Boruro de aluminio y magnesio

Estructura cristalina del BAM vista a lo largo del eje cristalino a. Azul: Al, verde: Mg, rojo: B.

El boruro de aluminio y magnesio o Al3Mg3B56,[1]​[2]​[3]​ conocido coloquialmente como BAM, es un compuesto químico de aluminio, magnesio y boro. Aunque su fórmula nominal es AlMgB14, la composición química se aproxima más a Al0,75Mg0,75B14. Se trata de una aleación cerámica muy resistente al desgaste y con un coeficiente de fricción por deslizamiento extremadamente bajo, que alcanza un valor récord de 0,04 en materiales compuestos AlMgB14-TiB2 no lubricados[4]​y de 0,02 en materiales compuestos AlMgB14-TiB2 lubricados. El BAM, del que se informó por primera vez en 1970, tiene una estructura ortorrómbica con cuatro unidades icosaédricas B12 por celda unitaria. Este material ultraduro tiene un coeficiente de dilatación térmica comparable al de otros materiales ampliamente utilizados, como el acero y el hormigón.

Síntesis

Los polvos BAM se producen comercialmente calentando una mezcla casi estequiométrica de boro elemental (de baja calidad porque contiene magnesio) y aluminio durante unas horas a una temperatura comprendida entre 900 °C y 1500 °C. A continuación, las fases espurias se disuelven en ácido clorhídrico caliente.[5]​[6]​ Para facilitar la reacción y hacer que el producto sea más homogéneo, la mezcla de partida puede procesarse en un molino de bolas de alta energía. Todos los pretratamientos se llevan a cabo en una atmósfera seca e inerte para evitar la oxidación de los polvos metálicos.[7]​[8]​

Las películas de BAM pueden recubrirse sobre silicio o metales mediante deposición por láser pulsado, utilizando polvo de AlMgB14 como blanco,[9]​mientras que las muestras a granel se obtienen sinterizando el polvo.[10]​

Las BAM suelen contener pequeñas cantidades de elementos impuros (por ejemplo, oxígeno y hierro) que entran en el material durante la preparación. Se cree que la presencia de hierro (con mayor frecuencia introducido como restos de desgaste de los viales y medios de molienda) sirve como ayuda para la sinterización. El BAM puede alearse con silicio, fósforo, carbono, diboruro de titanio (TiB2), nitruro de aluminio (AlN), carburo de titanio (TiC) o nitruro de boro (BN).[8]​[10]​

Propiedades y aplicaciones

El BAM tiene el coeficiente de fricción sin lubricación más bajo conocido (0,04), posiblemente debido a la autolubricación.[4]​

El BAM está disponible comercialmente y se están estudiando sus posibles aplicaciones. Por ejemplo, los pistones, juntas y álabes de las bombas podrían recubrirse con BAM o BAM + TiB2 para reducir la fricción entre las piezas y aumentar la resistencia al desgaste. La reducción de la fricción disminuiría el consumo de energía. El BAM también podría recubrir las herramientas de corte. La reducción de la fricción disminuiría la fuerza necesaria para cortar un objeto, prolongaría la vida útil de la herramienta y posiblemente permitiría aumentar la velocidad de corte. Se ha comprobado que los recubrimientos de sólo 2-3 micrómetros de grosor mejoran la eficacia y reducen el desgaste de las herramientas de corte.[11]​

Referencias

  1. ↑ «Structural and mechanical properties of Al―Mg―B films: Experimental study and first-principles calculations - PDF Free Download». 
  2. ↑ «The Genetic Atlas». 
  3. ↑ Ivashchenko, V. I.; Turchi, P. E. A.; Veprek, S.; Shevchenko, V. I.; Leszczynski, Jerzy; Gorb, Leonid; Hill, Frances (2016). «First-principles study of crystalline and amorphous AlMgB14-based materials». Journal of Applied Physics 119 (20): 205105. Bibcode:2016JAP...119t5105I. OSTI 1458625. doi:10.1063/1.4952391. 
  4. ↑ a b Tian, Y.; Bastawros, A. F.; Lo, C. C. H.; Constant, A. P.; Russell, A.M.; Cook, B. A. (2003). «Superhard self-lubricating AlMgB[sub 14] films for microelectromechanical devices». Applied Physics Letters 83 (14): 2781. Bibcode:2003ApPhL..83.2781T. doi:10.1063/1.1615677. 
  5. ↑ V. I. Matkovich; J. Economy (1970). «Structure of MgAlB14 and a brief critique of structural relationships in higher borides». Acta Crystallogr. B 26 (5): 616-621. doi:10.1107/S0567740870002868. 
  6. ↑ Higashi, I; Ito, T (1983). «Refinement of the structure of MgAlB14». Journal of the Less Common Metals 92 (2): 239. doi:10.1016/0022-5088(83)90490-3. 
  7. ↑ Russell, A. M.; B. A. Cook; J. L. Harringa; T. L. Lewis (2002). «Coefficient of thermal expansion of AlMgB14». Scripta Materialia 46 (9): 629-33. doi:10.1016/S1359-6462(02)00034-9. 
  8. ↑ a b Cook, B. A.; J. L. Harringa; T. L. Lewis; A. M. Russell (2000). «A new class of ultra-hard materials based on AlMgB14». Scripta Materialia 42 (6): 597-602. doi:10.1016/S1359-6462(99)00400-5. 
  9. ↑ Tian, Y.; Bastawros, A. F.; Lo, C. C. H.; Constant, A. P.; Russell, A. M.; Cook, B. A. (2003). «Superhard self-lubricating AlMgB14 films for microelectromechanical devices». Applied Physics Letters 83 (14): 2781. Bibcode:2003ApPhL..83.2781T. doi:10.1063/1.1615677. 
  10. ↑ a b Ahmed, A; Bahadur, S; Cook, B; Peters, J (2006). «Mechanical properties and scratch test studies of new ultra-hard AlMgB14 modified by TiB2». Tribology International 39 (2): 129. doi:10.1016/j.triboint.2005.04.012. 
  11. ↑ Tough nanocoatins boost industrial energy efficiency Archivado el 24 de mayo de 2012 en Wayback Machine.. Ames Laboratory. Press release. Department of Energy. 18 Nov. 2008.

Enlaces externos