Mettere alla prova i materiali metallici avanzati
Allo stato solido, i metalli sono costituiti da uno stato atomico cristallino altamente ordinato. Tuttavia, se le leghe metalliche vengono raffreddate molto rapidamente attraverso il processo di «tempra», si produce vetro metallico che possiede una struttura atomica disordinata. Questi materiali possono essere opportunamente stampati e fusi in modo efficiente, con minori contrazioni ad esempio, per applicazioni personalizzate. Tuttavia un limite del vetro metallico è che per evitare la cristallizzazione, la velocità di tempra necessaria riduce le dimensioni del campione ottenibile. Il progetto VITRIMETTECH, finanziato dall'UE, ha formato un gruppo di giovani ricercatori europei in metodi all'avanguardia per lavorare con i vetri metallici, soprattutto sfusi, per applicazioni funzionali, biomeccaniche, chimiche e strutturali di microparticelle. Il progetto è riuscito a sintetizzare i materiali alle due estremità del processo di tempra: la pressofusione ad alta pressione per oggetti di dimensioni centimetriche di forma complessa costituiti da una lega magnetica e film sottili e nano-chicchi vetrosi uniti da una «colla» vetrosa dello spessore di poche centinaia di nanometri. Campioni che vanno dai nanometri ai centimetri I vetri metallici sono utilizzati in applicazioni in base alla loro specifica composizione. Ad esempio, quelli che sono a base di ferro e cobalto sono utilizzati in dispositivi elettromagnetici, mentre quelli a base di titanio sono adatti ai rivestimenti per protesi del corpo. I vetri metallici sono noti per essere intrinsecamente fragili, il che vuol dire che possono rompersi a causa di un forte stress e della temperatura, che provoca le cosiddette bande di scorrimento. VITRIMETTECH ha studiato l'origine e la dinamica di queste e ha scoperto che la loro velocità di scorrimento potrebbe essere ridotta. Il vetro potrebbe quindi essere ringiovanito, mediante trattamenti meccanici che riguardano la microstruttura del vetro come la torsione ad alta pressione o la pallinatura (modellare il metallo bombardandolo con palline di metallo). Lo scopo principale del progetto era quello di comprendere meglio le proprietà meccaniche dei materiali in vetro metallico, per migliorare la disponibilità dei materiali nei campi in cui sono già sulla linea di produzione (ad esempio nei dispositivi magnetici). Ha inoltre avviato l'apertura di nuovi campi nella chimica (ad es. nella catalisi e nella spettroscopia) e nell’ingegneria elettrica ed elettronica (ad es. per i componenti di motori). Il partner industriale del progetto, un produttore di apparecchiature per pressofusione, ha ora la capacità di sviluppare macchine in grado di realizzare vetri magnetici metallici in forme complesse. I ricercatori sono anche riusciti a produrre un nucleo di trasformatore laminato per un motore a induzione brevettato. Hanno inoltre migliorato la formulazione della lega per magneti morbidi amorfi e nanocristallini per macchine elettromagnetiche, che presentano caratteristiche magnetiche migliorate rispetto ai materiali di base. I vetri metallici sono stati inoltre utilizzati per lo sviluppo di oro e argento nanoporosi per l'uso rispettivamente nell’elettro-ossidazione di metanolo e nelle celle a combustibile alcaline. Il coordinatore del progetto, il prof. Livio Battezzati, riassume: «Abbiamo svolto ricerche all'avanguardia sui vetri metallici in tutte le dimensioni possibili, dal materiale sfuso alla pellicola sottile, formando un gruppo di giovani ricercatori che potranno portare i risultati alle aziende e ampliare il loro potenziale di innovazione». Un valore in crescendo per l’economia europea La ricerca su materiali metallici avanzati aumenterà di valore strategico e tecnico per l'industria manifatturiera europea nei prossimi decenni.. Le migliorie potrebbero portare a usare meno metallo o a usarlo in modo più intelligente, e a migliori opzioni di riciclaggio. Come afferma il professor Battezzati, «anche se i vetri metallici non cambieranno direttamente la vita di milioni di persone, avranno comunque un impatto sull'applicabilità industriale dei materiali per realizzare prodotti migliorati e nuovi dispositivi. Inoltre, i risultati del progetto porteranno la ricerca europea all'avanguardia in questo settore, in tutto il mondo». La squadra di ricerca sta ora lavorando per costruire sensori chimici e dispositivi elettromagnetici con i materiali sviluppati durante il progetto. Sono state abbozzate anche una serie di ricerche collaterali che i partner del progetto stanno perseguendo come: un ulteriore studio sulla capacità dei vetri metallici di sopportare lo stress da trazione (duttilizzazione), una migliore comprensione della dinamica degli atomi nel loro stato vetroso e del meccanismo di corrosione localizzata, apportando al contempo migliorie alle proprietà magnetiche.
Parole chiave
VITRIMETTECH, metalli, vetro metallico, lega, materiali avanzati, elettromagnetico, bande di scorrimento, catalisi, spettroscopia, motori, corrosione
