Due volte più resistente dell'acciaio, con meno materiali: basta cambiare una fase della produzione

Le leghe metalliche rappresentano uno degli elementi fondamentali dell'industria moderna e trovano impiego in settori che spaziano dall'aerospazio alla produzione di utensili, fino ai sistemi energetici. Un gruppo internazionale di ricercatori ha ora dimostrato che non è soltanto la composizione chimica a determinare le prestazioni di un materiale: anche il modo in cui gli atomi si organizzano durante la produzione può incidere in maniera determinante sulle proprietà finali.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Science, descrive un metodo di fabbricazione che permette di ottenere una lega metallica con caratteristiche meccaniche nettamente superiori rispetto ai materiali tradizionali. L'approccio prevede una prima fase di fusione ad alta temperatura, seguita da un lungo trattamento a una temperatura decisamente più contenuta, pari a 550 °C, mantenuta per diverse ore o addirittura giorni.

Secondo i ricercatori, questo processo consente agli atomi di disporsi spontaneamente in una configurazione molto più ordinata, formando grani cristallini più piccoli, uniformi e privi di difetti. Proprio questa organizzazione interna costituisce la principale ragione dell'aumento delle prestazioni meccaniche osservato durante i test.

Per realizzare il nuovo materiale, il team ha combinato cinque elementi: afnio, niobio, tantalio, titanio e zirconio. Dopo numerose prove, il risultato migliore è arrivato mantenendo il materiale a 550 °C per circa 32 ore, ottenendo una Refractory High-Entropy Alloy (RHEA) con proprietà decisamente superiori rispetto alle leghe prodotte attraverso le tecniche convenzionali.

I test hanno evidenziato numeri particolarmente interessanti. La nuova lega risulta due volte più resistente dell'acciaio, tre volte più resistente dell'alluminio e due volte più resistente rispetto alla stessa lega realizzata con un processo produttivo tradizionale. Il materiale raggiunge inoltre una resistenza a compressione superiore a 2 gigapascal, mantenendo al tempo stesso una buona duttilità, caratteristica che permette di deformarlo senza provocarne la rottura.

"Anziché aumentare il contenuto di elementi di lega per ottenere prestazioni migliori, potremmo essere in grado di progettare strutture interne che offrano proprietà superiori con un minor numero di elementi di lega. Ciò potrebbe portare a una produzione di leghe più efficiente, sostenibile ed economicamente vantaggiosa" ha spiegato il professor Jian-Feng Nie, della Monash University in Australia.

Secondo il gruppo di ricerca, questa tecnica potrebbe estendersi anche ad altre leghe metalliche, aprendo prospettive interessanti nella progettazione di materiali avanzati destinati a numerosi comparti industriali. L'obiettivo futuro consiste nel comprendere con maggiore precisione i meccanismi che guidano la riorganizzazione degli atomi durante il trattamento termico, così da perfezionare ulteriormente il processo e applicarlo a un numero sempre maggiore di sistemi metallici.

I ricercatori ritengono inoltre che questo approccio possa consentire, in futuro, di ottenere materiali più resistenti con una quantità inferiore di elementi di lega, favorendo processi produttivi più efficienti, sostenibili e convenienti senza rinunciare alle prestazioni meccaniche.