Un nuevo tiempo para el titanio (2)
Diseñar estrategias que interrumpan el proceso de mezcla de átomos de oxígeno o promuevan nanoestructuras para evitar que se acumulen deslizamientos planos podría conducir a mejores aleaciones. Estas aleaciones tendrían aplicaciones, especialmente en las industrias automovilística y aeroespacial, afirma Minor.
Titanio nanohermeado crioforjado
El profesor Andrew Minor vierte nitrógeno líquido sobre una muestra de titanio, demostrando el proceso de crioforja utilizado para crear titanio nanogemanado en su laboratorio. (Foto de Adam Lau / Berkeley Engineering)
Para abordar estos y otros problemas, el equipo se basa en una combinación de modelado por computadora, microscopía electrónica de transmisión (TEM) y otras modalidades de imágenes y experimentos.
"Una de las cosas buenas de este proyecto es que a veces los computacionalistas y los teóricos van un poco por delante, y otras veces son los experimentalistas", dice Asta. "Nos reunimos con frecuencia y hablamos sobre nuestros hallazgos y nuestras nuevas ideas".
El estudio del equipo sobre la sensibilidad al oxígeno del titanio, por ejemplo, condujo a un estudio del titanio aleado con aluminio y oxígeno. Descubrieron que la fragilidad por oxígeno podría eliminarse añadiendo pequeñas cantidades de aluminio, especialmente a temperaturas criogénicas, que son inferiores a -150 grados Celsius.
Con las cantidades justas de aluminio y oxígeno, dice el equipo, un nuevo orden de la estructura cristalina de titanio evitó una mezcla de átomos de oxígeno que conduciría a una acumulación dañina de dislocaciones y, en última instancia, fracturas. Es más, debido a que la introducción del aluminio redujo la sensibilidad al oxígeno del titanio en general, también se reducirían los costos de procesamiento para crear un metal utilizable.
En otro estudio más, el equipo examinó investigaciones que se remontaban a la década de 1960 y que mostraban que muchos metales y aleaciones muestran aumentos dramáticos en la ductilidad cuando se los somete a pulsos eléctricos periódicos durante la deformación del metal. Sin embargo, los mecanismos subyacentes de por qué esta llamada electroplasticidad podría ser cierta no están claros.
"La electroplasticidad puede reducir los costos del procesamiento metalúrgico, ya que se necesita menos energía para formar metal con pulsos eléctricos que calentar todo el metal a una temperatura alta para lograr la misma formabilidad", dice Minor. "Curiosamente, este efecto de la electroplasticidad es universal, ya que se ha demostrado que funciona prácticamente con todos los metales, no sólo con el titanio".
El equipo realizó pruebas de tracción del metal en tres condiciones diferentes: temperatura ambiente sin corriente eléctrica, con un pulso eléctrico periódico de 100 milisegundos de duración y con una corriente constante. Debido a que la aplicación de corriente eléctrica calienta el metal, al equipo le preocupaba distinguir los efectos causados únicamente por la electricidad de los causados por el calor.
Sus resultados mostraron que, a pesar de utilizar un pulso periódico más pequeño que los estudios anteriores, el método de corriente pulsada mejoró el alargamiento por tracción de la aleación de titanio, así como su resistencia máxima. Señalan que este efecto fue específico sólo del experimento de corriente pulsada.
Con la ayuda de TEM para ver cambios en la estructura cristalina del metal, sus resultados sugieren que el tratamiento con corriente pulsada suprime las dislocaciones de deslizamiento plano. Los investigadores descubrieron que el pulso eléctrico endurece el material y frustra el desarrollo del deslizamiento plano al mantener un patrón de dislocación 3D difuso que, en última instancia, proporciona alta resistencia y ductilidad.
(Continuará)