Más fuerte y más seguro: la nueva estrategia de diseño para el aluminio combina la fuerza con la resistencia a la fragilización por hidrógeno
aumento del 40% de la resistencia y quintuplicación de la resistencia a la fragilización por hidrógeno en comparación con las aleaciones sin escandio
Las aleaciones de aluminio son bien conocidas por su bajo peso y su resistencia a la corrosión, lo que las convierte en candidatas ideales para aplicaciones en una economía con bajas emisiones de carbono, desde automóviles ligeros a depósitos para almacenar hidrógeno verde. Sin embargo, su aplicación generalizada se ve limitada por un problema clave: sufren fragilización que provoca grietas y fallos cuando se exponen al hidrógeno. Hasta ahora, las aleaciones resistentes a la fragilización por hidrógeno eran más bien blandas, lo que limitaba su aplicación en tecnologías relacionadas con el hidrógeno que requieren una gran resistencia. Ahora, investigadores del Instituto Max Planck de Materiales Sostenibles (MPI-SusMat) de Alemania, junto con socios de China y Japón, han desarrollado una nueva estrategia de diseño de aleaciones que supera este dilema. Su método permite obtener una fuerza excepcional y una resistencia superior a la fragilización por hidrógeno (HE), allanando el camino hacia componentes de aluminio más seguros y eficientes en la economía del hidrógeno. Los resultados se publican en la revista Nature.
Los nanoprecipitados complejos son capaces de atrapar el hidrógeno en el interior de las aleaciones de aluminio manteniendo su resistencia.
© Nature 2025; DOI:10.1038/S41586-025-08879-2
Dos nanoprecipitados atrapan el hidrógeno y aumentan la resistencia
El avance se basa en una compleja estrategia de precipitación por tamaños en aleaciones de aluminio y magnesio con escandio añadido. Mediante un tratamiento térmico en dos fases, los investigadores crearon nanoprecipitados finos de Al3Scsobre los que se forma in situ una capa de Al3(Mg,Sc)2 de gran complejidad estructural. Estos nanoprecipitados duales se distribuyen por toda la aleación para desempeñar dos funciones clave: la fase Al3(Mg,Sc) 2 atrapa el hidrógeno y mejora la resistencia a la HE, mientras que las partículas finas de Al3Scaumentan la resistencia.
"Nuestra nueva estrategia de diseño resuelve esta típica disyuntiva. Ya no tenemos que elegir entre alta resistencia y resistencia al hidrógeno: esta aleación ofrece ambas", afirma el profesor Baptiste Gault, jefe del grupo "Tomografía de Sonda Atómica" de MPI-SusMat y uno de los autores correspondientes del trabajo recién publicado.
Los resultados son convincentes: un 40% más de resistencia y cinco veces más de resistencia a la fragilización por hidrógeno que las aleaciones sin escandio. El material alcanza incluso un alargamiento a la tracción uniforme récord en aleaciones de aluminio cargadas con hidrógeno de hasta 7 ppmw, un indicador de excelente ductilidad bajo exposición al hidrógeno. Las medidas de tomografía de sonda atómica realizadas en MPI-SusMat fueron esenciales para verificar el papel de la fase Al3(Mg,Sc)2 en el atrapamiento del hidrógeno a nivel atómico, ofreciendo una visión de cómo funciona el diseño de la aleación a escala fundamental. Los experimentos realizados en los institutos asociados incluyeron microscopía electrónica y simulación.
Del laboratorio a la industria
Los investigadores probaron su método en varios sistemas de aleación de Al y demostraron su escalabilidad utilizando moldes de cobre refrigerados por agua y métodos de procesamiento termomecánico acordes con los estándares industriales actuales. Esta investigación sienta las bases de una nueva generación de materiales de aluminio adaptados a las exigencias de un futuro impulsado por hidrógeno: seguros, resistentes y listos para su uso industrial.
Este trabajo lo han realizado conjuntamente investigadores de la Universidad Jiaotong de Xi'an (China), la Universidad Jiao Tong de Shanghai (China) y el Instituto Max Planck de Materiales Sostenibles (Alemania).
Al grano
- Nuevo diseño de aleación para el aluminio: Los investigadores desarrollaron una estrategia de nanoprecipitado dual que combina las fases Al3Scy Al3(Mg,Sc)2, consiguiendo un aumento del 40% de la resistencia y una resistencia cinco veces mayor a la fragilización por hidrógeno en comparación con las aleaciones sin Sc, sin sacrificar la ductilidad.
- Ajuste de la microestructura: Una fase de Al3(Mg,Sc)2 atrapa el hidrógeno y mejora la resistencia a la fragilización por hidrógeno, mientras que las finas partículas de Al3Scaumentan la resistencia.
- Innovación escalable: El diseño se probó con éxito en condiciones casi industriales, como la fundición en molde de cobre y el procesamiento termomecánico, lo que demuestra un claro potencial para la producción a escala industrial.
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Publicación original
Shengyu Jiang, Yuantao Xu, Ruihong Wang, Xinren Chen, Chaoshuai Guan, Yong Peng, Fuzhu Liu, Mingxu Wang, Xu Liu, Shaoyou Zhang, Genqi Tian, Shenbao Jin, Huiyuan Wang, Hiroyuki Toda, Xuejun Jin, Gang Liu, Baptiste Gault, Jun Sun; "Structurally complex phase engineering enables hydrogen-tolerant Al alloys"; Nature, 2025-4-30
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