Studiu Ohio State: defectele cristalografice proiectate întăresc două aliaje fără a le modifica chimia

O echipă condusă de cercetători de la The Ohio State University raportează că defectele cristalografice introduse deliberat, dispuse în rețele dense ordonate, au făcut două aliaje metalice mai rezistente, fără a le modifica compoziția chimică. Studiul evaluat inter pares a fost publicat în Science săptămâna aceasta, conform unui comunicat al universității. Coautorii provin de la Universitatea Erlangen-Nuremberg din Germania și de la Lawrence Livermore National Laboratory din California.

Metoda are două etape. Cercetătorii au deformat mai întâi cristalele a două materiale pe bază de cobalt, un superaliaj cu nichel și un aliaj cu crom și tungsten, apoi au îmbătrânit lent materialul prin tratament termic. Comunicatul precizează că procesul a produs structuri dense, subțiri la nivel atomic, în interiorul materialului. Titlul lucrării, citat de TechXplore, le descrie drept faze de defecte bidimensionale ordonate. Folosind microscopie electronică de transmisie combinată cu simulări computerizate, echipa a corelat creșterea rezistenței cu modul în care atomii erau aranjați în jurul acestor defecte, iar comunicatul menționează că modificarea acestui aranjament ar putea influența rezistența materialului.

Conform comunicatului, procesul a crescut semnificativ atât tensiunea pe care metalele o puteau suporta, cât și rezistența lor la deformarea lentă, sau fluaj, la temperaturi ridicate. Autorul principal, Andreas Bezold, profesor adjunct de știința și ingineria materialelor la Ohio State, a declarat că rezultatele sugerează că un strat de defecte proiectate ar putea completa designul convențional al materialelor. «Am dorit ca aceste structuri de întărire să devină o parte deliberată a designului materialului», a spus el. Lucrarea se bazează pe cercetări anterioare de la Ohio State care arătau că defectele formate în timpul deformării pot deveni straturi de întărire; comunicatul descrie noua abordare drept prima care introduce densități de defecte ce îmbogățesc complet aceste aliaje.

Coautorul Michael Mills, profesor de știința și ingineria materialelor la Ohio State, a declarat că, deși defectele sunt de obicei asociate cu deteriorarea, «defectele potrivite, cu structura și chimia potrivite, pot de fapt face un material mai rezistent». Comunicatul sugerează că abordarea ar putea fi folosită în viitor pentru producerea de aliaje de înaltă rezistență pentru echipamente expuse la temperaturi ridicate, dând ca exemple motoarele de turbină ale aeronavelor și utilajele centralelor electrice, dar prezintă acest lucru drept o posibilitate viitoare. Deocamdată, precizează comunicatul, contribuția echipei este de a extinde principiile de proiectare în inginerie.

Rezultatele provin dintr-un singur studiu evaluat inter pares, realizat pe două aliaje specifice. Comunicatul nu raportează teste industriale, teste pe componente sau cifre cantitative de rezistență și nu oferă un calendar pentru utilizarea practică. Finanțarea a provenit de la Departamentul de Energie al SUA și de la National Science Foundation, cu sprijin suplimentar din partea Fundației Alexander von Humboldt și a Centrului pentru Microscopie Electronică și Analiză al Ohio State.