cómo los átomos individuales estaban afectando las propiedades a gran escala de un material, una conexión que rara vez es obvia solo por las observaciones.muchos campos científicos usan herramientas computacionales para eliminar gran parte de las conjeturas de la investigación y el desarrollo.
"Estamos llegando a mecanismos atómicos fundamentales y microestructura y uniendo todas estas cosas para comprender por qué obtienes un buen rendimiento o por qué obtienes un mal rendimiento, y luego diseñamos una aleación que te da un buen rendimiento", dijo Chandross.
Una mancha sorpresa
Aún así, siempre habrá sorpresas en la ciencia. En un artículo separado publicado en Carbon, el equipo de Sandia describe los resultados de un notable accidente. Un día, mientras medía el desgaste de su platino-oro, una película negra inesperada comenzó a formarse enarriba. Lo reconocieron: carbono similar al diamante, uno de los mejores recubrimientos hechos por el hombre del mundo, resbaladizo como el grafito y duro como el diamante. Su creación estaba haciendo su propio lubricante, y uno bueno en eso.
El carbono tipo diamante generalmente requiere condiciones especiales para su fabricación y, sin embargo, la aleación lo sintetizó espontáneamente.
"Creemos que la estabilidad y la resistencia inherente al desgaste permite que las moléculas del medio ambiente que contienen carbono se adhieran y degraden durante el deslizamiento para finalmente formar carbono similar al diamante", dijo Curry. "La industria tiene otros métodos para hacerlo, pero generalmenteimplican cámaras de vacío con plasmas de especies de carbono a alta temperatura. Puede ser muy costoso "
El fenómeno podría aprovecharse para mejorar aún más el rendimiento ya impresionante del metal, y también podría conducir a una forma más simple y rentable de producir lubricantes premium en masa.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :