Robert Ritchie / Berkeley Lab
Imagens de microscopia mostram o percurso de uma fratura e a deformação da estrutura cristalina que a acompanha na liga CrCoNi à escala nanométrica durante o ensaio de tensão a 20 kelvin (-424 F). A fratura propaga-se da esquerda para a direita.
Segundo os investigadores, uma liga de crómio, cobalto e níquel não só apresenta uma resistência invulgar, como também uma notável ductilidade — a capacidade de sofrer deformação plástica sem rotura nem fissuração.
Uma equipa de investigadores do Berkeley Lab e do Oak Ridge National Laboratory identificaram o CrCoNi, uma liga de crómio, cobalto e níquel, como o material mais forte conhecido até à data.
Esta descoberta, apresentada num artigo publicado na revista Science, é notável pelas propriedades únicas do material, que combina uma dureza excecional com uma notável ductilidade — a capacidade de um material sofrer deformação plástica sem fraturar ou fender.
Para além disso, o seu comportamento melhora drasticamente quando sujeito a temperaturas extremamente baixas, tornando-o um candidato ideal para aplicações em ambientes extremos, como a exploração espacial.
O CrCoNi pertence ao grupo das ligas de alta entropia (HEA), uma categoria caracterizada pela mistura de elementos em proporções iguais, o que confere aos materiais uma série de propriedades únicas.
Esta liga é capaz de suportar deformações severas sem fraturar, atingindo uma dureza de 500 megapascal/m2 a temperaturas próximas do hélio líquido (-253 °C). Por comparação, os materiais tradicionais como o alumínio ou os melhores aços apenas atingem 35 ou 100 megapascal/m2, respetivamente.
O estudo mostra que a estrutura interna do CrCoNi evolui quando sujeita a deformação, gerando mecanismos que aumentam a sua resistência.
Estas propriedades foram analisadas com recurso a técnicas avançadas, como a microscopia eletrónica e a difração de neutrões, que permitiram aos investigadores compreender o comportamento do material em condições extremas.
“Quando se concebem materiais estruturais, pretende-se que sejam fortes, mas também dúcteis e resistentes à fratura”, explica Easo George, investigador do Oak Ridge National Laboratory e co-autor do estudo, num comunicado do laboratório.
O CrCoNi combina estas caraterísticas de uma forma excecional, o que o distingue dos materiais tradicionais, acrescenta o investigador.
A descoberta das características desta liga podem forçar a comunidade da ciência dos materiais a reconsiderar noções há muito existentes sobre a forma como as caraterísticas físicas dão origem ao desempenho.
“É engraçado porque os metalúrgicos dizem que a estrutura de um material define as suas propriedades, mas a estrutura do CrCoNi é a mais simples que se pode imaginar — são apenas grãos“, diz por sua vez Robert Ritchie, professor da Universidade da Califórnia e corresponding author do estudo.
“No entanto, quando o deformamos, a estrutura torna-se muito complicada e esta mudança ajuda a explicar a sua excecional resistência à fratura”, acrescenta o co-autor Andrew Minor, também investigador do Lawrence Berkeley National Laboratory e professor da Universidade da Califórnia em Berkeley.
A nova liga promete ter um largo espetro de aplicações práticas no futuro. No entanto, a produção em grande escala do CrCoNi enfrenta vários desafios: a liga é cara e complexa de fabricar, o que torna difícil a sua adoção em aplicações quotidianas.
Apesar disso, os investigadores acreditam que poderá ser fundamental em sectores que exigem materiais capazes de suportar condições extremas, como as baixas temperaturas do espaço profundo ou certos ambientes industriais.
