Seu nome não diz muito, pode até soar como um palavrão, mas CrCoNi é uma liga metálica fascinante. E por uma razão convincente: um grupo de pesquisadores do Berkeley Lab e do Oak Ridge National Laboratory, ambos nos Estados Unidos, o identificaram como o material mais forte que temos evidências hoje, uma propriedade notável que se combina com sua grande ductilidade (grau de deformação que um material suporta) e resistência. Suas conclusões foram apresentadas na Science.
CrCoNi é uma liga metálica composta de cromo, cobalto e níquel – daí seu nome – que se destaca por duas peculiaridades: é "extremamente dúctil" e "impressionantemente forte", o que para fins práticos significa que é muito maleável e tem considerável resistência à deformação permanente. Outra de suas características é que ambas as características melhoram à medida que a liga esfria, algo, lembra Berkeley, que "vai contra a maioria dos materiais".
CrCoNi não é um material estritamente novo. Há quase uma década, os pesquisadores Robert Ritchie e George Easo começaram a fazer experimentos com ele e com CrMnFeCoNi, outra liga contendo manganês e ferro. Agora, um estudo publicado na Science se aprofunda em suas propriedades, que eles puderam explorar submetendo as amostras a temperaturas muito baixas.
Graças a esses testes, os cientistas conseguiram medir sua enorme resistência.
Combinação mais complicada
"Quando você projeta materiais estruturais, quer que eles sejam fortes, mas também dúcteis e resistentes à fratura", diz George, que explica que não é fácil atingir um equilíbrio adequado entre ambas as propriedades. No caso da liga CrCoNi, elas parecem se encaixar bem: "Este material é ambos e, em vez de se tornar quebradiço em baixas temperaturas, torna-se mais resistente."
Suas características são explicadas em parte pela natureza do CrCoNi, que o inclui entre as chamadas ligas de alta entropia (HEA, do inglês high-entropy alloys), aquelas compostas por uma mistura equilibrada dos elementos que a constituem. Suas possibilidades e a grande resistência e ductilidade que dão aos materiais fizeram com que essas peculiares "receitas atômicas equilibradas" atraíssem o interesse dos cientistas por anos, embora não seja fácil recriar as condições necessárias para levá-las ao limite e ver como elas respondem em condições extremas.
Foi exatamente isso que eles conseguiram com o CrCoNi.
"A resistência desse material perto das temperaturas do hélio líquido (20 kelvin, -424 Fahrenheit) chega a 500 megapascais por metro quadrado", explica Robert Richie antes de compará-la com os níveis mais baixos apresentados, por exemplo, pelo silício, alumínio em aviões de passageiros ou mesmo o de alguns dos melhores aços. "500 é incrível."
Quando reduzido a temperaturas de nitrogênio líquido – em torno de 77 kelvin ou -321 F – os pesquisadores já haviam verificado sua dureza "impressionante", o que os levou a realizar exames com condições ainda mais extremas. Não foi fácil para eles. Obter instalações para realizar o experimento, reunindo as condições, ferramentas e experiência necessárias para examinar o que acontece no material em nível atômico, exigiu um longo processo de dez anos.
"Felizmente, os resultados fizeram a espera valer a pena", diz Berkeley.
Além da teoria ou registros para a ciência dos materiais, a grande questão é: o CrCoNi tem aplicações práticas? Os pesquisadores defendem a utilidade do estudo além dos laboratórios. "Agora que o funcionamento interno da liga é melhor compreendido, este e outros HEAs estão um passo mais perto da adoção para usos especiais", eles enfatizam.
A liga CrCoNi pode ser cara de fabricar e não ser facilmente aplicada em contextos em que suas propriedades fascinantes sejam úteis, mas isso não impede que o material ofereça possibilidades interessantes, especialmente em cenários mais extremos.
George aponta para condições ambientais que podem comprometer ligas metálicas padrão, como as temperaturas observadas no espaço. "Encontrar materiais estruturais com boas propriedades de fratura em temperaturas muito baixas é um desafio, mas é importante para campos como a exploração espacial", afirma o estudo.
Imagem | Robert Ritchie/Berkeley Lab
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