Varios aspectos importantes de la aleación de alta entropía que debe conocer
Introducción
Las aleaciones metálicas de alta entropía (HEA) son una nueva clase de materiales que han surgido como alternativas prometedoras a las aleaciones tradicionales. He aquí algunos datos importantes sobre las HEA. Esperamos que pueda comprender mejor estos materiales del futuro.
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Figura 1. Ejemplos de aleaciones de alta entropía
¿Qué es una aleación de alta entropía?
--Definición
Unaaleación de alta entropía, o HEA, es un material avanzado con 5 o más elementos metálicos, estructuras desordenadas y alta entropía. Las HEA son muy diferentes de las aleaciones tradicionales. No se basan en un componente mayoritario, sino que se componen de varios elementos principales. En concreto, las HEA contienen al menos 5 elementos, y la proporción de cada elemento es igual o aproximadamente igual. Estas aleaciones también se caracterizan por una alta entropía, lo que da lugar a sus propiedades y aplicaciones únicas.
--Propiedades
Los HEA presentan una combinación superior de propiedades que no se encuentran en las aleaciones tradicionales. Estas características incluyen alta resistencia, ductilidad y estabilidad térmica. Estas aleaciones también presentan una excelente resistencia al desgaste, a la corrosión y a las altas temperaturas, lo que las convierte en candidatas ideales para su uso en entornos difíciles.
Por ejemplo, VNbMoTaW posee un elevado límite elástico de más de 600 MPa (87 ksi) incluso a una temperatura de 1.400 °C. El CoCrFeMnNi tiene unas propiedades mecánicas excepcionales a baja temperatura y una gran tenacidad a la fractura. Mientras que el Al0,5CoCrCuFeNi presenta una elevada vida a la fatiga y límite de resistencia en comparación con las aleaciones convencionales de acero y titanio.
--Producción
La producción de HEA requiere técnicas especializadas, como la pulvimetalurgia, la electrodeposición y la aleación mecánica, debido a su compleja composición y microestructura. La mayoría de ellos se fabrican mediante fusión por arco y fusión por inducción. También pueden emplearse la pulverización catódica, la epitaxia de haces moleculares (MBE) o la fusión mecánica. Estas técnicas permiten crear HEA con características y microestructuras a medida, adecuadas para aplicaciones específicas.
Figura 2. Métodos de producción de HEA Métodos de producción de HEA
--Aplicaciones
Los HEA han demostrado ser prometedores en diversas aplicaciones, como las termoeléctricas de alta temperatura, los revestimientos resistentes al desgaste y los materiales estructurales. También se ha estudiado su uso en aplicaciones aeroespaciales, de automoción y biomédicas. La combinación única de propiedades que presentan los HEA los convierte en un candidato ideal para su uso en entornos difíciles, donde las aleaciones tradicionales pueden fallar.
También se pueden encontrar HEA aplicados a la industria del automóvil para fabricar piezas de motor, componentes del tren de transmisión y otros equipos estructurales. Además, estas aleaciones son materiales prometedores para aplicaciones nucleares gracias a su resistencia a la radiación y la corrosión.
Cuatro principios fundamentales de las aleaciones de alta entropía
Continuemos el artículo conociendo los principios fundamentales de las aleaciones de alta entropía.
1. La estabilización entrópica de las soluciones sólidas
El primer efecto fundamental es la estabilización entrópica. Se refiere al fenómeno en el que la alta entropía configuracional conduce a la estabilización de la fase de solución sólida. Esto significa que la solución sólida es más estable que la fase intermetálica debido a la menor energía de Gibbs. [2]
2. La grave distorsión de sus retículos
En segundo lugar, la red de HEA se distorsiona significativamente debido a las diferencias de tamaño entre los elementos de aleación, lo que tiene múltiples efectos sobre las propiedades físicas y mecánicas de los HEA.
3. Cinética de difusión lenta
Además, la HEA presenta una cinética de difusión lenta. Esto se debe principalmente a que los átomos se difunden con más dificultad a través de soluciones sólidas con altas concentraciones de muchos elementos.
4. El efecto cóctel
Por último, las composiciones de HEA son complejas, ya que múltiples elementos interactúan entre sí, lo que da lugar a comportamientos inusuales que no pueden predecirse basándose en las propiedades de los elementos individuales. Este fenómeno se denomina efecto cóctel. Estas interacciones entre elementos pueden dar lugar a propiedades especiales difíciles de predecir.
Conclusión
En una palabra, las aleaciones de alta entropía ofrecen una combinación excepcional de propiedades, métodos de producción especializados e idoneidad para diversas aplicaciones. También son bien conocidas por (1) la estabilización entrópica (2) la grave distorsión de sus redes, (3) la lenta cinética de difusión y (4) el efecto cóctel. A medida que continúe la investigación sobre los HEA, es probable que se aproveche todo su potencial, lo que conducirá al desarrollo de materiales aún más avanzados para su uso en diversas aplicaciones. Stanford Advanced Materials (SAM) es un proveedor de confianza de aleaciones de alta entropía. Envíenos una consulta, si está interesado.
Referencias:
[1] Saro San, Yang Tong, Hongbin Bei, Boopathy Kombaiah, Yanwen Zhang, Wai-Yim Ching, First-principles calculation of lattice distortions in four single phase high entropy alloys with experimental validation, Materials & Design, Volumen 209, 2021, 110071, ISSN 0264-1275, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110071.
[2] Pickering, E., y Jones, N. (2016). Aleaciones de alta entropía: Una evaluación crítica de sus principios fundadores y perspectivas futuras. Revista Internacional de Materiales. https://doi.org/10.1080/09506608.2016.1180020
