Liga metlica indita resiste ao frio e ao calor extremos

Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 07/05/2024

No quente e no frio

Uma liga metlica composta de nibio, tntalo, titnio e hfnio est causando sensao graas sua impressionante resistncia e tenacidade em temperaturas extremamente quentes e extremamente frias, uma combinao de propriedades que at agora parecia quase impossvel de se alcanar.

Neste contexto, a resistncia definida como quanta fora um material pode suportar antes de ser permanentemente deformado de sua forma original, e a tenacidade a sua resistncia fratura (fissurao ou rachadura).

A resilincia da nova liga flexo e fratura em uma enorme variedade de condies abre as portas para uma nova classe de materiais para motores de prxima gerao, que podem operar com eficincias mais altas, incluindo as turbinas para gerao de eletricidade, alm de aplicaes aeroespaciais.

“A eficincia da converso de calor em eletricidade ou empuxo determinada pela temperatura na qual o combustvel queimado – quanto mais quente, melhor. No entanto, a temperatura operacional limitada pelos materiais estruturais que devem suport-la,” explicou David Cook, dos Laboratrios Berkeley, nos EUA. “Esgotamos a capacidade de otimizar ainda mais os materiais que usamos atualmente em altas temperaturas, e h uma grande necessidade de novos materiais metlicos. nisso que esta liga se mostra promissora.”

Ligas de alta e mdia entropia

A nova liga pertence a uma classe de metais tambm recente, conhecida como ligas refratrias de alta ou mdia entropia, que tambm atendem pelas siglas em ingls RHEA (Refractory Medium Entropy Alloy) e RMEA (Refractory Medium Entropy Alloy).

A maioria dos metais que vemos em aplicaes comerciais ou industriais so ligas feitas de um metal principal misturado com pequenas quantidades de outros elementos, mas as RHEAs e RMEAs so feitas misturando quantidades quase iguais de elementos metlicos com temperaturas de fuso muito altas, o que lhes d propriedades nicas que os cientistas ainda esto desvendando – por exemplo, uma liga metlica que no perde a rigidez com o calor levou cinco anos para ser anunciada porque os cientistas no entendiam o que estava acontecendo com ela.

A maioria das RMEAs tem uma tenacidade fratura inferior a 10 MPa.m, o que as torna alguns dos metais mais frgeis e quebradios que se conhece. Os melhores aos criognicos, especialmente projetados para resistir fratura, so cerca de 20 vezes mais resistentes do que esses materiais. No entanto, a nova liga RMEA de nibio, tntalo, titnio e hfnio (Nb₄₅Ta₂₅Ti₁₅Hf₁₅) foi capaz de vencer at mesmo o ao criognico, sendo 25 vezes mais resistente do que as RMEAs tpicas temperatura ambiente.

Mas os motores no funcionam temperatura ambiente, ento a equipe avaliou a resistncia e a tenacidade da liga metlica em cinco temperaturas no total: -196 C (a temperatura do nitrognio lquido), 25 C (temperatura ambiente), 800 C, 950 C e 1.200 C, esta ltima temperatura sendo cerca de 1/5 da temperatura da superfcie do Sol.

A liga apresenta a maior resistncia no frio e torna-se ligeiramente mais fraca medida que a temperatura sobe, mas mantm nmeros impressionantes em toda a ampla faixa. A tenacidade fratura, calculada a partir da fora necessria para propagar uma trinca existente em um material, foi alta em todas as temperaturas.

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