Studio dell'Ohio State: difetti cristallini ingegnerizzati rafforzano due leghe senza alterarne la chimica

Un gruppo guidato da ricercatori della Ohio State University riferisce che difetti cristallini introdotti deliberatamente, disposti in dense reti ordinate, hanno reso più resistenti due leghe metalliche senza modificarne la composizione chimica. Lo studio sottoposto a revisione paritaria è stato pubblicato su Science questa settimana, secondo un comunicato dell'università. Tra i coautori figurano ricercatori dell'Università di Erlangen-Norimberga in Germania e del Lawrence Livermore National Laboratory in California.

Il metodo prevede due fasi. I ricercatori hanno prima deformato i cristalli di due materiali a base di cobalto, una superlega contenente nichel e una lega cromo-tungsteno, per poi invecchiare lentamente il materiale con il calore. Il comunicato indica che ciò ha prodotto strutture dense e atomicamente sottili all'interno del materiale. Il titolo dell'articolo, citato da TechXplore, le descrive come fasi bidimensionali ordinate di difetti. Utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione insieme a simulazioni al computer, il gruppo ha collegato l'aumento di resistenza alla disposizione degli atomi attorno a questi difetti, e il comunicato afferma che modificare tale disposizione potrebbe influenzare la resistenza del materiale.

Secondo il comunicato, il processo ha aumentato sensibilmente sia lo sforzo sopportabile dai metalli sia la loro resistenza alla deformazione lenta, o scorrimento viscoso, ad alte temperature. L'autore principale Andreas Bezold, professore aggiunto di scienza e ingegneria dei materiali alla Ohio State, ha dichiarato che i risultati suggeriscono che uno strato di difetti ingegnerizzati potrebbe integrare la progettazione convenzionale dei materiali. «Volevamo rendere queste strutture di rinforzo una parte deliberata della progettazione del materiale», ha affermato. Il lavoro si basa su precedenti ricerche della Ohio State che mostravano come i difetti formatisi durante la deformazione possano diventare strati di rinforzo; il comunicato descrive il nuovo approccio come il primo a introdurre densità di difetti che arricchiscono completamente queste leghe.

Il coautore Michael Mills, professore di scienza e ingegneria dei materiali alla Ohio State, ha affermato che, sebbene i difetti siano generalmente associati a danni, «i difetti giusti con la struttura e la chimica giuste possono effettivamente rendere un materiale più resistente». Il comunicato suggerisce che l'approccio potrebbe un giorno essere utilizzato per produrre leghe ad alta resistenza per apparecchiature esposte ad alte temperature, citando come esempi i motori a turbina degli aerei e i macchinari delle centrali elettriche, ma lo presenta come una possibilità futura. Per ora, afferma, il contributo del gruppo consiste nell'ampliare i principi di progettazione in ingegneria.

I risultati provengono da un singolo studio sottoposto a revisione paritaria su due leghe specifiche. Il comunicato non riporta prove industriali, test su componenti né valori quantitativi di resistenza, e non indica tempistiche per l'uso pratico. Il finanziamento è arrivato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e dalla National Science Foundation, con ulteriore supporto dalla Alexander von Humboldt Foundation e dal Center for Electron Microscopy and Analysis della Ohio State.