I ricercatori utilizzano i gusci d'uovo (sì, proprio i gusci d'uovo) per realizzare leghe metalliche più resistenti e leggere
«Questo studio dimostra che è possibile produrre leghe di magnesio di alto valore e di alta qualità utilizzando un materiale di scarto biogenico, economico e sostenibile»
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I ricercatori hanno messo a punto una tecnica che utilizza gusci d’uovo in polvere per produrre leghe di magnesio di alta qualità, che trovano ampia applicazione nei settori automobilistico, aerospaziale e biomedico. I gusci d’uovo vengono utilizzati come alternativa economica ed ecocompatibile ai tradizionali materiali a base di calcio, che vengono prodotti a partire dal minerale mediante un processo ad alto consumo energetico.
I materiali a base di calcio, come il carbonato di calcio e l’ossido di calcio, trovano impiego in una vasta gamma di applicazioni.
«Ad esempio, il carbonato di calcio e l’ossido di calcio sono materiali importanti per la produzione di leghe metalliche», afferma Bharat Gwalani, autore corrispondente di un articolo su questo lavoro e professore assistente di scienza e ingegneria dei materiali presso la North Carolina State University. «Ma la produzione di questi materiali a base di calcio si basa su un processo complesso che fa uso di materiali estratti dalle miniere. Abbiamo dimostrato una tecnica che ci permette di saltare una fase. Anziché lavorare il minerale per ottenere materiali a base di calcio e poi utilizzare tali materiali per produrre metalli o leghe metalliche, abbiamo dimostrato che è possibile produrre una lega metallica di alta qualità utilizzando i gusci d’uovo».
I gusci d’uovo sono composti per il 95% da carbonato di calcio, e il processo utilizzato dai ricercatori per incorporarli nelle leghe li converte in ossido di calcio e calcio nascente.
“I vantaggi sono molti”, afferma Gwalani. “I passaggi sono meno numerosi. Si dispone di una catena di approvvigionamento affidabile e sostenibile. I gusci d’uovo sono economici. E si consuma molta meno energia, poiché non è necessario passare attraverso il processo di creazione di prodotti a base di calcio a partire dal minerale.”
Per questo lavoro di validazione del concetto, i ricercatori hanno utilizzato i gusci d’uovo per produrre leghe di magnesio più resistenti e dure, che presentano un rapporto tra resistenza e peso che le rende utili per applicazioni quali l’elettronica e le apparecchiature aerospaziali.
«Il calcio viene aggiunto al magnesio per migliorarne le proprietà meccaniche», spiega Gwalani. «Volevamo verificare se fosse possibile utilizzare un rifiuto biogenico – i gusci d’uovo – per produrre i materiali a base di calcio necessari durante il processo di fabbricazione».
Per questo processo, i ricercatori iniziano praticando una serie di fori equidistanti in un blocco cilindrico di magnesio. Tali fori vengono poi riempiti con gusci d’uovo finemente macinati. Il blocco viene quindi inserito in un cilindro d’acciaio. Successivamente, all’interno del cilindro viene calato un mandrino d’acciaio con un foro al centro. Il mandrino funge essenzialmente da pestello in un mortaio, esercitando una pressione sul blocco di magnesio e ruotando a 300 giri al minuto.
Questo processo è denominato estrusione per agitazione con attrito. Mentre il mandrino preme verso il basso e ruota, avvengono diversi fenomeni quasi contemporaneamente. La polvere di guscio d’uovo viene mescolata al magnesio circostante, creando attrito tra le particelle di guscio d’uovo e il metallo. Questo attrito converte il carbonato di calcio in ossido di calcio e calcio, producendo la lega ad alta resistenzaMg₂Ca. Infine, la pressione verso il basso esercitata dal mandrino spinge la lega di magnesio fuori attraverso il foro, dando origine a una barra estrusa che costituisce il prodotto finito.
«Questo lavoro dimostra che è possibile produrre leghe di magnesio di alto valore e di alta qualità utilizzando un materiale di scarto biogenico, economico e sostenibile», afferma Gwalani. «Si tratta di un metodo scalabile, efficiente dal punto di vista energetico e rispettoso dell’ambiente per produrre compositi a base di magnesio utilizzando materiali di scarto biogenici.
«E abbiamo già dimostrato che questo approccio ha applicazioni che vanno oltre il magnesio e i gusci d’uovo», aggiunge Gwalani. «All’inizio di quest’anno abbiamo dimostrato che è possibile utilizzare lo stesso approccio – l’estrusione per agitazione con attrito – per produrre compositi magnetici macinando polvere magnetica di samario-cobalto (SmCo5) in scarti di alluminio».
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