Uma inovadora liga metálica inovadora, composta de nióbio, tântalo, titânio e háfnio está gerando entusiasmo devido à sua excepcional resistência e tenacidade em condições extremas de temperatura, uma combinação de propriedades que até então parecia quase inatingível.
No âmbito deste estudo, a resistência é definida como a capacidade de um material suportar forças antes de ser permanentemente deformado, enquanto a tenacidade refere-se à sua resistência à fratura.
A notável resiliência dessa nova liga à flexão e à fratura em uma ampla gama de condições está abrindo portas para uma nova categoria de materiais para os motores da próxima geração. Esses motores prometem operar com eficiências mais elevadas, sendo aplicáveis em turbinas para geração de eletricidade e em diversas aplicações aeroespaciais.
David Cook, dos Laboratórios Berkeley, nos EUA, explicou: “A eficiência na conversão de calor em eletricidade ou propulsão é determinada pela temperatura na qual o combustível é queimado – quanto mais alta, melhor. No entanto, a temperatura operacional é limitada pelos materiais estruturais que devem suportá-la. Esgotamos a capacidade de otimizar os materiais usados atualmente em altas temperaturas, e há uma grande necessidade de novos materiais metálicos. É aí que esta liga se mostra promissora.”
Ligas de alta e média entropia
Esta nova liga pertence a uma classe de metais relativamente recente, conhecida como ligas refratárias de alta ou média entropia, também referidas como RHEA (Refractory Medium Entropy Alloy) e RMEA (Refractory Medium Entropy Alloy).
Ao contrário das ligas convencionais, que são compostas principalmente de um metal base com pequenas adições de outros elementos, as RHEAs e RMEAs são uma liga metálica inovadora, constituídas por quantidades quase equitativas de elementos metálicos com altas temperaturas de fusão. Isso confere a elas propriedades únicas, ainda não completamente compreendidas pelos cientistas. Por exemplo, uma liga metálica que não perde rigidez com o aumento da temperatura levou cinco anos para ser anunciada devido à complexidade de seu comportamento.
A maioria das RMEAs tem uma tenacidade à fratura inferior a 10 MPa.m, o que as torna extremamente frágeis e quebradiças. Os melhores aços criogênicos, desenvolvidos especificamente para resistir à fratura, são cerca de 20 vezes mais resistentes do que esses materiais. No entanto, a nova liga RMEA de nióbio, tântalo, titânio e háfnio (Nb45Ta25Ti15Hf15) conseguiu superar até mesmo o aço criogênico, sendo 25 vezes mais resistente do que as RMEAs típicas à temperatura ambiente.
No entanto, os motores não operam em temperatura ambiente. Portanto, a equipe avaliou a resistência e a tenacidade da liga metálica em cinco temperaturas distintas: -196 °C (a temperatura do nitrogênio líquido), 25 °C (temperatura ambiente), 800 °C, 950 °C e 1.200 °C, esta última temperatura correspondendo aproximadamente a 1/5 da temperatura da superfície do Sol.
A liga demonstrou sua maior resistência em temperaturas frias e apresentou uma ligeira diminuição à medida que a temperatura aumentava, mantendo números impressionantes em toda a ampla faixa de temperaturas. A tenacidade à fratura, calculada a partir da força necessária para propagar uma trinca em um material, foi elevada em todas as temperaturas testadas.
Fonte: Inovação Tecnológica
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