Pesquisadores do Laboratório Nacional de Idaho descobriram como fazer "superligas" ainda mais super, estendendo a vida útil em milhares de horas. A descoberta pode melhorar o desempenho de materiais para geradores elétricos e reatores nucleares. A chave é aquecer e resfriar a superliga de uma maneira específica. Isso cria uma microestrutura dentro do material que pode suportar altas temperaturas mais de seis vezes mais do que uma contraparte não tratada.

“Nós descobrimos uma maneira de fazer uma superliga que seja muito mais resistente a falhas relacionadas ao calor. Isso poderia ser útil em geradores de eletricidade e em outros lugares, "disse Subhashish Meher, um cientista de materiais do INL. Ele foi o autor principal de um novo Avanços da Ciência artigo que descreve a pesquisa.

As ligas são combinações de dois ou mais elementos metálicos. As superligas são excepcionalmente fortes e oferecem outras características significativamente melhoradas devido à adição de traços de cobalto, rutênio, rênio ou outros elementos a um metal básico. Compreender como construir uma superliga melhorada é importante para tornar a mistura metálica melhor para um propósito específico.

Os cientistas do INL têm estudado superligas à base de níquel. Uma vez que essas superligas podem suportar altas temperaturas e forças mecânicas extremas, eles são úteis para turbinas geradoras de eletricidade e componentes de reatores nucleares de alta temperatura. Pesquisas anteriores mostraram que o desempenho pode ser melhorado se a estrutura do material da superliga se repetir de alguma forma, de tamanhos muito pequenos a muito grandes, como uma caixa dentro de uma caixa dentro de outra.

Isso é chamado de microestrutura hierárquica. Em uma superliga, consiste em uma matriz metálica com precipitados, regiões onde a composição da mistura difere do resto do metal. Embutidas nos precipitados estão ainda partículas de escala mais fina que têm a mesma composição da matriz fora dos precipitados - conceitualmente como caixas aninhadas.

Meher e seus co-autores estudaram como esses precipitados se formaram em uma superliga. Eles também investigaram como essa estrutura resistia ao calor e outros tratamentos.

Eles descobriram que, com a receita certa de aquecimento e resfriamento, eles poderiam tornar os precipitados duas ou mais vezes maiores do que seria o caso de outra forma, criando assim a microestrutura desejada. Esses precipitados maiores duraram mais quando submetidos a calor extremo. Além disso, estudos de simulação de computador sugerem que a superliga pode resistir a falhas induzidas por calor por 20, 000 horas, em comparação com cerca de 3, 000 horas normalmente.

Uma aplicação poderia ser geradores elétricos que duram muito mais porque a superliga com a qual são construídos seria mais resistente. O que mais, Os cientistas do INL podem agora criar um procedimento que pode ser aplicado a outras superligas. Então, pode ser possível ajustar a resistência de uma superliga, tolerância ao calor ou outras propriedades para melhorar seu uso em uma aplicação particular.

"Agora somos mais capazes de inserir propriedades e melhorar o desempenho do material, "Meher disse.

A pesquisa apareceu em 16 de novembro em Avanços da Ciência , "A origem e estabilidade da hierarquia nanoestrutural em sólidos cristalinos."