Oamenii de știință din Coreea de Sud au inventat un nou aliaj, supranumit super-oțel, care are același raport rezistență/greutate ca și titanul – metalul superrezistent folosit la construcția motoarelor de avioane, rachetelor, navelor spațiale și a implanturilor medicale – dar care poate fi produs la o zecime din cost.
Pentru a dezvolta un nou tip de metal revoluționar, echipa de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Pohang a trebuit să depășească o problemă care a frânat progresul cercetărilor în domeniul materialelor timp de decenii. Această provocare a fost descrisă detaliat de William Herkewitz în revista Popular Mechanics.[sursa]
Ideea de super-oţel nu este una nouă: încercări și eșecuri
Conceptul de super-oțel, un material extraordinar de puternic și ușor, nu este nou. Încă din anii 1970, cercetătorii sovietici au descoperit că adăugarea aluminiului la oțel poate duce la obținerea unui metal cu proprietăți remarcabile de rezistență și greutate redusă. Totuși, acest tip de oțel s-a dovedit a fi extrem de fragil. Deși putea suporta forțe considerabile, odată ce limita sa de rezistență era atinsă, se rupea brusc, fără a se deforma, ceea ce îl făcea inutil în multe aplicații practice.
Problema fundamentală a oțelului tradițional este că, deși este foarte rezistent și relativ ieftin, este, de asemenea, foarte greu. Această greutate îl face inadecvat pentru utilizarea în aviație și, deși a fost larg folosit în industria auto, provocările legate de eficiența consumului de combustibil au condus la o scădere semnificativă a cantității de oțel utilizată în vehicule. Între anii 1995 și 2011, proporția de oțel într-un vehicul ușor mediu a scăzut de la 68,1% la 60,1%, o tendință care se preconizează că va continua.[sursa]
Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au încercat să amestece oțelul cu alte materiale pentru a-i reduce greutatea, iar aluminiul s-a dovedit a fi candidatul ideal datorită ușurinței și costului său scăzut. Totuși, procesul de combinare a aluminiului cu oțelul – un aliaj de fier, aluminiu și carbon – s-a dovedit a fi plin de dificultăți.
În anumite condiții, atomii de aluminiu și fier formau structuri cristaline dense, cunoscute sub numele de B2. Deși aceste structuri erau foarte puternice, ele erau, din păcate, și extrem de fragile, făcând materialul susceptibil la fisurare și ruptură sub stres mecanic. Adăugarea de mangan a redus parțial această fragilitate, dar nu suficient pentru a face materialul viabil pentru utilizări practice.
Un progres semnificativ a fost realizat de Hansoo Kim, cercetător principal și om de știință în domeniul materialelor, care a propus o abordare inovatoare: manipularea structurii aliajului aluminiu-oțel la scară nanometrică. „Ideea mea inițială a fost că, dacă aș putea cumva să induc formarea acestor cristale B2, aș putea să le dispersez uniform în masa oțelului.”, a explicat Kim pentru Popular Mechanics.
Astfel, echipa sa a descoperit că, prin dispersarea cristalelor B2 și separarea acestora în matricea de oțel, restul structurii aliajului ar putea umple spațiile goale și ar putea preveni ruperea materialului.
Adăugarea nichelului: soluția cheie
Cheia succesului a fost descoperirea că un adaos de nichel ar putea stabiliza aceste cristale B2. Conform relatărilor din publicaţia The Economist, „nichelul reacționează cu o parte din aluminiu pentru a crea cristale B2 cu un diametru de doar câțiva nanometri. Aceste cristale se formează atât între boabele de oțel, cât și în interiorul acestora, în timpul procesului de recoacere. Cristalele B2 sunt rezistente la forfecare, ceea ce înseamnă că, atunci când se aplică o forță asupra noului material, acestea nu se sparg, prevenind astfel propagarea fisurilor minore și conferindu-i o rezistență remarcabilă.” Această combinație unică de rezistență și ușurință, adusă de aluminiu, a fost tocmai ceea ce Kim și echipa sa urmăreau.[sursa]
O nouă eră în materialele de construcție
Rezultatele acestei cercetări inovatoare au fost publicate în prestigioasa revistă Nature și deschid noi perspective în domeniul materialelor avansate. Echipa speră că metoda lor va fi adoptată de cercetători din întreaga lume pentru a dezvolta noi aliaje cu proprietăți extraordinare, adecvate pentru o varietate de aplicații industriale.[sursa]
În prezent, se află în discuții cu POSCO, unul dintre cei mai mari producători de oțel din lume, pentru a explora posibilitatea de a introduce acest „super-oțel” în producția de masă.
Abonaţi-vă la newsletter folosind butonul de mai jos, pentru a primi - periodic şi gratuit - o notificare pe adresa de email atunci când publicăm articole interesante:
