Se está produciendo un renacimiento en la ciencia de los materiales, y especialmente en el diseño, la fabricación y la caracterización de metales, dice el director del Centro de Procesamiento de Materiales del MIT, Carl V. Thompson.“Las simulaciones ya no sirven para explicar lo que ya se sabe.Las cosas ahora están en el punto en el que se puede predecir lo que hará un material y luego ver si eso es cierto en el laboratorio y, a menudo, descubrir que lo es”, dijo Thompson en las declaraciones de apertura del Simposio del Día de los Materiales, organizado por el Centro de Procesamiento de Materiales del MIT. el martes 21 de octubre. Thompson es el Profesor Stavros Salapatas de Ciencia e Ingeniería de Materiales en el MIT.Las nuevas técnicas, como la extracción de datos de la literatura científica, permiten a los investigadores hacer mejores conjeturas sobre las estructuras cristalinas que formará un conjunto determinado de elementos y las propiedades de esos cristales antes de que se sinteticen, impulsando un renacimiento en la ciencia de los materiales, pero especialmente en investigación de metales, dice.Sesenta y siete representantes de la industria se unieron a los 51 participantes del MIT para el Simposio del Día de los Materiales de un día de duración, al que siguió una sesión de carteles.En total, se presentaron 66 carteles.El proyecto de Ingeniería de Materiales Computacionales Integrados (ICME) financiado por el Departamento de Energía del proyecto de Aceros Avanzados de Alta Resistencia de la Generación Tres está trabajando para aumentar la resistencia del acero y reducir el peso del vehículo.“Creo que los mejores años en la investigación de aceros avanzados de alta resistencia están por venir”, dice Louis G. Hector Jr., miembro técnico de GM, investigador principal del proyecto.“De ninguna manera entendemos todo lo que hay que saber sobre estos materiales”.El proyecto ICME se propuso responder a la pregunta: "¿Podemos diseñar computacionalmente nuevos aceros multifásicos con insumos experimentales mínimos, de modo que un fabricante de acero pueda fabricar económicamente grandes cantidades, lo que significa alrededor de 100 000 kilogramos (alrededor de 110,23 toneladas cortas estadounidenses) de estos materiales con los materiales existentes?" infraestructura a objetivos de rendimiento de componentes automotrices específicos para reducción de masa, resistencia, ductilidad, etc.?Los colaboradores, incluida la Escuela de Minas de Colorado, produjeron un acero dúplex de plasticidad inducida por transformación (TRIP) que cumple con uno de los objetivos del proyecto, un nuevo acero diseñado para absorber una presión de hasta 1200 megapascales (MPa) sin fracturarse y estirarse hasta un 30 por ciento de elongación sin rompiendo, dice Héctor, quien trabaja en el Laboratorio de Sistemas Químicos y de Materiales del Centro de Investigación y Desarrollo de GM en Warren, Michigan.Agregar un elemento de aleación que se segregue en los límites de grano de un metal base es la clave para controlar el tamaño de grano a nanoescala en metales comercialmente importantes como el níquel, la plata y el aluminio, dice Christopher A. Schuh, jefe del Departamento de Ciencia de Materiales y Ingeniería en el MIT.La investigación iniciada en el laboratorio de Schuh en el MIT y que continúa tanto en el campus como a través de una empresa derivada, Xtalic, produjo avances en materiales nanoestructurados con tamaños de grano de hasta 10 o 20 nanómetros y condujo a la comercialización de la tecnología.Los recubrimientos iniciales de níquel-tungsteno mejoraron la resistencia a la corrosión y al desgaste de los conectores de cobre ampliamente utilizados en aplicaciones electrónicas y también redujeron en dos tercios la necesidad de un recubrimiento superior de oro sobre el níquel.“Este es un caso en el que una moneda de cinco centavos en metalurgia le permite ahorrar una gran cantidad de metal”, dice Schuh.Ahora Xtalic está desarrollando un sustituto del oro.La fabricación aditiva redujo drásticamente el tiempo y los costos de producción de los soportes utilizados en la nave espacial Juno, que se dirige a Júpiter, dice el miembro de Lockheed Martin Space Systems Co. Slade Gardner.“Al usar la fabricación aditiva, se nos permitió reducir la mitad del costo y la mitad del cronograma de estas piezas que iban en la nave espacial Juno”, dice Gardner.En general, los procesos de fabricación aditiva ahorran el 50 % de los costes y el 80 % del tiempo en comparación con la fabricación tradicional de piezas, según muestran los estudios de casos de Lockheed Martin.“Ambas son métricas clave cuando se enfrenta a los plazos de un programa”, dice Gardner.Con los clústeres robóticos, el proceso de fabricación aditiva puede eventualmente extenderse a producir una nave espacial completa en una fábrica.Además de la industria aeroespacial, se necesitan nuevas aleaciones y métodos de procesamiento en una variedad de aplicaciones, desde defensa hasta energía, dice Gardner.Infinium Inc., con sede en Natick, Massachusetts, desarrolló un nuevo proceso de separación para metales de tierras raras que promete una fuente más limpia y económica y una menor dependencia de las importaciones chinas para el ingrediente crítico en los vehículos híbridos/eléctricos.Infinium, fundada originalmente en 2008 como Metal Oxygen Separation Technologies (MOxST), utiliza una tecnología conocida como electrólisis de membrana de óxido sólido (SOM).Combina un ánodo SOM con un electrolito patentado de zirconia estabilizada con itria sólida (YSZ) y un electrolito de sal de fluoruro fundido.La celda de electrólisis separa el óxido de metal en oxígeno gaseoso y vapor de metal-argón.Un condensador licua el metal, mientras que el gas argón recircula."Para evitar algunos de los problemas tradicionales con la electrólisis de fluoruro fundido, insertamos este electrolito sólido de zirconio entre el baño de sal fundida y el ánodo en el interior. Así que ahora tenemos esencialmente dos electrolitos, un electrolito líquido y un electrolito sólido. Esto tiene una amplia variedad de ventajas. Permite nuevas clases de ánodos inertes, como los metales líquidos", dice Adam C. Powell IV, PhD '97, director de tecnología y cofundador de Infinium.Powell se desempeñó de 1999 a 2006 como profesor asistente de ingeniería de materiales Thomas B. King en el MIT.Infinium Metals anunció el 21 de octubre que pasará a la producción comercial de metales de tierras raras, con una oferta inicial de disprosio-hierro este año, seguida de un lanzamiento planificado el próximo año de neodimio y, más tarde, de didimio.Además de las tierras raras, la tecnología de Infinium permite la electrólisis directa de óxido de magnesio (MgO) y promete una producción de magnesio más limpia, dice Powell.Aunque la corrosión es un problema antiguo, el profesor asociado de ciencia e ingeniería nuclear del MIT, Bilge Yildiz, cree que está maduro para nuevos descubrimientos científicos.Ella está trabajando para diseñar mejores aleaciones para evitar problemas como el agrietamiento causado por la entrada de hidrógeno en metales como las aleaciones de circonio utilizadas en aplicaciones nucleares o las aleaciones a base de hierro utilizadas en otras aplicaciones.La absorción de hidrógeno hace que el metal sea más susceptible al agrietamiento.Desde la década de 1960 se sabe evitar el níquel, por ejemplo, en las aleaciones de circonio.Yildiz y sus colegas modelaron cómo la adición de varios metales de transición afectaba la solubilidad del óxido de circonio en hidrógeno."La solubilidad del hidrógeno en el óxido de circonio determinará qué tan fácil será empujar el hidrógeno a través de esta capa hacia el metal; cuanto menor sea la solubilidad, más difícil será el transporte a través de él", dice Yildiz.Los estudios de Yildiz arrojaron luz sobre la solubilidad del hidrógeno en función de la estructura electrónica de la película de óxido superficial."Existe una clara dependencia de la estructura electrónica que altera las energías de formación que luego se reflejan en la solubilidad del hidrógeno", explica Yildiz.Ella espera extender los métodos desarrollados en los estudios de zirconio a otros metales industriales importantes como los aceros austeníticos.Personalización de metales para petróleo y gasEl auge de los recursos de combustibles no convencionales en América del Norte brindó a Schlumberger la oportunidad de desarrollar un nuevo metal de alta resistencia que pudiera disolverse rápidamente en presencia de agua.Schlumberger respondió desarrollando bolas de metal solubles hechas de una aleación de aluminio degradable en agua para uso en operaciones de hidrofracturación para recuperar gas de esquisto.Tales bolas se utilizan en sistemas de estimulación de múltiples etapas."Nuestro metal es fuerte, particularmente en compresión, y satisface las necesidades de campos petroleros para bolas de fracturamiento como primera aplicación. Es una aleación de aluminio endurecido por precipitación amigable para la fabricación de bajo costo", Manuel Marya, gerente de ingeniería de materiales en Schlumberger Enabling Technologies Group, explica."El metal exhibe una estructura muy peculiar de nanorods y nanoplaquetas, según lo investigado por socios universitarios, y se ha demostrado que es bastante fácil de fabricar en grandes volúmenes y a costos atractivos".Marya destacó los desafíos de múltiples materiales que enfrenta una empresa como Schlumberger.En el lado de la exploración y producción de las industrias del petróleo y el gas, el gasto de capital está aumentando un 6 por ciento anual, mientras que los gastos operativos aumentaron un 9 por ciento en el último año.La producción está aumentando a un poco más del 1 por ciento por año."Entonces, tenemos una situación en la que el costo de desarrollo aumenta más rápido que la oferta. Y esto realmente sienta las bases para algunos impulsores de la industria", dice J. David Rowatt, director de investigación de Schlumberger-Doll Research. ."El premio, el petróleo y el gas, es cada vez más difícil de conseguir. El costo está aumentando y las nuevas fuentes son técnicamente más difíciles de conseguir".Haciendo oxigeno en la lunaLas técnicas de electrólisis de óxido fundido (MOE) pueden abarcar desde el refinado de metales estructurales en la Tierra hasta la producción de oxígeno para sustentar la vida en la Luna, dice el profesor del MIT Donald R. Sadoway.Esto se debe a que el mismo proceso que extrae hierro y otros metales de sus óxidos metálicos libera oxígeno como subproducto.Hay suficiente contenido de óxido metálico en la superficie lunar para usar la electrólisis de óxido fundido para producir oxígeno a partir de óxidos de hierro y sodio, así como de aluminosilicatos más abundantes, compuestos sólidos de aluminio y silicio ricos en oxígeno."No importa a dónde vayas en la luna, podrás usar MOE y producir oxígeno", dice Sadoway, profesor John F. Elliott de Química de Materiales en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT. .Sadoway y sus colegas del MIT han estado estudiando técnicas de electrólisis de óxido fundido para separar una variedad de metales, desde hierro hasta titanio para una producción libre de carbono en un solo paso.Los ganadores de la sesión de carteles del Día de los Materiales de este año, todos estudiantes graduados del MIT, fueron Joseph Azzarelli del Departamento de Química y Zachary C. Cordero y Michael Gibson, ambos del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.El afiche de Azzarelli, “Detección inalámbrica de gases y vapores con un teléfono inteligente mediante comunicación de campo cercano”, fue asesorado por el profesor Timothy M. Swager.El cartel de Cordero, “Procesamiento de polvo de aleaciones con tungsteno de grano ultrafino”, fue asesorado por Chris Schuh.Y el cartel de Gibson, también asesorado por Schuh, era "Tendencias en las energías de segregación y su conexión con la fragilización".Este sitio web es administrado por la Oficina de Noticias del MIT, parte de la Oficina de Comunicaciones del MIT.Instituto de Tecnología de Massachusetts 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA, EE. UU.