Avances en el desarrollo de recubrimientos cerámicos de alta entropía para temperaturas extremas
Investigadores de la Universidad Politécnica de Tomsk (TPU), en Rusia, han obtenido nuevos recubrimientos cerámicos de alta entropía con propiedades mejoradas para su uso en condiciones de temperatura extrema y atmósferas altamente oxidantes. Según la institución, los materiales sintetizados muestran una resistencia a la oxidación a 1.100 °C muy superior a la de compuestos basados únicamente en carburos de hafnio y circonio, lo que abre la puerta a su integración en componentes de equipos aeronáuticos y aeroespaciales. Los resultados se han publicado en Ceramics International y se enmarcan en un proyecto financiado por la Fundación Rusa para la Ciencia.
El equipo investigador trabaja en una línea de desarrollo de recubrimientos multicapa capaces de ampliar el rango operativo de sistemas sometidos a temperaturas extremas. Previamente sintetizaron recubrimientos basados en óxidos de hafnio, circonio, cerio y itrio aplicados mediante pulverización catódica por magnetrón. El siguiente paso consistió en abordar el estudio de materiales de alta entropía basados en carburos, con el objetivo de mejorar la estabilidad estructural en entornos agresivos. Los carburos de hafnio y circonio son conocidos por su elevada estabilidad termoquímica, aunque muestran una oxidación acelerada por encima de quinientos grados, que provoca fisuración y desprendimientos.
En este proyecto se ha optado por explorar la estabilización entrópica en aleaciones multicomponente, ya que este enfoque permite combinar los beneficios individuales de cada elemento, reducir defectos a altas temperaturas y mejorar propiedades funcionales como la conductividad térmica o la resistencia a la ablación. La universidad explica que el uso de aleaciones de alta entropía no solo incrementa la estabilidad frente a la oxidación, sino que preserva la integridad estructural dentro de un amplio intervalo térmico.
Los recubrimientos estudiados se conciben como capas intermedias entre barreras térmicas basadas en dióxido de circonio estabilizado con óxido de itrio y sustratos de aleaciones de níquel y cromo. Esta configuración aporta una resistencia notable frente a fenómenos de desprendimiento durante ciclos térmicos intensivos.
El investigador Sergey Zenkin, uno de los autores del estudio, explica que los trabajos previos se habían centrado en aleaciones con tantalio, niobio y titanio. Sin embargo, el potencial del aluminio y el cromo en estos sistemas seguía poco explorado. El equipo sintetizó una aleación de alta entropía con una matriz de hafnio y circonio combinada con aditivos oxidantes de aluminio, cromo y tantalio, lo que permitió superar incompatibilidades estructurales y reducir fenómenos de segregación de fases. Los recubrimientos se depositaron mediante pulverización catódica por magnetrón y se sometieron a ensayos de oxidación a temperaturas cercanas a 1.100 °C.
Las muestras lograron resistencias a la oxidación hasta veinte veces superiores a las de los carburos no aleados y hasta siete veces superiores a las de los materiales aleados solo con aluminio o cromo. TPU indica que actualmente se evalúan sistemas de doble óxido–carburo de alta entropía para analizar su comportamiento térmico y mecánico en condiciones aún más exigentes.
La investigación resulta relevante para la industria de los recubrimientos y la pintura, dado que el desarrollo de materiales cerámicos avanzados con mayor estabilidad a altas temperaturas influye en la evolución de barreras térmicas, recubrimientos protectores para aleaciones metálicas y tratamientos superficiales aplicados en sectores como la aeronáutica, la energía o la fabricación de componentes sometidos a cargas térmicas extremas.
