Metallurgia delle polveri avanzata: il machine learning per accelerare l’innovazione dei materiali
Leganti metallici per utensili diamantati, materiali ad alte prestazioni e sviluppo predittivo di nuove leghe: l’evoluzione tecnologica di MBN Nanomaterialia
MBN Nanomaterialia produce da oltre 30 anni nella propria sede operativa nelle immediate vicinanze di Treviso, polveri metalliche ad elevato contenuto tecnologico per il settore degli utensili diamantati. Fin dai primi anni 2000, l’azienda ha scelto di sviluppare leganti a base ferro-rame in alternativa al cobalto, anticipando di fatto le esigenze normative e di sostenibilità che oggi caratterizzano l’intero settore. Alla base di questo percorso c’è la tecnologia proprietaria Mechanomade®, un processo di sintesi meccanochimica noto come High Energy Ball Milling (HEBM).
A differenza delle produzioni per fusione, l’alligazione meccanica ad alta energia consente di ottenere polveri pre-alligate allo stato solido, in cui ogni singola particella è già un composito completo, con tutti gli elementi della formulazione intimamente legati tra loro in una microstruttura estremamente fine. Questa condizione permette di processare i materiali con temperature di sinterizzazione più basse e cicli più brevi, ottenendo proprietà meccaniche generalmente superiori rispetto alle leghe convenzionali.
MBN ha sviluppato un’ampia gamma di materiali e soluzioni per rispondere alle diverse esigenze dell’industria degli utensili diamantati, offrendo prodotti specifici per ogni applicazione: dalla lavorazione di pietra e ceramica fino al vetro e al calcestruzzo. La serie Mechanomade®, basata su compositi ferro-rame ad alte prestazioni, ha rappresentato la prima generazione di materiali cobalt-free sviluppati da MBN per la produzione di utensili Fickert, destinati alle linee di lucidatura della pietra dura.
A questa famiglia si sono successivamente affiancati i leganti metallici Nanoplus, formulati senza elementi critici quali rame e nichel, offrendo una soluzione più sostenibile, in particolare per la lavorazione dei materiali ceramici. MBN ha inoltre sviluppato soluzioni specifiche per la sinterizzazione libera (pressureless sintering), con particolare attenzione alla produzione di perline diamantate per il taglio a filo. I materiali All.in.one rappresentano una soluzione multifunzionale che, nelle versioni self-brazing (Sbn), consentono di sinterizzare la perlina e brasarla al supporto in acciaio in un unico ciclo termico.
L’adesione del corpo diamantato al supporto è ottenuta attraverso la diffusione in situ della fase brasante, eliminando la necessità di leghe brasanti a base argento e di un secondo trattamento termico. Si tratta di una soluzione tecnologica innovativa che semplifica il processo produttivo, riduce i tempi di lavorazione e contribuisce ad abbattere i costi. Tutti i materiali MBN sono frutto di un’attenta progettazione, avviata in stretta sinergia con i clienti che, in collaborazione con il nostro team di tecnici specializzati, possono sviluppare soluzioni esclusive e personalizzate.
Questa versatilità di processo e la capacità di customizzazione hanno permesso a MBN di affacciarsi progressivamente anche ad altri ambiti della metallurgia delle polveri, oltre al perimetro storico dell’utensileria diamantata: leghe complesse per rivestimenti resistenti a usura e corrosione, materiali per l’industria energetica e nucleare, e compositi a matrice metallica per applicazioni in condizioni estreme di usura e corrosione. Lo stesso approccio meccano-chimico nato per gli utensili si presta, infatti, alla produzione di un numero pressoché illimitato di combinazioni composizionali.
È proprio questa ampiezza dello spazio composizionale accessibile (potenzialmente centinaia di migliaia di combinazioni di elementi e percentuali) a rappresentare al tempo stesso il principale vantaggio competitivo dell’azienda e la sua sfida più impegnativa: individuare, tra tutte le composizioni possibili, quelle davvero promettenti richiede strumenti che vadano oltre la sperimentazione per tentativi.
Per questo motivo MBN ha integrato strumenti di machine learning attraverso algoritmi computazionali nel proprio processo di sviluppo del prodotto, utilizzando modelli predittivi per orientare la progettazione di nuove leghe verso le proprietà meccaniche, fisiche e di sinterizzazione desiderate, riducendo tempi e costi delle campagne sperimentali. Questo impegno si è consolidato in collaborazioni internazionali. Il progetto europeo FORGE, coordinato da MBN, ha portato alla costruzione di un dataset di circa 500.000 composizioni di leghe ad elevata entropia (Compositionally Complex Alloys), con le relative proprietà previste da modelli di machine learning, addestrati su dati sperimentali e modelli fisici.
Il progetto che ne raccoglie l’eredità, CoBRAIN, sviluppato insieme a partner europei, porta avanti questo lavoro concentrandosi su materiali compositi in grado di sostituire i carburi e i cermet convenzionali, come quelli a base WC e Co, nei rivestimenti resistenti a usura e corrosione: un ulteriore passo verso materiali performanti, sostenibili e disegnati su base predittiva.
Un percorso che conferma la strategia di MBN: innovare il materiale a partire dalla metallurgia di processo, e oggi anche dal dato.