Pesquisadores da Linköping University, LiU, desenvolveram um modelo teórico que permite simulações para mostrar o que acontece em materiais de corte duro à medida que se degradam. O modelo permitirá que as indústrias manufatureiras economizem tempo e dinheiro. O modelo foi publicado em revista científica de acesso aberto Materiais .

O nitreto de titânio-alumínio é um material cerâmico comumente usado como revestimento para ferramentas de corte de metal. Com a ajuda de uma película fina de nitreto de titânio-alumínio, a ponta de uma ferramenta revestida torna-se mais difícil, e a vida útil da ferramenta mais longa. Uma característica notável da superfície revestida é que ela se torna ainda mais dura durante o processo de corte, um fenômeno conhecido como envelhecimento.

Kostas Sarakinos, professor associado em ciência dos materiais na Linköping University, descreve o material como um burro de carga na indústria de manufatura.

A liga é, Contudo, sensível a altas temperaturas. Alguns minutos de operação de corte em um material realmente duro submetem a aresta de corte a uma pressão tão alta que é aquecida a quase 900 graus ou mais. Em temperaturas de até 700 graus, o material está ileso, mas começa a degradar em temperaturas mais altas. A borda amolece e perde nitidez.

Até agora, ninguém foi capaz de determinar o que acontece no nível atômico dentro da película fina durante o processo de corte. Só foi possível simular parcialmente as propriedades da complexa combinação de titânio, alumínio e nitrogênio, e não foi possível tirar quaisquer conclusões dos resultados.

Georgios Almyras, que anteriormente trabalhou como pesquisador de pós-doutorado na Divisão de Engenharia de Nanoescala e agora se mudou para a Ericsson, Davide Sangiovanni da Divisão de Física Teórica, e Kostas Sarakinos, chefe da Divisão de Engenharia em nanoescala, Linkoping University, passou quatro anos desenvolvendo um modelo teórico confiável que pode ser usado para mostrar exatamente o que acontece no material com resolução de picossegundo. Eles usaram o modelo recém-desenvolvido para simular eventos no material, mostrando quais átomos são deslocados e as consequências que isso tem para as propriedades.

"Isso também significa que podemos desenvolver estratégias para impedir a degradação, como ligar os materiais ou criar nanoestruturas especialmente projetadas, "diz Davide Sangiovanni.

Seu modelo teórico calcula as forças entre os átomos no material. O modelo é baseado em um método previamente conhecido que foi usado com sucesso em sistemas de materiais simples. Combinações complexas de materiais, Contudo, requerem cálculos demorados que só são possíveis em um supercomputador. O grupo de pesquisa da LiU otimizou esses cálculos implementando algoritmos de aprendizado de máquina que os predecessores da inteligência artificial.

O supercomputador do Centro Nacional de Supercomputadores em LiU foi então usado para cálculos de cerca de 40 ligas dos três elementos de titânio, alumínio e nitrogênio, enquanto olha para várias propriedades do material. Os cientistas compararam os resultados dos cálculos com as propriedades conhecidas dos materiais.

"O acordo é muito bom, "diz Kostas Sarakinos." É importante calcularmos também as propriedades que conhecemos, porque então podemos ter certeza de que os cálculos e previsões do modelo são confiáveis. "

Os pesquisadores esperam que o método seja útil para empresas do setor de manufatura, como Sandvik, ABB, Ferramentas Seco, etc, o que poderia economizar muito dinheiro com o desenvolvimento de ferramentas com maior dureza e resistência ao desgaste. Essas são empresas com as quais os pesquisadores da LiU têm acordos de colaboração de longo prazo.

"Podemos agora, pela primeira vez, realizar simulações clássicas em grande escala de estruturas atômicas em um dos sistemas de materiais mais comumente usados ​​para corte e conformação de metal. As simulações podem considerar a resistência ao calor ou nanoestruturas, e podem fornecer informações importantes sobre como os átomos se movem. Os resultados nos ajudarão a evitar, ou pelo menos atrasar, degradação do material, "diz Kostas Sarakinos.