Os pesquisadores demonstraram como criar uma liga de alumínio super resistente que rivaliza com a resistência do aço inoxidável, um avanço com potenciais aplicações industriais.

"A maioria das ligas de alumínio leves são macias e têm baixa resistência mecânica inerentemente, o que dificulta a aplicação industrial mais generalizada, "disse Xinghang Zhang, professor da Escola de Engenharia de Materiais da Universidade Purdue. "Contudo, força elevada, ligas de alumínio leves com resistência comparável aos aços inoxidáveis ​​revolucionariam as indústrias automotiva e aeroespacial. "

Uma nova pesquisa mostra como alterar a microestrutura do alumínio para conferir maior resistência e ductilidade. Os resultados foram detalhados em dois novos artigos de pesquisa. O trabalho foi liderado por uma equipe de pesquisadores que incluiu o associado de pesquisa de pós-doutorado de Purdue, Sichuang Xue, e o estudante de doutorado Qiang Li.

O artigo mais recente foi publicado online em 22 de janeiro no jornal Materiais avançados . O artigo anterior foi publicado em novembro na revista Nature Communications .

O novo alumínio de alta resistência é possível pela introdução de "falhas de empilhamento, "ou distorções na estrutura do cristal. Embora sejam fáceis de produzir em metais como cobre e prata, eles são difíceis de introduzir no alumínio por causa de sua alta "energia de falha de empilhamento".

A estrutura cristalina de um metal é composta por uma sequência repetitiva de camadas atômicas. Se uma camada estiver faltando, diz-se que existe uma falha de empilhamento. Enquanto isso, os chamados "limites gêmeos" que consistem em duas camadas de falhas de empilhamento podem se formar. Um tipo de falha de empilhamento, chamada de fase 9R, é particularmente promissor, Zhang disse.

"Foi demonstrado que os limites duplos são difíceis de serem introduzidos no alumínio. A formação da fase 9R no alumínio é ainda mais difícil por causa de sua alta energia de falha de empilhamento, "Zhang disse." Você deseja introduzir os nanotwins e a fase 9R no alumínio nanogravado para aumentar a resistência e a ductilidade e melhorar a estabilidade térmica. "

Agora, os pesquisadores aprenderam como atingir prontamente essa fase 9R e nanotwins em alumínio.

"Esses resultados mostram como fabricar ligas de alumínio comparáveis ​​a, ou ainda mais forte do que, aços inoxidáveis, "disse ele." Há um grande impacto comercial potencial nesta descoberta. "

Xue é o principal autor do Nature Communications papel, que é o primeiro a relatar uma fase 9R "induzida por choque" no alumínio. Os pesquisadores bombardearam filmes de alumínio ultrafinos com minúsculos micro-projéteis de dióxido de silício, produzindo a fase 9R.

"Aqui, usando uma técnica de teste de impacto de projétil induzido por laser, descobrimos uma fase 9R induzida por deformação com dezenas de nanômetros de largura, "Xue disse.

Os testes de microprojétil foram realizados por um grupo de pesquisa da Rice University, liderado pelo professor Edwin L. Thomas, co-autor do artigo da Nature Communications. Um feixe de laser faz com que as partículas sejam ejetadas a uma velocidade de 600 metros por segundo. O procedimento acelera drasticamente os testes de triagem de várias ligas para aplicações de resistência ao impacto.

"Digamos que eu queira filtrar muitos materiais em um curto espaço de tempo, "Zhang disse." Este método nos permite fazer isso a um custo muito mais baixo do que seria possível. "

Li é o autor principal do artigo de Materiais Avançados, que descreve como induzir uma fase 9R no alumínio não por choque, mas pela introdução de átomos de ferro na estrutura cristalina do alumínio por meio de um procedimento chamado de pulverização catódica de magnetron. O ferro também pode ser introduzido no alumínio usando outras técnicas, como elenco, e a nova descoberta poderia ser potencialmente ampliada para aplicações industriais.

Os revestimentos de liga de alumínio-ferro "nanotwinned" resultantes provaram ser uma das ligas de alumínio mais fortes já criadas, comparável aos aços de alta resistência.

"Simulações de dinâmica molecular, realizada pelo grupo do professor Jian Wang na Universidade de Nebraska, Lincoln, mostraram a fase 9R e os nanograins resultaram em alta resistência e capacidade de endurecimento e revelaram os mecanismos de formação da fase 9R no alumínio, "Zhang disse." Compreender os novos mecanismos de deformação nos ajudará a projetar novos de alta resistência, materiais metálicos dúcteis, como ligas de alumínio. "

Uma aplicação potencial pode ser projetar revestimentos de liga de alumínio resistentes ao desgaste e à corrosão para as indústrias eletrônica e automobilística.