Un nuevo tiempo para el titanio (3)
Titanio nanohermanado
(Continuado)
Más recientemente, Minor y Robert Ritchie, profesores de ciencia de materiales e ingeniería mecánica, desarrollaron un método pionero de procesamiento en masa para fabricar titanio puro que es menos costoso y produce un metal con mayor resistencia a la tracción y ductilidad.
Los profesores Daryl Chrzan, Mark Asta y Andrew Minor junto al microscopio electrónico TEAM I.
Los profesores de ciencia e ingeniería de materiales (desde la izquierda) Daryl Chrzan, Mark Asta y Andrew Minor con el proyecto TEAM I (Microscopio con corrección de aberración electrónica de transmisión) en el Centro Nacional de Microscopía Electrónica del Laboratorio Berkeley. (Foto de Adam Lau / Berkeley Engineering)
Aparte de las aleaciones, otra forma de fortalecer los metales estructurales es adaptar el tamaño de los cristales, también conocidos como granos, que componen el metal mediante el uso de calor y procesamiento mecánico, como el laminado o el prensado. Al reducir el tamaño del grano a submicrómetros o nanómetros, los investigadores pueden introducir las llamadas estructuras nanomacadas, o defectos en el metal causados por estructuras cristalinas alineadas. Las estructuras nanomacadas mejoran la resistencia y reducen el riesgo de fractura al actuar como una barrera contra los deslizamientos planos. Al adaptar el espaciado y la orientación de las estructuras nanogemanadas, afirma Minor, las propiedades mecánicas se pueden optimizar aún más. Pero los métodos tradicionales para hacerlo no son ni triviales ni baratos.
En cambio, Minor, Ritchie y sus colegas introdujeron múltiples estructuras nanomacadas en titanio puro mediante un proceso criomecánico. Usaron piezas de titanio en forma de cubo que fueron prensadas a lo largo de tres lados en nitrógeno líquido. La suave compresión, dice Minor, controla la densidad de las estructuras nanomacadas que fortalecen el metal y al mismo tiempo preservan su estructura de grano inicial. Lo mejor de todo es que el proceso no depende de un calor intenso y tal vez sea una forma más sostenible de fabricar titanio para una gama mucho más amplia de aplicaciones que la actual.
Las propiedades mecánicas del material crioforjado, específicamente la resistencia y la ductilidad, se mantienen a temperaturas extremadamente altas y criogénicas. Minor dice que el rendimiento del titanio nanogemanado lo hace ideal para cosas como motores a reacción extremadamente calientes, así como entornos operativos muy fríos que sugerirían usos como anillos de retención para imanes superconductores, partes estructurales de tanques de gas natural licuado, así como materiales para ser expuestos a ambientes de aguas profundas o del espacio profundo.
Cuando se le pregunta si el nuevo proceso de fabricación de titanio de calidad comercial podría ampliarse pronto, Minor responde: ¿por qué no? Es más difícil hacer cosas como el proceso Kroll que se utiliza hoy en día, donde el material tiene que aislarse eléctricamente y todo el proceso requiere enormes cantidades de energía. "Y con esta crioforja, ya sabes, simplemente estaríamos poniendo cosas en un baño".