El conocimiento y uso de diferentes metales ha sido parte fundamental de la historia de la humanidad. Del mismo modo que los descubrimientos de nuevas aleaciones han ido marcando hitos ("Edad de Bronce"), al poner en evidencia nuevas características útiles que el metal puro no poseía. Sin conocerse el porqué, pareciera que en este la ordenación de los átomos en diferentes capas termina debilitándolo, ya que facilitarían el deslizamiento de unas sobre otras, resultando en fragilidades no deseadas. Al mezclarse un determinado metal, con una pequeña cantidad de átomos de otro diferente (aleaciones), se dificultaría el desplazamiento, resultando una estructura más resistente y de mejores características. Es así como en la búsqueda de nuevas propiedades, mediante diversas aleaciones, ha ido dando respuesta a las necesidades estructurales y tecnológicas que ha ido requiriendo el avance de desarrollo (ver figura).

Hasta ahora el sistema de búsqueda de nuevas aleaciones se ha basado en un metal dominante que recibe pequeños agregados de otros. La experiencia ha demostrado que al sobrepasar las proporciones del metal agregado puede incluso hacer desaparecer los beneficios logrados. Observando este proceso en la escala atómica, al sobrepasarse se observa la formación de pequeños claustros de "metal dentro de metal", resultando en pérdida del beneficio logrado, resultando en materiales frágiles y quebradizos. Hasta ahora ha sido dentro de estas limitaciones, como las diferentes aleaciones han ido dando respuesta a las necesidades del desarrollo humano.

La búsqueda recién comienza

Pero, ¿son estas aleaciones tradicionales lo único que se puede lograr? Pareciera que no, dado que cada vez más investigadores metalúrgicos comienzan a pensar en otras mezclas que den respuesta a nuevas demandas tecnológicas que con el avance del conocimiento se van necesitando. Así, por ejemplo, en la actualidad se requiere de nuevas aleaciones que hagan posible la implementación de los procesos de fusión nuclear, cuya implementación podrían detener el creciente incremento de los "gases invernadero" (Cómo se presenta la energía de fusión para el año 2016), o mejorar la calidad de metales necesarios para la fabricación de diferentes productos, como turbinas de jets o cohetes, o para la utilización de la energía del litio entre otros (El litio. La tercera oportunidad para Chile).

Fue en el año 1995 cuando el investigador Jien-Wei Yeh de la National Tsing Hua University de Taiwan, se atrevió a pensar en nuevas alternativas de aleaciones, sin necesidad de un metal dominante. Yeh pensó en la utilización de la entropía, que permitía cuantificar el desorden dentro de un sistema, basándose en lo que dictan las reglas de la termodinámica que señalan que mientras algo está más desordenado, es más estable. ¿Por qué entonces restringirse solo a aleaciones de un elemento principal con el agregado de pequeñas cantidades de otro? Bien pudieran ensayarse nuevas aleaciones de varios elementos (cinco, seis o incluso más) los que, en diversas proporciones, pueda prevenir la formación de claustros.

Fue así como Yeh y sus colaboradores comenzaron a trabajar en aleaciones de alta entropía y ya, al poco tiempo, lograron más de 40 mezclas de aleaciones diferentes con resultados muy promisorios: elementos resultaban más sólidos y resistentes a la corrosión. Su trabajo sistemático por diez años, cambiando las composiciones de elementos y comparando los resultados por rayos X y escáner microscópicos, consiguió nuevas aleaciones de metales adecuadas para resistir altas temperaturas. Una vez superada las desconfianzas, también otros investigadores se han ido sumando a la búsqueda de nuevas alternativas, como Dan Miracle que trabaja en el desarrollo de turbinas de jet en la Fuerza Aérea de Estados Unidos. También Dierk Raabe del Instituto Max Plank, que señala que las posibilidades de nuevas aleaciones son muchas, considerando que se pueden mezclar 5 o más elementos de los sesenta comúnmente usados, lo que significa innumerables nuevas posibilidades. "En la búsqueda hemos encontrado algunas pequeñas nuevas propiedades, mientras que otras los hallazgos han sido totalmente inesperados". Entre estas últimas se han logrado ventajas que permiten corregir el defecto de quebraduras. Todas las aleaciones conocidas llevan a elementos que se debilitan con el frío. Para ello Esso George de la Universidad de Ruhr en Bochum, Alemania, ha encontrado una aleación de alta entropía, formada por hierro, manganeso, níquel, cobalto y cromo, resistente a temperaturas aún más baja de -200 °C.

No está claro el por qué se adquieren estas características, pero a pesar de ello, se trabaja arduamente para llegar a conseguir metales que satisfagan las nuevas necesidades que se van planteando, cuando se trata de domesticar la energía de fusión, la que involucra nubes cargadas de partículas a temperaturas más allá de 100 millones de grados. "Estos a su vez requiere de electromagnetos superconductores que resistan muy bajas temperaturas", señala George. Sus aleaciones no son magnéticas, pero están hechas de elementos con propiedades magnéticas. “Se necesita una alta dureza para resistir las temperaturas criogénicas”.

En el mundo actual, son muchas las necesidades que requieren cualidades más perfectas, como por ejemplo en que se requiere una buena conductividad eléctrica o conductividad térmica. Se requiere por ejemplo una aleación que eleve la temperatura de los motores del jet, ya que a mayor temperatura que funcione la turbina, mejor es el rendimiento.

La búsqueda de materiales con nuevas condiciones es cada vez más demandante, si se requiere mejorar la calidad de los elementos que la componen. Son muchas las posibles mezclas de elementos de la tabla periódica que aún están por ensayarse tratando de encontrar metales refractarios, resistentes a las más diferentes condiciones. Estos elementos incluyen, por ejemplo, molibdeno y niobium que tienen puntos de fusión muy altos, alrededor de 2500° C, comparados con el níquel 1455°C, que constituyen aleaciones en uso de los actuales motores jet. Los investigadores que trabajan en estos temas están seguros que el capítulo de nuevas aleaciones no se ha sellado, sino que, por el contrario, este recién comienza a desarrollarse.

Para saber más: NewScientist, 15 de octubre 2016.