Las aleaciones ligeras que combinan una elevada resistencia mecánica con una buena ductilidad son fundamentales para las aplicaciones estructurales avanzadas. Entre ellas, las aleaciones de titanio (Ti) destacan por su alta resistencia específica, su resistencia a la corrosión y su versátil estabilidad de fases, características que las hacen especialmente atractivas para la ingeniería estructural a nanoescala.
Por su parte, los metales nanoestructurados presentan propiedades de resistencia mecánica y funcionales excepcionales, asociadas a la incompatibilidad de la deformación y a la densidad de las fronteras de grano. Sin embargo, sigue siendo un desafío obtener metales en bulto totalmente nanoestructurados, sobre todo cuando se requieren componentes de geometrías complejas para aplicaciones prácticas. Métodos consolidados como la erosión iónica, el electrodepósito y la deformación plástica severa han demostrado que es posible obtener metales con nanoarquitecturas y propiedades sobresalientes. No obstante, la brecha entre los resultados obtenidos en el laboratorio y su implementación industrial continúa siendo considerable.
Un grupo de investigadores de China fabricó una aleación compuesta por Ti combinado con Al y Cr en porcentajes de 7.5 y 3.3. Mediante la fabricación aditiva (AM, del inglés additive manufacturing), de abajo hacia ariba (bottom-up) y empleando la técnica de fusión láser de lecho de polvo (o fusión selectiva por láser) (LPBF, del inglés laser powder bed fusion) se obtuvo una aleación con resistencia mecánica ultraelevada. La composición y los parámetros de procesamiento se optimizaron utilizando métodos de aprendizaje de máquina (machine learning) y experimentación de alto rendimiento. Con la técnica LPBF, mediante estrategias programadas de barrido del láser, los polvos metálicos se fundieron y solidificaron selectivamente capa a capa, sometiendo a los componentes a gradientes térmicos extremos, velocidades de enfriamiento elevadas y ciclos térmicos repetidos.
Se estudió la influencia de los elementos de la aleación en las energías interfaciales de la aleación de Ti mediante cálculos ab initio basados en la teoría del funcional de la densidad.
La microestructura nanoestructurada compuesta por franjas de apilamiento de menos de 10 nm le confiere a la aleación de Ti un límite elástico de ~1,5 GPa, una resistencia a la tracción superior a 1,7 GPa, un alargamiento uniforme de ~7,5 % y una resistencia específica de ~380 MPa cm³ g⁻¹.
La aleación de Ti desarrollada combina alta resistencia, ductilidad y capacidad de fabricación a escala, una combinación de propiedades prometedora para aplicaciones estructurales. Esta metodología abre nuevas posibilidades para desarrollar metales con mejores propiedades mecánicas y mayor capacidad de fabricación, incluso para las aplicaciones más exigentes.
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