Nanogêmeos — desativar!

Motores de aviação podem ser enfraquecidos por falhas em níveis nanométricos conhecidas como nano twins ou nanogêmeos. Evitar tais falhas poderia levar a motores mais eficientes e um método para isso está decolando.

Esquenta, esfria, esquenta, esfria, esquenta, esfria… Ninguém resiste a variações de temperatura, nem mesmo as superligas utilizadas nos motores de aviação. Quando expostos às altas temperaturas e pressões do interior de uma turbina, estes materiais desenvolvem minúsculos pontos fracos, conhecidos como nanogêmeos. Este problema não apenas reduz a durabilidade dos jatos, mas também impede que eles sejam mais eficientes pois quanto maior a temperatura de queima, menor é o consumo de combustível.

Engenheiros de todo o mundo estão estudando esse fenômeno. Na Ohio State University (OSU) não foi diferente. Sob coordenação de Michael Mills, professor de engenharia de materiais da OSU, cientistas estavam estudando a formação de nanogêmeos em duas superligas que já são utilizadas pela indústria aeronáutica. As amostras foram comprimidas sob toneladas de pressão a uma temperatura de 760º.C. Em seguida, as estruturas cristalinas das ligas foram analisadas sob microscópios eletrônicos e o comportamento quantum-mecânico de seus átomos foi modelado em computador.

Em ambas as ligas, o que era esperado se confirmou: a pressão e a temperatura deixou nanofalhas no interior da estrutura cristalina do material. A surpresa é que cada liga teve alterações diferentes. Quando um nanogêmeo se forma, os átomos dentro e ao redor da falha trocam de lugar. Alguns elementos, como níquel e alumínio, se afastam da falha enquanto outros preenchem-na. Essa movimentação, descrita em artigo publicado em novembro na Nature Communications, pode ser o segredo para controlar ou mesmo evitar o nascimento de nanogêmeos.

Na primeira liga testada, átomos de cromo e cobalto foram correndo para o interior da falha, enfraquecendo a área ao redor e formando um nanogêmeo — um rasgo microscópico que pode crescer até se tornar visível. Na segunda liga, porém, a estrutura se modificou sem um nanogêmeo. Rica em titânio, tântalo e nióbio, a segunda liga ficou reforçada em vez de enfraquecida ao redor da falha. Na prática, foi como aplicar uma solda em nível atômico, impedindo que um buraco se formasse e crescesse.

Chamada pelos cientistas de “reforço por transformação de fase”, essa técnica de nano-solda reduziu as deformações pela metade, desativando os nanogêmeos. A equipe de pesquisadores planeja agora aperfeiçoar a técnica e testá-la em outras ligas aeroespaciais, o que pode abrir caminho para motores a jato mais quentes e mais limpos. O Capitão Planeta agradece.

Referência

Smith, T. M. et al. Phase transformation strengthening of high-temperature superalloys [Reforço por transformação de fase de superligas de alta temperatura]. Nat. Commun. 7, 13434 doi: 10.1038/ncomms13434 (2016).