A cura di Ing. Paola Bassani................................................................................................................ pag

“Si studiano i fenomeni, anche un piccolo tassello alla volta, si cerca di comprenderne i meccanismi, si propongono nuove ipotesi e si verifica la loro efficacia, per arrivare alla soluzione del problema, a nuove risposte. Physical phenomena are studied, even a small bite at a time, to understand the processes, to formulate new thesis and then to verify them, in order to catch the problem solution, and get answers to unsolved questions.

Ing. Paola Bassani CNR – Icmate Lecco, Presidente del Comitato Tecnico AIM Metallurgia fisica e scienza dei materiali

STUDIARE LA MICROSTRUTTURA PER COMPRENDERE I FENOMENI FISICI E PROPORRE NUOVE SOLUZIONI

Prosegue in questo numero de ‘La Metallurgia Italiana’, la selezione su base tematica iniziata a febbraio di lavori pre-

sentati al Convegno Nazionale AIM, svoltosi in modalità telematica a gennaio. Dopo aver affrontato la manifattura additiva, la corrosione,

la simulazione e le prove meccaniche, il tema di questo nu-

mero è la Metallurgia Fisica e Scienza dei Materiali. Un tema ampio e trasversale, difficile quindi descrivere uno specifico ambito di applicazione o settore di riferimento.

E le memorie selezionate ben rispecchiamo questa mol-

teplicità: non ce ne sono due relative alla stessa tipologia di metallo, siano leghe commerciali (Nimonic 263) o leghe ancora sperimentali come le leghe ad alta entropia, e nemmeno stessa tipologia di applicazione: si spazia dalle leghe funzionali (NiTi, utilizzato in campio biomedicale o come

attuatore) a leghe preziose, a leghe per il settore energe-

TO STUDY THE MICROSTRUCTURE FOR PHYSICAL PHENOMENA UNDERSTANDING IN ORDER TO SUGGEST NEW SOLUTIONS

After additive manufacturing, corrosion, simulation and mechanical testing, also in this issue of ‘La Metallurgia Italiana’ a theme was chosen among the sessions of the AIM National conference.

The monthly theme is Physical Metallurgy and Material Science. A wide and transversal theme, hard to describe

as pertaining a unique application or field. The selected papers well show the heterogeneity of studied materials, spanning from commercial alloys such as Nimonic 263, to under development ones, as high entropy alloys. They also diplay very different application fields: from functional materials (like NiTi, usedfor biomedical applications or for actuators) , passing through goldsmith alloys, to high temperature alloys for energy production. What is in common to all these memories? Metals are stu-

died deeply in their structure, in order to understand their characteristics and to explain their behavior.

Cosa accomuna quindi queste memorie? Lo studio dei

metalli nel loro intimo, per carpirne i segreti e spiegarne i

comportamenti. E per far ciò non si ricorre solo a analisi ben conosciute e diffuse, come le prove meccaniche o la misura di durezza,

ma si abbinano anche analisi che ai più sembrano esotiche o evocano altro, come ad esempio la diffrattografia a raggi X, XRD, che ricorda nel nome la diagnostica per immagini RX, ma in realtà studia l’organizzazione del materiale a livello atomico. Ben più simile alla radiografia come principio è invece l’osservazione TEM, Transmission Electron

Microscopy, ovvero la Microscopia Elettronica in Trasmissione, che consente di osservare la microstruttura del me-

tallo fino a dettagli del milionesimo di millimetro, rivelando aspetti e caratteristiche non altrimenti rilevabili.

A che pro spingersi a questi livelli di dettaglio? Lo scopo è capire le ragioni alla base del comportamento che stiamo studiando, siano esse un problema (deforma-

zione da creep) o un’opportunità (proprietà meccaniche

inaspettate), e se si conoscono le cause diventa più sem-

plice proporre soluzioni migliorative o addirittura del tutto nuove. Quest’ultimo aspetto di fatto è lo scopo della ricerca scientifica, che sia applicata in ambito medico, mai come

in questo periodo all’attenzione di tutta la collettività, o ai

metalli o a qualsiasi altra disciplina tra quelle raggruppate dall’acronimo STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics); si studiano i fenomeni, anche un piccolo

tassello alla volta, si cerca di comprenderne i meccanismi, si propongono nuove ipotesi e si verifica la loro efficacia, per arrivare alla soluzione del problema, a nuove risposte. Non senza fallimenti, non senza impiego di tempo e risor-

se, soprattutto umane.

Di nuove risposte abbiamo estremamente bisogno in questo momento storico: la pandemia ci ha messo di fronte

a un inatteso momento di crisi sociale, crisi sia nei suoi In order to do so, not only widely applied investigations techniques are applied, such as hardness measurements or mechanical testing. Other characterization techniques are also used, some of which could seem exotic to the most,

or can be erroneously associated with other tests: one example is XRD, X-ray diffraction, that investigates the atomic arrangements of materials, and is quite far from X-ray radiography, commonly used to find defects in solids or casting, … or in human beings. General functioning scheme of X-ray radiography could be associate rather to TEM, Transmission Electron Microscopy: in both cases a irradiation beam passes through the investigated item and the signal is collected behind the object. TEM alloys to analyse the microstructure of metal down to nanometric size,

unveiling many microstructural features not observable in any other way. Why going so deeply in the material microstructure? The aim is to understand the basic mechanism acting in the material under study, whether the resulting effect is an issue (creep deformation) or an opportunity (astonishing mechanical properties). Once the mechanism is clear, easily an improvement or an innovative or even disruptive solution can be proposed. The latter is the main goal of the scientific research, regardless of the application field; both medical research, highly in the spotlight, or metals of any other field among those named STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics). Physical phenomena are studied, even a small bite at a time, to understand the

processes, to formulate new thesis and then to verify them, in order to catch the problem solution, and get answers to unsolved questions. Even if with defeats, and with a lot of time and resources, especially human resources. Solutions and answers are of utmost importance in this historical period: a unexpected social crisis was brought to us by COVID-19 pandemic. A crisis both according to ne-

aspetti più negativi, come momento drammatico, sia come momento di scelta, di cambiamento, secondo l’etimologia greca della parola. Si chiede a gran voce da più parti nuovi processi meno impattanti e possibilmente carbon neutral, nuovi materiali riciclabili e sostenibili, nuove soluzioni che aiutino ad af-

frontare le sfide odierne. E la ricerca è spesso chiamata in

causa senza peraltro che sia chiaro ai più quali siano i suoi

tempi e i suoi metodi. La ricerca può essere veloce nell’offrire risultati e con alto

tasso di successo quando apporta miglioramenti incrementali, anche significativi, a processi e prodotti, attraverso un intenso lavoro ben finanziato sia come risorse che

come mezzi. E un esempio sotto gli occhi di tutti è il tempo ridotto con cui sono stati sviluppati i vaccini anti-covid; le

tecnologie impiegate sono note nel settore da vari anni, e già studi erano stati eseguiti per sviluppare vaccini su virus simili: non si è trattato di un completo salto nel buio. Ma la

strada che conduce a qualcosa di totalmente nuovo invece nasce spesso in sordina, affronta insuccessi e continue nuove difficoltà, a volte nello scetticismo generale causato dalla novità, e si snoda lungo percorsi lunghi e tortuosi finché finalmente un finanziatore o una crisi improvvisa fanno confluire sulla nuova idea le risorse necessarie ad alimen-

tarla e farla crescere fino a dare i frutti attesi.

In questo periodo di scelte è quindi opportuno ricordare che quello che possiamo fare oggi, subito, è incrementale

rispetto a quanto già conosciamo, ma per impattare in maniera drastica sui problemi che stiamo affrontando, forse le

soluzioni devono ancora essere trovate, o sono in un cas-

setto, in attesa di essere sviluppate. La strada per portarle alla luce, grazie alla ricerca scientifica, deve essere intrapresa per tempo, senza aspettare l’ultimo minuto. gative meaning of tragic situation, but later on also in the original Greek meaning of choice and change. Changes are required and expected in several fields: among them, new environment friendly processes, possibly also carbon neutral, new sustainable and recyclable materials, new solutions that help in everyday life. Scientific research is frequently named, often without any idea about required methods and times.

Research can offer quick results when improvement are seek over existing processes and products, the quicker the greater the efforts and the resources. A recent example of reduced research times is the development of COVID-19 vaccines: employed technologies were well-know since many years, and preliminary studies were already performed on similar viruses: it was not a leap into the dark. Disruptive researches, on the contrary, often arise stealthily, face failures and everyday difficulties, sometimes they also have to front skepticism against new ideas. Until a driving force, such as a financing opportunity of an emerging need, fosters the new research.

Possibly, in this crisis period, full of challenges and opportunity, it could the useful to take in mind that what we can get now in short times from research, are solution based to present knowledge, and can be considered ‘incremental’ solutions: in order to get disruptive solutions to our problems, maybe seed have to be planted, or maybe the solution is in a drawer but need to be developed. In both cases, scientific research can bring them to life, if started on time.

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