Nanotecnología
Son el resultado de un trabajo conjunto entre el Grupo de Materiales Avanzados de la Facultad de Ingeniería de la UBA y un equipo de la Universidad de Oxford. Ya se utiliza en la fabricación de turbinas de avión y de pistones para autos de carrera.
Sin dudas, una de las más fascinantes posibilidades que abren las técnicas “nano” es la modificación y el mejoramiento de las propiedades de los materiales tradicionales. Esto que parece una afirmación simple, implica una verdadera revolución en el campo de la metalurgia. Antes de la aparición de las nanotécnicas, se partía de un material —por ejemplo el titanio— y con él se construía un producto. Ahora, el nuevo desafío es partir de las características que debe tener un producto y, según “esas” necesidades, crear y diseñar un material específico, a partir del reordenamiento de los átomos.
Justamente, eso es lo que vienen desarrollando desde 2000 el doctor Fernando Audebert, investigador del Conicet y director del Grupo de Materiales Avanzados de la Facultad de Ingeniería de la UBA, y un equipo de la Universidad de Oxford. Juntos desarrollaron una aleación de aluminio que contiene partículas de cuasicristales icosaédricos nanométricos que le confieren a ese metal una mayor resistencia —similar a la de los aceros templados— y una alta resistencia mecánica a las elevadas temperaturas (entre los 200 y 400ºC), parecida a las de las aleaciones de titanio.
¿Cómo se logra esta sorprendente transformación del aluminio? El secreto está en la combinación de materiales y en el procesamiento que se le da a una aleación. Por ejemplo, enfriarla a altísima velocidad cuando está en estado líquido, o atomizarla en pequeñísimas partículas.
Para ahondar en el tema, Audebert explicó a TELAM que “se funde el aluminio con otros elementos, por ejemplo con silicio, a 1100 ó 1200º y se lo enfría a un millón de grados por segundo. Al enfriarse con esa rapidez, las partículas o gránulos adquieren estructura “nano”, independientemente de la composición química que tenga la aleación. Y esto permite retener las partículas icosaédricas como si fueran núcleos, lo que le aporta al material una resistencia muy alta”.
Para alcanzar esa velocidad de enfriamiento, se utiliza una técnica que consiste en verter el líquido caliente sobre una rueda de cobre que gira a altísima velocidad dentro de una cámara de vacío. Según Audebert, “el chorro se solidifica sobre esa superficie y sale en forma de cinta, con una estructura nanométrica que le da muy alta resistencia mecánica. Y luego esas cintas, que tienen entre 20 y 40 micrones de espesor, se pican, muelen y compactan para obtener una torta sólida”, explicó.
Otra posibilidad es colocar la aleación líquida en un spray y atomizarlo para obtener pequeñísimas gotitas que tienen estructura nano. “Son dos formas distintas con las que podemos hacer el material —detalló Audebert—. En el caso de las cintas, necesitamos un paso intermedio, porque hay que picarlas y compactarlas antes de obtener la torta. El polvo obtenido por aspersión, en cambio, está compuesto por partículas muy pequeñas, pero de distinto tamaño. Esas partículas van de 10 a 200-300 micrones, y nosotros utilizamos un rango medio de 50 micrones. Así, sólo el 50-60% resulta aprovechable, mientras que con las cintas se aprovecha el 100% del material base”.
En estos momentos, el equipo de investigación UBA/Oxford está buscando identificar cuál de los dos procesos es más fácil y barato. “También hay que considerar otros aspectos: por ejemplo, hacerlo en forma de polvo requiere muchos gases inertes; en cambio, el proceso de las cintas usa menos gases y se puede hacer más cantidad, pero lleva mucho más tiempo”, señaló el director del grupo.
Actualmente, las virtudes de estas aleaciones se están probando en el desarrollo de dos tipos de productos. El primero está referido a reemplazar las clásicas turbinas de avión de titanio Rolls Royce con nuevas nanopartes de aluminio. El material aquí es ideal por su comportamiento ante las altas temperaturas, su gran resistencia mecánica y su menor peso.
El segundo está orientado a la producción de pistones para autos de competición. “Con una empresa local estamos desarrollando pistones forjados de alta performance para autos de Fórmula 3 y de Rally —afirmó Audebert—, pero en este caso, no usamos la aleación de aluminio que contiene partículas de cuasicristales icosaédricos nanométricos, sino una aleación intermedia de aluminio y silicio”. El motivo es que esta aleación se puede hacer con la tecnología que tienen actualmente las empresas. “Los pistones están hechos de aluminio-silicio nano porque se necesita fundir el material entre 400 y 500º. Las nano cuasicristalinas, que son el target superior, se deben fundir a alrededor de 1100-1200º y las empresas todavía están haciendo sus modificaciones tecnológicas internas para poder producirlo”, afirmó.
Los pistones hechos con esta aleación tienen una resistencia dos veces y media mayor que los tradicionales. Y también soportan una mayor temperatura, lo que mejora el rendimiento de los motores. Además, este material al calentarse se dilata menos que el de los pistones comunes, lo que permite dejar un menor espacio entre el pistón y los anillos que lo rodean. Así, es posible reducir el tamaño de las piezas y el peso, lo cual es importante para un motor que alcanza las 15 mil revoluciones por minuto.
¿Cuándo se podrían aplicar en forma comercial estos nuevos materiales? Audebert comentó a TELAM que lo ideal sería poder hacer todo el proceso en el país. “Actualmente, las cintas son producidas en Holanda y el polvo en Inglaterra. Es decir, la materia prima viene del extranjero. Actualmente existe un proyecto con el Fondo Argentino Sectorial de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica para comprar varías máquinas y poder hacer todo acá”, comentó.
Aunque las primeras aplicaciones de este aluminio ultrarresistente se están dando en el campo del automovilismo y de la aviación, las nuevas aleaciones nanocompuestas exceden en mucho esos usos. También se podrían aplicar en la industria espacial; en productos ópticos —ya que dilata menos— o en la fabricación de equipos deportivos más livianos.
