En camps-de gamma alta com ara l'exploració aeroespacial i espacial, els materials han d'aconseguir un equilibri precís entre el disseny lleuger, la integritat funcional i la tolerància a les fluctuacions tèrmiques extremes. Els aliatges amb memòria de forma s'han considerat durant molt de temps com a sistemes de materials molt prometedors a causa de la seva excel·lent resistència, duresa i potencial de recuperació de la tensió. El febrer de 2025, l'equip de recerca dirigit per Ryosuke Kainuma a la Universitat de Tohoku al Japó, en col·laboració amb estudiosos internacionals, va desenvolupar amb èxit un aliatge basat en titani-alumini-crom-. Aquest material combina una resistència ultra-alta, una resistència excel·lent i una adaptabilitat en un ampli rang de temperatures, i es considera àmpliament dins la indústria com un referent tecnològic per a la propera generació d'aliatges de titani. A la figura 1 es mostren comparacions de rangs de temperatura superelàstics i propietats lleugeres.
1. Disseny d'una nova composició d'aliatge lleuger-d'alta resistència
Mitjançant la introducció d'elements lleugers d'alumini (Al) i crom (Cr) en una matriu de titani (Ti), es va desenvolupar un aliatge amb una composició de Ti–20Al–4,75Cr (per cent atòmic). Aquest aliatge té una densitat baixa (4,36 × 10³ kg/m³) i una alta resistència específica de fins a 185 × 10³ Pa·m³/kg, superant significativament els aliatges basats en Ti-Nb convencionals i els aliatges comercials de Ni-Ti, alhora que manté les característiques de lleugeresa dels aliatges de titani. Les propietats superelàstiques de prop<110>A la figura 2 es mostren els aliatges de Ti-Al-Cr d'un sol-cristall.
2. Rendiment superelàstic d'interval de temperatures ultra-ampli
Els aliatges de memòria de forma basats en titani-alumini-crom-exhibeixen una superelasticitat totalment recuperable en un rang de temperatures extrem de 4,2 K (prop del zero absolut) a 400 K (uns 127 graus), cobrint un interval de temperatura operacional de 396 K, que és més de cinc vegades més que els aliatges comercials de Ni{7}Ti{7}p. 273–353 K). Aquesta característica aborda el problema de la fallada superelàstica en aliatges de memòria de forma convencionals a temperatures baixes o altes.
3. Temperatura anormal-Mecanisme de tensió de transformació de fase dependent
La dependència anormal de la temperatura de l'estrès crític per a la transformació de fase es va descobrir per primera vegada en aliatges no-magnètics basats en Ti{-: a baixes temperatures (<200 K), the critical stress increases as the temperature decreases. This phenomenon is revealed through lattice dynamics analysis and is attributed to the significant increase in the shear modulus (C') of the parent phase (B2 structure) at low temperatures, which enhances the lattice's resistance to shear deformation, thereby broadening the temperature range for superelasticity.
4. Alta tensió recuperable i resistència a la fatiga
L'aliatge presenta una tensió recuperable del 7,3% a temperatura ambient, propera a la dels aliatges comercials de Ni-Ti (~8%), que és més del doble que els aliatges convencionals basats en Ti{-Nb{-.<3%). Moreover, it maintains stable superelasticity even after 200 loading-unloading cycles, demonstrating excellent functional fatigue resistance.
5. Estructura ordenada B2 i enfortiment del nanodomini
Mitjançant l'extinció ràpida i el cicle tèrmic, la fase principal de l'aliatge forma nanodominis amb una estructura B2 ordenada (mida mitjana 15 nm), separats per límits anti-fases (APB). Aquesta nanoestructura ordenada inhibeix eficaçment el lliscament de la dislocació, millora la resistència a la deformació plàstica, alhora que manté una elevada tensió elàstica.
