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Materiales novedosos y rentables podrían sustituir al acero inoxidable

Los investigadores están ocupados en el desarrollo de una nueva generación de materiales que podrían reemplazar algunas materias primas fundamentales y lograr mejores resultados que el acero inoxidable.

Tecnologías industriales

Los nuevos materiales intermetálicos podrían sustituir al acero inoxidable en muchos productos industriales importantes, especialmente para su uso en condiciones extremas en las que es necesario que sean resistentes al desgaste y a la corrosión. Los intermetálicos existentes de hierro y aluminio aúnan las propiedades del metal y la cerámica, pero son difíciles de convertir en productos reales, ya que no son tan dúctiles como el acero inoxidable ni tan fáciles de mecanizar o soldar en comparación con otros metales. «Queremos que estos nuevos materiales tengan las propiedades de los intermetálicos tradicionales: gran dureza, densidad relativamente baja y resistencia alta a la corrosión y la erosión, pero otorgarles algunas propiedades nuevas», explica el coordinador del proyecto Costas Charitidis, profesor de Ingeniería Química en la Universidad Técnica Nacional de Atenas. Charitidis continúa: «Si son menos frágiles y pueden soldarse total o parcialmente, pueden sustituir perfectamente al acero inoxidable altamente dúctil, pero al ser más duros y ligeros serían mejores». Estos nuevos materiales se desarrollaron en el marco del proyecto EQUINOX. El equipo del proyecto construyó una preforma porosa, como una esponja, a la que luego se infiltró aluminio líquido o fundiciones de hierro y aluminio. Estos metales son más abundantes y baratos que el cromo —una materia prima fundamental y estratégica para Europa— utilizado en el acero inoxidable. «Otro gran avance es que estos materiales intermetálicos pueden mecanizarse. Panagiotis Kavouras, investigador principal de la Universidad Técnica Nacional de Atenas, explica: «También podemos hacer moldes para producir las preformas de hierro que imitarían la forma de la pieza final. Con este proceso, hemos logrado crear materiales a granel con formas complejas, no solo barras o cilindros».

Demostradores

Se construyeron dos demostradores diferentes, adaptados para aplicaciones específicas: un pequeño disco de freno de coche y un elemento para un motor de cohete de propulsión líquida. «Son aplicaciones del mundo real para los nuevos materiales intermetálicos que desarrollamos», dice Charitidis. El freno de coche se probó en un entorno simulado y también se sometió a pruebas de niebla salina como parte del procedimiento habitual para probar la resistencia a la corrosión. La pieza para el motor del cohete se sometió a pruebas de erosión. Se han presentado solicitudes de patente para los dos nuevos procesos: una para la ruta de producción de los discos de freno de coche y otra para el relativo a la pieza del álabe del motor para cohete de propulsante líquido. «Estos resultados demuestran que el proceso EQUINOX tiene un alto potencial, lo que dará lugar a productos industriales reales», señala Kavouras. Kavouras declara: «Aunque el proyecto comenzó próximo al nivel de investigación fundamental, aplicamos no solo pruebas a escala de laboratorio, sino también pruebas de laboratorio industrial. Aún no estamos a escala industrial, pero estamos cerca de la escala piloto, lo que supone un gran salto».

Un gran reto

«Durante los últimos meses del proyecto logramos producir un material intermetálico altamente dúctil, por lo que tenemos pruebas sólidas de que el proceso EQUINOX puede conducir a un verdadero avance», añade. Un reto importante en las etapas iniciales fue investigar muchos tipos diferentes de preformas porosas y tipos de fundidos a diferentes temperaturas. Las más de dos mil combinaciones de parámetros diferentes se redujeron a unas pocas docenas de opciones de ensayo y error experimental, mediante el uso de elaborados experimentos de modelización y simulación. «La modelización y la simulación fueron absolutamente vitales para el éxito del proyecto. Estos pasos de simulación nos ahorraron muchos años de ardua experimentación», dice Kavouras.

Palabras clave

EQUINOX, cromo, acero inoxidable, intermetálicos, hierro, aluminio, freno de coche, materiales

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