Aleación de aluminio-litio

Las aleaciones de aluminio-litio (Al-Li) son una serie de aleaciones de aluminio y litio, que a menudo también incluyen cobre y circonio. Dado que el litio es el metal elemental menos denso, estas aleaciones son significativamente menos densas que el aluminio. Las aleaciones comerciales de Al-Li contienen hasta 2,45% en masa de litio.^[1]

Estructura cristalina

La aleación con litio reduce la masa estructural por tres efectos:

Desplazamiento: Un átomo de litio es más ligero que un átomo de aluminio; cada átomo de litio desplaza un átomo de aluminio de la red cristalina mientras mantiene la estructura de la red. Cada 1% en masa de litio agregado al aluminio reduce la densidad de la aleación resultante en un 3% y aumenta la rigidez en un 5%.^[1] Este efecto funciona hasta el límite de solubilidad del litio en aluminio, que es de 4.2%.
Endurecimiento por deformación: La introducción de otro tipo de átomo en las tensiones de cristal de la red, lo que ayuda a bloquear las dislocaciones. El material resultante es, por lo tanto, más fuerte, lo que permite que se desgaste menos.^{[cita requerida]}
Endurecimiento por precipitación: Cuando se envejece adecuadamente, el litio forma una fase de metaestabilidad Al₃Li (δ') con una estructura cristalina coherente.^[2] Estos precipitados refuerzan el metal impidiendo el movimiento de dislocación durante la deformación. Sin embargo, los precipitados no son estables, y se debe tener cuidado para evitar la sobrealimentación con la formación de la fase estable de AlLi (β).^[3] Esto también produce zonas libres de precipitados (PFZs) típicamente en los límites de grano y puede reducir la resistencia a la corrosión de la aleación.^[4]

La estructura cristalina de Al₃Li y Al–Li, aunque se basa en el sistema de cristal FCC, es muy diferente. Al₃Li muestra una estructura de celosía del mismo tamaño que el aluminio puro, excepto que los átomos de litio están presentes en las esquinas de la celda unitaria. La estructura Al₃Li se conoce como AuCu₃, L1₂, o $Pm{\bar {3}}m$ ^[5] y tiene un parámetro de celosía de 4.01 Å.^[3] La estructura de Al–Li se conoce como NaTl, B32, o $Fd{\bar {3}}m$ ^[6] La estructura, que está hecha de litio y aluminio, asumiendo estructuras de diamante y tiene un parámetro de celosía de 6.37 Å. El espacio interatómico para Al–Li (3.19 Å) es más pequeño que el litio puro o el aluminio.^[7]

Uso

Las aleaciones aluminio-litio son principalmente de interés para la industria aeroespacial debido a la ventaja de peso que proporcionan. Actualmente, se utilizan en algunas estructuras de aviones comerciales, los tanques de combustible y de oxidación en el vehículo de lanzamiento SpaceX Falcon 9, las pinzas de freno de Fórmula 1 y el helicóptero AgustaWestland EH101.^[8]

La tercera y última versión del tanque externo del transbordador espacial de Estados Unidos Fue principalmente de aleación Al–Li 2195.^[9] Además, las aleaciones de Al–Li también se utilizaron en el Adaptador delantero Centaur en el cohete Atlas V,^[10] en la nave espacial Orion, y se utilizaron en los cohetes Ares I y Ares V planificados (parte del programa Constellation posteriormente cancelado).

Las aleaciones de Al–Li generalmente se unen mediante soldadura por fricción y agitación. Algunas aleaciones de Al-Li, como Weldalite 049, pueden soldarse convencionalmente; Sin embargo, esta propiedad tiene un precio de densidad; Weldalite 049 tiene aproximadamente la misma densidad que el aluminio 2024 y un módulo elástico superior en un 5%^[11].^{[cita requerida]}

Si bien las aleaciones de aluminio-litio son generalmente superiores a las aleaciones de aluminio-cobre o aluminio-zinc en la mejor relación resistencia / peso, su poca resistencia a la fatiga bajo compresión sigue siendo un problema, que solo se resuelve parcialmente a partir de 2016.^[12]^[13] Además, los altos costos (alrededor de 3 veces o más aleaciones de aluminio convencionales), la pobre resistencia a la corrosión y la fuerte anisotropía de las propiedades mecánicas de los productos laminados de aluminio-litio han dado como resultado la escasez de aplicaciones.

En aviones de fuselaje estrecho, Arconic garantiza hasta un 10% de reducción de peso en comparación con los compuestos, lo que lleva a un 20% más de eficiencia de combustible, a un costo menor que el titanio o los compuestos. Al–Li se utiliza en los aviones Airbus A380 y A350, Boeing 787 y Airbus A220, y en los jets ejecutivos Gulfstream G650 y Bombardier Global 7500/8000.^[14]

Lista de aleaciones de aluminio-litio

Aleación de aluminio 1441^[15]
Aleación de aluminio 1429^[16]
Aleación de aluminio 2055^[17]
Aleación de aluminio 2090
Aleación de aluminio 2091
Aleación de aluminio 2099(Aleación de Al-Li de 2ª generación)^[18]
Aleación de aluminio 2195, utilizado en la último tanque externo del transbordador espacial
Aleación de aluminio 2196^[19]
Aleación de aluminio 2198^[19]
Aleación de aluminio 2199^[19]
Aleación de aluminio 8090
Weldalite 049