Un nuovo tempo per il titanio (3)

Titanio nanogemellato

(Continua)

Più recentemente, Minor e Robert Ritchie, professori di scienza dei materiali e ingegneria meccanica, hanno sviluppato un metodo pionieristico di lavorazione in massa per produrre titanio puro che è meno costoso e produce un metallo con maggiore resistenza alla trazione e duttilità.

i professori Daryl Chrzan, Mark Asta e Andrew Minor in piedi accanto al microscopio elettronico TEAM I

I professori di scienza e ingegneria dei materiali (da sinistra) Daryl Chrzan, Mark Asta e Andrew Minor con il progetto TEAM I (microscopio corretto per l'aberrazione elettronica a trasmissione) presso il Centro nazionale di microscopia elettronica del Berkeley Lab. (Foto di Adam Lau / Berkeley Engineering)

Oltre alle leghe, un altro modo per rafforzare i metalli strutturali è personalizzare la dimensione dei cristalli – noti anche come grani – che compongono il metallo utilizzando il calore e la lavorazione meccanica, come la laminazione o la pressatura. Riducendo la dimensione dei grani a sub-micrometri o nanometri, i ricercatori possono introdurre le cosiddette strutture nanotwinned, o difetti nel metallo causati da strutture cristalline allineate. Le strutture nanogemellate migliorano la resistenza e riducono il rischio di frattura agendo come una barriera agli scivolamenti planari. Adattando la spaziatura e l'orientamento delle strutture nanogemellate, afferma Minor, le proprietà meccaniche possono essere ulteriormente ottimizzate. Ma i metodi tradizionali per farlo non sono né banali né economici.

Minor, Ritchie e colleghi hanno invece introdotto molteplici strutture nanogemellate in titanio puro mediante un processo criomeccanico. Hanno usato pezzi di titanio a forma di cubo che sono stati pressati lungo tre lati in azoto liquido. La delicata compressione, afferma Minor, controlla la densità delle strutture nanogemellate che rafforzano il metallo preservandone la struttura iniziale del grano. Soprattutto, il processo non si basa sul calore intenso e forse è un modo più sostenibile per produrre il titanio per una gamma di applicazioni molto più ampia rispetto a oggi.

Le proprietà meccaniche del materiale crioforgiato, in particolare resistenza e duttilità, si mantengono a temperature estremamente elevate e criogeniche. Minor afferma che le prestazioni del titanio nanogemellato lo rendono ideale per cose come motori a reazione estremamente caldi e ambienti operativi molto freddi che suggerirebbero usi come anelli di ritenzione per magneti superconduttori, parti strutturali di serbatoi di gas naturale liquefatto e materiali da esposto ad ambienti oceanici o spaziali profondi.

Alla domanda se un giorno il nuovo processo di fabbricazione del titanio di livello commerciale potrebbe essere portato su larga scala, Minor ha risposto: perché no? È più difficile realizzare cose come il processo Kroll utilizzato oggi, in cui il materiale deve essere isolato elettricamente e l'intero processo richiede enormi quantità di energia. "E con questa crioforgiatura, sai, metteremmo semplicemente le cose in un bagno."