Una classe di leghe di particolare interesse per applicazioni militari è quella delle leghe nichel-tungsteno (Ni–W). Queste leghe possiedono un'elevata durabilità, rendendole utili come rivestimenti. Poiché Ni e W hanno proprietà diverse, la loro interfaccia di unione forma strati unici in cui i composti intermetallici (IMC) e le regioni di ricristallizzazione indotta dalla diffusione (DIR) si formano attraverso processi come diffusione e reazioni interfacciali.

Queste regioni mostrano comportamenti meccanici, termici e chimici significativamente diversi rispetto al resto della lega. Pertanto, comprendere le proprietà di queste interfacce è un aspetto importante della progettazione di leghe con proprietà adeguate.

Ora, i ricercatori guidati dal professore assistente Minho Oh del Tokyo Institute of Technology e dal professor Hee-Soo Kim, attualmente alla Chosun University, in Corea del Sud, hanno rivelato come varie fasi, inclusi gli IMC, si formano all’interno di una lega Ni-W. I loro risultati sono stati pubblicati nel Journal of Alloys and Compounds può rivelarsi prezioso nello sviluppo di leghe Ni-W che durano più a lungo e sono più efficaci come rivestimenti.

"Le conoscenze provenienti dagli studi sugli IMC e sugli strati intermedi formati dalla diffusione all'interfaccia Ni/W hanno il potenziale per migliorare in modo significativo l'efficacia e la longevità di materiali importanti in vari campi", afferma Oh.

Per esaminare l'interfaccia Ni/W, i ricercatori hanno inserito un foglio di W tra due piastre di Ni. Hanno quindi riscaldato il campione a 1123 K per 112 ore per favorire la diffusione, seguito da una ricottura alla stessa temperatura per 234,15 ore.

Successivamente, i ricercatori hanno analizzato la morfologia e le composizioni chimiche dell'interfaccia utilizzando tecniche sperimentali. Hanno analizzato le concentrazioni di Ni e W in ciascuna fase della sezione trasversale del materiale, nonché le dimensioni dei grani delle regioni formate all'interfaccia.

Inoltre, i ricercatori hanno sviluppato un modello di diffusione che teneva conto dei tassi di diffusione di Ni e W sia nel metallo sfuso che nelle diverse regioni di interfaccia per spiegare la formazione di queste regioni di interfaccia.

La loro analisi ha rivelato che l'interdiffusione di Ni e W risulta in uno strato IMC di Ni₄ W, che cresce bidirezionalmente verso le placche Ni e W. Gli atomi di W continuano a spostarsi nella matrice di Ni, formando una regione ricristallizzata indotta dalla diffusione (DIR) tra la matrice di Ni e lo strato IMC. In particolare, entrambi i Ni₄ W IMC e la regione DIR presentano una struttura policristallina.

La regione DIR non è una fase individuale ma una regione di soluzione solida all'interno della fase Ni. È caratterizzato dalla presenza di grani allungati a forma colonnare che facilitano la diffusione dei bordi dei grani degli atomi di W.

Nella regione DIR, lo squilibrio nelle velocità di diffusione di Ni e W provoca la formazione di vuoti di forma irregolare noti come vuoti di Kirkendall vicino all'interfaccia tra Ni e DIR nella regione DIR. In particolare, le interfacce costituite dalla regione DIR, IMC e dai vuoti influenzano la resistenza e le proprietà termiche del materiale.

"Questi risultati non solo migliorano la nostra comprensione della regione DIR risultante dalla formazione e diffusione dell'IMC all'interfaccia Ni/W, ma offrono anche spunti cruciali sul fenomeno della generazione del vuoto Kirkendall e sul meccanismo di formazione dei difetti all'interno della regione DIR del sistema metallico". ," dice Oh.

"Questo approccio integrato migliora la nostra comprensione della termodinamica e della cinetica nella coppia di diffusione Ni-W, facendo avanzare conoscenze cruciali per la scienza dei materiali ad alta temperatura."