Cientistas japoneses identificaram um metal que pode resistir a forças constantes em temperaturas ultra-altas, oferecendo aplicações promissoras, incluindo em motores a jato de aeronaves e turbinas a gás para geração de energia elétrica.

O estudo primeiro de seu tipo, publicado na revista de acesso aberto Relatórios Científicos em julho de 2018, descreve um carboneto de titânio (TiC) reforçado, liga à base de molibdênio-silício-boro (Mo-Si-B), ou MoSiBTiC, cuja força de alta temperatura foi identificada sob forças constantes na faixa de temperatura de 1400 ^o C-1600 ^o C.

"Nossos experimentos mostram que a liga MoSiBTiC é extremamente forte em comparação com superligas de cristal único à base de níquel, que são comumente usados ​​em seções quentes de motores térmicos, como motores a jato de aeronaves e turbinas a gás para geração de energia elétrica, "disse o autor principal, Professor Kyosuke Yoshimi, da Escola de Graduação em Engenharia da Universidade de Tohoku.

“Este trabalho sugere que o MoSiBTiC, como materiais de temperatura ultra-alta além das superligas à base de níquel, é um candidato promissor para essas aplicações, "adicionou Yoshimi.

Yoshimi e colegas relatam vários parâmetros que destacam a capacidade favorável da liga de resistir a forças perturbadoras sob temperaturas ultra-altas sem deformar. Eles também observaram o comportamento da liga quando exposta a forças crescentes e quando as cavidades dentro do MoSiBTiC se formaram e cresceram, resultando em microfissuras e ruptura final.

O desempenho dos motores térmicos é a chave para a futura colheita de energia de combustível fóssil e a subsequente conversão em energia elétrica e força de propulsão. O aprimoramento de sua funcionalidade pode determinar o quão eficientes eles são na conversão de energia. O comportamento de fluência - ou a capacidade do material de resistir a forças sob temperaturas ultra-altas - é um fator importante, uma vez que o aumento das temperaturas e pressões levam à deformação por fluência. Compreender a fluência do material pode ajudar os engenheiros a construir motores de calor eficientes que podem resistir a ambientes de temperaturas extremas.

Os pesquisadores avaliaram a fluência da liga em uma faixa de tensão de 100-300 MPa por 400 horas. (MPa, ou megapascal, é uma unidade usada para medir pressões extremamente altas. Um MPa equivale a aproximadamente 145 psi, ou libra por polegada quadrada).

Todos os experimentos foram realizados em uma plataforma de teste controlada por computador sob vácuo, a fim de evitar a oxidação do material, ou reagindo com qualquer umidade potencial do ar, o que poderia resultar na formação de ferrugem.

Além disso, o estudo relata que, ao contrário de estudos anteriores, a liga experimenta um alongamento maior com forças decrescentes. Esse comportamento, eles escrevem, até agora só foi observada com materiais superplásticos que são capazes de resistir contra falhas prematuras inesperadas.

Essas descobertas são um indicador importante para a aplicabilidade do MoSiBTiC em sistemas que funcionam em temperaturas extremamente altas, como sistemas de conversão de energia em aplicações automotivas, usinas de energia, e sistemas de propulsão em motores e foguetes de aeronaves. Os pesquisadores dizem que várias análises microestruturais adicionais são necessárias para entender completamente a mecânica da liga e sua capacidade de se recuperar da exposição a altas tensões, como grandes forças sob altas temperaturas.

Eles esperam continuar refinando suas descobertas em seus empreendimentos futuros. "Nosso objetivo final é inventar um novo material de temperatura ultra-alta superior às superligas à base de níquel e substituir as lâminas de turbina de alta pressão feitas de superligas à base de níquel por novas lâminas de turbina de nosso material de temperatura ultra-alta, "disse Yoshimi." Para ir lá, como a próxima etapa, a resistência à oxidação do MoSiBTiC deve ser melhorada pelo design da liga sem deteriorar suas excelentes propriedades mecânicas. Mas é realmente desafiador. "