Pesquisadores de engenharia da Purdue University fizeram recentemente um avanço no campo da ciência dos materiais e desenvolveram com sucesso um novo material compósito nanolaminado de cobalto-alumínio. Este material quebra completamente a maldição de resistência e ductilidade incompatíveis dos metais tradicionais de alto desempenho. Sua resistência pode ser até 10 vezes maior que a do aço estrutural de alta resistência e ainda possui excelente resistência à deformação e fratura em temperatura ambiente. Os resultados da pesquisa foram publicados oficialmente na revista Science Advances.
Em campos de alta precisão, como aeroespacial e energia, componentes-chave, como pás de turbinas, precisam suportar temperaturas extremamente altas e estresse mecânico severo sem dobrar, rachar ou rastejar. Embora os compostos intermetálicos como o cobalto e o alumínio tenham pontos de fusão extremamente elevados, resistência à fluência e resistência devido às suas estruturas cristalinas altamente ordenadas, a sua fraqueza fatal é que são extremamente frágeis à temperatura ambiente e quebram ao menor impacto externo, fazendo com que enfrentem enormes desafios na fabricação e aplicação reais.
Para resolver este problema da indústria, uma equipe de pesquisa da Universidade Purdue quebrou as convenções e introduziu imperfeições em escala atômica no processo de fabricação. Os pesquisadores usaram a tecnologia de deposição por pulverização catódica magnetron para transformar o material diretamente do vapor da liga em um filme sólido. No processo, eles implantaram habilmente um grande número de deslocamentos microscópicos pré-existentes dentro do material de cobalto-alumínio e construíram uma estrutura única composta por uma interface amorfa. Esses limites flexíveis amorfos cristalizarão parcialmente quando forem extrudados e deformados por forças externas, ativando e induzindo mais deslocamentos na camada circundante de cobalto-alumínio. Este design microscópico dá à estrutura cristalina originalmente frágil um novo mecanismo de absorção e deformação de energia.
Testes nanomecânicos mostram que o limite de escoamento deste novo material nanolaminado de cobalto-alumínio atinge surpreendentes 6 gigapascais, o que equivale a 6 a 10 vezes o do aço estrutural de alta resistência. Ao mesmo tempo, pode suportar mais de 15% de deformação plástica sob condições de compressão à temperatura ambiente, mostrando forte resistência à deformação permanente e fratura frágil. Pesquisadores da Universidade de Houston confirmaram ainda, por meio de simulações de dinâmica molecular, que essa interface amorfa atua como uma fonte ativa de deformação plástica quando sob pressão, equilibrando perfeitamente a resistência mecânica ultra-alta e a excelente ductilidade.
A equipe de pesquisa afirmou que esta descoberta não apenas fornece uma nova maneira de resolver os defeitos de fragilidade dos compostos intermetálicos, mas também estabelece uma base sólida para o projeto futuro de materiais avançados na indústria aeroespacial, na exploração do espaço sideral e nos campos de energia e defesa de ponta. Na próxima etapa, os pesquisadores trabalharão para expandir este conceito de projeto estrutural em nanoescala para a fabricação de compósitos em grande escala e promover sua aplicação a outros sistemas de compostos intermetálicos frágeis para promover novas ligas ultrafortes e resistentes para aplicações industriais mais amplas.