Estudo da Ohio State: defeitos cristalinos projetados reforçam duas ligas sem alterar sua química

Uma equipe liderada por pesquisadores da Ohio State University relata que defeitos cristalinos introduzidos deliberadamente, dispostos em redes densas e ordenadas, tornaram duas ligas metálicas mais resistentes sem alterar sua composição química. O estudo com revisão por pares foi publicado na Science esta semana, de acordo com um comunicado da universidade. Entre os coautores estão pesquisadores da Universidade de Erlangen-Nuremberg, na Alemanha, e do Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia.

O método tem duas etapas. Os pesquisadores primeiro deformaram os cristais de dois materiais à base de cobalto, uma superliga contendo níquel e uma liga de cromo-tungstênio, e depois envelheceram lentamente o material com calor. O comunicado afirma que isso produziu estruturas densas e atomicamente finas no interior do material. O título do artigo, citado pelo TechXplore, descreve-as como fases bidimensionais ordenadas de defeitos. Usando microscopia eletrônica de transmissão junto com simulações computacionais, a equipe associou o ganho de resistência à disposição dos átomos ao redor desses defeitos, e o comunicado afirma que alterar essa disposição poderia influenciar a resistência do material.

Segundo o comunicado, o processo elevou significativamente tanto a tensão que os metais conseguiam suportar quanto sua resistência à deformação lenta, ou fluência, em altas temperaturas. O autor principal, Andreas Bezold, professor adjunto de ciência e engenharia de materiais na Ohio State, disse que os resultados sugerem que uma camada de defeitos projetados poderia complementar o projeto convencional de materiais. «Queríamos tornar essas estruturas de reforço uma parte deliberada do projeto do material», afirmou. O trabalho se baseia em pesquisas anteriores da Ohio State que mostraram que defeitos formados durante a deformação podem se tornar camadas de reforço; o comunicado descreve a nova abordagem como a primeira a introduzir densidades de defeitos que enriquecem plenamente essas ligas.

O coautor Michael Mills, professor de ciência e engenharia de materiais na Ohio State, disse que, embora defeitos sejam geralmente associados a danos, «os defeitos certos com a estrutura e a química certas podem de fato tornar um material mais resistente». O comunicado sugere que a abordagem poderia eventualmente ser usada para produzir ligas de alta resistência para equipamentos expostos a altas temperaturas, citando motores de turbina de aeronaves e maquinário de usinas de energia como exemplos, mas apresenta isso como uma possibilidade futura. Por ora, afirma, a contribuição da equipe é ampliar os princípios de projeto em engenharia.

Os resultados provêm de um único estudo com revisão por pares sobre duas ligas específicas. O comunicado não relata ensaios industriais, testes de componentes nem valores quantitativos de resistência, e não fornece cronograma para uso prático. O financiamento veio do Departamento de Energia dos Estados Unidos e da National Science Foundation, com apoio adicional da Alexander von Humboldt Foundation e do Center for Electron Microscopy and Analysis da Ohio State.