Se sei abbastanza sfortunato da avere un'auto con pneumatici di metallo, potresti prendere in considerazione un set realizzato con una nuova lega progettata presso i Sandia National Laboratories. Potresti sbandare, non guidare, slittamento:intorno all'equatore terrestre 500 volte prima di consumare il battistrada.

Il team di scienza dei materiali di Sandia ha progettato una lega platino-oro ritenuta il metallo più resistente all'usura al mondo. È 100 volte più resistente dell'acciaio ad alta resistenza, facendone la prima lega, o combinazione di metalli, nella stessa classe del diamante e dello zaffiro, materiali naturali più resistenti all'usura. Il team di Sandia ha recentemente riportato le sue scoperte in Materiale avanzato . "Abbiamo mostrato che c'è un cambiamento fondamentale che puoi apportare ad alcune leghe che impartiranno questo enorme aumento delle prestazioni su un'ampia gamma di metalli pratici, " ha detto lo scienziato dei materiali Nic Argibay, un autore sulla carta.

Sebbene i metalli siano generalmente considerati forti, quando sfregano ripetutamente contro altri metalli, come in un motore, si logorano, deformarsi e corrodersi a meno che non abbiano una barriera protettiva, come gli additivi nell'olio motore.

Nell'elettronica, i contatti mobili da metallo a metallo ricevono protezioni simili con strati esterni di oro o altre leghe di metalli preziosi. Ma questi rivestimenti sono costosi. E alla fine si consumano, pure, mentre le connessioni premono e scivolano l'una sull'altra giorno dopo giorno, anno dopo anno, a volte milioni, anche miliardi di volte. Questi effetti sono esacerbati quanto più piccole sono le connessioni, perché meno materiale inizi con, minore è l'usura che una connessione può sopportare prima che non funzioni più.

Con il rivestimento in oro platino di Sandia, solo un singolo strato di atomi andrebbe perso dopo un chilometro di slittamento sugli ipotetici pneumatici. Il rivestimento ultraresistente potrebbe far risparmiare all'industria elettronica più di 100 milioni di dollari l'anno in soli materiali, Argibay dice, e rendere l'elettronica di tutte le dimensioni e in molti settori più conveniente, durevole e affidabile, dai sistemi aerospaziali e turbine eoliche alla microelettronica per telefoni cellulari e sistemi radar.

"Questi materiali resistenti all'usura potrebbero potenzialmente fornire vantaggi in termini di affidabilità per una gamma di dispositivi che abbiamo esplorato, " ha detto Chris Nordquist, un ingegnere Sandia non coinvolto nello studio. "Le opportunità di integrazione e miglioramento sarebbero specifiche del dispositivo, ma questo materiale fornirebbe un altro strumento per affrontare le attuali limitazioni di affidabilità dei componenti microelettronici metallici".

Il nuovo metal mette a tacere una vecchia teoria

Forse ti starai chiedendo come i metallurgisti per migliaia di anni abbiano in qualche modo mancato questo. In verità, la combinazione del 90% di platino con il 10% di oro non è affatto nuova.

Ma l'ingegneria è nuova. Argibay e il coautore Michael Chandross hanno ideato il design e la nuova saggezza del 21° secolo dietro di esso. La saggezza popolare dice che la capacità di un metallo di resistere all'attrito si basa su quanto sia duro. Il team di Sandia ha proposto una nuova teoria secondo cui l'usura è correlata al modo in cui i metalli reagiscono al calore, non la loro durezza, e hanno raccolto a mano i metalli, proporzioni e un processo di fabbricazione che potrebbe provare la loro teoria.

"Molte leghe tradizionali sono state sviluppate per aumentare la resistenza di un materiale riducendo la granulometria, "ha detto John Curry, un postdottorato presso Sandia e primo autore della carta. "Anche ancora, in presenza di sollecitazioni e temperature estreme molte leghe si induriscono o si rammolliscono, soprattutto sotto stanchezza. Abbiamo visto che con la nostra lega platino-oro la stabilità meccanica e termica è ottima, e non abbiamo visto molti cambiamenti nella microstruttura durante periodi immensamente lunghi di stress ciclico durante lo scorrimento".

Ora hanno le prove che possono tenere nelle loro mani. Sembra e si sente come un normale platino, bianco argento e un po' più pesante dell'oro puro. Più importante, non è più duro di altre leghe platino-oro, ma è molto più resistente al calore e cento volte più resistente all'usura.

L'approccio del team è moderno e dipende da strumenti computazionali. La teoria di Argibay e Chandross è nata da simulazioni che hanno calcolato come i singoli atomi influenzassero le proprietà su larga scala di un materiale, una connessione che è raramente evidente dalle sole osservazioni. I ricercatori in molti campi scientifici utilizzano strumenti computazionali per eliminare gran parte delle congetture dalla ricerca e dallo sviluppo.

"Stiamo scendendo ai meccanismi atomici fondamentali e alla microstruttura e uniamo tutte queste cose per capire perché ottieni buone prestazioni o perché ottieni prestazioni scadenti, e poi ingegnerizzare una lega che ti dia buone prestazioni, "Ha detto Chandros.

Una bella sorpresa

Ancora, ci saranno sempre sorprese nella scienza. In un articolo separato pubblicato in Carbonio , il team di Sandia descrive i risultati di un incidente notevole. Un giorno, mentre misuravano l'usura del loro platino-oro, un inaspettato film nero ha iniziato a formarsi sopra. Lo riconobbero:carbonio simile al diamante, uno dei migliori rivestimenti artificiali al mondo, liscio come la grafite e duro come il diamante. La loro creazione stava creando il proprio lubrificante, E uno davvero bravo.

Il carbonio simile al diamante di solito richiede condizioni speciali per la produzione, eppure la lega lo sintetizzava spontaneamente.

"Riteniamo che la stabilità e la resistenza intrinseca all'usura consentano alle molecole contenenti carbonio provenienti dall'ambiente di attaccarsi e degradarsi durante lo scorrimento per formare infine carbonio simile al diamante, " ha detto Curry. "L'industria ha altri metodi per farlo, ma in genere coinvolgono camere a vuoto con plasmi ad alta temperatura di specie di carbonio. Può diventare molto costoso".

Il fenomeno potrebbe essere sfruttato per potenziare ulteriormente le già impressionanti prestazioni del metallo, e potrebbe anche potenzialmente portare a un più semplice, modo più economico per produrre in serie un lubrificante premium.