Aço autorregeneravel?

Tradução de uma interessante matéria do jornal alemão Die Zeit. A matéria faz um resumo dos últimos desenvolvimentos em ligas de aço conformáveis para a indústria automobilística.

Link para a matéria original: Stahl, der sich selbst repariert

 

Alumínio, magnésio e fibra de carbono: há muitos anos já se fala e escreve sobre materiais mais leves para a indústria automobilística, parece que o bom e velho aço está fadado ao esquecimento. O número de alternativas inovadoras cresce em estudos e carros-conceito e também em modelos de série.

Porém o aço ainda compõe mais de 50% dos veículos, sendo com vantagem o material mais importante da indústria automotiva. Mas o aço também sofreu várias modificações nos últimos anos. Através de adição de metais como manganês, níquel e cromo os fabricantes de aço adaptaram seus produtos às demandas dos automobilistas.

Fazer o material e consequentemente o veículo mais leve, para reduzir consumo e emissões, é o objetivo principal. Mas isso não é tudo, os pesquisadores querem melhorar outras características das carrocerias. Ela deve se deformar de forma controlada em uma colisão, absorver muita energia e não se romper.

A solução está na estrutura cristalina

Os pesquisadores concentram-se na estrutura cristalina, ou seja a organização espacial dos átomos nos minúsculos cristais que se formam após a solidificação. Essas estruturas definem as propriedades dos materiais. Já a algum tempo o chamado efeito Trip está em foco. Trip significa transformation induced plasticity, o que traduzido fica "plasticidade induzida por transformação".

Aços Trip já estão disponíveis no mercado a mais de dez anos. Eles se caracterizam por uma grande resistência mecânica de até 700 MPa. Para comparar: um osso quebra sob uma tensão de 230 MPa. Os aços Trip deixam-se deformar até 35%. Isso não é suficiente para os especialistas em aços, também pelo fato de que a capacidade de deformação é praticamente toda "consumida" no processo de conformação.

Pode-se entender isso da seguinte maneira: Chapas de carrocerias são na sua maioria conformadas em processos de embutimento e estiramento. Para isso são colocadas em uma prensa e estampada conforme desejado. Quanto mais conformável o material, mais fácil será a estampagem na prensa sem se romper. Nos aços Trip já o processo de estampagem leva a um aumento de resistência na estrutura cristalina do material. Se a chapa de aço é novamente submetida a esforços, como por exemplo em uma colisão, a mesma se deixa deformar muito pouco. A carroceria fica com uma reserva de capacidade de deformação de apenas 5% disponível.

Nanotecnologia aumentando a conformabilidade dos aços

Um liga manganês-alumínio-silício deixa o aço mais conformável. Com essa liga os pesquisadores do Instituto Max-Planck para Pesquisas do Ferro Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), de Düsseldorf, fazem seus experimentos. Eles fazem uso de pequenas falhas na estrutura cristalina, as chamadas maclas. Esse termo descreve um tipo de defeito cristalino, no qual os cristais podem se reorientar. Com isso surge um plano de espelhamento com orientação cristalina invertida. O fenômeno é denominado maclação e dá ao material características especiais de conformabilidade.

Os resultados obtidos com os novos aços Twip são promissores. Sobretudo aço com 15% de manganês, 3% de alumínio e 3% de Silício se mostrou extremamente resistente e conformável em laboratório, com valores de resistência de até 1100 MPa.

Metal autorregenerável

Como material leve para os veículos de amanha os pesquisadores do MPIE estão desenvolvendo também os aços Triplex. Neles são adicionadas nanopartículas de carbono. O produto é ate 10% mais leve do que os aços Trip e Twip, porém muito mais resistentes e conformáveis. Mas, antes do material poder ser aplicado industrialmente é preciso resolver alguns problemas. "Apesar de todas suas qualidades o material também tem uma desvantagem", diz o chefe do MPIE Dierk Raabe. Se ele é zincado usando galvanização, hidrogênio atômico pode penetrar no material, causando fragilização.

Olhando mais para o futuro ainda está uma pesquisa na qual os especialistas de Düsseldorf e de outros institutos estão trabalhando: materiais autorregeneráveis. O exemplo vem da natureza. Ossos que sofrem micro-trincas devido a batidas se regeneram sozinhos. A pessoa normalmente não percebe o processo, pois o corpo elimina o problema por si só.

Em ciencia dos materiais isso seria feito atraves de minusculas capsulas de material adesivo. Se micro-trincas surgem devido a fadiga do material, as capsulas se rompem, o adesivo flui e preenche as trincas. Por enquanto não é possível implementar a ideia nos aços, somente em materiais compósitos. Porem em um futuro não muito distante eles querem adicionar essas propriedades autorregenerativas também ao aço.