'Molho secreto' permite uma nova maneira de fabricar ligas com composição graduada

21 de julho de 2023

Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

verificado

fonte confiável

revisar

por Emily R Tomlin, Laboratório Nacional de Oak Ridge

A pesquisa de uma tecnologia nova e exclusiva para fabricar peças metálicas compostas para uma ampla gama de aplicações que operam em ambientes extremos nas indústrias de aviação, espaço e energia está se mostrando promissora para a fabricação aditiva.

Desenvolvida por cientistas do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia, esta técnica permite o projeto de peças compostas com composição graduada. Esses componentes passam de superligas de alta resistência para ligas refratárias que podem suportar temperaturas extremamente altas – portanto, nenhuma soldagem é necessária.

Embora superligas e ligas refratárias normalmente não possam ser soldadas ou unidas entre si, muitas aplicações exigem materiais com propriedades de alta temperatura e alta resistência específicas do local.

“Podemos permitir composições que transitam de uma liga para outra sem problemas”, disse Soumya Nag, cientista de materiais do ORNL que lidera os estudos. "Podemos ajustar uma peça composta que podemos graduar de uma extremidade a outra e ter alta resistência e capacidade de alta temperatura em cada lado."

O segredo está no “molho”.

"É como cozinhar. Você basicamente tem ingredientes diferentes. Então, se você tem mais macarrão de um lado e mais risoto do outro, como você muda continuamente de macarrão para risoto? Você muda os ingredientes à medida que avança de de ponta a ponta, e é exatamente isso que fazemos", disse Nag.

O molho, neste caso, é um pó composto por uma terceira liga de transição que possui características leves ou de alta temperatura. Nag e os membros da equipe usaram uma modalidade de fabricação aditiva chamada deposição de energia direcionada para depositar diferentes composições de pó em um ambiente inerte de argônio, alterando a taxa de deposição à medida que avançam.

Para a maioria das aplicações estruturais, disse Nag, uma única composição de liga é frequentemente usada para fabricar componentes para ambientes corrosivos, de alta temperatura ou radiativos, mas esse processo é caro e compromete o desempenho. Para componentes que exigem propriedades amplamente variadas, muitas vezes são fabricadas peças soldadas feitas de materiais diferentes, levando a interfaces abruptas que podem afetar negativamente o desempenho.

Nos estudos mais recentes, os cientistas usaram pós de Inconel 718, uma liga à base de níquel, e C103, uma liga à base de nióbio. Essas ligas – uma de alta resistência e outra resistente a altas temperaturas – não querem se unir e tendem a criar rachaduras quando isso acontece. Mas, usando uma máquina de feixe de deposição de energia dirigida por pó soprado e alterando a taxa de fluxo dos pós, os cientistas podem alterar a composição dos metais unidos para que tenham as propriedades benéficas de ambos.