Científicos rusos elaboran una teoría que predice nuevas propiedades de los materiales

Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista Progress in Materials Science.

Los métodos de la deformación plástica severa (DPS) se han convertido en una importante herramienta en manos de los científicos para diseñar nuevos materiales metálicos más perfectos, cada vez más reclamados en muchos sectores de la industria. Los métodos de la DPS, como la torsión a alta presión, la extrusión en canal angular de sección constante y la extrusión de tornillo y forjado multieje forman parte de la técnica de fabricación de varios nanomateriales nuevos.

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Esto se debe a que los métodos de deformación plástica severa permiten destruir su estructura interna obteniendo estructuras de grano submicrónico, lo que en algunos casos lleva a que se formen nanoestructuras. Esto mejora las propiedades del material, aumentando, en particular, su resistencia. En ocasiones se consigue aumentar todo el conjunto de las características del material, incluidas la resistencia y plasticidad.

Esta es la ventaja que presentan los métodos de la DPS en comparación con los tratamientos de metal más tradicionales, en los que el aumento de resistencia provoca la pérdida de plasticidad. Es más, un desmenuzamiento tan radical de la microestructura del material mejora su resistencia a la corrosión y otras propiedades físicas.

Los catedráticos Yuri Estrin —MISIS, Universidad de Monash y Universidad de Australia Occidental— y Alexéi Vinográdov —Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, Universidad Estatal de Togliatti— publicaron un artículo que contiene el conjunto de los procedimientos teóricos y conceptos de modelación que permite predecir el comportamiento de los materiales creados a partir de los mismos.

"Lo que sucede con los materiales sometidos a la deformación plástica severa es un proceso bastante complicado", explica Yuri Estrin. "Es una radical rotura microestructural que hace casi imposible la previsión de las características del material resultante, especialmente si se aplica a varios materiales a la vez. Sin modelar el proceso usando una teoría segura y físicamente argumentada, el experimento consiste en adivinar a ciegas lo que pasará. A pesar de un gran número de trabajos teóricos publicados, hay pocos modelos que tengan una buena capacidad de predicción. Analizamos centenares de publicaciones y decenas de modelos presentados. Luego seleccionamos las más eficaces y las perfeccionamos".

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Según los catedráticos Estrin y Vinográdov, los avances más significativos, en cuanto a la aplicación de los métodos de la DPS, se percibirán, en primer lugar, en el ámbito de los implantes médicos. Los grupos de investigación al frente trabajan en la creación de implantes óseos sobre la base de aleaciones de magnesio.

"La aleaciones de magnesio, debido a su capacidad de degradarse, son muy populares ahora entre los implantólogos de todo el mundo. Sería lo ideal: un implante que asume la carga durante el tiempo necesario para recuperar el tejido óseo y luego se disuelve en el organismo sin perjudicarle de ninguna manera. En este caso ya no será necesaria una segunda intervención para retirar el implante usado. En teoría parece bastante simple, pero para que esta idea se haga realidad hacen falta unos esfuerzos enormes de los científicos y, en concreto, no podremos prescindir de la modelación de procesos de deformación", comenta Yuri Estrin. 

Otro aspecto del trabajo de los investigadores, descrito en el artículo, es la creación de materiales híbridos con una arquitectura interna predeterminada mediante sus deformación conjunta con los métodos de la DPS. 

Los materiales híbridos son combinaciones de diferentes materiales, muchas veces muy heterogéneos. A diferencia de los materiales compuestos convencionales, en su estructura prevalece la geometría y la disposición recíproca de los componentes. Los métodos de la DPS permiten obtener la geometría interna deseada de tales materiales híbridos y, al mismo tiempo, conseguir su nanoestructuración. Como resultado, se puede esperar que estos materiales posean propiedades mecánicas únicas. Sirvan de ejemplo las aleaciones de cobre armadas con alambre de acero, que bajo efecto de la DPS se enrolla en una especie de muelle, lo cual se traduce en una singular combinación de resistencia y plasticidad elevadas.