Le nanoparticelle fanno una grande differenza per l’alluminio “non saldabile”.

Sebbene gran parte di essa sia nascosta alla vista, la saldatura è una parte vitale della società. È il collante che tiene insieme la struttura delle auto che guidiamo, degli edifici che occupiamo, degli elettrodomestici che utilizziamo e dei macchinari pesanti che ci fanno andare avanti. Ogni anno continua l’instancabile ricerca di materiali più resistenti e leggeri per semplificare il nostro viaggio nel futuro dei trasporti e dell’esplorazione spaziale.

Alcuni di questi materiali futuristici esistono da decenni, ma la tecnologia necessaria per saldarli è rimasta indietro. Un gruppo di ricercatori della Samueli School of Engineering dell'UCLA ha recentemente trovato la chiave per sbloccare la saldabilità della lega di alluminio 7075, sviluppata negli anni '40. Aggiungendo nanoparticelle di carburo di titanio alla miscela, sono stati in grado di creare un legame che si è rivelato più forte dei pezzi stessi.

In termini più semplici, la saldatura è definita come "l'unione di metalli e plastica senza l'uso di elementi di fissaggio". Il tipo più comune è noto come saldatura per fusione, in cui i metalli base vengono fusi insieme con una fiamma o un elettrodo. La saldatura senza fusione comprende la saldatura e la brasatura. In questi metodi, un terzo metallo viene utilizzato come riempitivo per facilitare l'unione dei pezzi.

La saldatura risale al Medioevo, e i primi saldatori erano fabbri. Questi uomini coraggiosi e coperti di fuliggine tagliarono e unirono insieme pezzi di ferro usando nient'altro che fuoco, martelli e un profondo pozzo di pazienza. La rivoluzione industriale aumentò la domanda di saldatura di diversi ordini di grandezza, perché gran parte dei macchinari di quell’epoca erano realizzati mediante fusione di metallo fuso. Ciò ha portato alla creazione di un’intera sottoindustria basata su un nuovo processo di saldatura della fusione, che prevedeva il riscaldamento dei pezzi rotti, l’imbullonatura di uno stampo attorno ad essi e il versamento del metallo fuso.

Quando nel 20° secolo arrivò l’elettricità, le barre ad arco di carbonio utilizzate negli apparecchi di illuminazione diedero vita all’idea della saldatura ad arco. La saldatura ad arco funziona creando un circuito tra un alimentatore (la saldatrice ad arco) ed i metalli da saldare. Il cavo di terra è fissato al pezzo da lavorare e il cavo positivo corre verso un morsetto caricato a molla che sostiene un elettrodo da 12-14 pollici. Questa asta è costituita da un metallo d'apporto abbinato rivestito con un materiale fondente che si trasforma in gas quando riscaldato. Questo gas protegge il pezzo da lavorare e il metallo d'apporto dalle impurità presenti nell'aria durante la formazione del cordone. Lo svantaggio è che crea anche scorie di sporcizia solidificate che devono essere rimosse.

La saldatura a gas ossiacetilenico venne subito dopo la saldatura ad arco e la prima guerra mondiale fece avanzare entrambi questi metodi. Quando l’industria aeronautica iniziò a decollare, la domanda di metalli leggeri e durevoli e di persone in grado di saldarli insieme salì alle stelle. Un nuovo stile di saldatura noto come GTAW (saldatura ad arco di tungsteno a gas), Heli-Arc o TIG (gas inerte di tungsteno) iniziò a guadagnare popolarità. Anche se difficile da padroneggiare, la saldatura TIG offre un controllo più preciso e dà risultati eccellenti.

Molti metalli comunemente saldati sono leghe di diversi metalli. Questo perché i metalli puri sono troppo teneri (e preziosi) per i telai di automobili ed edifici. L'unico problema è che i metalli costituenti di alcune leghe non si fondono bene insieme. Quando riscaldati, i diversi metalli scorrono in modo non uniforme e si sviluppano crepe lungo il giunto saldato. Questo tallone d'Achille rende numerose leghe altrimenti resistenti e affidabili inutili per le applicazioni saldate.

AA7075 è una di queste leghe. Questa miscela decennale di alluminio, zinco, magnesio e rame è estremamente resistente ma leggera. È ideale per una serie di applicazioni, soprattutto dove sono importanti l'efficienza del carburante e la conservazione della batteria. L'unico problema è che l'AA7075 è altamente suscettibile alla rottura durante la saldatura. Sebbene sia ampiamente utilizzato nelle fusoliere degli aerei rivettate, l'AA7075 è generalmente considerato non saldabile in alcun modo.

Un gruppo di ricerca dell'UCLA guidato dallo studente laureato Maximilian Sokoluk e dal professor Xiaochun Li ha dato alla lega una nuova prospettiva di vita. Hanno trovato un modo per saldare insieme TIG due pezzi di AA7075 senza alcuna fessurazione.