Grazie a uno studio del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e della North Carolina State University, le leghe metalliche complesse entrano in una nuova era di progettazione predittiva per il settore aerospaziale e altre applicazioni ad alta temperatura.
Gli scienziati stanno sperimentando combinazioni complesse di molti metalli mescolati in proporzioni uguali in leghe con elementi multiprincipali o leghe con entropia medio-alta per applicazioni estreme come reattori a fusione nucleare, voli ipersonici e motori a reazione ad alta temperatura. Queste leghe mirano a raggiungere obiettivi di progettazione quali robustezza, tenacità e resistenza alla corrosione. Nello specifico, i ricercatori cercano leghe resistenti alla corrosione che può verificarsi quando i metalli reagiscono con l’ossigeno nell’atmosfera, un processo chiamato ossidazione. Queste leghe vengono generalmente testate con una procedura di “cottura e aspetto” in cui i materiali in lega vengono esposti ad ambienti di ossidazione ad alta temperatura per vedere come rispondono.
Ora un gruppo di ricerca multidisciplinare guidato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e dalla North Carolina State University ha combinato esperimenti su scala atomica con la teoria per realizzare uno strumento capace di prevedere come si comporteranno le leghe ad alta entropia a temperature ossidative elevate. La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Communications, offre una tabella di marcia verso cicli rapidi di progettazione e test per leghe metalliche complesse resistenti all’ossidazione.
I ricercatori hanno studiato la degradazione di una lega ad alta entropia con quantità uguali di metalli come cobalto, cromo, ferro, nichel e manganese (CoCrFeNiMn, chiamata anche lega Cantor); hanno esaminato l’ossido formatosi su di essa utilizzando una varietà di metodi avanzati su scala atomica per comprendere come ciascun elemento si dispone nella lega e nell’ossido.
Nel frattempo i colleghi computazionali dell’Università Statale della North Carolina hanno sviluppato un modello chiamato “Parametro di interattività preferenziale per la previsione precoce del comportamento di ossidazione nelle leghe metalliche complesse“.
Prossimi passaggi
Il gruppo di ricerca pensa di estendere questa ricerca per sviluppare leghe complesse con eccezionali proprietà alle alte temperature e di farlo molto rapidamente mediante campionamento e analisi veloci. Lo step successivo sarà quello di presentare la sperimentazione automatizzata e l’integrazione di metodi di produzione additiva, insieme all’intelligenza artificiale avanzata, per valutare rapidamente nuove leghe promettenti. L’obiettivo finale è scegliere una combinazione di elementi che favoriscano la formazione di un ossido aderente.
