Descoberta liga metálica que não perde rigidez com o calor

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/02/2022

A liga superelástica de alta entropia é talhada para aplicações aeroespaciais - ou para molas de relógios e cronômetros.
[Imagem: CityU]

Liga superlástica

Normalmente, o módulo de elasticidade - ou seja, a rigidez - da maioria dos sólidos, incluindo os metais, diminui quando a temperatura aumenta, como resultado da expansão térmica.

Isso normalmente, porque uma equipe da Universidade Cidade de Hong Kong acaba de descobrir uma liga metálica que retém firmemente seu módulo de elasticidade ao longo de uma ampla faixa de variação de temperatura.

"Quando esta liga é aquecida a 1.000 K, ou seja, 726,85 °C, ou mesmo acima, ela é tão rígida quanto, ou até um pouco mais rígida, do que à temperatura ambiente, e se expande sem qualquer transição de fase notável. Isso muda os livros-textos do nosso conhecimento, uma vez que os metais geralmente amolecem quando se expandem sob aquecimento," disse o professor Yong Yang.

Até hoje, não se conhecia nenhum metal ou liga metálica cuja rigidez permanecesse invariável à temperatura.

A equipe também descobriu que sua liga tem um limite elástico - a tensão máxima que pode ser desenvolvida dentro dela sem causar deformação permanente - de cerca de 2% a temperatura ambiente, em nítido contraste com as ligas cristalinas convencionais, que têm um limite elástico inferior a 1%.

As propriedades da nova liga (vermelho) destacam-se de todas as ligas similares conhecidas.
[Imagem: Q. F. He et al. - 10.1038/s41586-021-04309-1]

Efeito Elinvar

A nova liga metálica, que já nasce famosa, responde pela complicada fórmula Co₂₅Ni₂₅(HfTiZr)₅₀, ou seja, é composta por cobalto, níquel, háfnio, titânio e zircônio.

É basicamente uma liga de alta entropia que apresenta o chamado "efeito Elinvar". Elinvar é o nome dado a uma liga de ferro (52%), níquel (36%) e cromo (12%) que apresenta um módulo de elasticidade que não muda muito com as mudanças de temperatura, sintetizada pelo físico suíço Charles Édouard Guillaume, que ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1920 por isso - o nome Elinvar é uma contração do francês élasticité invariable, ou elasticidade invariável.

A nova liga na verdade foi descoberta por acaso em 2017, mas só agora a equipe anunciou sua descoberta, depois de finalmente ter compreendido o que acontece no material.

Os melhores modelos desenvolvidos pela equipe mostram que a liga tem uma estrutura de treliça altamente distorcida, com uma composição química complexa em escala atômica. Devido à combinação de características estruturais únicas, a liga Elinvar de alta entropia possui uma barreira de energia muito alta contra movimentos de deslocamento. Consequentemente, ela apresenta um impressionante limite de deformação elástica e uma capacidade de armazenamento de energia de quase 100%.

Isso significa que peças feitas com a liga podem armazenar grandes quantidades de energia, tornando-a adequada não apenas para molas, mas até mesmo para armazenar energia. "Como a elasticidade não dissipa energia e, portanto, não gera calor, o que pode causar mau funcionamento dos dispositivos, essa liga superelástica será útil em dispositivos de alta precisão, como relógios e cronômetros," disse Yang.

Outro campo natural de aplicação é no setor aeroespacial, onde os materiais são submetidos a amplas faixas de variação térmica.

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