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El maravilloso mundo de los metales mixtos: ¿Por qué las aleaciones de alta entropía exhiben propiedades incomparables?
Las aleaciones de alta entropía (HEA) han supuesto una revolución en la ciencia de los materiales en los últimos años. A diferencia de las aleaciones metálicas tradicionales, estas aleaciones se forman mezclando cinco o más elementos en proporciones relativamente iguales. Las aleaciones metálicas tradicionales suelen contener sólo uno o dos componentes principales y pequeñas cantidades de otros elementos. Por ejemplo, se añade carbono o manganeso a las aleaciones de hierro para mejorar sus propiedades, pero las proporciones de estos elementos suelen ser relativamente bajas. Por lo tanto, la aparición de aleaciones de alta entropía puede considerarse como una nueva exploración de materiales.
“La definición de una aleación de alta entropía proviene del hecho de que durante el proceso de mezcla, la entropía aumenta a medida que aumenta el número de elementos, y este aumento de entropía es más obvio cuando la relación de composición es similar”.
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El término fue acuñado por primera vez por el científico taiwanés Yeh Chien-wei, quien propuso un método práctico para sintetizar aleaciones de alta entropía en 1995 y realizó muchos años de investigación desde entonces. En aquel momento, su investigación era casi una exploración independiente a escala mundial, mientras que otros países estaban relativamente rezagados en la investigación de aleaciones de alta entropía. En la década de 2010, con el avance de la tecnología y el surgimiento del potencial de aplicación, los países comenzaron a aumentar su investigación sobre aleaciones de alta entropía.
Características y aplicaciones de las aleaciones de alta entropía
Las investigaciones muestran que algunas aleaciones de alta entropía superan a las aleaciones tradicionales en términos de relación resistencia-peso, resistencia a la fractura, resistencia a la tracción y resistencia a la corrosión y la oxidación. Desde una perspectiva de aplicación, el potencial de aplicación práctica de las aleaciones de alta entropía en campos como los coches de carreras, los vuelos espaciales, los submarinos y los reactores nucleares es notable. Las posibles aplicaciones de las aleaciones de alta entropía son casi amplias y podrían convertirse en materiales clave en campos como la aviación, el ejército y la medicina en el futuro.
"Ya sea la estabilidad del electreto sólido o la durabilidad de las aleaciones de alta resistencia, el potencial de las aleaciones de alta entropía está lleno de desafíos y oportunidades en el futuro".
Efecto central de las aleaciones de alta entropía
Los cuatro efectos principales de las aleaciones de alta entropía incluyen el efecto de alta entropía, el efecto de distorsión reticular severa, el efecto de difusión lenta y el efecto cóctel. Estas características hacen que las aleaciones de alta entropía sean muy diferentes de las aleaciones tradicionales en términos de microestructura y propiedades mecánicas.
Efecto de alta entropía
El efecto de alta entropía se considera una de las propiedades más importantes de las aleaciones de alta entropía. Favorece la formación de solución sólida y simplifica la microestructura de la aleación. Según la segunda ley de la termodinámica, las soluciones sólidas que contienen múltiples elementos suelen tener más probabilidades de formar un estado de equilibrio estable debido a su alto valor de entropía.
Efecto de distorsión reticular grave
Los múltiples componentes principales en aleaciones de alta entropía producirán una tensión reticular y una presión más fuertes sobre la estructura cristalina. Esta grave distorsión reticular afecta las propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y químicas del material, una ventaja que las aleaciones tradicionales no pueden proporcionar.
Efecto de difusión lenta
Debido a que las aleaciones de alta entropía tienen una estructura macroscópicamente uniforme y las trayectorias de difusión requeridas por los átomos son más complejas, exhiben tasas de difusión más bajas, lo que las hace más resistentes a los cambios en la estabilidad térmica y funcional.
Efecto cóctel
El efecto cóctel se refiere a la mejora del rendimiento de la aleación que resulta de la interacción de al menos cinco elementos principales. Las propiedades de los HEA provienen no sólo de las propiedades físicas de un solo elemento, sino también de las interacciones y efectos combinados entre sus fases compuestas.
Diseño de aleaciones y formación de fasesA diferencia del diseño de aleaciones tradicionales, las aleaciones de alta entropía se centran en la aplicación de proporciones iguales de múltiples componentes. Tradicionalmente, la elección de un elemento primario puede haber limitado las propiedades de la aleación. Las aleaciones de alta entropía son extremadamente flexibles y diversas en este sentido, y se pueden diseñar nuevos tipos de aleaciones según las necesidades.
En el proceso de formación de fases de las aleaciones, la ley de fases de Gibbs proporciona una base para determinar el límite del número de fases. Sin embargo, en la práctica, muchas aleaciones de alta entropía forman principalmente una única fase de solución sólida, lo que supera las expectativas generales de los sistemas multicomponentes. Este fenómeno libera el enorme potencial de las aleaciones de alta entropía, cuya clave es su capacidad para lograr un rendimiento superior con una combinación diversa de componentes.
La investigación sobre aleaciones de alta entropía no solo ha avanzado los límites de la ciencia de los materiales, sino que también ha estimulado la demanda y la aplicación de nuevos materiales en diversas industrias. ¿Significa esto que estamos a punto de entrar en una nueva era de revolución de materiales metálicos?
