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Os cientistas afirmam ter criado um novo método de teste de materiais que permite fazer previsões sobre a sua ductilidade, o que poderá levar à produção de metais praticamente “inquebráveis” para utilização com componentes numa variedade de aplicações.
Desenhando de mecânica quântica princípios, o novo método permite melhorias significativas, melhorando as previsões sobre a capacidade dos metais de serem transformados em formas mais finas, mantendo sua resistência.
De acordo com os pesquisadores envolvidos na descoberta, o novo método provou ser muito eficaz para metais usados em aplicações de alta temperatura e pode ajudar indústrias como a aeroespacial e outras áreas a realizar testes de vários materiais mais rapidamente.
A descoberta foi relatada por cientistas do Laboratório Nacional Ames em cooperação com a Texas A&M University.
A nova abordagem baseada na mecânica quântica da equipe já se mostrou eficaz em ligas refratárias de elementos múltiplos, um grupo de materiais que muitas vezes não possuem a ductilidade necessária para seu uso nas condições exigentes da tecnologia de fusão, aplicações aeroespaciais e outras aplicações onde os metais devem ser capazes de suportar temperaturas extremas.
Os problemas associados à ductilidade do metal permaneceram um desafio para essas indústrias por muitas décadas, uma vez que continua difícil prever os limites de deformação de um metal sem comprometer a sua tenacidade. Isto levou muitas indústrias a recorrer à tentativa e erro, o que também apresenta problemas devido aos custos de material associados a testes repetidos e à quantidade de tempo necessária.
A estranheza da distorção atômica local
Um dos factores ocultos subjacentes a tais problemas tem a ver com o facto de todos os materiais possuírem estruturas atómicas com um grau surpreendente de variedade. Cada átomo possui uma forma diferente de um para o outro, e esses átomos se ajustam constantemente para caber nos espaços que ocupam, dando origem a um fenômeno conhecido como distorção atômica local.
De acordo com Prashant Singh, cientista do Laboratório Ames que lidera seus esforços de projeto teórico, ele e seus colegas, que incluíam Gaoyuan Ouyang, também cientista do Laboratório Ames que liderou os esforços experimentais da equipe, incorporaram a distorção atômica local em suas análises de materiais para determinar sua resistência e ductilidade potencial.
Singh diz que as abordagens atuais para realizar tais testes “não são muito eficientes na distinção entre sistemas dúcteis e frágeis para pequenas alterações de composição”. No entanto, o método dele e de sua equipe “pode capturar esses detalhes não triviais porque agora adicionamos um recurso da mecânica quântica que estava faltando na abordagem”.
O caminho para metais inquebráveis
Singh diz que o novo método altamente eficiente que ele e seus colegas desenvolveram pode testar milhares de materiais individuais em um período muito curto de tempo. Isso permite que sejam feitas previsões sem precedentes sobre vários materiais e com quais combinações deles vale a pena realizar experimentos adicionais.
A velocidade e a eficiência do novo processo de Singh e seus colegas reduzem significativamente o tempo necessário para testes, o que atrapalhou os esforços anteriores, e também reduz a pressão sobre os recursos.
Os testes foram realizados em uma série de materiais previstos, conhecidos como ligas refratárias de elementos múltiplos principais, ou RMPEAs. Essas ligas são adequadas para uso em aplicações de alta temperatura, incluindo reatores nucleares, sistemas de propulsão e uma variedade de outros.
“Os metais dúcteis previstos sofreram deformação significativa sob alta tensão”, disse Ouyang sobre os testes de validação da equipe, “enquanto o metal frágil rachou sob cargas semelhantes, confirmando a robustez do novo método da mecânica quântica”.
A equipe descreve seu novo trabalho inovador e seu uso potencial na criação de metais virtualmente inquebráveis em um artigo intitulado “Uma métrica de ductilidade para ligas de elementos múltiplos à base de refratários”, publicado recentemente na revista Acta Materialia.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe seu trabalho em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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