Pesquisadores criam alta

8 de agosto de 2023

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da Cactus Communications

O nosso esforço contínuo para nos aventurarmos no espaço exterior exige avanços tecnológicos substanciais em vários campos, incluindo a ciência dos materiais. Os materiais utilizados na indústria aeroespacial devem ser leves, mas mecanicamente resistentes, uma combinação difícil de conseguir. Felizmente, os compósitos com matriz metálica percorreram um longo caminho desde a sua criação no século XX, e muitos especialistas acreditam que serão fundamentais para aplicações espaciais num futuro próximo.

Um dos tipos mais promissores de compósitos com matriz metálica são os compósitos com matriz de alumínio (AMCs) reforçados com partículas de liga de alta entropia (HEAps), que podem dotar os AMCs de propriedades mecânicas superiores, incluindo alta resistência, durabilidade e plasticidade. No entanto, os HEAps também geram defeitos estruturais, como microfissuras e microvazios, que podem ser problemáticos.

Neste contexto, uma equipa de investigação liderada pelo professor Hai-liang Yu da Central South University, na China, está a investigar uma nova forma de fabricar chapas planas HEAp/AMC de alto desempenho.

Em seu último estudo, publicado na Transactions of Nonferrous Metals Society of China, a equipe explorou uma técnica promissora chamada criolaminagem assimétrica (ACR), que combina as vantagens da criolaminagem e da laminação assimétrica (AR).

AR é uma técnica bem estabelecida na fabricação de aço que envolve a passagem de uma placa de metal através de um laminador. Este processo aplica uma grande tensão de cisalhamento uniformemente através da espessura da placa, o que ajuda a reduzir o número de defeitos. A única diferença prática entre AR e ACR é a temperatura operacional. Enquanto a AR é realizada à temperatura ambiente, a ACR é conduzida em temperaturas criogênicas obtidas com nitrogênio líquido.

Alguns estudos anteriores mostraram que o ACR pode melhorar as propriedades mecânicas das folhas HEAp/AMC. Mas o mecanismo de fortalecimento correspondente e a ligação entre as propriedades mecânicas e a microestrutura dos AMCs durante o ACR permanecem obscuros. Para resolver essa lacuna de conhecimento, os pesquisadores prepararam folhas HEAp/AMC usando AR a 298 K e ACR a 77 K e as analisaram usando técnicas de microscopia eletrônica de varredura e transmissão, juntamente com testes de tração e dureza.

Eles encontraram importantes diferenças microestruturais entre as folhas preparadas via AR e ACR. O processamento criogênico produziu folhas com menos microvazios, grãos mais finos e maior densidade de deslocamentos. Além disso, os testes mecânicos revelaram que as folhas ACR eram significativamente mais dúcteis e mais resistentes do que as folhas AR. “A resistência à tração final de 3% em peso de HEAp/AMCs preparados via ACR atingiu 253 MPa, 13,5% superior à alcançada por folhas preparadas via AR”, destaca o Prof.

Os pesquisadores concluíram que as diferenças observadas entre ACR e AR se deviam principalmente ao efeito de redução de volume dos HEAp/AMCs.

"Quanto maior o efeito de contração de volume da liga de alumínio, mais firmemente o alumínio envolverá os HEAps de reforço. Isso fortalece a ligação entre a matriz e as partículas, "explica o Prof. "Como o efeito de contração de volume é maior em ambientes criogênicos, o ACR desempenha um papel significativo na prevenção de defeitos causados ​​pela grande deformação plástica das folhas HEAp/AMC."

No geral, estas descobertas sugerem que o ACR pode desempenhar um papel fundamental no desenvolvimento de novas ligas para as indústrias aeroespacial e automóvel, e pode até tornar-se a tecnologia de referência para materiais de alto desempenho no futuro.