Le tecniche di produzione additiva utilizzate per produrre leghe metalliche hanno guadagnato popolarità grazie alla loro capacità di essere fabbricate in forme complesse per l'uso in varie applicazioni ingegneristiche. Eppure la maggior parte degli studi condotti si è concentrata sullo sviluppo di materiali monofase.

Il team del Dr. Kelvin Xie del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la Texas A&M University ha utilizzato tecniche di caratterizzazione avanzate per rivelare la microstruttura degli elementi multiprincipali a doppia fase stampati in 3D, noti anche come leghe ad alta entropia (HEA), che mostrano proprietà ultra resistenti e duttili. Questo lavoro è una collaborazione con la dott.ssa Wen Chen dell'Università del Massachusetts ad Amherst e la dott.ssa Ting Zhu del Georgia Institute of Technology.

Questo studio è stato recentemente pubblicato su Natura .

L'HEA riportato in questo studio è stato fabbricato mediante fusione laser a letto di polvere (L-PBF) presso l'Università del Massachusetts ad Amherst. L-PBF è il processo di riscaldamento e raffreddamento dei materiali a velocità molto elevate, che consente la creazione di microstrutture uniche e la personalizzazione delle proprietà meccaniche. Tuttavia, i ricercatori si sono concentrati in gran parte sull'utilizzo di L-PBF per materiali monofase.

In questo lavoro, Xie e il suo studente laureato Dexin Zhao hanno guidato lo sforzo di caratterizzazione per comprendere gli HEA eutettici a doppia fase stampati in 3D. Piuttosto che essere composti da una singola fase, gli HEA a doppia fase sono stratificati in una struttura auto-organizzata su scala nanometrica.

"Una lega eutettica è simile a una lasagna", ha detto Xie. "Prima hai una sfoglia di pasta, poi salsa, carne e formaggio. Questi strati si ripetono. Nei materiali, la fase cubica centrata sulla faccia e la fase cubica centrata sul corpo sono come le sfoglie di pasta e il ripieno".

Le interfacce che separano queste fasi sono forti barriere che forniscono ulteriore forza. La velocità di raffreddamento super veloce, che è unica per la stampa 3D L-PBF, ha creato i "fogli di pasta" e il "ripieno" super fini. Ciò crea interfacce a densità eccezionalmente elevata che sono fondamentali per la combinazione di eccellente resistenza e duttilità.

Secondo Xie, questa è la prima volta che i ricercatori ottengono l'HEA nanostrutturato stampato in 3D che mostra proprietà sia ultra resistenti che duttili, un'impresa difficile da superare nella scienza dei materiali a causa della natura opposta di queste caratteristiche.

Oltre alle sue proprietà fisiche favorevoli, se utilizzato in applicazioni come il settore aerospaziale o automobilistico, questo materiale offre il potenziale per ridurre i costi energetici.

"Ovunque venga consumata energia, c'è una preoccupazione", ha affermato Xie. "Ad esempio, un'auto che sposta passeggeri consuma molta più energia per muoversi da sola di quanta ne faccia per i passeggeri. I nostri risultati mostrano nuove strade per la progettazione dei materiali, che alla fine possono portare a alternative leggere a molti dei materiali che attualmente utilizziamo nella produzione".

In futuro, i ricercatori sperano di sfruttare questa tecnologia per varie applicazioni ingegneristiche e materiali di produzione che devono essere leggeri pur resistendo alla deformazione.

Questa ricerca è uno sforzo di collaborazione tra l'Università del Massachusetts ad Amherst, il Georgia Institute of Technology, l'Università della California, Los Angeles, la Rice University e gli Oak Ridge e Lawrence Livermore National Laboratories. + Esplora ulteriormente

I ricercatori stampano in 3D la prima lega nanostrutturata ad alte prestazioni, ultraresistente e duttile