Se você tiver o azar de ter um carro com pneus de metal, você pode considerar um conjunto feito de uma nova liga projetada no Sandia National Laboratories. Você poderia derrapar - não dirigir, derrapar - ao redor do equador da Terra 500 vezes antes de desgastar o passo.

A equipe de ciência de materiais de Sandia desenvolveu uma liga de platina-ouro considerada o metal mais resistente ao desgaste do mundo. É 100 vezes mais durável do que o aço de alta resistência, tornando-se a primeira liga, ou combinação de metais, na mesma classe que o diamante e a safira, os materiais mais resistentes ao desgaste da natureza. A equipe de Sandia relatou recentemente suas descobertas em Materiais avançados . "Mostramos que há uma mudança fundamental que você pode fazer em algumas ligas que proporcionará este tremendo aumento de desempenho em uma ampla gama de reais, metais práticos, "disse o cientista de materiais Nic Argibay, um autor no papel.

Embora os metais sejam normalmente considerados fortes, quando eles se esfregam repetidamente contra outros metais, como em um motor, eles se desgastam, deformar e corroer a menos que tenham uma barreira protetora, como aditivos em óleo de motor.

Na eletronica, os contatos móveis de metal com metal recebem proteções semelhantes com camadas externas de ouro ou outras ligas de metais preciosos. Mas esses revestimentos são caros. E, eventualmente, eles se desgastam, também, à medida que as conexões se pressionam e deslizam, dia após dia, Ano após ano, às vezes milhões, até bilhões de vezes. Esses efeitos são exacerbados quanto menores forem as conexões, porque quanto menos material você começa, menos desgaste uma conexão pode suportar antes de não funcionar mais.

Com o revestimento de ouro de platina de Sandia, apenas uma única camada de átomos seria perdida após uma milha de derrapagem nos pneus hipotéticos. O revestimento ultradurável pode economizar para a indústria de eletrônicos mais de US $ 100 milhões por ano apenas em materiais, Argibay diz, e tornar eletrônicos de todos os tamanhos e em muitos setores mais econômicos, duradouro e confiável - de sistemas aeroespaciais e turbinas eólicas à microeletrônica para telefones celulares e sistemas de radar.

"Esses materiais resistentes ao desgaste podem fornecer benefícios de confiabilidade para uma variedade de dispositivos que exploramos, "disse Chris Nordquist, um engenheiro Sandia não envolvido no estudo. "As oportunidades de integração e melhoria seriam específicas do dispositivo, mas este material forneceria outra ferramenta para lidar com as limitações atuais de confiabilidade dos componentes microeletrônicos de metal. "

O novo metal coloca uma velha teoria de lado

Você pode estar se perguntando como os metalúrgicos por milhares de anos de alguma forma não perceberam isso. Em verdade, a combinação de 90 por cento de platina com 10 por cento de ouro não é nada nova.

Mas a engenharia é nova. Argibay e o co-autor Michael Chandross arquitetaram o design e a nova sabedoria do século 21 por trás dele. A sabedoria convencional diz que a capacidade de um metal de resistir ao atrito é baseada na sua dureza. A equipe Sandia propôs uma nova teoria que diz que o desgaste está relacionado a como os metais reagem ao calor, não sua dureza, e eles escolheram metais a dedo, proporções e um processo de fabricação que poderia provar sua teoria.

"Muitas ligas tradicionais foram desenvolvidas para aumentar a resistência de um material, reduzindo o tamanho do grão, "disse John Curry, um pós-doutorado nomeado em Sandia e primeiro autor no artigo. "Mesmo assim, na presença de tensões e temperaturas extremas, muitas ligas ficarão mais grossas ou amolecerão, especialmente sob fadiga. Vimos que com nossa liga de platina-ouro a estabilidade mecânica e térmica é excelente, e não vimos muitas mudanças na microestrutura durante períodos imensamente longos de tensão cíclica durante o deslizamento. "

Agora eles têm provas que podem ter nas mãos. Parece platina comum, prata-branco e um pouco mais pesado que ouro puro. Mais importante, não é mais difícil do que outras ligas de ouro-platina, mas é muito melhor em resistir ao calor e cem vezes mais resistente ao desgaste.

A abordagem da equipe é moderna e dependia de ferramentas computacionais. A teoria de Argibay e Chandross surgiu de simulações que calculavam como os átomos individuais estavam afetando as propriedades em grande escala de um material, uma conexão que raramente é óbvia apenas pelas observações. Pesquisadores em muitos campos científicos usam ferramentas computacionais para eliminar muitas das suposições de pesquisa e desenvolvimento.

"Estamos analisando os mecanismos atômicos fundamentais e a microestrutura e juntando todas essas coisas para entender por que você obtém um bom desempenho ou por que você obtém um desempenho ruim, e, em seguida, projetar uma liga que forneça um bom desempenho, "Chandross disse.

Uma surpresa brilhante

Ainda, sempre haverá surpresas na ciência. Em um artigo separado publicado em Carbono , a equipe Sandia descreve os resultados de um acidente notável. Um dia, ao medir o desgaste em sua platina-ouro, um filme preto inesperado começou a se formar no topo. Eles reconheceram:carbono semelhante ao diamante, um dos melhores revestimentos feitos pelo homem do mundo, liso como grafite e duro como diamante. A criação deles estava fazendo seu próprio lubrificante, E um bom nisso.

O carbono tipo diamante geralmente requer condições especiais de fabricação, e ainda assim a liga sintetizou espontaneamente.

"Acreditamos que a estabilidade e a resistência inerente ao desgaste permitem que as moléculas que contêm carbono do ambiente se fixem e se degradem durante o deslizamento para formar carbono semelhante ao diamante, "Curry disse." A indústria tem outros métodos para fazer isso, mas normalmente envolvem câmaras de vácuo com plasmas de espécies de carbono de alta temperatura. Pode ficar muito caro. "

O fenômeno poderia ser aproveitado para melhorar ainda mais o desempenho já impressionante do metal, e também pode levar a um processo mais simples, maneira mais econômica de produzir lubrificantes premium em massa.