Mașini mai rezistente? Oamenii de știință tocmai au creat un oțel extrem de rezistent care nu ruginește niciodată

Cercetătorii de la Universitatea Purdue și de la Universitatea din China de Sud au utilizat un model de învățare automată interpretabil pentru a proiecta un nou aliaj de oțel, extrem de rezistent și rezistent la rugină, optimizat special pentru imprimarea 3D prin fuziune cu laser pe pat de pulbere (LPBF – Laser Powder Bed Fusion), transmite Popular Mechanics.

Echipa a introdus în algoritm 81 de caracteristici fizico-chimice pentru fiecare element, inclusiv raza atomică și comportamentul electronilor, și l-a antrenat nu doar pe proprietățile aliajului, ci și pe modul în care aceste elemente se comportă în timpul procesului de imprimare 3D. Cu alte cuvinte, oțelul a fost conceput de la început ca material pentru imprimare, spre deosebire de majoritatea metalelor utilizate în prezent în 3D, proiectate inițial pentru forjare sau turnare și adaptate ulterior – adesea cu pierderi de rezistență, defecte sau ineficiențe în timpul încălzirii și răcirii.

Compoziția rezultată este greu de pronunțat – Fe-15Cr-3,2Ni-0,8Mn-0,6Cu-0,56Si-0,4Al-0,16C – dar performanța sa este remarcabilă. Modelul a prevăzut că piesele imprimate din acest aliaj pot rezista la o tensiune de aproximativ 1.713 megapascali, întinzându-se cu peste 15% înainte de rupere, iar testele fizice pe eșantioarele imprimate prin LPBF au confirmat aproape exact aceste valori. Potrivit autorilor, aceasta înseamnă o creștere de aproximativ 30% a rezistenței față de starea metalului imediat după imprimare și o dublare a ductilității – o combinație rară în cazul oțelurilor de înaltă performanță.

Un tratament termic scurt, de șase ore, este esențial: în această etapă, particule la scară nanometrică de cupru și nichel-aluminiu se precipită în interiorul oțelului, fixând defectele din rețeaua cristalină și împiedicându-le să se răspândească sub tensiune, ceea ce explică creșterea simultană a rezistenței și a ductilității. În același timp, compoziția chimică bogată în crom și atent ajustată conferă aliajului o rezistență puternică la coroziune: în testele cu apă sărată, acesta s-a degradat cu doar aproximativ 0,105 milimetri pe an – mai bine decât numeroase oțeluri inoxidabile comerciale de top. Această performanță la coroziune, combinată cu robustețea mecanică, face din material un candidat puternic pentru aplicații aerospațiale și marine, unde umiditatea este inevitabilă. Totodată, în industria auto va însemna mașini mai rezistente.

Autorii își prezintă fluxul de lucru bazat pe caracteristici fizico-chimice și învățare automată (PF-ML) ca pe un model pentru descoperirea aliajelor, nu ca pe o curiozitate izolată. „Această strategie a accelerat dramatic procesul de descoperire și a permis introducerea unei strategii cu costuri reduse și proces scurt pentru fabricarea aditivă a oțelurilor UHSDS cu rezistență excepțională la coroziune, depășind astfel limitările critice ale oțelurilor fabricate aditiv în prezent”, au scris autorii în articol.

Deși caracteristicile specifice vor trebui reoptimizate pentru fiecare nouă clasă de materiale, studiul indică o schimbare de direcție în industrie: metale create special pentru imprimarea 3D, care combină rezistența, ductilitatea și rezistența la rugină cu viteza și libertatea geometrică ce au făcut celebră fabricarea aditivă.