Più forte, accendino, i materiali più economici sono il nome del gioco nella produzione avanzata. Mantenere bassi i costi su materiali uguali, se non di più, efficace rispetto a quelli precedenti è il modo in cui le aziende vanno avanti e, teoricamente, quando i consumatori vincono.

Ma cosa succede se più forte, più leggero ed economico significa tempi di vita più brevi per i materiali utilizzati nelle automobili? Questo è il problema che un team di ricerca internazionale guidato dall'ingegnere occidentale dei materiali Hamidreza Abdolvand ha affrontato in un nuovo studio pubblicato dalle riviste ad alto impatto Acta Materialia e Communications Materials.

Abdolvando, insieme allo studente laureato in ingegneria occidentale Karim Louca e ai collaboratori della European Synchrotron Radiation Facility and Arts et Métiers ParisTech, scoperto importanti fattori che contribuiscono alla deformazione (cambiamento di forma) dei metalli utilizzati nelle automobili e nei reattori nucleari, e ha sviluppato nuovi modelli per prevedere la vita di questi materiali.

Il primo passo nella scoperta, disse Abdolvand, era una migliore comprensione del "gemellaggio", un processo di riorientamento dei cristalli che accade ai mattoni di dimensioni nanometriche dei materiali solidi sottoposti a deformazione.

"Il ruolo dei gemelli è molto importante nella scienza dei materiali, e al momento è difficile per la comunità scientifica prevederli perché il loro esordio è un processo rapido, "disse Abdolvand, che ha condotto lo studio. "Con il mio team e i miei collaboratori, volevamo scoprire come iniziano, a quali condizioni, e cosa fanno alle proprietà dei materiali."

I gemelli si formano quando viene applicato un carico, Per esempio, zirconio o magnesio. Il primo è utilizzato nei reattori nucleari e il secondo nelle automobili. I gemelli a volte possono scomparire quando lo stesso carico viene rimosso o invertito, e il processo di gemellaggio può essere buono e cattivo, Abdolvand ha spiegato:può migliorare la duttilità dei materiali, rendendoli più suscettibili di rimodellamento senza rompersi, ma può anche provocarne la frattura, a seconda delle condizioni di carico e sollecitazioni localizzate.

Molto prima della pandemia di COVID-19, Abdolvand e il suo team si sono recati in Francia per collaborare con l'ESRF nell'esecuzione di esperimenti di diffrazione di raggi X di sincrotrone 3D su parti di autoveicoli e reattori nucleari con la linea di luce ID11 dell'ESRF, un insieme di apparecchiature rivoluzionarie utilizzate dagli scienziati di tutto il mondo.

"L'obiettivo era capire cosa succede a livello atomico e metterlo in relazione con come funziona il materiale, " ha detto Jonathan Wright, Scienziato della linea di luce ID11 presso l'ESRF.

A seguito degli esperimenti, Louca ha meticolosamente post-elaborato gli oltre 4 terabyte (4, 000 gigabyte) di immagini di diffrazione raccolte. "Il suo contributo è stato fondamentale per questo progetto e il suo duro lavoro è esemplare, " disse Abdolvand.

Prossimo, i ricercatori hanno combinato i loro risultati con la modellazione della plasticità dei cristalli per studiare la formazione e l'annientamento dei gemelli. Utilizzando campioni molto sottili, hanno applicato il carico e hanno scoperto che durante le prime fasi della plasticità, gemellaggio avvenuto con stress, ma che lo stress si allevierebbe con un ulteriore carico.

"Questi risultati sono di vitale importanza nello sviluppo di nuovi modelli che consentono a produttori e ricercatori di prevedere cosa accadrà a un materiale e a che punto questo materiale inizierà a cedere o rompersi, " disse Abdolvand.

È stato sviluppato un nuovo modello da utilizzare per i materiali gemelli e la prestampa è attualmente in fase di revisione.