Crean material de aluminio compuesto de mayor resistencia mecánica

Con información y fotografías de la DGCS UNAM

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En el Instituto de Ciencias Físicas (ICF) de la UNAM se desarrolla un material compuesto de matriz metálica con base en aluminio, 65 % más resistente a la indentación –o huella superficial dejada por otro material más duro- y a la degradación ambiental.
 
Por ser ligero, el novedoso material, que podría ser utilizado en elementos estructurales donde se requieran propiedades de rigidez, o como soporte de la electrónica, está en proceso de patente, informó la titular del proyecto de investigación, Socorro Valdez.
 
Como parte del desarrollo, primero se identificó una síntesis química económica, que tuviera relación amigable con el ambiente, que no generara productos contaminantes y no tuviera base en un material tóxico.
 
En segundo lugar, la meta fue utilizar materiales reciclados. Por ello, se empleó una matriz de aluminio, fácil de conseguir en la basura y reciclable.
 
“Esta invención está asociada con la síntesis de una aleación cuaternaria –o combinación de cuatro elementos químicos distintos, que forman la matriz del compuesto en proporción variable– y con su procesamiento”. Para ello, lo primero fue fabricar el óxido que iba a ser inoculado a la matriz.

La adición de partículas de itrio, previamente sintetizadas y que se agregan al compuesto cuaternario, es lo que produce mayor resistencia a la indentación y a la degradación ambiental, que por ser de aluminio también posee menor densidad.
 
Se decidió añadirlo porque en la mayoría de la literatura científica se han especificado dos compuestos: carburo de silicio y nitruros, “y lo que buscábamos es una alternativa para generar una línea de investigación novedosa y mantener a la UNAM a la vanguardia de la investigación. Tratamos de hallar una vertiente que nos generará un material nuevo, con propiedades que resultaron ser mejores”.
 
Las partículas, que miden alrededor de una micra y que se adicionan, deben estar a cierta temperatura, con determinadas características de calentamiento y deshidratación, y en una etapa del proceso donde el vórtice que se genera en el material compuesto es tal, que permitirá su distribución homogénea.
 
La científica explicó que en el proceso de síntesis de las partículas se evita un recalentamiento de las mismas, pues la finalidad es disminuir el ángulo de contacto entre las moléculas de los compuestos. “Entonces, lo que hacemos durante la primera etapa de síntesis es una deshidratación”.
 
Bajo un control estricto y gradual de tiempo y temperatura, se impide el daño al material compuesto por incremento de calor y permite adicionar las partículas del óxido al fundido.
 
La intención es no aumentar el tiempo o la temperatura para generar partículas más pequeñas, sino tratar de que con las mínimas condiciones puedan fortalecer el material compuesto y tener las propiedades de indentación mejoradas. “Una micra es el tamaño ideal; si hacemos las partículas más grandes obtenemos cúmulos de óxido atrapados en la matriz y se pierde la morfología homogénea que se pretende”, expuso.
 
Al final, se obtiene un material sólido con una distribución de cargas igualmente homogénea. “Si no controlamos estos detalles podríamos conseguir uno que presente diferentes tipos de microestructuras y eso propiciaría que la distribución de las propiedades varíe, porque dependen de la estructura interna, del arreglo atómico”.
 
Otra de sus ventajas, además de ser ligeros y con alta rigidez, es el ahorro de combustible y que evita la contaminación en el proceso de fabricación. “Mantenemos temperaturas muy por debajo de los mil grados centígrados y usamos material reciclado, principalmente latas, ángulos de ventanas y otros desechos de aluminio dispersos en la basura. Queremos brindar a la sociedad un producto que no sea económicamente alto”.
 
Valdez anunció que se va a patentar el proceso de producción y la síntesis del compuesto. Al momento, se corrige el primer manuscrito que fue enviado para el registro.

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El proyecto no está concluido, aclaró la universitaria. Por ejemplo, “necesitamos calcular la conductividad térmica a diferentes votajes y corrientes para determinar la eficiencia del material como conductor eléctrico”.
 
De igual forma, se intentan establecer, desde el punto de vista de la ciencia básica, las propiedades electrónicas con el uso de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) y, de manera alternativa, determinar la distribución atómica máxima del óxido, que puede disolverse en el aluminio sin generar precipitados, como si se adicionara sal o azúcar al agua, y establecer en qué momento se logra la sobresaturación.
 
Este material no se ha laminado aún; por el momento está en forma de lingote, donde se han analizado las propiedades de indentación y de resistencia a la degradación ambiental, pero “todavía analizamos sus propiedades a la flexión, a la fatiga y la tensión”.
 
También se pretende conocer cuáles compuestos químicos propician su degradación y bajo qué condiciones, “para tener el mayor conocimiento global que podamos; entre mayor conocimiento, tendremos mayores ventajas”.
 
Como parte de este proyecto, donde se ha contado con la participación de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos y de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, se han desarrollado dos tesis de licenciatura y una de maestría, finalizó.

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