I ricercatori dell'Idaho National Laboratory hanno scoperto come rendere le "superleghe" ancora più super, allungando la vita utile di migliaia di ore. La scoperta potrebbe migliorare le prestazioni dei materiali per generatori elettrici e reattori nucleari. La chiave è riscaldare e raffreddare la superlega in un modo specifico. Ciò crea una microstruttura all'interno del materiale che può resistere a un calore elevato più di sei volte più a lungo di una controparte non trattata.

"Abbiamo trovato un modo per realizzare una superlega molto più resistente ai guasti dovuti al calore. Ciò potrebbe essere utile nei generatori di elettricità e altrove, " disse Subhashish Meher, uno scienziato dei materiali dell'INL. È stato autore principale di un nuovo Progressi scientifici documento che descrive la ricerca.

Le leghe sono combinazioni di due o più elementi metallici. Le superleghe sono eccezionalmente forti e offrono altre caratteristiche notevolmente migliorate grazie all'aggiunta di tracce di cobalto, rutenio, renio o altri elementi a un metallo di base. Capire come costruire una superlega migliorata è importante per rendere la miscela metallica migliore per uno scopo particolare.

Gli scienziati dell'INL hanno studiato le superleghe a base di nichel. Poiché queste superleghe possono resistere a temperature elevate e forze meccaniche estreme, sono utili per le turbine che generano elettricità e per i componenti dei reattori nucleari ad alta temperatura. Ricerche precedenti avevano dimostrato che le prestazioni possono essere migliorate se la struttura del materiale della superlega si ripete in qualche modo da dimensioni molto piccole a molto grandi, come una scatola dentro una scatola dentro una scatola.

Questa è chiamata una microstruttura gerarchica. In una superlega, è costituito da una matrice metallica con precipitati, regioni in cui la composizione della miscela differisce dal resto del metallo. Incorporate all'interno dei precipitati ci sono ancora particelle su scala più fine che hanno la stessa composizione della matrice all'esterno dei precipitati, concettualmente come scatole nidificate.

Meher ei suoi coautori hanno studiato come questi precipitati si sono formati all'interno di una superlega. Hanno anche studiato come questa struttura resiste al calore e ad altri trattamenti.

Hanno scoperto che con la giusta ricetta di riscaldamento e raffreddamento, potrebbero rendere i precipitati due o più volte più grandi di quanto avverrebbe altrimenti, creando così la microstruttura desiderata. Questi precipitati più grandi duravano più a lungo se sottoposti a calore estremo. Inoltre, studi di simulazione al computer suggeriscono che la superlega può resistere al cedimento indotto dal calore per 20, 000 ore, rispetto a circa 3, 000 ore normalmente.

Un'applicazione potrebbe essere quella dei generatori elettrici che durano molto più a lungo perché la superlega di cui sono costruiti sarebbe più dura. Cosa c'è di più, Gli scienziati dell'INL potrebbero ora essere in grado di elaborare una procedura che può essere applicata ad altre superleghe. Così, potrebbe essere possibile regolare la resistenza di una superlega, tolleranza al calore o altre proprietà per migliorarne l'uso in una particolare applicazione.

"Ora siamo in grado di definire meglio le proprietà e migliorare le prestazioni dei materiali, " disse Meer.

La ricerca è apparsa il 16 novembre in Progressi scientifici , "L'origine e la stabilità della gerarchia nanostrutturale nei solidi cristallini".