Metais podem se autocurar, cicatrizando trincas sozinhos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/07/2023

O verde marca o local onde uma fissura se formou e depois se fundiu novamente nesta ilustração da autocura em nanoescala de um metal. As setas vermelhas indicam a direção da força de tração que desencadeou o fenômeno de autocura.
[Imagem: Dan Thompson/Sandia National Laboratories]

Metais que se consertam

Cientistas confirmaram experimentalmente que pedaços de metal podem trincar e depois se fundir novamente, sem qualquer intervenção humana, derrubando teorias científicas fundamentais sobre o processo de fadiga e fratura dos metais.

O desenvolvimento de materiais que se autocuram, ou "cicatrizam-se" depois de serem cortados ou furados, está entre as áreas mais movimentadas de pesquisas devido ao grande potencial de uso de materiais que dispensem manutenção.

Mas, até agora, todos os resultados haviam sido obtidos com materiais macios, sobretudo poliméricos - os melhores na verdade são hidrogéis, que são mais adequados para aplicações biomédicas.

Assim, se for possível domar esse processo de cicatrização nos metais, isso pode iniciar uma verdadeira revolução na engenharia - pense, por exemplo, em pontes, motores e até aviões que possam reverter os danos causados pelo desgaste, tornando-os mais seguros e duráveis.

Os danos causados pela fadiga estão entre as principais razões pelas quais as máquinas se desgastam e, eventualmente, quebram. A aplicação de tensão ou de movimentos repetitivos causa a formação de trincas microscópicas. Com o tempo, essas rachaduras vão crescendo e se espalhando, até que a quebra se torne radical e o dispositivo se torne inoperante.

Metais que se autocurem podem mudar esse "destino", que se julgava inexorável, de todos os objetos metálicos.

"Isso foi absolutamente impressionante de assistir em primeira mão. O que confirmamos é que os metais têm sua própria capacidade intrínseca e natural de se curar, pelo menos no caso de dano por fadiga em nanoescala," disse Brad Boyce, do Laboratório Nacional Sandia, nos EUA.

O processo de autocura em metais até agora só era conhecido em metais totalmente porosos, que lembram a estrutura dos ossos humanos, conhecidos como espumas metálicas.
[Imagem: Pikul Research Group]

Autocura de metais

Tudo começou em 2013, quando Guoqiang Xu e Michael Demkowicz demonstraram pela primeira vez a possibilidade de que um metal trincado pode se cicatrizar sozinho.

Na época, a dupla creditou sua descoberta a um fenômeno conhecido como disclinação, quando grânulos da microestrutura cristalina do metal interagem com uma trinca, deslocando-se pelo metal. O que ninguém sabia até então é que, sob certas condições ainda não totalmente compreendidas, os grânulos podem se deslocar e migrar, fechando a trinca.

Agora, o pesquisador Christopher Barr estava estudando o espalhamento das trincas nos metais fazendo um pedaço de platina dobrar-se 200 vezes por segundo e filmando tudo usando um microscópio eletrônico especializado.

Foi então que aconteceu o inesperado: Cerca de 40 minutos após o início do experimento, a trinca, que até então se ampliava, mudou de curso. Uma ponta da rachadura fundiu-se como um filme sendo tocado do fim para o começo, sem deixar vestígios da trinca anterior, numa espécie de soldagem a frio.

Quando Barr prosseguiu com o experimento, a rachadura voltou a surgir, mas cresceu em uma direção diferente, novamente contrariando o que se previa - uma parte que havia sido submetida à fadiga anteriormente deveria ser mais frágil e, portanto, mais suscetível a uma nova quebra.

Demkowicz, que também faz parte desta equipe, pegou então os dados e simulou o experimento no modelo de computador que ele havia usado para descrever sua descoberta em 2013, confirmando que o comportamento de autocura do metal vista agora é o mesmo que ele havia descrito então, comprovando sua teoria sobre as disclinações.

Inesperado

Agora começa o longo trabalho de tentar compreender em detalhes as condições que fazem surgir o processo de autocura nos metais, se o mesmo comportamento se aplica a todos os metais e, mais importante, se é possível controlar esse processo para tirar proveito dele.

"A extensão em que essas descobertas são generalizáveis provavelmente se tornará um assunto de extensa pesquisa," disse Boyce. "Mostramos isso acontecendo em metais nanocristalinos no vácuo. Mas não sabemos se isso também pode ser induzido em metais convencionais no ar."

Apesar de todas essas dúvidas, uma coisa é certa: O que sabíamos até agora sobre fadiga, quebra e comportamento dos metais não estava completo.

"Minha esperança é que esta descoberta encoraje os pesquisadores de materiais a considerar que, nas circunstâncias certas, os materiais podem fazer coisas que nunca esperamos," concluiu Demkowicz.

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