Científicos de la Universidad de Texas A&M y los Laboratorios Nacionales Sandia en Nuevo México han observado cómo el metal se agrieta y se fusiona de nuevo, en un descubrimiento que podría allanar el camino para máquinas, vehículos y puentes que se auto-reparan.

Publicada en la revista científica Nature, la investigación demuestra que el metal puede auto-reparar microscópicas grietas que se forman cuando el material es sometido repetidamente a estrés.

Este proceso se logra en un proceso conocido como soldadura en frío, lo que significa que no se requiere calor ni electricidad. El avance podría tener importantes implicaciones en la ingeniería, argumenta el informe, ya que el 90 por ciento de las fallas mecánicas son el resultado de la fatiga en los componentes de metal, que ocurre cuando el estrés repetitivo provoca la formación de grietas.

Aprovechando el proceso de auto-reparación y ajustando la microestructura de los metales en consecuencia, los científicos predicen que podría ser posible prevenir la formación de grietas por fatiga.

Trozo de metal agrietado se curó solo en un experimento. Cortesía de Luis Diaz Devesa

“Con ese conocimiento, podemos visualizar adaptar la microestructura para aprovechar la auto-reparación en aplicaciones tecnológicas, por ejemplo, para crear materiales que sean más resistentes al daño por fatiga”, explicaron.

Los científicos han estado investigando el potencial de materiales auto-reparables durante algún tiempo. La mayoría de los avances se han producido en el desarrollo de plásticos, como en proyectos como una “piel electrónica” auto-reparable desarrollada por científicos de la Universidad de Colorado Boulder, aunque un estudio reciente del MIT también encontró que era posible en el concreto. Hasta ahora, esta propiedad no se había observado en metales sin calentarlos previamente.

El estudio demuestra que se puede lograr a temperatura ambiente bajo condiciones de vacío, en un proceso conocido como soldadura en frío, que se utiliza principalmente en tecnología electrónica y de naves espaciales.

Esto ocurre cuando dos piezas de metal desnudo están tan cerca que sus átomos se atraen entre sí, lo que provoca que sus superficies se fusionen. Solo es posible si los metales están completamente limpios. Se observó cómo una grieta se fusiona de nuevo, no dejando rastro y finalmente volviéndose a abrir en una ubicación diferente.

“Lo que hemos confirmado es que los metales tienen su propia capacidad intrínseca y natural para sanarse a sí mismos, al menos en el caso del daño por fatiga a nanoescala”, dijo Boyce, quien también es co-autor principal del estudio. El informe establece que el descubrimiento “desafía las teorías más fundamentales sobre cómo los ingenieros diseñan y evalúan la vida útil por fatiga en materiales estructurales”.

Diagrama que muestra las fuerzas de tracción (flechas rojas) crearon una grieta que sanó (verde) en metal platino. Cortesía de los Laboratorios Nacionales Dan Thompson

Los siguientes pasos serán explorar si el metal puede auto-repararse cuando está expuesto al aire, no solo en un vacío, y si el proceso es posible para aleaciones de metal como el acero.

“Las consecuencias más importantes a corto plazo son para las teorías fundamentales sobre fatiga en los metales”, explicaron los investigadores. “Estas tendrán que ser revisadas para tener en cuenta la capacidad de autocuración de las grietas”.