Dobrando as regras: Nova forma revolucionária para curvar metais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/08/2019

Pequenas bandas amorfas interrompem a rede cristalina do metal, permitindo que ele se dobre sem participação dos deslocamentos.
[Imagem: Hubin Luo et al. - 10.1038/s41467-019-11505-1]

Por quem os metais se dobram

Por quase 100 anos, os cientistas acreditaram que entendiam tudo o que havia para se saber sobre como os metais se dobram.

Eles estavam errados.

Pesquisadores de ciência e engenharia de materiais acabam de demonstrar que as regras de flexão dos metais não são tão duras e rápidas como se supunha.

A descoberta surpreendente, que acrescenta outro parâmetro que podemos controlar para lidar com a força e a ductilidade de um metal, não apenas desbanca os conceitos anteriores sobre como os metais se deformam, mas também pode ajudar a orientar a criação de materiais mais resistentes e mais duráveis.

A ductilidade é a capacidade de um metal de se dobrar. A maioria das abordagens para aumentar a força de um metal faz isso à custa da flexibilidade. E, à medida que os metais se tornam mais resistentes à flexão, eles são mais propensos a trincar sob pressão.

Hubin Luo e seus colegas da Universidade de Wisconsin-Madison, nos EUA, descobriram que a mudança da estrutura interna de um determinado material durante a dobra é completamente nova para os metais, um novo mecanismo que pode permitir que os engenheiros fortaleçam um material sem correr o risco de fraturas.

Deslocações em metais

Os engenheiros geralmente manipulam a resistência de um metal por meio de técnicas como trabalho a frio ou o recozimento, que exercem seus efeitos através de pequenas irregularidades estruturais chamadas de deslocamentos, ou deslocações.

É um truísmo mantido desde 1934, quando três pesquisadores perceberam independentemente que a deslocação explicava um antigo paradoxo: os metais são muito mais fáceis de dobrar do que suas estruturas moleculares - que normalmente tomam a forma de redes tridimensionais que se repetem regularmente - sugeririam.

Deslocações são pequenas irregularidades na estrutura cristalina de um metal que, de outra forma, seria bem ordenada - imagine as páginas de um livro como fileiras de átomos e lembre como a pilha de papel se torna ligeiramente distorcida no local onde alguém insere um marcador.

Os metais normais se curvam porque as deslocações se movem, permitindo que o material se deforme sem quebrar todas as ligações químicas dentro de sua rede cristalina de uma só vez. As técnicas de endurecimento e fortalecimento - como na têmpera - tipicamente restringem o movimento das deslocações.

"Lubrificação cristalina"

Por tudo isso, Luo e seus colegas afirmam que foi um grande choque quando descobriram que uma liga de samário-cobalto - Sm-Co, um material conhecido como um intermetálico - se curva facilmente, apesar de seus deslocamentos estarem travados no lugar.

Curvar a liga de samário-cobalto fez com que bandas estreitas se formassem dentro da rede cristalina, onde as moléculas assumem uma configuração "amorfa", mais livre, em vez da estrutura cristalina regular em forma de grade no resto do metal.

São essas bandas amorfas que permitem que o metal se dobre, quase como se surgisse uma camada de lubrificação dentro da rede cristalina do metal. As deslocações não participam do processo.

Os pesquisadores planejam agora procurar outros materiais que também possam se curvar dessa maneira peculiar. Eventualmente, eles esperam usar o fenômeno para ajustar as propriedades dos metais para força e flexibilidade, simultaneamente, e não mais como parâmetros excludentes.

Como a liga de samário-cobalto está entre os melhores ímãs permanentes que se conhece, com larga utilização em aplicações tecnológicas, a descoberta também poderá impactar várias áreas, e não apenas a siderurgia e a metalurgia.

"Isso pode mudar a maneira como você busca a otimização das propriedades do material. Nós sabemos que é diferente, sabemos que é novo e achamos que podemos tirar proveito disso," disse a professora Izabela Szlufarska, coordenadora da equipe.

Bibliografia:

Artigo: Plasticity without dislocations in a polycrystalline intermetallic
Autores: Hubin Luo, Hongwei Sheng, Hongliang Zhang, Fengqing Wang, Jinkui Fan, Juan Du, J. Ping Liu, Izabela Szlufarska
Revista: Nature Communications
Vol.: 10, Article number: 3587
DOI: 10.1038/s41467-019-11505-1