Un team di ricercatori della Arizona State University, del US Army Research Laboratory (ARL) della Lehigh University e della Louisiana State University ha sviluppato una lega di rame rivoluzionaria, capace di resistere a temperature di 800°C per oltre 10.000 ore, mantenendo al contempo un’elevata resistenza meccanica.
Le leghe metalliche, ottenute combinando due o più metalli, possiedono proprietà superiori rispetto ai loro componenti puri. La loro creazione mira spesso a ottenere maggiore resistenza alla corrosione, robustezza e durabilità, caratteristiche che le rendono fondamentali in settori come l’industria delle costruzioni, l’automotive, l’aerospaziale e perfino nella produzione di utensili da cucina.
A seconda del metallo principale impiegato, le leghe possono vantare proprietà uniche, come una maggiore conduttività termica o una superiore resistenza al calore. Tuttavia, presentano anche delle limitazioni. Le leghe a base di nichel, ad esempio, sono estremamente resistenti ma hanno una bassa conduttività termica. Le leghe di tungsteno resistono bene alle alte temperature, ma la loro elevata densità complica i processi di produzione.
La lega CuTaLi
La nuova lega a base di rame, tantalio e litio (Cu3-Ta-0.5Li) si distingue proprio per la sua combinazione di resistenza al calore e alta prestazione meccanica. Il metodo di produzione è stato inizialmente sviluppato dai ricercatori della Lehigh University, che hanno stabilizzato le precipitazioni di Cu3Li attraverso uno strato bilayer di atomi di tantalio.
Per ottenere una struttura nanocristallina fine, i ricercatori hanno utilizzato la metallurgia delle polveri e la macinazione criogenica ad alta energia. Mentre i confini dei grani nelle leghe tradizionali tendono a migrare alle alte temperature, il bilayer di tantalio impedisce questa crescita, garantendo la stabilità strutturale della lega anche in condizioni estreme.
Nei test di laboratorio, la lega ha dimostrato una perdita minima di resistenza dopo essere stata esposta a temperature di 800°C per oltre un anno. Inoltre, la sua resistenza allo snervamento a temperatura ambiente è di 1120 MPa, un valore nettamente superiore rispetto alle leghe di rame esistenti. Un ulteriore vantaggio è la ridotta deformazione per scorrimento viscoso (creep) rispetto ad altre leghe con componenti simili, anche in prossimità del punto di fusione.
Cosa rende questa lega così speciale?
L’aggiunta dello 0,5% di litio in questa lega è cruciale, poiché trasforma la morfologia delle precipitazioni da una forma sferica a strutture cuboidali stabili, migliorando le proprietà termiche e meccaniche.
Avere una precipitazione di rame e litio con un bilayer stabile di tantalio permette di modificare l’impronta di cedimento alle alte temperature. In questo modo, la nuova lega mantiene la sua resistenza e integrità strutturale anche dopo un’esposizione prolungata a temperature elevate.
Questa innovazione apre la strada a una nuova generazione di leghe di rame, con possibili applicazioni in scambiatori di calore, componenti elettrici ad alte prestazioni, materiali strutturali e settori come l’aerospaziale e la difesa. Ma getta anche le basi per materiali capaci di resistere a condizioni ambientali estreme.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Science.
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