Il nuovo super-acciaio super-leggero

Questa settimana Nature, una delle più prestigiose riviste scientifiche al mondo, ha pubblicato una ricerca di alcuni scienziati sudcoreani che hanno scoperto il modo di creare un nuovo tipo di acciaio, molto leggero, resistente quanto le migliori leghe di titanio, ma molto meno costoso. Si tratta di una delle più importanti scoperte nel settore dell’acciaio da decenni ed è la soluzione a un problema a cui gli ingegneri dei materiali stanno cercando soluzioni da moltissimo tempo.

L’acciaio, che è sostanzialmente una lega di ferro e carbonio, è uno dei materiali più importanti al mondo. Per i suoi molteplici usi, per tutto l’Ottocento e buona parte del Novecento la sua produzione era considerata un significativo indicatore del progresso economico di un paese. L’acciaio è un materiale importante perché è economico e molto resistente, ha spiegato in un articolo il settimanale Economist. È fondamentale nelle costruzioni, per la produzione di moltissimi macchinari, ma anche semplici utensili. È anche un materiale molto pesante: per questo, ad esempio, non è mai servito a granché nella produzione di aerei. Oggi, con la crescente domanda di automobili leggere dai consumi ridotti, l’acciaio si utilizza sempre meno anche nel settore auto.

Da tempo, molti ricercatori stanno cercando di produrre leghe resistenti come l’acciaio, ma più leggere. Le leghe di titanio, ad esempio, sono estremamente resistenti e leggere, ma anche molto costose: vengono quindi usate quasi esclusivamente per creare armamenti, come le corazze dei carri armati, costosissime auto per miliardari eccentrici o oggetti piccoli che richiedono pochissimo materiale, come alcuni dispositivi medici.

Un’altra soluzione è quella di creare leghe di acciaio e metalli più leggeri. Il candidato ideale per legarsi con l’acciaio è l’alluminio, che è quasi altrettanto abbondante del ferro ed economico. Qui però cominciano i problemi. Negli anni Settanta alcuni scienziati sovietici tentarono di unire alluminio e acciaio, ma il prodotto che ottennero non fu considerato soddisfacente. La lega ottenuta era resistente, abbastanza leggera ed economica. Ma era anche fragile: poteva resistere a una significativa applicazione di carico, ma oltrepassato il punto critico, invece che piegarsi come l’acciaio, finiva in pezzi. La sua fragilità rendeva la nuova lega sostanzialmente inutile per qualsiasi sviluppo commerciale. Gli scienziati scoprirono che il problema era che nella creazione della lega alcuni atomi di alluminio si fondevano con atomi di ferro creando una struttura cristallina chiamata B2. La B2 somiglia a venature o “pallini” di un grigio più chiaro rispetto al resto della struttura, è molto resistente ma, appunto, fragile.

Proprio da qui è partita la ricerca degli scienziati sudcoreani. Se invece che ottenere nugoli di B2 sparsi per tutta la struttura in modo casuale si fosse riuscito ad avere una distribuzione più regolare dei cristalli, ognuno separato dagli altri e circondati dall’acciaio, quest’ultimo avrebbe sostenuto la struttura dei cristalli stessi, impedendogli di spezzarsi. Tramite una serie di esperimenti e aggiungendo nichel al composto, gli scienziati sudcoreani sono riusciti a produrre una lega leggera, resistente come il titanio e che potrebbe costare fino a dieci volte di meno.

Il costo del nuovo prodotto non si sa ancora con certezza, visto che esiste un grossa differenza tra fare un nuovo materiale in laboratorio e trovare un sistema per produrne quantità industriali dagli altoforni di un’acciaieria. Oggi per produrre grandi quantità di acciaio si utilizzano dei silicati che servono a evitare ossidazione e contaminazioni. I silicati, tuttavia, producono determinate reazioni nella nuova lega e non possono essere usati nella sua produzione su larga scala. La scoperta degli scienziati sudocoreani sembra molto promettente e POSCO, un’acciaieria sudcoreana tra le più grandi al mondo, ha già detto che entro il 2015 intende tentare la produzione della nuova lega a livello industriale.