La industria aeroespacial ha experimentado un enorme desarrollo durante el último siglo, y los ingenieros en ciencias de los materiales han desempeñado un papel fundamental en esta transformación.
Fundación para la Cooperación entre la Industria y la Universidad Nacional Hanbat
Es bien sabido que, al aumentar la temperatura de funcionamiento de los materiales metálicos, se puede mejorar la velocidad de las aeronaves y reducir el consumo de combustible.
Por lo tanto, la investigación sobre materiales de alta temperatura está directamente relacionada con la mejora del rendimiento de las aeronaves y se ha llevado a cabo activamente en todo el mundo desde la década de 1940.
Durante más de 80 años, las aleaciones de Ni han sido los principales materiales utilizados para aplicaciones de alta temperatura. Para permitir su uso a temperaturas aún más altas, se han aplicado recubrimientos cerámicos a las aleaciones de Ni. Sin embargo, debido a su capacidad intrínseca de reblandecerse, su temperatura de funcionamiento no puede superar los 1100 °C aproximadamente.
En los últimos años, las aleaciones de alta entropía (una combinación de diversos elementos metálicos y de otro tipo con propiedades deseables) han surgido como una alternativa muy prometedora para su uso en estos escenarios extremos. Cabe destacar que se espera que la aplicación de nuevos recubrimientos a las aleaciones de alta entropía recientemente desarrolladas permita que estos materiales se utilicen a temperaturas significativamente más altas.
En un nuevo desarrollo, un equipo de investigadores de la República de Corea, dirigido por Joonsik Park, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad Nacional Hanbat, ha demostrado los comportamientos de oxidación superiores de capas de recubrimiento estables de tamaño nanométrico producidas a través de recubrimientos de cementación de paquetes de B y Si en dos pasos secuenciales de aleaciones de alta entropía TiTaNbMoZr.
Sus novedosos hallazgos fueron publicados en el Journal of Materials Research and Technology .
En el estudio, los investigadores compararon la aplicación de un recubrimiento de cementación Si-pack y un recubrimiento secuencial B-Si-pack en la aleación TiTaNbMoZr. Descubrieron que la aleación sin tratar, recién fundida, no solo experimentó una oxidación extrema a 1300 °C, sino que la aleación de alta entropía recubierta con cementación Si-pack también mostró formación de grietas debido a la oxidación de XSi₂ rico en Zr a ZrO₂ , lo que afecta la integridad del recubrimiento.
Curiosamente, la aleación TiTaNbMoZr recubierta con cementación de paquete B-Si desarrolló una capa superficial estructuralmente estable que comprende XB 2 , XSi 2 y X 5 SiB 2 , demostrando una resistencia superior a la oxidación incluso a temperaturas muy altas.
Además, mientras que la aleación en estado bruto de fundición y la aleación recubierta con cementación de Si-pack mostraron altas ganancias de masa tras la oxidación a 1300 °C durante 10 horas, su contraparte recubierta con cementación de B-Si-pack presentó una ganancia de masa significativamente menor en las mismas condiciones. Además, se observó que la constante de velocidad parabólica era bastante baja tras la formación de la capa protectora de óxido.
El punto clave de este estudio es que, incluso tras ser expuesta a una temperatura notablemente alta de 1300 °C, la capa de recubrimiento de las aleaciones de alta entropía recientemente desarrolladas mantiene su nanoestructura a la vez que protege eficazmente el sustrato. Este es el primer estudio que demuestra este comportamiento.
«Actualmente, las aleaciones a base de níquel utilizadas en misiles pueden operar a unos 1100 °C, pero los resultados de nuestro estudio muestran que el material recién desarrollado puede soportar temperaturas muy superiores a ese límite», destaca el profesor Park.
Este material se puede aplicar a componentes expuestos a llamas de alta temperatura, como los de aviones de combate y misiles. Al utilizar el recubrimiento en diversos materiales estructurales de alta temperatura, ofrece una amplia aplicabilidad para fines de defensa, así como en otros campos de ingeniería de alta temperatura.
«En general, nuestros resultados confirman el potencial de las aleaciones de alta entropía para su uso en entornos de alta temperatura y destacan la importancia crucial de seleccionar estrategias de recubrimiento adecuadas a la composición de la aleación», concluye el profesor Park.
Más información: JS Oh et al., Comportamientos de oxidación superiores de capas de recubrimiento estables de tamaño nanométrico producidas mediante recubrimientos de cementación secuencial en dos pasos con B y Si de aleaciones de alta entropía TiTaNbMoZr, Journal of Materials Research and Technology (2025). DOI: 10.1016/j.jmrt.2025.08.263
