La nueva estrategia de diseño para el aluminio combina la resistencia con la resistencia al fragilidad de hidrógeno
Los nanoprecipitados complejos pueden atrapar el hidrógeno dentro de las aleaciones de aluminio mientras mantienen su resistencia. Crédito: Adaptado de: Naturaleza; Doi: 10.1038/s41586-025-08879-2
Las aleaciones de aluminio son bien conocidas por su bajo peso y resistencia a la corrosión, lo que las convierte en candidatos ideales para aplicaciones en una economía baja en carbono, desde automóviles livianos hasta tanques para almacenar hidrógeno verde. Sin embargo, su aplicación generalizada está limitada por un desafío clave: sufren de fragilidad que conduce a grietas y fallas cuando se exponen al hidrógeno. Hasta ahora, las aleaciones resistentes al fragilidad de hidrógeno eran bastante suaves, lo que limita su aplicación en tecnologías relacionadas con el hidrógeno que requieren alta resistencia.
Ahora, los investigadores del Instituto Max Planck para Materiales Sostenibles (MPI-Susmat) en Alemania, junto con socios de China y Japón, han desarrollado una nueva estrategia de diseño de aleación que supera este dilema. Su enfoque permite una resistencia excepcional y una resistencia superior al fragilidad de hidrógeno (HE), allanando el camino para componentes de aluminio más seguros y eficientes en la economía de hidrógeno. Han publicado sus resultados en la revista Nature.
Dual nanoprecipitan trampa de hidrógeno y aumenta la resistencia
En el corazón del avance hay una estrategia de precipitación compleja con tamaños en aleaciones de aluminio de aluminio agregado por escandio. A través de un tratamiento térmico de dos pasos, los investigadores diseñaron NanoPrecipita AL3SC fina sobre la cual una capa de un Al3 (MG, SC) 2 altamente complejo forma altamente complejo forma in situ. Estos nanoprecipitados duales se distribuyen a lo largo de la aleación para cumplir dos roles clave: las trampas de 2 fases AL3 (MG, SC) de 2 fases y mejora la resistencia, mientras que las partículas finas de AL3SC aumentan la resistencia.
“Nuestra nueva estrategia de diseño resuelve esta compensación típica”, explica el profesor Baptiste Gault, jefe de la tomografía de sonda de átomos grupales en MPI-Susmat y uno de los autores correspondientes del trabajo recién publicado. “Ya no tenemos que elegir entre alta resistencia y resistencia al hidrógeno, esta aleación ofrece ambos”.
Nanofase AL3 de alta densidad (Mg, SC) 2 por transformación de fase in situ. Crédito: Naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41586-025-08879-2
Los resultados son convincentes: un aumento del 40% en la resistencia y una mejora de cinco veces en la resistencia al fragilidad de hidrógeno en comparación con las aleaciones sin escandio. El material incluso logra un alargamiento de tracción uniforme récord en aleaciones de aluminio con carga de hidrógeno de hasta 7 ppmW, un indicador de excelente ductilidad bajo exposición a hidrógeno.
Las mediciones de tomografía de la sonda del átomo realizadas en MPI-USMAT fueron esenciales para verificar el papel de la fase AL3 (MG, SC) 2 en la captura de hidrógeno a nivel atómico, ofreciendo información sobre cómo funciona el diseño de aleación en una escala fundamental. Los experimentos llevados a cabo en los institutos asociados incluyeron microscopía electrónica y simulación.
De laboratorio a industria
Los investigadores probaron su enfoque en varios sistemas de aleación de AL, y también demostraron la escalabilidad mediante el uso de la fundición de molde de cobre refrigerado por agua y los métodos de procesamiento termomecánico que se alinean con los estándares industriales actuales. Esta investigación establece las bases para una nueva generación de materiales de aluminio adaptados a las demandas de un futuro con hidrógeno: seguros, fuertes y listos para uso industrial.
Este trabajo fue realizado conjuntamente principalmente por investigadores de la Universidad Xi’an Jiaotong (China), la Universidad Shanghai Jiao Tong (China) y en MPI-Seusmat.
Más información: Shengyu Jiang et al. La ingeniería de fase estructuralmente compleja permite aleaciones de Al tolerantes a hidrógeno, naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41586-025-08879-2, www.nature.com/articles/s41586-025-08879-2
Proporcionado por Max Planck Society
Cita: más fuerte y más segura: la nueva estrategia de diseño para aluminio combina la resistencia con la resistencia al fragilidad de hidrógeno (2025, 30 de abril) recuperada el 30 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-stronger-safer-strategy-aluminum-combines.htmly
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