La ricerca descrive come i cristalli microscopici crescono e cambiano forma nei metalli fusi mentre si raffreddano. Credito:Maksim Gusev
Gli scienziati dell'Università di Birmingham hanno descritto come i cristalli microscopici crescono e cambiano forma nei metalli fusi mentre si raffreddano, in una ricerca che sta aprendo nuovi orizzonti nella ricerca sulle leghe e apre la strada al miglioramento della resistenza alla trazione delle leghe utilizzate nella fusione e nella saldatura.
La loro ricerca, pubblicata oggi su Acta Materialia, ha utilizzato la tomografia a raggi X di sincrotrone ad alta velocità per "fotografare" le mutevoli strutture cristalline nelle leghe fuse mentre si raffreddano.
Lo studio mostra che quando la lega alluminio-rame si raffredda, il processo di solidificazione inizia con la formazione di dendriti sfaccettati, che sono formati da un impilamento strato per strato di unità di base di appena pochi micrometri. Queste unità iniziano a forma di L e si impilano l'una sull'altra come blocchi da costruzione, ma quando si raffreddano cambiano forma e si trasformano in una forma a U e infine in un cubo scavato, mentre alcune di esse si impilano insieme per formare bellissimi dendriti.
Lo studio è stato condotto dal dottor Biao Cai, della School of Metallurgy and Materials dell'Università di Birmingham, la cui ricerca ha già dimostrato come i campi magnetici influenzino la crescita dei cristalli.
Il Dr. Cai ha commentato:"I risultati di questo nuovo studio forniscono una visione reale di ciò che accade a livello micro quando una lega si raffredda e mostrano la forma dei mattoni di base dei cristalli nelle leghe fuse. La forma del cristallo determina la forza della lega finale, e se possiamo fare leghe con cristalli più fini, possiamo fare leghe più forti."
Ha aggiunto:"I risultati sono in diretto contrasto con la visione classica della formazione di dendriti nelle leghe di raffreddamento e aprono la porta allo sviluppo di nuovi approcci in grado di prevedere e controllare la formazione di cristalli intermetallici".
La precedente ricerca del Dr. Cai ha portato a una nuova tecnologia per migliorare la qualità dell'alluminio riciclato rimuovendo il ferro dalla lega fusa in un processo semplice ed economico che utilizza magneti e un gradiente di temperatura.
La tecnologia è oggetto di una domanda di brevetto depositata dall'Università di Birmingham Enterprise. Ha anche attirato finanziamenti dalla Midlands Innovation Commercialization of Research Accelerator e dall'EPSRC-Impact Acceleration Account, che ha consentito a Biao di costruire un prototipo su larga scala che funziona fino a 1000 °C e utilizza un magnete da 1 Tesla.
Il prototipo è attualmente in fase di test utilizzando lingotti forniti dal Tandom Metallurgical Group, che gestisce un'operazione di commercio internazionale dalla sua base a Congleton, nel Cheshire, dove producono leghe di alluminio, leghe madri e riciclano prodotti in alluminio, scarti e scorie.
Il Dr. Cai prevede di pubblicare i risultati dei test e presentare il dimostratore all'industria entro la fine dell'anno, con l'obiettivo di trovare collaboratori industriali disposti a eseguire test in ambienti di fonderia in combinazione con le linee di produzione esistenti. + Esplora ulteriormente
