Su nombre no dice gran cosa, incluso puede sonar a galimatías, pero CrCoNi es una aleación metálica fascinante. Y lo es por una razón contundente: un grupo de investigadores del Berkeley Lab y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, ambos en Estados Unidos, acaban de identificarlo como el material más resistente del que tengamos constancia a día de hoy, una propiedad notable que se combina con su gran ductilidad y fuerza. Sus conclusiones acaban de plasmarlas en Science.
CrCoNi es una aleación metálica formada por cromo, cobalto y níquel —de ahí su nombre— que destaca por dos peculiaridades: resulta “extremadamente dúctil” e “impresionantemente fuerte”, lo que a efectos prácticos se traduce en que es muy maleable y presenta una considerable resistencia a la deformación permanente. Otro de sus rasgos es que ambas características mejoran a medida que la aleación se enfría, algo, recuerdan en Berkeley, que “va en contra de la mayoría de materiales”.
El CrCoNi no es un material estrictamente nuevo. Hace casi una década los investigadores Robert Ritchie y Easo George empezaron a experimentar con él y CrMnFeCoNi, otra aleación que contiene manganeso y hierro. Ahora un estudio publicado en la perstigiosa revista Science ahonda en sus propiedades, que han podido explorar al someter las muestras a temperaturas muy bajas.
Gracias a esas pruebas los científicos han logrado medir su enorme resistencia.
La combinación más complicada
“Cuando se diseñan materiales estructurales se busca que sean fuertes, pero también dúctiles y resistentes a la fractura”, comenta George, quien explica que no es fácil lograr un equilibrio adecuado entre ambas propiedades. En el caso de la aleación CrCoNi parecen encajar bien: “Este material es ambas cosas y, en lugar de volverse quebradizo a bajas temperaturas, se vuelve más resistente”.
Sus características se explican en parte por la naturaleza de CrCoNi, que lo enmarca entre las conocidas como aleaciones de alta entropía (HEA), aquellas conformados por una mezcla equilibrada de los elementos que la constituyen. Sus posibilidades y la gran resistencia y ductilidad que otorgan a los materiales han hecho que estas peculiares “recetas atómicas equilibradas” atraigan el interés de los científicos desde hace años, si bien no resulta fácil recrear las condiciones necesarias para llevarlos al límite y comprobar cómo responden en unas condiciones extremas.
Eso precisamente es lo que han conseguido con el CrCoNi.
“La resistencia de este material cerca de las temperaturas de helio líquido (20 kelvin, -424 Fahrenheit) alcanza los 500 megapascales metro cuadrado”, explica Robert Richie antes de compararlo con los niveles más bajos que presentan, por ejemplo, el silicio, el aluminio de los aviones de pasajeros o incluso la de algunos de los mejores aceros. “500 es asombroso”.
A metal alloy made of chromium, cobalt, and nickel withstood extreme stress tests at subfreezing temperatures to be dubbed the world’s toughest material.https://t.co/AKOCIsOOsz
— Berkeley Lab (@BerkeleyLab) December 14, 2022
Al bajar a temperaturas de nitrógeno líquido —alrededor de 77 kelvin o -321 F— los investigadores ya habían constatado su “impresionante” dureza, lo que les llvó a realizar exámenes con condiciones todavía más extremas. No lo tuvieron fácil. Conseguir unas instalaciones en las que poder realizar el experimento, reuniendo las condiciones, herramientas y experiencia necesarias para examinar qué sucede en el material a nivel atómico, les requirió un largo proceso de diez años.
“Afortunadamente, los resultados hicieron que la espera valiera la pena”, comentan en Berkeley.
Más allá de la teoría o de los récords para la ciencia de materiales, la gran pregunta es: ¿Tiene aplicaciones prácticas el CrCoNi? Los investigadores defienden la utilidad del estudio más allá de los laboratorios. “Ahora que se comprende mejor el funcionamiento interno de la aleación, esta y otras HEA están un paso más cerca de su adopción para usos especiales”, subrayan.
Quizás la fabricación de la aleación de CrCoNi resulte costosa y tampoco sea sencillo encontrar contextos en los que sus fascinantes propiedades resulten útiles, pero eso no impide que el material ofrezca posibilidades interesantes para ciertos contextos, especialmente en los más extremos.
George apunta las condiciones ambientales extremas que podrían comprometer las aleaciones metálicas estándar, como ocurre en las gélidas temperaturas que se anotan en el espacio profundo. "Encontrar materiales estructurales con buenas propiedades de fractura a temperaturas muy bajas es un desafío, pero es importante para campos como la exploración espacial", recoge el estudio.
Imagen de portada: Robert Ritchie/Berkeley Lab
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