Immagina di poter verificare l'integrità strutturale di un aeroplano, nave o ponte, senza doverlo smontare o rimuovere alcun materiale per il test, che potrebbe ulteriormente compromettere la struttura. Questa è la promessa di una nuova tecnica basata sul laser che i chimici stanno sviluppando per rivelare danni nascosti nei metalli.

I ricercatori presenteranno oggi il loro lavoro al 253° National Meeting &Exposition dell'American Chemical Society (ACS).

"I metalli sono spesso soggetti a sollecitazioni meccaniche o a fatica che possono indebolirli strutturalmente, ma non puoi dirlo solo guardandoli, "James E. Patterson, dottorato di ricerca, dice.

Un esempio del mondo reale è un aereo dell'aeronautica statunitense che è stato capovolto involontariamente durante il volo, un'impresa per cui non è stato progettato. La manovra ha superato le specifiche per la tolleranza allo stress dell'aereo, Patterson dice, ma non c'era modo di sapere se l'inversione avesse effettivamente danneggiato i componenti abbastanza da causare la caduta dell'aereo durante un volo futuro. Quindi l'intero aereo multimilionario ha dovuto essere demolito.

"Ecco dove entrano in gioco i test non distruttivi, "dice Patterson, che è alla Brigham Young University. CND, come è noto, è già un'industria da miliardi di dollari, lui nota. Le tecniche attuali per ispezionare i materiali senza danneggiarli includono l'imaging a raggi X, che può rilevare crepe microscopiche nei metalli. Ma il metodo è costoso, richiede schermatura dai raggi X ed è difficile da adattare per l'uso sul campo. Altre tecniche NDT danno risultati equivoci e richiedono tecnici altamente qualificati, lui dice.

Il suo team si affida invece a un metodo spettroscopico noto come generazione di seconda armonica (SHG), che altera la lunghezza d'onda della luce. Uno degli studenti laureati di Patterson, Shawn Averett, si rese conto che la tecnica poteva essere adattata per cercare segni di danni interni nei metalli. Averett e gli studenti universitari Scott D. Smith e Alex Farnsworth stanno lavorando con Patterson al progetto.

Iniziano proiettando una luce laser verde su un campione di metallo. Attraverso SHG, il metallo converte parte della luce in entrata in luce ultravioletta, che rimbalza dal metallo insieme alla restante luce verde. "La quantità di conversione dipende dalle proprietà del metallo, e se quelle proprietà sono state modificate da qualche forma di stress, possiamo rilevare che nella luce convertita, " Spiega Patterson. I test fino ad oggi indicano che la tecnica potrebbe distinguere tra le parti metalliche che sono ancora intatte e quelle che sono state danneggiate in modo irreversibile e richiedono la sostituzione. I ricercatori affermano che il loro metodo è più sensibile delle tecniche NDT esistenti e potrebbe quindi dare un preavviso di pericolo .

Con qualche ulteriore affinamento, il metodo potrebbe avere applicazioni nell'industria aerospaziale, dove le parti dell'aereo vengono regolarmente sostituite dopo un certo periodo di utilizzo per evitare guasti catastrofici, dice Patterson. Il programma di sostituzione si basa sulle prestazioni medie di più componenti uguali, piuttosto che la condizione effettiva di quel singolo componente. Il metodo SHG potrebbe essere utilizzato per verificare se un particolare componente è realmente usurato o ha ancora una vita utile, con conseguente risparmio di tempo, denaro e materiale.

Il team di Patterson sta anche esplorando applicazioni con la Marina degli Stati Uniti. La lega di alluminio/magnesio utilizzata nelle navi della Marina Militare può subire una corrosione invisibile con gravi conseguenze. "Ci sono storie di qualcuno che cammina lungo un ponte di metallo e si mette nel posto sbagliato, e un grosso pezzo che cade sul ponte sottostante, " dice. "Si formano crepe anche nei muri. E una volta che si formano crepe visibili, spesso è troppo tardi per invertire il danno".

I ricercatori sperano di sviluppare la loro tecnica in un sistema portatile che indichi se un oggetto scansionato è in buone condizioni. "In linea di principio, potresti andare in giro con una bacchetta e delle fibre ottiche e scansionare vaste aree di una nave alla ricerca di danni nascosti, " dice Patterson. Altre potenziali strutture che potrebbero essere valutate con la tecnologia includono oleodotti, componenti per la costruzione e ponti.