La formación de metales es un proceso químico y físico verdaderamente complejo que depende de tantos factores que a veces ni los científicos más experimentados se le escapan. Tanto en España como en el resto del mundo, los métodos más utilizados como la fundición, el mecanizado o el laminado afectan a las dimensiones y formas de los granos de cristal que finalmente forman la parte metálica.
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Pero la tecnología avanza y con ella la ingeniería de materiales que ve cómo aplicar las últimas innovaciones a esta rama industrial. Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han logrado definir qué sucede exactamente cuando estos los granos de cristales metálicos se forman durante un proceso de deformación por láser a una escala de unos pocos nanómetros de ancho.
Esta nueva línea de investigación, junto con los nuevos hallazgos que se están estudiando, podría conducir a mejores formas de tratamiento. algunos que consiguen crear materiales con mejores propiedades, como dureza y tenacidad, y más consistencia. La investigación fue patrocinada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá.
En busca de la fórmula
Los nuevos hallazgos, según lo informado por el MIT, fueron posibles gracias a un nueva técnica de análisis de imágenes con lo cual es posible conocer la estructura de los granos de cristal. En el proyecto trabajaron varios profesores del Instituto y algunos ex científicos y ex alumnos del centro.
“En el proceso de hacer un metal al que le das cierta estructura, eso dictará sus propiedades. [una vez esté] en servicio”, comentó el profesor del MIT Christopher Schuh. cuanto menor es el tamaño del grano, más fuerte es el metal obtenidopor eso las nuevas técnicas de fabricación consisten precisamente en hacerlos lo más pequeños posible.
Evolución de los granos de cristal en el metal durante la aplicación de la técnica
MIT
Durante mucho tiempo, los metalúrgicos han aplicar métodos desarrollados empíricamente para reducir el tamaño granos de una pieza sólida de metal. Técnicas que en ocasiones siguen los mismos patrones que hace cientos o miles de años, aplicando distintos tipos de tensión a la pieza.
Uno de estos métodos más básicos es la recristalización, que consiste en calentar y deformar el metal para crear nuevos núcleos cristalinos, aprovechando los defectos naturales de la pieza original. “Pasas de una sopa desordenada de fallas a nuevos cristales nucleados. Y debido a que están recién nucleados, comienzan siendo muy pequeños”, explica el propio Schuh. Crea una estructura con granos mucho más pequeños.
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Una parte importante de la nueva técnica del MIT es saber qué sucede a escala microscópica cuando se aplica este tipo de técnica. Y otros más avanzados que consiguen el mismo resultado “varios órdenes de magnitud más rápido”.
“Usamos un láser para lanzar partículas de metal a velocidades supersónicas. Decir que sucede en un abrir y cerrar de ojos sería una subestimación increíble, porque podrías hacer miles de ellos en un abrir y cerrar de ojos”, dice Schuh.
Para forjar
Raúl Barrios vía Unsplash
Este sistema basado en láser dispara partículas de 10 micrómetros a una superficie. “Puedes disparar estas partículas una a la vez y realmente medir qué tan rápido van y qué tan fuerte golpean”, dice. Al variar la velocidad y usar un equipo de microscopía muy sofisticado, pudieron ver cómo ha evolucionado la estructura en el rango nanométrico.
El resultado, según informó el MIT, fue el descubrimiento de lo que Schuh definió como una “nueva forma” de formación de granos. Este nuevo método se llamó “recristalización asistida por nanoemparejamiento”. Los científicos se dieron cuenta de que cuanto mayor era la tasa de estos impactos, más se repetía el proceso, lo que generaba granos cada vez más pequeños.
la hiperforja
En el experimento, los científicos del MIT optaron por utilizar cobre. Aplicaron un proceso de “bombardeo” de la superficie con partículas de alta velocidad usando un láser y los hallazgos sugieren que podrían aumentar la fuerza del metal alrededor de 10 veces.
“No es un pequeño cambio en las propiedades”, dice Schuh. Y es que este resultado no es algo realmente desconocido ya que sigue el mismo precepto que el endurecimiento de los martillazos de una forja ordinaria. “Es una especie de fenómeno de hiperforja”.
Para forjar
Jonny Gios a través de Unsplash
Los nuevos hallazgos brindan amplia información sobre el grado de deformación requerido, la velocidad a la que se produce esta deformación y las temperaturas que se utilizarán para obtener el máximo efecto en cualquier metal. Se puede aplicar directamente e inmediatamente a la producción de metales en el mundo real.
Fuente: cuba.eseuro.com