Lubrificante revolucionário evita atrito em altas temperaturas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/03/2025

Configuração experimental e comportamento tribológico em alta temperatura.
[Imagem: Zhengyu Zhang et al. - 10.1038/s41467-024-54482-w]

Espinélio como lubrificante

A sincronicidade, um conceito preconizado pelo psicólogo Carl Gustav Jung, e do qual os cientistas tipicamente não gostam nem um pouco, parece ter marcado mais um ponto, uma "coincidência" que insiste em fazer com que as notícias às vezes "venham em ondas".

Duas semanas atrás, noticiamos como a pedra semipreciosa espinélio virou qubit para computadores quânticos.

O mesmo espinélio agora voltou às manchetes, só que em uma aplicação que parece estar no extremo oposto de um grande espectro "alta tecnologia → baixa tecnologia": os lubrificantes.

Só que não é bem assim, e encontrar lubrificantes que funcionem em temperaturas elevadas é algo que desafia os pesquisadores e as indústrias há séculos. Permitir que materiais metálicos suportem temperaturas mais altas pode desencadear uma nova onda de fabricação de metais para indústrias como aeroespacial e energia nuclear, que demandam inovações em equipamentos que possam suportar calor extremamente alto.

E Zhengyu Zhang e colegas do Instituto de Tecnologia da Virgínia, nos EUA, foram descobrir um candidato promissor por acaso: óxidos de espinélio de metais de transição formados em superligas à base de níquel-cromo.

Ao contrário de lubrificantes comuns, que se decompõem sob altas temperaturas, o óxido de espinélio mantém a lubrificação até 700 ºC, o que é quase tão quente quanto uma forja de metal.

Modelo tribológico de alta temperatura para a superliga Inconel 718.
[Imagem: Zhengyu Zhang et al. - 10.1038/s41467-024-54482-w]

Óxido lubrificante

A demanda por peças metálicas que resistam ao desgaste em temperaturas extremamente altas está em alta. Lubrificantes sólidos, como camadas finas de dissulfeto de molibdênio e grafite, podem evitar esse desgaste em alguns casos. No entanto, nenhuma deles resiste a temperaturas maiores que 600 ºC - e mesmo assim, sujeitas à corrosão.

Os espinélios e óxidos com estrutura de espinélio pertencem a um grupo de pedras semipreciosas por vezes encontradas ao lado de rubis, em rochas muito raras. Os pesquisadores descobriram que o mineral possui uma qualidade também rara: A capacidade de se autolubrificar sob estresse térmico e sob atrito.

A equipe estava trabalhando com uma amostra fabricada aditivamente a partir de uma superliga à base de níquel e cromo, chamada Inconel 718. Ela teve sua superfície tratada termicamente e então foi sujeita a testes de desgaste conforme a temperatura aumentava. A surpresa é que a liga resistiu a temperaturas superiores a 600 ºC sem perder a lubrificação.

Ao estudar em detalhes o caso inesperado de sua amostra, a equipe descobriu que o tratamento térmico formou óxidos à base de espinélio na superfície da liga, o que lhe deu os superpoderes lubrificantes - um lubrificante de estado sólido totalmente integrado à superfície do material.

"Este trabalho ressalta a bela complexidade que é a ciência dos materiais. A estrutura, as propriedades e o desempenho dos materiais não são estáticos, eles são profundamente dinâmicos e fortemente contextuais. Eles são influenciados por seu ambiente, sua história e, neste caso, pelo que está ao lado deles e no que eles esfregam. São descobertas como essa que possuem o potencial de revolucionar a indústria, avançar a tecnologia e, finalmente, mudar o mundo," disse o professor Jonathan Madison.

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