Científicos chilenos desarrollan una protección para aleaciones de aluminio utilizadas en la construcción de aviones y naves espaciales

El aluminio es un elemento clave en la industria aeroespacial. Pero tiene una dificultad: la corrosión.

Para evitar este deterioro, un grupo de investigadores chilenos liderado por Maritza Páez, doctora en Ciencias e Ingeniería de la Corrosión de la Universidad Victoria de Manchester, Inglaterra, y profesora de Química y Biología de la U. de Santiago, están desarrollando actualmente una investigación destinada a proteger aleaciones de aluminio livianas que podrían ser utilizadas en la construcción de aeronaves y naves espaciales del futuro.

El trabajo que está orientado a la protección anticorrosiva de aleaciones de aluminio-cobre-litio, mezcla con la que están experimentando los científicos. Variantes que se desarrollan a partir del aluminio “debido a la combinación única de peso ligero, alta resistencia y facilidad de fabricación, las aleaciones de aluminio tienen el pilar de la industria aeroespacial. Hoy en día, más que nunca, el tema toma relevancia, por el aumento en el número de los subsistemas aeroespaciales y por la exploración aeroespacial y procedimientos de colonización planetaria. Sin embargo, para su aplicación en la construcción de sistemas aeroespaciales, el aluminio debe alearse para mejorar sustantivamente sus propiedades mecánicas”, explica Maritza Páez, recientemente incorporada a la Academia Chilena de Ciencias.

La combinación con litio puede tener especiales resultados en la disminución del peso de las aeronaves, ya que cuando se habla de este metal las necesidades y potencialidades son eminentemente energéticas. Sin embargo, hoy en día el avance del transporte aéreo mira con especial interés también el desarrollo de las aleaciones livianas, ya que estas permiten reducir, por un lado, las emisiones de CO2 y, por otro, facilitar la exploración y la conquista del espacio.

“Es precisamente en esta área donde el desarrollo de las aleaciones aluminio-litio cobra una relevancia estratégica. La reducción de la densidad de materiales se acepta como la forma más efectiva de reducir el peso estructural de las aeronaves. El litio (densidad 0,54 g / cm3) es uno de los pocos elementos que tienen una alta solubilidad en aluminio. Esto último resulta significativo, porque por cada 1% añadido, la densidad de una aleación de aluminio se reduce en un 3%. El litio también es único entre los elementos de aleación más solubles, ya que causa un incremento considerable de la rigidez (4,4% por cada 1% de Li agregado)” señala Páez.

En cuento a Chile, la doctora en Ciencias e Ingeniería de la Corrosión, dice que el país goza de una posición privilegiada frente a las necesidades que plantea el desarrollo de la industria a la que están enfocados con su investigación el grupo de científicos.

“La pregunta clave que deberíamos formularnos es: ¿Cómo podríamos transformar al litio en un diamante para nuestro país? La respuesta a esa pregunta no resulta fácil de contestar, pero una posibilidad cierta podría ser que les ofrezcamos espacios de transferencia tecnológica a países desarrollados, para finalmente construir plantas de procesos que permitan darle valor agregado al litio. Hoy en día, en Chile se hace investigación en torno al litio. Sin embargo, estos estudios no resultan suficientes para dar el salto al desarrollo tecnológico que requerimos. Entonces, otra sugerencia podría ser, si la tecnología ya está desplegada en los países desarrollados, ¿no sería fantástico que se siguiera avanzando en investigación básica, pero con orientaciones fundamentales, que nos acerquen a los desafíos tecnológicos que nos trae el litio?”.Añadiendo que “sería grandioso que, en las universidades chilenas, en consorcios universitarios estatales-privados, se generaran incubadoras de plataformas tecnológicas”.

A su juicio ello podría derivar en “la creación de dos o más potenciales industrias para Chile, cuyo desarrollo desde su origen sea sostenible y sustentable. Que no sólo aporten valor agregado a nuestros minerales, sino que, y esto resulta muy importante de remarcar, además de proporcionar trabajo a los profesionales chilenos, también contribuyan estratégicamente al desarrollo del país”.

Aunque la doctora Páez advierte que la incorporación del litio al aluminio aumenta la reactividad de las superficies y se hace, por lo tanto, muy importante generar protocolos y metodologías de protección anticorrosiva: “Tanto las composiciones de la aleación, los procesos de fabricación y los tratamientos mecánicos, promueven la generación de regiones conductoras de distinta composición. Estas regiones, cuando se ponen en contacto con medios ambientes que permiten la conducción iónica, gatillan pilas galvánicas y consecuentemente, el deterioro marcado de la superficie, la que incluso puede conducir a una perforación, es decir a una falla catastrófica en la estructura. Con objeto de reducir toda posibilidad de falla catastrófica, los procesos de protección contra la corrosión se hacen trascendentes”.

El equipo está conformado además por los doctores en Química, Manuel Azócar y Lisa Muñoz, académicos e investigadores de la USACH; Nelson Véjar, académico e Investigador de la Fuerza Aérea de Chile y la Dra. Claudia Alvarado también investigadora de la FACH,

La científica explica que en general el estudio de la susceptibilidad de los materiales a corroerse se realiza examinando el comportamiento de las superficies metálicas “frente a diferentes medios ambientes, atmosféricos y acuosos, los que incluyen la biosfera, y los biofluídos, es decir la presencia de microorganismos. Es en este contexto en el que se ha comenzado a evaluar el rol de los recubrimientos anticorrosivos inteligentes para proteger las aleaciones de aluminio-cobre-litio.

Agrega que estos compuestos se encuentran en la gama de los llamados “materiales inteligentes”, por su capacidad “para reaccionar frente a cambios del medio ambiente”. Como por ejemplo lo que puede pasar a una capa de pintura. “Puede tener un daño mecánico y quedar localmente sin recubrir. Entonces buscamos que esa zona que quedó sin recubrir se recubra rápidamente, pero para que se produzca ese recubrimiento tiene que tener asociado un grado de inteligencia”.

En el actual proceso de investigación se utilizan nanomateriales (de ínfimas dimensiones), “que se incorporan en los recubrimiento e inducen una oxidación controlada que impide por ejemplo que la zona dañada quede al desnudo, o en otro ejemplo, que las bacterias puedan colonizar la superficie de la aleación”.

Páez subraya que mediante estos procedimientos están generando productos “que son capaces de afrontar los desafíos propios de la aeronavegación: cambios en humedades relativas, cambios bruscos en temperaturas, cambios de composición en atmósferas y biósferas”.

Lo que describe mediante el ejemplo de un avión que despega del aeropuerto Arturo Merino Benítez: “Lo hace con una temperatura y una humedad relativa, y toda su estructura está en contacto con la superficie. ¿Pero qué pasa cuando el avión llega ya al Caribe, o llega simplemente a Sao Paulo, donde hay humedades relativas mucho más altas, temperaturas mucho más altas? La protección que se le puso a la aleación tiene que resistir. El avión despega de, supongamos en verano, 30ºC, pero cuando alcanza la altura máxima de navegación (que ronda los 12000 mt), tenemos -50ºC. Se espera por supuesto que el recubrimiento anticorrosivo sea capaz de responder a esos cambios de temperatura sin fracturarse. Cualquier material que uno utilice para proteger el metal, en este caso aluminio y sus aleaciones, tiene que tener la capacidad de resistir choques de presión y choques de temperatura, entre otras variables”.