Usando simulação de computador, Alberto Ferrari calculou uma proposta de design para uma liga com memória de forma que mantém sua eficiência por muito tempo mesmo em altas temperaturas. Alexander Paulsen o fabricou e confirmou experimentalmente a previsão. A liga de titânio, o tântalo e o escândio são mais do que apenas uma nova liga com memória de forma de alta temperatura. Em vez, a equipe de pesquisa do Centro Interdisciplinar de Simulação de Materiais Avançados (Icams) e do Instituto de Materiais em Ruhr-Universität Bochum (RUB) também demonstrou como as previsões teóricas podem ser usadas para produzir novos materiais mais rapidamente. O grupo publicou seu relatório no jornal Materiais de revisão física de 21 de outubro de 2019. Seu trabalho foi apresentado como uma sugestão do Editor.

Evitando a fase indesejada

Ligas com memória de forma podem restabelecer sua forma original após a deformação quando a temperatura muda. Este fenômeno é baseado em uma transformação da rede cristalina na qual os átomos dos metais estão dispostos. Os pesquisadores se referem a isso como transformação de fase. “Além das fases desejadas, há também outros que se formam de forma permanente e consideravelmente enfraquecem ou até mesmo destroem completamente o efeito de memória de forma, "explica o Dr. Jan Frenzel do Institute for Materials. A chamada fase ômega ocorre a uma temperatura específica, dependendo da composição do material. A data, muitas ligas com memória de forma para a faixa de alta temperatura suportariam apenas algumas deformações antes de se tornarem inutilizáveis ​​assim que a fase ômega se instalasse.

Ligas com memória de forma promissoras para aplicações em alta temperatura são baseadas em uma mistura de titânio e tântalo. Ao alterar as proporções desses metais na liga, os pesquisadores podem determinar a temperatura em que ocorre a fase ômega. "Contudo, enquanto podemos mover essa temperatura para cima, a temperatura da transformação de fase desejada infelizmente é reduzida no processo, "diz Jan Frenzel.

A mistura altera as propriedades

Os pesquisadores do RUB tentaram entender os mecanismos do início da fase ômega em detalhes, a fim de encontrar maneiras de melhorar o desempenho das ligas com memória de forma para a faixa de alta temperatura. Para este fim, Alberto Ferrari, Ph.D. pesquisador da Icams, calculou a estabilidade das respectivas fases em função da temperatura para diferentes composições de titânio e tântalo. "Ele foi capaz de usá-lo para confirmar os resultados dos experimentos, "aponta a Dra. Jutta Rogal da Icams.

Na próxima etapa, Alberto Ferrari simulou pequenas quantidades de terceiros elementos sendo adicionados à liga de titânio e tântalo com memória de forma. Ele selecionou os candidatos de acordo com critérios específicos, por exemplo, eles devem ser tão atóxicos quanto possível. Descobriu-se que uma mistura de uma pequena porcentagem de escândio teria que resultar no funcionamento da liga por um longo tempo, mesmo em altas temperaturas. "Mesmo que o escândio pertença às terras raras e seja, consequentemente, caro, nós só precisamos de muito pouco dele, é por isso que vale a pena usar de qualquer maneira, "explica Jan Frenzel.

A previsão é precisa

Alexander Paulsen então produziu a liga calculada por Alberto Ferrari no Instituto de Materiais e testou suas propriedades em um experimento:os resultados confirmaram os cálculos. Um exame microscópico das amostras mais tarde provou que, mesmo depois de muitas deformações, nenhuma fase ômega foi encontrada na estrutura cristalina da liga. "Assim, expandimos nosso conhecimento básico de ligas com memória de forma à base de titânio e desenvolvemos novas ligas com memória de forma para altas temperaturas, "diz Jan Frenzel." Além disso, é ótimo que as previsões de simulação de computador sejam tão precisas. "Como a produção dessas ligas é muito complexa, a implementação de propostas de design auxiliado por computador para novos materiais promete um sucesso muito mais rápido.