Una sfida nel produrre forte, i nanocompositi elastici e resistenti sta ottenendo una distribuzione uniforme delle nanoparticelle nella matrice metallica. Ora, i ricercatori di A*STAR hanno utilizzato un processo noto come processo di agitazione per attrito (vedi immagine) per produrre una miscela uniformemente distribuita di particelle di ossido di alluminio (Al2O3) di dimensioni nanometriche in alluminio. La loro tecnica è un nuovo metodo praticabile per la produzione di nanocompositi e ha un potenziale entusiasmante per l'auto, industrie spaziali e della difesa.

"L'attuale metallurgia delle polveri o i metodi di lavorazione dei liquidi non riescono a ottenere una lavorazione uniforme, " afferma il leader della ricerca Junfeng Guo, che proviene dall'A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology.

Il team di Guo ha praticato centinaia di fori di 1 millimetro di diametro nella superficie di un sottile foglio di una lega di alluminio. Hanno quindi iniettato un impasto liquido di nanoparticelle di ossido di alluminio nei fori e riscaldato il foglio in un forno. Dopo aver raffreddato il foglio, il team vi ha immerso uno strumento rotante:questa è la fase di elaborazione dell'agitazione per attrito. L'attrito generato tra l'utensile e il foglio ha causato la plastificazione del materiale. Lo strumento è stato spostato per garantire che l'intero foglio fosse plastificato.

Il posizionamento delle nanoparticelle nel foglio prima della fase di elaborazione dell'agitazione per attrito ha aumentato significativamente la concentrazione di nanoparticelle nel composito. "Ha anche ridotto la quantità di particelle sospese nell'aria prodotte durante il posizionamento della polvere e l'elaborazione dell'agitazione per attrito, " spiega Guo.

Il team ha utilizzato la microscopia elettronica a scansione per verificare due proprietà chiave che influenzano la forza dei nanocompositi. Hanno prima dimostrato che le nanoparticelle erano disperse uniformemente, il che significa che il materiale non ha punti deboli. Hanno anche scoperto che i grani oi cristalli della matrice di alluminio che si ricristallizzavano dopo essere stati plastificati erano estremamente piccoli; i grani di matrice di alluminio più piccoli possono scorrere l'uno sull'altro in modo più fluido rispetto alle particelle più grandi, aumentare la resistenza del materiale.

Misurando la dimensione del grano dopo aver eseguito il processo di agitazione per attrito con e senza le nanoparticelle di Al2O3, il team ha dimostrato che le nanoparticelle hanno contribuito alla riduzione della dimensione dei grani.

La migliore distribuzione delle nanoparticelle ei grani di lega di alluminio più piccoli sono stati ottenuti dopo aver fatto passare quattro volte l'utensile rotante attraverso il foglio. Il team ha quindi dimostrato che il composito realizzato in questo modo aveva una durezza e una resistenza alla trazione significativamente migliorate rispetto ai fogli in lega di alluminio non trattati.

"Abbiamo in programma di continuare questa ricerca per migliorare ulteriormente le proprietà meccaniche e termiche, nonché la resistenza all'usura dei nanocompositi, " dice Guo. "Alla fine, miriamo a commercializzare la nostra tecnologia per aiutare l'industria locale".