In uno studio collaborativo che coinvolge Equal Channel Angular Extrusion (ECAE), un processo unico di deformazione plastica severa (SPD), ricercatori Dr. Ibrahim Karaman della Texas A&M University e Drs. Don Susan e Andrew Kustas dei Sandia National Laboratories sono stati in grado di migliorare le proprietà meccaniche delle leghe magnetiche senza modificarne le proprietà magnetiche attraverso il perfezionamento microstrutturale. Questo processo si è rivelato problematico in passato.

La produzione di leghe magnetiche ad alte prestazioni e altri intermetallici potrebbe rivelarsi particolarmente utile nell'esplorazione aerospaziale e spaziale in cui i materiali devono resistere ad ambienti difficili, comprese temperature estreme, shock, e vibrazione.

L'ECAE forza una barra di materiale metallico o polimerico con un angolo di 90 gradi attraverso un canale dello stampo. Questo processo induce SPD senza alcun cambiamento nell'area della sezione trasversale del campione.

Originariamente i ricercatori dei Sandia National Laboratories e del Texas A&M hanno lavorato insieme su un argomento diverso che riguardava le leghe a memoria di forma. Hanno rapidamente compreso il potenziale nel combinare i punti di forza delle rispettive strutture in uno studio completamente nuovo e successivamente hanno applicato le esperienze alle leghe magnetiche.

Sandia ha visto la necessità di produrre leghe magnetiche alla rinfusa che dimostrassero proprietà meccaniche superiori. Poiché l'ECAE consente di alterare drasticamente la microstruttura dei materiali senza alterarne l'area della sezione trasversale, campioni più grandi con dimensioni maggiori di un pollice potrebbero essere prodotti migliorando contemporaneamente le proprietà meccaniche.

"Inizialmente ero scettico sull'aumento della resistenza dei materiali particolari mantenendo inalterate le proprietà magnetiche, " ha detto il dottor Ibrahim Karaman, capo dipartimento del dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali presso il Texas A&M. "Però, grazie alla collaborazione con gli scienziati Sandia, siamo stati in grado di ottenere ciò che sognavamo e che ha portato a una domanda di brevetto per leghe magnetiche morbide lavorate ECAE."

I ricercatori del Texas A&M hanno effettuato l'elaborazione ECAE e alcune caratterizzazioni microstrutturali e prove meccaniche. Sandia ha preso questi risultati e ha somministrato un'ulteriore caratterizzazione microstrutturale e meccanica e test delle proprietà magnetiche.

"Il processo ECAE è stato un elemento chiave della ricerca sulla lavorazione dei materiali di Texas A&M negli ultimi due decenni e abbiamo applicato questa tecnica a molti materiali non convenzionali con successo, " ha detto Karaman.

"L'ECAE è stata tradizionalmente applicata a materiali comuni come l'alluminio, rame, o acciaio, " ha detto il dottor Don Susan, membro principale dello staff tecnico di Sandia, che ha aggiunto che questi materiali erano malleabili e facilmente manipolabili prendendo la forma dello stampo con facilità. "Questo lavoro è stato rivoluzionario perché ha tentato l'ECAE su una fragile lega intermetallica".

Convenzionalmente un processo a freddo, il team ha dovuto sperimentare l'ECAE ad alta temperatura che non era stato ampiamente esplorato nelle leghe magnetiche.

"Gli scienziati di Sandia volevano applicare l'ECAE a leghe magnetiche con bassa resistenza ed estrema fragilità come Fe-Co-V, " ha detto Karaman.

Di conseguenza, il loro lavoro è stato in grado di dimostrare che l'ECAE può essere eseguito in condizioni di lavorazione estreme producendo leghe ad alte prestazioni in grado di resistere ad ambienti meccanici impegnativi.

"Riteniamo che potrebbero esserci opportunità di applicare l'ECAE ad altre leghe intermetalliche, come Fe-Si o Ni-Ti, per affinare le loro microstrutture e migliorare anche le proprietà, " ha detto Susan. "Questi esperimenti hanno aperto la porta per ulteriori studi nel campo."

"Ora Sandia sta perseguendo un aumento del processo con una società spin-off del Texas A&M per verificare le proprietà magnetiche e meccaniche su scala industriale di queste leghe magnetiche, " ha detto Karaman. "È emozionante per noi vedere il frutto della nostra collaborazione congiunta".

I risultati sono pubblicati elettronicamente su Cambridge Core in Giornale di ricerca sui materiali dalla Cambridge University Press.