Uma equipe de pesquisa co-liderada por cientistas de materiais da Universidade da Cidade de Hong Kong (CityU) descobriu recentemente um novo mecanismo para aumentar a resistência e a ductilidade de uma liga de alta entropia, duas propriedades que normalmente variam inversamente entre si. As descobertas fornecem informações importantes para o projeto futuro de ligas de alta entropia fortes e dúcteis e cerâmicas de alta entropia.
A relação resistência-ductilidade é um problema de longa data para ligas convencionais que geralmente são baseadas em um ou dois elementos principais, o que significa que o aumento da resistência geralmente sacrifica a ductilidade. Na última década, uma nova estratégia de projeto de liga foi proposta:misturar vários elementos para formar ligas, denominadas "ligas de elementos múltiplos principais" (MPEAs) ou "ligas de alta entropia" (HEAs). Os MPEAs exibem excelentes propriedades mecânicas, como grande ductilidade e excelente resistência.

Acredita-se que essas excelentes propriedades mecânicas se originem da grave distorção da rede atômica causada pela mistura aleatória de vários elementos principais com tamanhos atômicos distintos, variações de ligação e diferenças na estrutura cristalina, que por sua vez levam a um "efeito de deformação da rede heterogênea". No entanto, o campo de deformação de rede heterogêneo (um campo de deformação refere-se à distribuição de deformação através de parte de um corpo) é difícil de quantificar e caracterizar, então seu impacto no fortalecimento de ligas por meio de deslocamento dinâmico tridimensional (3-D) foi ignorado até recentemente.

Mas os experimentos mais recentes e uma série de simulações feitas pela equipe de pesquisa co-liderada pelo professor Yang Yong, do Departamento de Engenharia Mecânica da CityU, e pelo professor Fang Qihong, da Universidade de Hunan, mostram que o campo de deformação heterogêneo pode contribuir para o aprimoramento mecânico propriedades dos MPEAs através dos novos mecanismos heterogêneos de fortalecimento induzidos por deformação, levando à sinergia força-ductilidade nas ligas. Suas descobertas foram publicadas na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ) sob o título "Reforço de tensão de rede heterogênea em sólidos cristalinos severamente distorcidos".

"Os livros didáticos de ciência e engenharia de materiais tradicionalmente listam quatro mecanismos de fortalecimento da ductilidade:fortalecimento de deslocamento, fortalecimento de soluto, fortalecimento de contorno de grão e fortalecimento de precipitação", explicou o professor Yang. "Esse conhecimento de livros didáticos foi ensinado por centenas de anos em universidades para estudantes de ciências dos materiais, engenharia mecânica e física aplicada."

"Agora descobrimos um novo mecanismo de fortalecimento da ductilidade por meio de experimentos e simulações numéricas, que chamamos de 'reforço de tensão de rede heterogênea'."

Ao contrário dos mecanismos tradicionais de fortalecimento, que geralmente levam a uma troca de resistência-ductilidade, esse mecanismo de reforço recém-descoberto promove a sinergia de resistência-ductilidade, o que significa que os pesquisadores podem aumentar a resistência e a ductilidade de uma liga de alta entropia ao mesmo tempo. "As novas descobertas ajudam a explicar muitas descobertas recentes cujos mecanismos estão em debate e orientam o desenvolvimento de novos metais e cerâmicas fortes, porém dúcteis", acrescentou o professor Yang.

Nos experimentos, a equipe de pesquisa primeiro caracterizou as deformações de rede na liga de alta entropia FeCoCrNiMn usando técnicas como análise de fase geométrica (GPA) com base em microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (TEM). Em seguida, realizou testes de compressão de micropilares para estudar como as discordâncias deslizam e deslizam transversalmente na liga. Em seguida, a equipe realizou extensas simulações de dinâmica de deslocamento discreto (DDD) incorporando as deformações da rede medidas experimentalmente.

Os experimentos mostraram que a deformação da rede não apenas restringiu o movimento das discordâncias, melhorando assim a resistência ao escoamento, mas também promoveu deslizamentos cruzados das discordâncias para aumentar a ductilidade. Os resultados demonstraram o efeito significativo do campo de deformação heterogêneo nas propriedades mecânicas da liga. Eles fornecem uma nova perspectiva para investigar a origem da alta resistência das ligas de alta entropia e abrem novos caminhos para o desenvolvimento de materiais cristalinos avançados.

Os esforços combinados dos experimentos e simulações de computador revelaram os mecanismos físicos que sustentam a sinergia força-ductilidade observada nos experimentos. "As descobertas deste estudo fornecem um mecanismo fundamental para superar a relação resistência-ductilidade das ligas tradicionais", disse o professor Yang. + Explorar mais

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