Una nueva aleación metálica resiste condiciones extremas
La oportunidad de un salto tecnológico
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Un nuevo material podría contribuir a reducir en el futuro los combustibles fósiles que consumen los motores de los aviones y las turbinas de gas. Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) ha desarrollado una aleación refractaria a base de metales con propiedades sin parangón hasta la fecha. La novedosa combinación de cromo, molibdeno y silicio es dúctil a temperatura ambiente. Con una temperatura de fusión de unos 2.000 grados centígrados, se mantiene estable incluso a altas temperaturas y es al mismo tiempo resistente a la oxidación. Los resultados se publican en la revista "Nature".
Los motores de aviación, las turbinas de gas, las unidades de rayos X y muchas otras aplicaciones técnicas requieren materiales metálicos resistentes a altas temperaturas. Los metales refractarios como el wolframio, el molibdeno y el cromo, cuyos puntos de fusión rondan o superan los 2.000 grados Celsius, son los más resistentes a las altas temperaturas. Sin embargo, su aplicación práctica tiene limitaciones: Son quebradizos a temperatura ambiente y, en contacto con el oxígeno, empiezan a oxidarse provocando fallos en poco tiempo ya a temperaturas de 600 a 700 grados Celsius. Por tanto, sólo pueden utilizarse en condiciones de vacío técnicamente complejas, por ejemplo, como ánodos rotatorios de rayos X.
Debido a estas dificultades, las superaleaciones basadas en níquel se han utilizado durante décadas en componentes expuestos al aire o a gases de combustión a altas temperaturas. Se utilizan, por ejemplo, como materiales estándar para turbinas de gas. "Las superaleaciones existentes están hechas de muchos elementos metálicos diferentes, incluidos algunos poco frecuentes, de modo que combinan varias propiedades. Son dúctiles a temperatura ambiente, estables a altas temperaturas y resistentes a la oxidación", explica el profesor Martin Heilmaier, del Instituto de Materiales Aplicados - Ciencia e Ingeniería de Materiales del KIT. "Sin embargo, y ahí está el problema, las temperaturas de funcionamiento, es decir, las temperaturas a las que pueden utilizarse con seguridad, son de hasta 1.100 grados centígrados como máximo. Esto es demasiado bajo para explotar todo el potencial de mayor eficiencia en turbinas u otras aplicaciones de alta temperatura. El hecho es que la eficiencia en los procesos de combustión aumenta con la temperatura".
La oportunidad de un salto tecnológico
Esta limitación existente con los materiales disponibles hoy en día fue el punto de partida del grupo de trabajo de Heilmaier. Dentro del grupo de formación en investigación "Compuestos de materiales compuestos para aplicaciones en condiciones extremas" (MatCom-ComMat), financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG), los investigadores consiguieron desarrollar una nueva aleación de cromo, molibdeno y silicio. Esta aleación a base de metales refractarios, en cuyo descubrimiento desempeñó un papel fundamental el Dr. Alexander Kauffmann, ahora profesor de la Universidad del Ruhr de Bochum, presenta propiedades hasta ahora inéditas. "Es dúctil a temperatura ambiente, su punto de fusión alcanza los 2.000 grados Celsius y, a diferencia de las aleaciones refractarias conocidas hasta ahora, se oxida lentamente, incluso en el rango de temperaturas críticas. Esto alimenta la visión de poder fabricar componentes aptos para temperaturas de funcionamiento sustancialmente superiores a los 1.100 grados Celsius. Así pues, el resultado de nuestra investigación tiene el potencial de permitir un verdadero salto tecnológico", afirma Kauffmann. Esto es especialmente destacable, ya que la resistencia a la oxidación y la ductilidad aún no pueden predecirse lo suficiente como para permitir un diseño de materiales específico, a pesar de los grandes avances que se han logrado en el desarrollo de materiales asistido por ordenador".
Más eficiencia, menos consumo
"En una turbina, incluso un aumento de temperatura de sólo 100 grados centígrados puede reducir el consumo de combustible en torno a un cinco por ciento", explica Heilmaier. Esto es especialmente relevante para la aviación, ya que los aviones propulsados por electricidad apenas servirán para vuelos de larga distancia en las próximas décadas. Por tanto, una reducción significativa del consumo de combustible será una cuestión vital. Las turbinas de gas estacionarias de las centrales eléctricas también podrían funcionar con menos emisiones de CO₂ gracias a materiales más robustos. Para poder utilizar la aleación a nivel industrial, son necesarios muchos otros pasos de desarrollo", afirma Heilmaier. "Sin embargo, con nuestro descubrimiento en investigación fundamental, hemos alcanzado un hito importante. Los grupos de investigación de todo el mundo pueden ahora aprovechar este logro".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Frauke Hinrichs, Georg Winkens, Lena Katharina Kramer, Gabriely Falcão, Ewa M. Hahn, Daniel Schliephake, Michael Konrad Eusterholz, Sandipan Sen, Mathias Christian Galetz, Haruyuki Inui, Alexander Kauffmann, Martin Heilmaier; "A ductile chromium–molybdenum alloy resistant to high-temperature oxidation"; Nature, Volume 646, 2025-10-8
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