AÇO QUE IMITA OSSO RESISTE 100 VEZES MAIS À FADIGA

É difícil imitar com precisão a estrutura dos ossos, mas os metalurgistas estão chegando lá. [Imagem: Motomichi Koyama et al. - 10.1126/science.aal2766]

Aço imune à fadiga

Introduzir no aço uma nanoestrutura laminada, similar à encontrada nos ossos, torna o metal muito mais resistente às rachaduras em micro e macro escalas que surgem a partir do estresse repetitivo. O desenvolvimento, não apenas de novos tipos de aço, mas também de outras ligas metálicas com esta estrutura, tem potencial para melhorar a segurança de todas as estruturas metálicas - de máquinas e veículos a edifícios - que devem suportar cargas cíclicas. A questão chave é que o aço torna-se suscetível a trincas e rachaduras quando é submetido repetidamente a cargas - pense em uma ponte metálica, por onde passam veículos e caminhões; após a passagem de cada veículo, o aço da ponte retorna ao estado de "repouso", sem carga. Isto resulta na chamada "fadiga" do material. Motomichi Koyama e seus colegas da Universidade Kyushu, no Japão, foram buscar inspiração nos ossos, que também são submetidos a essa ciclagem constante, mas possuem uma resistência superior à do aço devido à sua subestrutura hierárquica e laminada.

Aço nanoestruturado

Para começar a trabalhar, a equipe procurou por tipos de aço cujas estruturas já são naturalmente comparáveis à do tecido ósseo. Eles identificaram dois: o aço perlítico ferrita-cementita e o aço de plasticidade induzida de martensita-austenita. Partindo da estrutura original, os pesquisadores fizeram melhorias adicionais em ambos os tipos de aço, de modo que eles passassem a apresentar características as mais próximas possíveis daquelas dos ossos, que tipicamente resistem muito bem à propagação de rachaduras. As melhorias deram resultado, com os 2 aços otimizados mostrando-se significativamente mais resistentes à fadiga do que qualquer tipo de aço industrial. A equipe submeteu seu aço nanolaminado a ciclos repetidos de estresse, verificando que o desenvolvimento das fissuras microscópicas foi adiada em 107 ciclos em relação aos dois tipos de aço originais. A equipe agora pretende otimizar ainda mais as melhorias, para que o aço torne-se resistente a amplitudes maiores de estresse. Em seu artigo, eles já propõem vários mecanismos que pretendem testar para obter essa melhoria adicional. Também será necessário estudar como passar o método usado em laboratório para a escala industrial. Bibliografia: Bone-like crack resistance in hierarchical metastable nanolaminate steels. Motomichi Koyama, Zhao Zhang, Meimei Wang, Dirk Ponge, Dierk Raabe, Kaneaki Tsuzaki, Hiroshi Noguchi, Cemal Cem Tasan. Science. Vol.: 355 Issue 6329 1055-1057. DOI: 10.1126/science.aal2766. fonte: inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=aco-imita-osso-resiste-100-vezes-mais-fadiga&id=010170170310

REVESTIMENTO TORNA AÇO À PROVA DE SUJEIRA E DE CORROSÃO

O aço repele qualquer líquido mesmo depois de riscado com uma ferramenta de diamante. [Imagem: Alexander B. Tesler et al. - 10.1038/ncomms9649]

Revestimento de tungstênio

Vários tipos de aços mais fortes e mais resistentes têm sido desenvolvidos ao longo dos últimos 50 anos. Mas a superfície do aço se manteve praticamente inalterada, sujeita como sempre aos efeitos corrosivos da água, do sal e de materiais corrosivos e abrasivos. Com isto se pode avaliar a importância de uma descoberta feita por Alexander Tesler e seus colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, que torna o aço mais forte, mais seguro e com maior durabilidade. A inovação veio na forma de um revestimento superficial extremamente resistente e feito de um material largamente disponível, o óxido de tungstênio.

Aço à prova de sujeiras e anticorrosão

Quando foi posto na forma de uma película com poros nanométricos, o óxido de tungstênio se transformou em uma película escorregadia com as melhores características anti-incrustante (antissujeira) e anticorrosivas já vistas. O material é capaz de repelir qualquer tipo de líquido, mesmo depois de ter sofrido um intenso ataque estrutural com algumas das ferramentas mais duras que se conhece. "Nosso aço escorregadio é várias ordens de magnitude mais durável do que qualquer material anti-incrustação desenvolvido antes," disse a professora Joanna Aizenberg, cuja equipe já desenvolveu uma série de materiais escorregadios e resistentes, incluindo supervidros, revestimentos "gelofóbicos", materiais anticongelamento, materiais adaptativos etc. "Até agora, estes dois conceitos - durabilidade mecânica e anti-incrustação - eram antagônicos. Precisamos de superfícies texturizadas e porosas para dar resistência antissujeira, mas revestimentos nanoestruturados ásperos são intrinsecamente mais fracos do que seus análogos compactos. Esta pesquisa mostra que uma engenharia de superfície cuidadosa permite projetar um material capaz de realizar múltiplas funções, até mesmo funções conflitantes, sem degradação do desempenho," acrescentou a pesquisadora.

O revestimento foi aplicado em peças de aço dos mais diversos formatos, de placas a agulhas de seringa. [Imagem: Alexander B. Tesler et al. - 10.1038/ncomms9649]

Teste de tortura

Para fabricar o revestimento, Tesler usou uma técnica eletroquímica para crescer um filme ultrafino composto por minúsculas ilhas de óxido de tungstênio diretamente sobre a superfície de aço. A resistência do aço revestido foi testada com uma pinça de aço inoxidável, chaves de fenda, gravadores com ponta de diamante e com jateamento com esferas de aço. Depois de cada teste de tortura, a equipe testava a propriedade antiumedecimento usando água, óleo, ácidos e até fluidos biológicos, contendo bactérias e sangue. O material continuou a repelir todos os líquidos após cada um dos testes de tortura - na verdade, o aço revestido com o óxido de tungstênio nanoestruturado mostrou-se mais forte do que o aço original. As possibilidades de aplicação do novo revestimento são virtualmente inumeráveis, em praticamente todos os setores da indústria. Mas vale destacar os equipamentos médicos, de implantes a bisturis, pela capacidade do material para repelir as sujeiras de natureza biológica, sobretudo as bactérias. Bibliografia: Extremely durable biofouling-resistant metallic surfaces based on electrodeposited nanoporous tungstite films on steel. Alexander B. Tesler, Philseok Kim, Stefan Kolle, Caitlin Howell, Onye Ahanotu, Joanna Aizenberg. Nature Communications. Vol.: 6, Article number: 8649. DOI: 10.1038/ncomms9649. fonte: inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=aco-prova-sujeira-corrosao&id=010170151127

SOLDA REVOLUCIONÁRIA UNE METAIS LEVES COM AÇO

A solda é gerada quando o plasma produzido pela vaporização da folha de alumínio faz com que os átomos dos metais se liguem.

Soldando o insoldável

Uma nova técnica de soldagem vai permitir reduzir muito o peso dos automóveis, que poderão assim consumir menos combustível e ficar mais resistentes, graças ao uso de metais mais fortes. Em comparação com o processo de solda tradicional, feito pelos robôs da indústria automobilística, a nova técnica usa 80% menos energia e cria conexões entre metais que são 50% mais fortes. Mais importante ainda, a técnica torna possível unir metais leves, criando ligas até agora consideradas "insoldáveis" porque o calor e a ressolidificação pós-solda as enfraquece. "Os materiais ficaram mais fortes, mas as soldas não. Nós podemos projetar metais com microestruturas intricadas, mas nós destruímos a microestrutura quando soldamos," explica o professor Glenn Daehn, da Universidade de Ohio, nos EUA, cuja equipe já havia revolucionado a estamparia de metais.

Solda ponto por resistência

Na técnica mais comum, chamada soldagem a ponto por resistência, uma forte corrente elétrica passa através das duas peças de metal, de modo que a resistência elétrica natural dos metais gera um calor que os derrete parcialmente, formando a solda que os liga. O grande inconveniente é que correntes elevadas consomem muita energia e as porções derretidas dos metais nunca serão tão fortes como eram antes.

Microfotografia de uma solda entre cobre (alto) e titânio (embaixo), mostrando a interconexão perfeita entre os dois metais leves.

Solda por vaporização

Na solução desenvolvida pela equipe de Daehn, batizada de VFA - sigla de Vaporized Foil Actuator -, a alta tensão gerada por um banco de capacitores cria pulsos elétricos no interior de uma folha de alumínio, fazendo-a vaporizar em uma questão de milissegundos. O disparo dos gases quentes gerados pela vaporização do alumínio junta as duas peças de metal de forma praticamente instantânea. A grande vantagem é que as peças não se fundem, de forma que não se cria uma costura de metal mais fraca entre elas. São os átomos das peças que se ligam, o que pode ser visto nas microfotografias da solda, que mostram porções de cada uma das peças "se abraçando", em uma junção perfeita.

Solda de aço com alumínio

A técnica utiliza menos energia porque o pulso elétrico é extremamente curto e porque a energia necessária para vaporizar a folha de alumínio é menor do que a necessária para fundir as peças de metal. Até agora, a equipe já conseguiu soldar diferentes combinações de cobre, alumínio, magnésio, ferro, níquel e titânio, incluindo uma até agora considerada impossível solda entre aço e alumínio. A técnica já está disponível para licenciamento pela Universidade, embora os pesquisadores afirmem que ainda serão necessários desenvolvimentos para dimensioná-la para uso industrial. FONTE: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=solda-vaporizacao&id=010170151105#.VkOcL1YVhHw

CONHEÇA O SUPER MATERIAL DE VIDRO QUE É TÃO FORTE QUANTO O AÇO

Como os engenheiros continuam a empurrar o que for possível para os nossos edifícios e gadgets, assim também eles encontram novas maneiras de ajustar as propriedades do vidro. Normalmente, o vidro é produzido pelo aquecimento mineral a uma temperatura elevada, em seguida, é deixado esfriando, mas a maior parte do vidro que brilha sobre os lados de arranha-céus e compõe as telas de smartphones e tablets é feita através de processos de produção especiais que reforçam o material, adicionando metal. Agora, uma equipe de pesquisadores japoneses descobriu uma maneira de adicionar uma versão de alumínio ao vidro usando um método de produção novo, de acordo com um estudo publicado no mês passado na Scientific Reports. Para fazer o vidro super forte, os pesquisadores tiveram que ampliar suas visões sobre alumina, uma versão oxidada do alumínio, que possui algumas das ligações químicas mais fortes na Terra. Colocando alumina em vidro, os cientistas supuseram, faria o novo material super robusto. Mas, em suas primeiras tentativas, eles lutaram para produzi-lo. Quando eles tentaram fazer vidro com alumina, cristais turvos de dióxido de silício se formaram no vidro contra a superfície do recipiente, de modo que o vidro já não era transparente. Mas, neste novo estudo, os pesquisadores descobriram uma maneira de contornar isso, removendo o recipiente completamente. Eles desenvolveram um método de produção chamado levitação aerodinâmica. Se isso soa como truque de festa de mágico, o processo real é igualmente impressionante – a mistura de vidro e alumina é realizada no ar enquanto ele se forma, e, durante o processo, gás oxigênio é bombeado entre a mistura e as superfícies de seu recipiente. Em seguida, um laser atua como uma espátula, misturando-a à medida que esfria. O material resultante (vide imagem destaque) continha mais alumina do que qualquer outro vidro até hoje, e os pesquisadores descobriram que ele era transparente e reflexivo. Mais importante ainda, os testes mostraram que o vidro era muito forte – mais forte do que outros vidros oxidados e a maioria dos metais, e quase tão duro como aço, relata Phys.org. Os pesquisadores esperam que a levitação aerodinâmica possa tornar possível produzir todos os tipos de outros vidros super fortes. Mas, no momento, eles ainda estão tentando descobrir como aumentar a produção do vidro, uma vez que por enquanto esse método só pode trabalhar com lotes relativamente pequenos. Quando e se isso acontecer, o vidro super forte poderá fazer o seu caminho para os edifícios e aparelhos, tornando telas de telefones celulares rachadas uma coisa do passado. FONTE: curioso.blog.br/post/super-material-vidro-forte-aco/

PARAFUSOS DE CERÂMICA SUPERAM OS FEITOS DE AÇO

Os engenheiros alemães desenvolveram um sistema que permite avaliar com precisão a capacidade de carga dos parafusos de cerâmica. Soluções cerâmicas Os parafusos de cerâmica têm potencial para serem os preferidos em uma ampla variedade de usos, dos implantes médicos à indústria. Um das vantagens é que a cerâmica pode suportar temperaturas acima de 1.000 graus Celsius, enquanto seus similares metálicos vão amolecer a cerca de 500 graus Celsius. Os fornos industriais, por exemplo, são quase inteiramente feitos de peças de cerâmica por causa das altas temperaturas - exceto os parafusos. "Como é o material mais fraco que limita a aplicação, a temperatura não pode ser mais alta do que os parafusos podem tolerar. Com parafusos de cerâmica, poderíamos finalmente dar um salto tecnológico rumo a soluções totalmente cerâmicas," explica o Dr. Christof Koplin, do Instituto Fraunhofer de Mecânica dos Materiais, na Alemanha. O problema é que, até agora, a indústria tem sido cética com os parafusos de cerâmica por uma razão muito compreensível: cerâmicas são notoriamente quebradiças. Embora algumas cerâmicas tenham uma capacidade de suporte de carga próxima à do aço, tão logo o material é processado na forma de parafuso calcula-se que apenas cerca de 10 a 20 por cento da resistência original seja mantida. Parafusos pequenos A equipe do Dr. Koplin agora deu um passo importante para solucionar essas deficiências. Eles otimizaram o processo de fabricação de modo que não ocorram trincas na peça em nenhum dos vários passos do processo de fabricação do parafuso de cerâmica. A composição da cerâmica é o fator decisivo - se os minúsculos grãos que compõem a substância se ligam incorretamente durante a fabricação, pequenas fissuras podem se desenvolver, fazendo o parafuso quebrar a uma carga menor do que a prevista. "Fomos capazes de reduzir significativamente a faixa da curva de distribuição [dos grânulos] e, assim, aumentar a resistência ao estresse dos parafusos," disse Koplin. Os resultados mostraram que capacidade de carga dos parafusos de cerâmica supera a capacidade dos parafusos de aço entre 30 e 35 por cento. "Este é um grande avanço," disse Koplin. "Isso já seria o suficiente para muitas aplicações se o parafuso fosse um pouco maior." Segundo ele, a melhoria que falta, e que permitirá a fabricação de parafusos de medidas maiores, poderá ser obtida na última etapa do processo de fabricação, na qual os parafusos recebem a rosca, o que poderá ser feito através de moldagem por injeção ou por desbaste. FONTE:INOVACAOTECNOLOGICA

O AÇO TORCIDO FICA MAIS FORTE E RESISTENTE

Todo o segredo para fazer um aço duro e resistente está na organização de seus grânulos. Resistência e ductilidade A imagem do ferreiro é tradicional: ele coloca o aço na fornalha e, a seguir, martela-o seguidamente para fabricar as peças mais resistentes. Por mais que o processo industrial possa ter ganho em tecnologia e escala, ele não se distancia muito desse quadro: tudo consiste em forçar os grânulos do aço a se tornarem menores e se "encaixarem" melhor uns nos outros. Assim, não deixa de ser surpreendente que uma equipe de engenheiros tenha descoberto que é possível fazer um aço ainda melhor. Yujie Wei e seus colegas da China e EUA descobriram uma forma de tornar o aço mais forte sem comprometer sua ductilidade. Resistência e ductilidade são ambas propriedades cruciais do aço, especialmente em materiais utilizados em aplicações estruturais - a resistência é uma medida de quanta força é necessária para fazer com que um material se dobre ou deforme, e a ductilidade é uma medida de quanto um material pode se distender sem quebrar. Um material que não tenha resistência tende à fadiga, quebrando-se lentamente ao longo do tempo. Um material com baixa ductilidade pode quebrar-se repentinamente, causando um falha súbita e catastrófica. O aço é um dos raros materiais que é simultaneamente forte e dúctil - o problema é que as técnicas para fazer aços mais fortes tendem a sacrificar a ductilidade, e vice-versa.

A superfície do cilindro de aço torna-se mais resistente às fraturas, enquanto o interior retém a ductilidade original. Têmpera por torção Yujie Wei pensou além das tradicionais marteladas, e decidiu deformar o aço em seu processo final de fabricação torcendo-o. Como o movimento de torção deforma a parte externa do metal mais do que a parte interna ocorre uma deformação apenas superficial - imagine os corredores em uma pista: aqueles que ficam nas faixas interiores têm que percorrer uma distância menor. O resultado é um cilindro de aço com o melhor de dois mundos: a superfície se torna mais resistente às fraturas, porque foi mais trabalhada, enquanto o interior retém a ductilidade original, permitindo que o material dobre-se sem fraturar. O processo foi feito em laboratório, usando cilindros de alguns centímetros de diâmetro, mas os pesquisadores afirmam que nada indica que o processo não possa ser escalonado para cilindros maiores - só a força para torcê-los é que terá que aumentar proporcionalmente. Bibliografia: Evading the strength-ductility trade-off dilemma in steel through gradient hierarchical nanotwins Yujie Wei, Yongqiang Li, Lianchun Zhu, Yao Liu, Xianqi Lei, Gang Wang, Yanxin Wu, Zhenli Mi, Jiabin Liu, Hongtao Wang, Huajian Gao Nature Communications Vol.: 5, Article number: 3580 DOI: 10.1038/ncomms4580 FONTE:INOVACAOTECNOLOGICA

MATERIAL REVOLUCIONÁRIO É MAIS FORTE QUE O AÇO E MAIS LEVE QUE A ÁGUA

Uma equipe do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha, inventou um novo material que é mais resistente do que qualquer liga de aço e com uma densidade menor do que a água. Ele foi criado a partir de impressão 3D a laser, utilizando camadas de alumínio e uma estrutura interna semelhante a um favo de mel. Coberto com uma fina camada de 50 nanômetros de alumínio, as pequenas estruturas podem aguentar quase 280 Mega Pascal, uma unidade de medida usada para medir pressões. Isso faz o novo material mais forte do que qualquer material usado na engenharia. A inspiração do novo composto vem de outros materiais porosos encontrados na natureza, como madeira e ossos. Esses tipos de estruturas são usados há muito tempo como inspiração por cientistas de materiais que buscam composições resistentes, mas até agora algumas especificidades das microestruturas se mostraram difíceis de serem replicadas. Apesar de ainda existirem limitações para a técnica, Bauer acredita que em algum tempo a evolução da impressão 3D poderá criar uma série de novos compostos ultraleves e resistentes. “Essa é apenas a primeira prova experimental de que materiais como esse existem”, afirmou o cientista. FONTE:Info

VIDROS FLEXÍVEIS MAIS FORTES QUE AÇO SERÃO REVELADOS EM 4 ANOS

Vidros mais fortes do que o aço já estão por aí há algum tempo. São os chamados vidros metálicos, um tipo versátil de vidro que é flexível e que, conforme sua fama diz, é mesmo mais forte do que o aço. Talvez até mais importante, os vidros metálicos são flexíveis, o que permite usá-los para fabricar produtos usando as mesmas técnicas empregadas para fabricar produtos de plástico. Eles são ligas compostas tipicamente de três ou mais elementos, tais como magnésio, cobre e ítrio (Mg-Cu-Y). O grande problema é descobrir a receita certa para fabricar um vidro metálico - estima-se haver 20 milhões de possibilidades para compor essas ligas. Usando os métodos convencionais de simulação e processamento levaria cerca de 4.000 anos para processar todas as combinações possíveis. Agora, Shiyan Ding e seus colegas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, descobriram uma nova técnica que permitirá reduzir esse tempo de análise para meros quatro anos. MOLDAGEM POR SOPRO: O novo método permite analisar cerca de 3.000 ligas por dia e, simultaneamente, determinar certas propriedades, tais como a temperatura de fusão e a maleabilidade do material resultante. "Em vez de pescar com um único anzol, estamos jogando uma grande rede," disse o professor Jan Schroers, coordenador do grupo. "Isso deve acelerar dramaticamente a descoberta de vidros metálicos e novos usos para eles." A nova técnica mescla dois processos, a moldagem por sopro paralela e a pulverização combinatorial. A formação por sopro gera pequenas bolhas das ligas, permitindo aferir sua flexibilidade. A pulverização é utilizada para simular milhares de ligas ao mesmo tempo - os elementos da liga são misturados em várias proporções controladas, obtendo-se milhares de amostras com dimensões na casa dos milímetros e espessuras na casa dos micrômetros. IMPLANTES E PRÓTESES: Desde 2010, Schroers e sua equipe analisaram cerca de 50.000 possíveis ligas, e identificaram três vidros metálicos específicos, com aplicações práticas. A expectativa é que a nova técnica permita aumentar muito essas descobertas. Apesar das dificuldades em sua identificação, os vidros metálicos já são utilizados em componentes de relógios, tacos de golfe e outros artigos esportivos. Uma das áreas mais promissoras do material, ainda dependente da descoberta de ligas específicas, é no campo da tecnologia biomédica, tais como implantes e próteses. Bibliografia: Combinatorial development of bulk metallic glasses Shiyan Ding, Yanhui Liu, Yanglin Li, Ze Liu, Sungwoo Sohn, Fred J. Walker, Jan Schroers Nature Materials Vol.: 13, 494-500 DOI: 10.1038/nmat3939 FONTE:inovacaotecnologica

CROSTA ESTELAR É 10 BILHÕES DE VEZES MAIS FORTE QUE O AÇO

Cientistas descobriram que a crosta de estrelas de nêutrons é 10 bilhões de vezes mais resistente do que aço ou qualquer outro metal encontrado na Terra. As estrelas de nêutrons são enormes, giram 700 vezes por segundo e sua força gravitacional é enorme. São estrelas normais que sofreram colapso, depois que seus centros pararam de realizar fusões nucleares e não produziram mais energia. As únicas coisas mais densas do que estrelas de nêutrons são buracos negros – e estima-se que uma colher de chá do material de uma estrela de nêutrons pesaria cerca de 100 milhões de toneladas. Uma colher de chá um tanto pesada. Os cientistas pretendem entender a estrutura de estrelas de nêutron porque suas irregularidades (ou montanhas) podem irradiar ondas gravitacionais e, sendo assim, criar fendas no tempo-espaço. Tudo isso ocorre por causa da pressão. O espaço é formado de vazios, a distância normal entre átomos é enorme – no entanto as estrelas de nêutrons compactam todo esse material, apresentando uma densidade enorme e uma resistência maior ainda. De acordo com simulações, a crosta dessas estrelas poderia suportar até 10 bilhões de vezes a pressão que o aço suporta. FONTE: Science Daily