As técnicas de manufatura aditiva usadas para produzir ligas metálicas ganharam popularidade devido à sua capacidade de serem fabricadas em formas complexas para uso em várias aplicações de engenharia. No entanto, a maioria dos estudos realizados centrou-se no desenvolvimento de materiais monofásicos.
A equipe do Dr. Kelvin Xie no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Texas A&M University empregou técnicas avançadas de caracterização para revelar a microestrutura dos elementos multiprincipais de duas fases impressos em 3D, também conhecidos como ligas de alta entropia (HEAs), que exibem propriedades ultra-fortes e dúcteis. Este trabalho é uma colaboração com o Dr. Wen Chen da Universidade de Massachusetts em Amherst e o Dr. Ting Zhu do Georgia Institute of Technology.

Este estudo foi publicado recentemente na Nature .

O HEA relatado neste estudo foi fabricado através de fusão em leito de pó a laser (L-PBF) na Universidade de Massachusetts em Amherst. L-PBF é o processo de aquecimento e resfriamento de materiais a taxas muito rápidas, o que permite a criação de microestruturas únicas e a adaptação de propriedades mecânicas. No entanto, os pesquisadores se concentraram amplamente no uso de L-PBF para materiais monofásicos.

Neste trabalho, Xie e seu aluno de pós-graduação Dexin Zhao lideraram o esforço de caracterização para entender HEAs eutéticos de fase dupla impressos em 3D. Em vez de serem compostos de uma única fase, os HEAs de fase dupla são dispostos em camadas em uma estrutura auto-organizada em nanoescala.

"Uma liga eutética é semelhante a uma lasanha", disse Xie. "Primeiro, você tem uma folha de massa, depois molho, carne e queijo. Essas camadas se repetem. Em materiais, a fase cúbica de face centrada e a fase cúbica de corpo centrado são como folhas de massa e o recheio."

As interfaces que separam essas fases são fortes barreiras que fornecem força adicional. A taxa de resfriamento super-rápida, exclusiva da impressão 3D L-PBF, criou as "folhas de massa" e o "recheio" super finos. Isso cria interfaces de densidade excepcionalmente alta que são críticas para a combinação de excelente resistência e ductilidade.

De acordo com Xie, esta é a primeira vez que os pesquisadores alcançaram o HEA nanoestruturado impresso em 3D que exibe propriedades ultra-fortes e dúcteis, um feito difícil de superar na ciência dos materiais devido à natureza oposta dessas características.

Além de suas propriedades físicas favoráveis, quando usado em aplicações como aeroespacial ou automobilística, este material oferece o potencial de diminuir os custos de energia.

"Onde quer que a energia seja consumida, há uma preocupação", disse Xie. "Por exemplo, um carro que transporta passageiros consome muito mais energia movendo-se sozinho do que movendo os passageiros. Nossas descobertas mostram novos caminhos para o design de materiais, que eventualmente podem levar a alternativas leves para muitos dos materiais que usamos atualmente na fabricação".

No futuro, os pesquisadores esperam aproveitar essa tecnologia para várias aplicações de engenharia e materiais de fabricação que devem ser leves e resistir à deformação.

Esta pesquisa é um esforço colaborativo entre a Universidade de Massachusetts em Amherst, o Instituto de Tecnologia da Geórgia, a Universidade da Califórnia, Los Angeles, a Universidade Rice e os Laboratórios Nacionais de Oak Ridge e Lawrence Livermore. + Explorar mais

Pesquisadores imprimem em 3D a primeira liga nanoestruturada de alto desempenho que é ultraforte e dúctil