I ricercatori creano alto

8 agosto 2023

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da Cactus Comunicazioni

Il nostro continuo impegno per avventurarci nello spazio richiede sostanziali progressi tecnologici in vari campi, inclusa la scienza dei materiali. I materiali utilizzati nell’industria aerospaziale devono essere leggeri ma resistenti meccanicamente, una combinazione difficile da ottenere. Fortunatamente, i compositi a matrice metallica hanno fatto molta strada dalla loro nascita nel ventesimo secolo, e molti esperti ritengono che saranno fondamentali per le applicazioni spaziali del prossimo futuro.

Uno dei tipi più promettenti di compositi a matrice metallica sono i compositi a matrice di alluminio (AMC) rinforzati con particelle di lega ad alta entropia (HEAps), che possono conferire agli AMC proprietà meccaniche superiori, tra cui elevata resistenza, durata e plasticità. Tuttavia, gli HEAP generano anche difetti strutturali, come microfessure e microvuoti, che possono essere problematici.

In questo contesto, un gruppo di ricerca guidato dal professor Hai-liang Yu della Central South University, in Cina, sta studiando un nuovo modo per produrre lastre piane HEAp/AMC ad alte prestazioni.

Nel loro ultimo studio, pubblicato su Transactions of Nonferrous Metals Society of China, il team ha esplorato una tecnica promettente chiamata criororolling asimmetrico (ACR), che combina i vantaggi del criororolling e del rotolamento asimmetrico (AR).

L'AR è una tecnica consolidata nella produzione dell'acciaio che prevede il passaggio di una piastra metallica attraverso un laminatoio. Questo processo applica una grande deformazione di taglio in modo uniforme attraverso lo spessore della piastra, il che aiuta a ridurre il numero di difetti. L'unica differenza pratica tra AR e ACR è la loro temperatura operativa. Mentre l'AR viene eseguita a temperatura ambiente, l'ACR viene condotta a temperature criogeniche ottenute utilizzando azoto liquido.

Alcuni studi precedenti hanno dimostrato che l’ACR può migliorare le proprietà meccaniche dei fogli HEAp/AMC. Ma il corrispondente meccanismo di rafforzamento e il legame tra proprietà meccaniche e microstruttura degli AMC durante l’ACR rimangono poco chiari. Per colmare questa lacuna di conoscenza, i ricercatori hanno preparato fogli HEAp/AMC utilizzando AR a 298 K e ACR a 77 K e li hanno analizzati utilizzando tecniche di microscopia elettronica a scansione e a trasmissione insieme a test di trazione e durezza.

Hanno trovato importanti differenze microstrutturali tra i fogli preparati tramite AR e ACR. La lavorazione criogenica ha prodotto fogli con meno microvuoti, granulometria più fine e una maggiore densità di dislocazioni. Inoltre, i test meccanici hanno rivelato che le lastre ACR erano significativamente più duttili e resistenti delle lastre AR. "La resistenza alla trazione finale del 3% in peso di HEAp/AMC preparati tramite ACR ha raggiunto 253 MPa, il 13,5% in più rispetto a quella ottenuta dai fogli preparati tramite AR", sottolinea il Prof. Yu.

I ricercatori hanno concluso che le differenze osservate tra ACR e AR erano dovute principalmente all’effetto di contrazione del volume degli HEAp/AMC.

"Maggiore è l'effetto di contrazione del volume della lega di alluminio, più strettamente l'alluminio si avvolgerà attorno agli HEAps di rinforzo. Ciò rafforza il legame tra la matrice e le particelle", spiega il Prof. Yu. "Poiché l'effetto di contrazione del volume è maggiore negli ambienti criogenici, l'ACR svolge un ruolo significativo nella prevenzione dei difetti causati dalla grande deformazione plastica dei fogli HEAp/AMC."

Nel complesso, questi risultati suggeriscono che l’ACR potrebbe svolgere un ruolo chiave nello sviluppo di nuove leghe per l’industria aerospaziale e automobilistica e potrebbe persino diventare in futuro la tecnologia di riferimento per i materiali ad alte prestazioni.