p O desgaste e o atrito são questões cruciais em muitos setores industriais:o que acontece quando uma superfície desliza sobre a outra? Quais mudanças devem ser esperadas no material? O que isso significa para a durabilidade e segurança das máquinas? p O que acontece no nível atômico não pode ser observado diretamente. Contudo, uma ferramenta científica adicional está agora disponível para este propósito:pela primeira vez, simulações de computador complexas tornaram-se tão poderosas que o desgaste e o atrito de materiais reais podem ser simulados em escala atômica.

p A equipe de tribologia da TU Wien (Viena), liderado pelo Prof. Carsten Gachot, já provou que este novo campo de pesquisa agora oferece resultados confiáveis ​​em uma publicação atual na renomada revista científica Materiais e interfaces aplicados ACS . O comportamento de superfícies constituídas de cobre e níquel foi simulado com computadores de alto desempenho. Os resultados correspondem surpreendentemente bem com as imagens da microscopia eletrônica - mas também fornecem informações adicionais valiosas.

p Fricção altera grãos minúsculos

p A olho nu, não parece particularmente espetacular quando duas superfícies deslizam uma sobre a outra. Mas no nível microscópico, processos altamente complicados ocorrem:"Metais, à medida que são usados ​​na tecnologia, tem uma microestrutura especial, "explica o Dr. Stefan Eder, primeiro autor da publicação atual. "Eles consistem em pequenos grãos com um diâmetro da ordem de micrômetros ou até menos."

p Quando um metal desliza sobre o outro sob alta tensão de cisalhamento, os grãos dos dois materiais entram em contato intenso um com o outro:eles podem ser girados, deformado ou deslocado, eles podem ser quebrados em grãos menores ou crescer devido ao aumento da temperatura ou força mecânica. Todos esses processos, que ocorrem em escala microscópica, em última análise, determinam o comportamento do material em grande escala - e, portanto, também determinam a vida útil de uma máquina, a quantidade de energia perdida em um motor devido ao atrito, ou quão bem um freio funciona, em que a maior força de atrito possível é desejada.

p Simulação e experimento de computador

p "O resultado desses processos microscópicos pode então ser examinado em um microscópio eletrônico, "diz Stefan Eder." Você pode ver como a estrutura de grãos da superfície mudou. Contudo, ainda não foi possível estudar a evolução temporal desses processos e explicar exatamente o que causa quais efeitos em que ponto no tempo. "

p Essa lacuna agora está sendo preenchida por grandes simulações de dinâmica molecular desenvolvidas pela equipe de tribologia da TU Wien em cooperação com o Centro de Excelência de Tribologia (AC²T) em Wiener Neustadt e o Imperial College em Londres:Átomo por átomo, as superfícies são simuladas no computador. Quanto maior o pedaço de material simulado e mais longo o período de tempo simulado, mais potência do computador é necessária. "Simulamos seções com um comprimento lateral de até 85 nanômetros, por um período de vários nanossegundos, "diz Stefan Eder. Isso não parece muito, mas é notável:até mesmo o Vienna Scientific Cluster 4, O maior supercomputador da Áustria, às vezes pode ficar ocupado com essas tarefas por meses.

p A equipe investigou o desgaste de ligas de cobre e níquel - e o fez usando diferentes proporções de mistura dos dois metais e diferentes cargas mecânicas. "Nossas simulações de computador revelaram exatamente a variedade de processos, mudanças microestruturais e efeitos de desgaste que já são conhecidos por experimentos, "diz Stefan Eder." Podemos usar nossas simulações para produzir imagens que correspondem exatamente às imagens do microscópio eletrônico. Contudo, nosso método tem uma vantagem decisiva:podemos então analisar o processo em detalhes no computador. Nós sabemos qual átomo mudou de lugar em que ponto no tempo, e o que exatamente aconteceu com qual grão em qual fase do processo. "

p Entendendo o Desgaste - Otimizando Processos Industriais

p Os novos métodos já despertam grande interesse da indústria:"Há anos, tem havido uma discussão contínua de que a tribologia poderia se beneficiar de simulações de computador confiáveis. Agora chegamos a um estágio em que a qualidade das simulações e o poder de computação disponível são tão grandes que poderíamos usá-los para responder a perguntas interessantes que de outra forma não seriam acessíveis, "diz Carsten Gachot. No futuro, eles também querem analisar, Compreendo, e melhorar os processos industriais no nível atômico.