Gli studiosi della Korea Maritime and Ocean University trovano la chiave per ridurre i difetti nei multimateriali
Lo studio mostra che il controllo del gradiente di miscelazione dei materiali componenti in materiali classificati funzionalmente può migliorare le proprietà meccaniche
I materiali utilizzati nei settori aerospaziale, automobilistico, delle apparecchiature mediche, della difesa devono resistere ad ambienti estremamente difficili. Piccole imperfezioni nei materiali, ad esempio crepe, possono portare a conseguenze catastrofiche e enormi perdite economiche. Tuttavia, la maggior parte dei materiali non è in grado di sopportare temperature e pressioni così elevate. I multimateriali, come i materiali classificati in modo funzionale (FGM), che combinano materiali diversi per produrre prestazioni migliori, sono l’ideale in questa situazione.
I multimateriali sono normalmente realizzati mediante produzione additiva (AM), in cui strati di materiali diversi vengono depositati uno sull’altro. Tuttavia, crepe e pori sono comuni negli strati limite a causa delle diverse proprietà dei materiali. Le MGF cercano di ridurre queste crepe creando un “gradiente” al cambiamento di composizione attraverso il volume del materiale. Ora, i ricercatori della Korea Maritime and Ocean University hanno sviluppato un modo per sintetizzare una MGF ad alte prestazioni fatta di Inconel 718 e acciaio inossidabile (STS) 316L e minimizzarne i difetti. Secondo il professor Do-Sik Shim, che ha guidato lo studio, “Inconel 718 ha proprietà eccellenti, ma è costoso. Mescolandolo con STS 316L per creare una MGF ad alte prestazioni, non solo abbiamo migliorato i suoi vantaggi tecnici e commerciali, ma anche la sua fattibilità economica. ” I loro risultati sono pubblicati nel Journal of Materials Research and Technology .
Per il loro lavoro, il team di ricerca ha depositato STS 316L su Inconel 718 utilizzando una tecnica di stampa 3D chiamata “deposizione di energia diretta”. Hanno creato tre tipi di MGF, non graduate (NG), che prevedevano uno strato di STS depositato direttamente su Inconel, graduate (10) e graduate (25), che avevano gradienti di miscelazione rispettivamente del 10% e del 25%. Hanno scoperto che le crepe interfacciali erano comuni nel tipo NG, mentre Graded (10) e Graded (25) presentavano crepe solo in regioni specifiche a causa della “transizione da colonna a equitassiale” (una transizione nella microstruttura della MGF), precipitazioni , o l’inclusione di impurità di titanio, alluminio o cromo. Hanno inoltre visto che il tipo Graded (25) mostrava la massima resistenza alla trazione e allungamento.
Questi risultati indicano che la microstruttura e le proprietà meccaniche delle MGF dipendono fortemente dal rapporto di gradiente dei componenti, creando così il potenziale per ottenere difetti minimi o addirittura assenti nelle MGF. ” Questi risultati porteranno a miglioramenti nel campo, come costi ridotti, durata estesa dei componenti nelle apparecchiature e funzionalità migliorate “, afferma il professor Shim. I piani futuri del team di ricerca includono l’utilizzo della nuova FGM per la produzione di parti di forma complessa utilizzando le tecnologie AM.
