Ames Lab sviluppa atomizzatore a 3.400 °C per la fusione

Il nuovo impianto di Ames Lab fonde solo un piccolo volume di metallo alla volta all'interno di un crogiolo di rame raffreddato ad acqua. I ricercatori stanno sviluppando un atomizzatore di polveri di metalli refrattari — un'apparecchiatura che trasforma il materiale di alimentazione fuso in polvere — destinato a materiali che devono resistere ad ambienti estremi, compresi i sistemi per l'energia da fusione e le turbine a gas. Può lavorare materiali fino a 3.400 °C e produrre fino a un chilogrammo al minuto.

La necessità è tanto industriale quanto scientifica. I metalli in polvere consentono di fabbricare con precisione componenti complessi e leghe specializzate che i metodi tradizionali faticano a produrre. Secondo lo scienziato di Ames Lab Jordan Tiarks, i team che lavorano a nuove leghe per alte temperature dovevano attendere oltre un anno per ricevere una quantità di polvere sufficiente a testare le loro idee. Il nuovo sistema è pensato per fornire le quantità necessarie allo sviluppo, ai test e all'aumento della produzione.

Il meccanismo centrale è un processo al plasma ad arco trasferito. Anziché affidarsi a un elettrodo prodotto appositamente, il plasma ad alta energia fonde localmente il materiale di alimentazione prima dell'atomizzazione; il materiale può essere costituito da barre o pezzi, purché la sua composizione sia uniforme. Lo strato esterno si congela contro il rame raffreddato formando una sottile «crosta» protettiva, che separa il materiale fuso dal crogiolo. Mantenere fuso solo un piccolo volume alla volta limita inoltre il tempo trascorso dal materiale ad alta temperatura, cosa che secondo Tiarks contribuisce a preservare la purezza e a controllare la reattività.

Il sistema amplia la capacità di Ames Lab di lavorare con metalli refrattari, ma non è l'opzione più efficiente per ogni lega. Gli atomizzatori a induzione e quelli a ugello ravvicinato esistenti lavorano le leghe convenzionali a temperature inferiori e possono raggiungere una resa del 50%-60% nella granulometria ottimale. Per le leghe ad alta temperatura, l'atomizzatore per materiali refrattari raggiunge in genere il 10%-20% in quella granulometria.

In concreto, i ricercatori che sviluppano materiali per l'energia da fusione o leghe per turbine più calde potrebbero utilizzare l'apparecchiatura per produrre una quantità di polvere sufficiente a effettuare test ripetuti e aumentare la produzione, invece di attendere un anno o più per le forniture. Il cambiamento nell'immediato è l'accesso a un materiale di ricerca difficile da ottenere: l'annuncio descrive uno strumento per accelerare lo sviluppo dei materiali e la loro adozione da parte dell'industria, non una macchina per la fusione o un componente per turbine già in servizio.