Una aleación de alta entropía CoFeNi sin Ta, magnéticamente blanda pero mecánicamente fuerte y dúctil, con adiciones de Al y Ti

Por qué importan mejores metales para motores

Desde los coches eléctricos hasta los motores compactos de aeronaves, la vida moderna depende cada vez más de máquinas eléctricas de alta velocidad. En el interior de todo motor hay piezas metálicas que deben guiar los campos magnéticos con eficiencia mientras soportan enormes fuerzas centrífugas y calor. Las aleaciones magnéticas blandas tradicionales cumplen bien la función magnética, pero son relativamente débiles y tienden a pérdidas de energía en forma de calor. Este trabajo explora una nueva familia de metales de “alta entropía” que prometen una combinación poco habitual: resistentes pero flexibles, muy resistentes a las pérdidas eléctricas y, a la vez, lo suficientemente magnéticamente blandos para motores de nueva generación.

Nuevos metales construidos a partir de muchos ingredientes

Los investigadores parten de una receta magnética bien conocida basada en cobalto, hierro y níquel. A esta base añaden pequeñas cantidades de aluminio y titanio, creando las llamadas aleaciones de alta entropía que mezclan varios elementos metálicos en proporciones casi iguales. A diferencia de los aceros convencionales o de aleaciones magnéticas especiales, estas mezclas forman una estructura cristalina subyacente simple en la que aparecen pequeños cúmulos ordenados de átomos. Al elegir con cuidado las cantidades de aluminio y titanio, el equipo diseña dos composiciones que deberían formar dichos cúmulos a escala nanométrica evitando, al mismo tiempo, elementos muy costosos como el tántalo.

Ajustando los bloques de construcción minúsculos dentro del metal

Mediante modelado termodinámico por ordenador y una serie de tratamientos térmicos, los autores dirigen cómo se desarrolla la estructura interna de estas aleaciones al calentarlas y enfriarlas. A altas temperaturas el material es una fase única y uniforme. Al enfriar, aparecen partículas ordenadas extremadamente pequeñas, de apenas unos pocos nanómetros de diámetro, dentro de la matriz. En una de las aleaciones permanecen ultrafinas y numerosas; en la otra pueden crecer o reconfigurarse mediante pasos adicionales de laminado y recocido. Microscopios avanzados y mapeos atómicos confirman que estas partículas son ricas en níquel y titanio y permanecen coherentemente embebidas en el metal circundante, actuando como refuerzos dispersos a escala nanométrica.

Resistencia sin perder la blandura magnética

Pruebas mecánicas revelan que ambas aleaciones son mucho más fuertes que el metal original de cobalto‑hierro‑níquel, sin dejar de mostrar una deformación apreciable antes de romperse. Dependiendo del procesamiento, alcanzan límites elásticos de aproximadamente 780 a 1200 megapascales —alrededor de dos a tres veces los de muchas aleaciones magnéticas blandas comerciales—, pero mantienen alargamientos entre el 18% y el 35%. Al mismo tiempo, las mediciones magnéticas muestran baja coercitividad, lo que significa que la magnetización del material cambia con facilidad cuando gira un motor, y una magnetización de saturación razonablemente alta, que determina cuánto par puede entregar un motor. Al mantener las partículas de refuerzo muy pequeñas, los autores minimizan su tendencia a fijar las paredes de dominio magnético, de modo que el material sigue siendo magnéticamente blando aun cuando se vuelve mecánicamente robusto.

Reduciendo pérdidas energéticas mediante la resistividad eléctrica

Una ventaja crucial de estas aleaciones de alta entropía es su resistividad eléctrica muy alta, varias veces superior a la de las aleaciones estándar para motores. Cuando las piezas metálicas de un motor experimentan campos magnéticos que cambian rápidamente, se generan corrientes circulantes que desperdician energía en forma de calor. La mezcla compleja de elementos y la presencia de partículas a escala nanométrica causan un fuerte dispersamiento de los electrones, reduciendo drásticamente estas corrientes parásitas. Una de las nuevas aleaciones, en su estado más simple tras el tratamiento térmico, combina baja coercitividad, alta magnetización, excelente resistencia mecánica y una resistividad excepcional, situándola en una esquina favorable de las tablas de rendimiento que comparan muchas materias magnéticas blandas comerciales y experimentales.

Hacia máquinas mejores, más baratas y más ligeras

En términos cotidianos, este trabajo muestra cómo ajustar la lista de ingredientes y el calendario de tratamientos térmicos de un metal puede regular el tamaño y el espaciamiento de cúmulos atómicos invisibles para lograr una combinación de propiedades difícil de conseguir de otro modo. La aleación rica en titanio, en particular, ofrece un comportamiento fuerte, dúctil y magnéticamente blando con una resistencia muy alta a las pérdidas eléctricas, todo ello sin depender del escaso tántalo. Estas aleaciones de alta entropía sin Ta podrían permitir motores eléctricos y rotores de almacenamiento de energía más ligeros, más eficientes y más duraderos, ayudando a que vehículos y sistemas de energía futuros desperdicien menos energía y funcionen con mayor fiabilidad.

Cita: Sarkar, S.K., Keskar, N., Tan, L.P. et al. A magnetically soft yet mechanically strong and ductile Ta free CoFeNi high entropy alloy with Al and Ti additions. Nat Commun 17, 2890 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68891-6

Palabras clave: aleaciones magnéticas blandas, aleaciones de alta entropía, motores eléctricos, nanoprecipitados, resistividad eléctrica