Os pesquisadores da EPFL desenvolveram modelos de ligas de magnésio para entender como tornar o metal mais flexível. O magnésio é o metal mais leve da Terra, mas não pode ser facilmente moldado em formas utilizáveis. Os pesquisadores esperam que com os modelos levem à descoberta de novos, ligas mais maleáveis, para que as montadoras possam fazer veículos mais leves e que consumam menos energia.

Reduza apenas 100 quilos do peso de um carro e você aumentará sua eficiência energética em cerca de 3,5 por cento. Fabricar máquinas e equipamentos mais leves é uma meta dos fabricantes de setores que vão do automotivo ao aeroespacial. E a chave pode ser apenas o magnésio - um metal que não é apenas quatro vezes mais leve que o aço, mas também é fácil de encontrar. O problema é que o magnésio puro é difícil de esticar e formar e, portanto, não pode ser usado como está. Então, pesquisadores do Laboratório de Modelagem Mecânica Multiescala da EPFL desenvolveram um modelo para prever como o metal se comporta quando misturado a diferentes elementos, a fim de determinar qual tipo de liga oferece a capacidade de deformação necessária para aplicações industriais. A pesquisa deles foi publicada hoje em Ciência .

Mais leve, ligas mais maleáveis

"O magnésio se torna muito mais maleável se você adicionar alguns átomos de metais de terras raras, cálcio, ou manganês, "diz William Curtin, professor da Escola de Engenharia da EPFL. "Queríamos entender o que está acontecendo nessas ligas em nível atômico, para que possamos identificar quais elementos adicionar e em que quantidades para tornar o metal flexível. "O magnésio pode ser apreciado por seu peso ultrabaixo, mas também tem uma ductilidade muito baixa. "Isso significa que pode quebrar facilmente se estiver deformado, e por isso ainda não pode substituir o aço ou alumínio, "diz Curtin. A solução é encontrar baixo custo, minerais prontamente disponíveis que podem ser usados ​​para criar ligas de magnésio. Metais de terras raras, como ítrio e cério, são altamente eficazes, mas, por outro lado, não atendem a esses critérios.

Esses pesquisadores identificaram previamente as propriedades físicas que tornam o magnésio puro difícil de modelar. Era bem sabido que a adição de certos elementos pode torná-lo mais maleável. Mas os pesquisadores não têm uma boa compreensão dos mecanismos físicos que ocorrem - o que significa que eles têm dificuldade em prever quais seriam as melhores ligas. "Os engenheiros costumam projetar e testar novas ligas de aço e alumínio, os metais mais comumente usados, para desenvolver mais leve, compostos mais sólidos ou mais maleáveis, "diz Curtin. Mas os fatores que afetam a ductilidade de uma liga permanecem um mistério e muitos materiais ainda são desenvolvidos experimentalmente.

Estudando metais em escala atômica

Os pesquisadores da EPFL estudaram as interações entre os átomos de magnésio e os átomos dos elementos adicionados para fazer as ligas. Eles descobriram que certos átomos desencadeiam um processo que "cancela" o mecanismo que torna o magnésio difícil de moldar. A baixa ductilidade do magnésio é devido ao seu baixo número de deslocamentos móveis, que são os defeitos lineares que fazem os metais fluírem plasticamente e que tornam menos provável que se quebrem quando são deformados. Os pesquisadores descobriram que adicionar certos elementos aumenta substancialmente o número de deslocamentos móveis e, portanto, aumenta a capacidade de deformação do metal. Eles então passaram vários meses usando o sistema de computação de alto desempenho da EPFL para calcular, por meio da mecânica quântica, quais combinações de átomos resultam na maior ductilidade. “Tivemos muita sorte de ter acesso a este equipamento, o que nos permitiu começar a trabalhar imediatamente, "diz Curtin.

Por enquanto as ligas ainda estão em fase de modelagem. O próximo passo será a fabricação em laboratório para ver se eles têm as propriedades certas para uso industrial e se podem ser fabricados em grande escala.