Quando se trata da integridade de ligas estruturais, um pouco de corrosão às vezes pode ser uma coisa boa.

Os pesquisadores da Cornell usaram modelagem atômica avançada para explorar as maneiras pelas quais o ambiente pode influenciar o crescimento de rachaduras em ligas como alumínio e aço - conhecimento que pode ajudar os engenheiros a prever melhor, e possivelmente adiar, a falha de estruturas. E ao remover átomos da ponta de uma rachadura, a modelagem mostrou que os pesquisadores podem evitar a propagação de uma rachadura, essencialmente melhorando o desempenho mecânico do material.

O papel da equipe, "Dissolução em uma ponta de fissura dúctil, "publicado em 1º de outubro em Cartas de revisão física . O autor principal é Wenjia Gu, Ph.D. '20.

"Há muito tempo as pessoas modelam o crescimento de fissuras e fraturas, mas o processo real pelo qual ocorre não foi realmente claro, pelo menos para ligas estruturais em ambientes complicados, "disse Derek Warner, professor associado de engenharia civil e ambiental e autor sênior do artigo. "Pode ser um fenômeno em escala muito grande - grandes estruturas podem se quebrar - mas pode ser controlado na escala atômica, particularmente quando você olha para os efeitos ambientais. "

Um ambiente tem muitos mecanismos diferentes pelos quais impacta adversamente um material, entre eles a dissolução, formação de óxido, redeposição de material e fragilização por hidrogênio. Warner e sua equipe do Cornell Fracture Group escolheram se concentrar na dissolução, que podem ser encontrados em todos os lugares, desde superfícies de metal corroídas até ossos humanos corroídos.

A equipe criou uma série de modelos atômicos 2D de uma liga estrutural, semelhante ao alumínio e aço, que era dúctil, ou seja, flexível o suficiente para que não se quebrasse quando deformado, como o vidro faz.

Ao executar inúmeras simulações que tensionaram o material com uma variedade de ciclos de carregamento, os pesquisadores foram capazes de ver as diferentes maneiras como os átomos interagiam. Os pesquisadores então começaram a remover átomos fracamente ligados da superfície, um por vez, e monitorou o comportamento do crack.

Eles descobriram que a remoção do material da superfície inibia o crescimento da rachadura.

"A tendência de uma rachadura a crescer depende de quão afiada ela é, "Warner disse." Se você tem um grande entalhe redondo, é improvável que se propague como uma rachadura. Mas se você tiver alguma característica nítida, como uma fenda cortada com uma faca, é mais provável que cresça. Então, desta forma, remoção de material, semelhante ao que ocorre durante a corrosão, pode realmente melhorar o desempenho mecânico. "

Há um corolário para este tipo de destruição como melhoria na biologia humana, Warner observou. Osteoclastos, um tipo de célula óssea, dissolver o tecido ósseo como forma de promover o crescimento ósseo e resistir ao fraturamento.

Essa abordagem pode ter muitas aplicações práticas, apenas deixando a natureza seguir seu curso.

"Existem algumas situações em que você teria uma estrutura projetada, uma liga estrutural, e você poderia dizer bem, pode ser benéfico deixá-lo corroer um pouco, porque pode atenuar as rachaduras que já existem, "Warner disse.

A pesquisa é de particular interesse para o Office of Naval Research, que financiou o estudo, e seus esforços para manter aeronaves caras em condições de trabalho seguras em meio ao ambiente oceânico extremo.

"Quando uma aeronave pousa em um porta-aviões, isso é 30% do que você chamaria de pouso forçado sempre que pousar. Você está operando com margens apertadas. Então você deixa a coisa no convés do porta-aviões ao sol, sendo açoitado com água salgada e corrosão, "Warner disse." Você sabe o que acontece se você deixar sua bicicleta do lado de fora, direito? Com melhor modelagem, eles podem avaliar melhor se é seguro voar, e com que frequência precisamos fazer manutenção para procurar problemas. "