La "salsa segreta" consente un nuovo modo di fabbricare leghe classificate a livello compositivo

21 luglio 2023

Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

verificato

fonte attendibile

correggere le bozze

di Emily R. Tomlin, Laboratorio nazionale di Oak Ridge

La ricerca su una nuova tecnologia unica per fabbricare parti metalliche composite per un’ampia gamma di applicazioni che operano in ambienti estremi nei settori dell’aviazione, dello spazio e dell’energia si sta rivelando promettente per la produzione additiva.

Sviluppata dagli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia, questa tecnica consente la progettazione di parti composite classificate a livello compositivo. Questi componenti passano da superleghe ad alta resistenza a leghe refrattarie in grado di resistere a temperature estremamente elevate, quindi non è necessaria alcuna saldatura.

Sebbene le superleghe e le leghe refrattarie in genere non possano essere saldate o unite tra loro, molte applicazioni richiedono materiali con proprietà ad alta temperatura e alta resistenza specifiche del sito.

"Possiamo consentire composizioni che passano da una lega all'altra senza soluzione di continuità", ha affermato Soumya Nag, uno scienziato dei materiali dell'ORNL che sta conducendo gli studi. "Possiamo mettere a punto una parte composita che possiamo classificare da un'estremità all'altra e avere elevata resistenza e capacità di resistere alle alte temperature su ciascun lato."

Il segreto è nella "salsa".

"È come cucinare. Fondamentalmente hai ingredienti diversi. Quindi, se hai più pasta da un lato e più risotto dall'altro, come fai a passare continuamente da una pasta a un risotto? Cambi gli ingredienti mentre passi da da un'estremità all'altra, ed è esattamente quello che facciamo", ha detto Nag.

La salsa in questo caso è una polvere composta da una terza lega di transizione che possiede caratteristiche di leggerezza o di alta temperatura. Nag e i membri del team hanno utilizzato una modalità di produzione additiva chiamata deposizione diretta di energia per depositare diverse composizioni di polvere in un ambiente inerte di argon, modificando la velocità di deposizione man mano che procedono.

Per la maggior parte delle applicazioni strutturali, ha affermato Nag, viene spesso utilizzata una singola composizione di lega per fabbricare componenti per ambienti corrosivi, ad alta temperatura o radiativi, ma questo processo è costoso e compromette le prestazioni. Per i componenti che richiedono proprietà molto diverse, vengono spesso fabbricate parti saldate realizzate con materiali dissimili, il che porta a interfacce brusche che possono influire negativamente sulle prestazioni.

Negli studi più recenti, gli scienziati hanno utilizzato polveri di Inconel 718, una lega a base di nichel, e C103, una lega a base di niobio. Queste leghe, una ad alta resistenza e l'altra resistente alle alte temperature, non vogliono unirsi e tendono a creare crepe quando lo fanno. Ma utilizzando una macchina a fascio di deposizione di energia diretta a polvere soffiata e modificando la velocità con cui le polveri scorrono, gli scienziati possono modificare la composizione dei metalli uniti in modo che abbiano le proprietà benefiche di entrambi.