I ricercatori sviluppano una nuova superlega stampata in 3D che genera più elettricità con meno carbonio

I ricercatori del Sandia National Laboratories hanno collaborato con l’Ames National Laboratory, un laboratorio nazionale del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, e Bruker Corp., un produttore americano di strumenti scientifici per la ricerca molecolare e sui materiali, per sviluppare una superlega stampata in 3D utilizzando Laser Engineered Net Shaping (LENS) macchine. Questa nuova superlega stampata in 3D può generare più elettricità emettendo meno carbonio.

La lega aveva una struttura complessa che consentiva un'elevata durezza insensibile alla temperatura fino a 800 °C.

“Stiamo dimostrando che questo materiale può accedere a combinazioni precedentemente non ottenibili di elevata resistenza, peso ridotto e resilienza alle alte temperature. Riteniamo che parte del motivo per cui abbiamo raggiunto questo obiettivo sia dovuto all’approccio della produzione additiva”.

Sommario

La superlega stampata in 3D è stata creata dai ricercatori con una composizione insolita che la rende più resistente e leggera degli attuali materiali all’avanguardia utilizzati nei macchinari delle turbine a gas. I risultati potrebbero avere implicazioni di vasta portata nei settori energetico, aerospaziale e automobilistico e suggeriscono l’esistenza di una nuova classe di leghe simili ancora da scoprire.

I risultati indicano una classe di leghe precedentemente sconosciuta con ampie applicazioni nei settori energetico, aerospaziale e automobilistico.

La composizione della nuova superlega è 42% alluminio, 25% titanio, 13% niobio, 8% zirconio, 8% molibdeno e 4% tantalio. Gli esperimenti condotti dal team hanno dimostrato che era più forte a 800 gradi Celsius (1.472 gradi Fahrenheit) rispetto ad altre superleghe e che rimaneva più forte anche dopo essere stato raffreddato a temperatura ambiente.

I risultati potrebbero avvantaggiare settori diversi da quello energetico. I ricercatori aerospaziali sono alla ricerca di materiali leggeri in grado di resistere alle alte temperature. Inoltre, lo scienziato dell'Ames Lab Nic Argibay ha affermato che Ames e Sandia stanno collaborando con l'industria per studiare come le leghe come questa potrebbero essere utilizzate nell'industria automobilistica.

“La teoria della struttura elettronica guidata da Ames Lab è stata in grado di fornire una comprensione delle origini atomiche di queste utili proprietà, e ora stiamo ottimizzando questa nuova classe di leghe per affrontare le sfide di produzione e scalabilità”.

Le scoperte potrebbero essere utili non solo per il settore energetico, poiché anche gli esperti aerospaziali desiderano materiali leggeri che mantengano la resistenza in condizioni di caldo estremo. Ames e Sandia stanno anche collaborando con le aziende per studiare come queste leghe potrebbero essere utilizzate nell'industria automobilistica.

Questo nuovo studio dimostra come la stampa 3D possa essere utilizzata per creare nuovi materiali in modo rapido ed efficace. I membri del team Sandia hanno utilizzato una stampante 3D per fondere rapidamente le polveri metalliche e creare un campione.

Poiché nessun singolo metallo costituisce più della metà del materiale, l'invenzione di Sandia rappresenta un cambiamento fondamentale nel modo in cui sono state create le leghe. L’acciaio, d’altro canto, è composto principalmente da ferro, di cui quasi il 98% è ferro, mescolato con carbonio e altri materiali.

Il team sta ora esaminando se approcci di modellazione computerizzata all’avanguardia potrebbero aiutare nella scoperta di più membri di quella che potrebbe essere una nuova classe di superleghe adatte alla produzione additiva.

Andando avanti, i ricercatori vogliono vedere se le tecniche avanzate di modellazione computerizzata possono aiutarli a trovare più membri di quella che potrebbe essere una nuova classe di superleghe ad alte prestazioni per la produzione additiva.

Andrew Kustas ha sottolineato che ci saranno sfide da affrontare. Per prima cosa, potrebbe essere difficile produrre grandi quantità della nuova superlega stampata in 3D senza crepe microscopiche, che rappresenta una sfida comune nella produzione additiva. Ha inoltre affermato che i materiali utilizzati per realizzare la lega sono costosi. Di conseguenza, la lega potrebbe non essere appropriata per i beni di consumo in cui il costo è una preoccupazione primaria.

Il Dipartimento di Energia e il programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio di Sandia hanno fornito i finanziamenti per lo studio.