Síntesis avanzada y caracterización multifacética de espumas de aleación Al-Mg reforzadas con incorporación de TiH2 mediante procesamiento por fricción

Por qué importan los metales más ligeros

Desde aviones y coches eléctricos hasta portátiles y equipos de protección, muchas de las tecnologías actuales se beneficiarían de metales que sean tanto más ligeros como más resistentes. Una clase prometedora de materiales son las espumas metálicas: sólidos llenos de poros diminutos, algo así como un queso suizo metálico. Este artículo explora una nueva forma de fabricar espuma de aluminio fuerte y ligera usando una aleación de uso común y un proceso en estado sólido cuidadosamente controlado, lo que abre posibilidades para vehículos más seguros, sistemas de refrigeración más eficientes y estructuras que absorben impactos mejor mientras pesan mucho menos.

Convertir metal sólido en espuma

Los investigadores se centraron en una aleación ampliamente utilizada llamada Al-5052, conocida por su bajo peso, buena resistencia a la corrosión y solidez mecánica. En lugar de espumar metal fundido, partieron de una placa de aluminio sólida y emplearon un método llamado procesamiento por fricción. Una herramienta giratoria se presiona y desplaza a lo largo de la placa, agitando una ranura que se ha rellenado con polvo fino de hidruro de titanio (TiH₂). Al realizar cuatro pasadas con la herramienta, consiguieron una distribución uniforme de estas partículas a lo largo de una banda en la placa. Más tarde, cuando este material preparado se calienta, el TiH₂ libera gas dentro del metal reblandecido, hinchándolo desde el interior hasta formar una espuma.

Escudriñando el nuevo material

Para confirmar que el proceso funcionó como se esperaba, el equipo empleó varias técnicas de imagen y análisis. Microscopios ópticos y electrónicos revelaron que las partículas con titanio se dispersaron de forma uniforme, con muy poca aglomeración. La intensa agitación rompió los granos grandes originales del aluminio en granos mucho más finos, un cambio que normalmente fortalece los metales. Mediciones por difracción de rayos X mostraron que la estructura cristalina del aluminio permaneció intacta y que había fases con titanio presentes, lo que demuestra que el agente espumante se había incrustado y mantenido en la aleación antes del calentamiento.

Más resistente y duro, pero aún trabajable

Antes de convertir el material en espuma, los investigadores evaluaron cómo afectó el procesamiento por fricción al comportamiento mecánico. La zona de aluminio tratada mostró un aumento en la resistencia a la tracción última, pasando de aproximadamente 263 megapascales a casi 319 megapascales, es decir, un incremento de alrededor del 21 %. La dureza también aumentó en torno al 21 %. Este fortalecimiento vino acompañado de una pérdida moderada de ductilidad, un intercambio común cuando partículas pequeñas y duras y la refinación de granos obstaculizan el movimiento de defectos dentro del metal. En términos prácticos, la banda de aleación procesada se convirtió en una “piel” más resistente y dura, mejor capacitada para soportar cargas y resistir indentaciones, lo cual es útil tanto para el material precursor como para las paredes celulares de la espuma eventual.

Formando la espuma y sus poros

Las muestras preparadas fueron luego calentadas en un horno bajo dos condiciones: una a 725 °C durante 12 minutos y otra a 750 °C durante 8 minutos. En ambos casos, el TiH₂ se descompuso liberando hidrógeno, que quedó atrapado dentro del aluminio reblandecido, formando poros redondeados a lo largo de todo el volumen. La microscopía mostró redes de poros relativamente uniformes. A 725 °C, el tamaño medio de poro fue de unos 256 micrómetros; a 750 °C, fue ligeramente menor, alrededor de 219 micrómetros, lo que sugiere que una elección cuidadosa de temperatura y tiempo puede ajustar la apariencia y el comportamiento de la espuma. El mapeo químico indicó que la mayor parte del TiH₂ se había descompuesto, dejando titanio y compuestos titanio–aluminio en las paredes celulares, junto con fases oxidadas que ayudan a estabilizar la espuma durante la expansión.

Bloques ligeros con gran potencial

Midiendo el peso y el volumen de las muestras espumadas, el equipo halló una densidad de aproximadamente 1.266 kilogramos por metro cúbico—menos de la mitad que la del Al-5052 macizo—y una porosidad de alrededor del 53 %. Eso sitúa a estas espumas en un punto óptimo para aplicaciones de ingeniería, donde se requiere un equilibrio entre bajo peso, resistencia y absorción de energía. El trabajo demuestra que el procesamiento por fricción puede incrustar de forma fiable un agente espumante y crear espuma de aluminio de alta calidad con tamaño y distribución de poros controlados, sin fundir el metal por completo. Para no especialistas, la conclusión es que ahora disponemos de una vía más limpia y controlable para fabricar esponjas metálicas fuertes y ligeras que podrían ayudar a construir coches más seguros, aviones más eficientes y mejores sistemas de gestión térmica en los próximos años.

Cita: Rathee, S., Nabi, S., Srivastava, M. et al. Advanced synthesis and multifaceted characterization of Al-Mg alloy foams reinforced with TiH₂ incorporation through friction stir processing. Sci Rep 16, 11568 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38973-y

Palabras clave: espuma de aluminio, materiales ligeros, procesamiento por fricción, hidruro de titanio, estructuras aeroespaciales