Seu nome não diz muito, pode até soar sem sentido, mas CrCoNi é uma liga metálica fascinante. E é por uma razão convincente: um grupo de pesquisadores do Berkeley Lab e do Oak Ridge National Laboratory, ambos nos Estados Unidos, acaba de identificá-lo como o material mais resistente já registrado hoje, uma propriedade notável que se combina com sua grande ductilidade e resistência. Suas conclusões acabaram de ser refletidas em Ciência.
CrCoNi é uma liga metálica composta por cromo, cobalto e níquel —daí seu nome— que se destaca por duas peculiaridades: é “extremamente dúctil” e “impressionantemente forte”, o que na prática significa que é muito maleável e possui considerável resistência à deformação permanente. Outra de suas características é que ambas as características melhoram à medida que a liga esfria, algo, lembram eles em Berkeley, que “vai contra a maioria dos materiais”.
CrCoNi não é um material estritamente novo. Quase uma década atrás, os pesquisadores Robert Ritchie e Easo George começaram a fazer experiências com ele e CrMnFeCoNi, outra liga que contém manganês e ferro. Agora, um estudo publicado na prestigiosa revista Ciência se aprofunda em suas propriedades, que eles puderam explorar ao submeter as amostras a temperaturas muito baixas.
Graças a esses testes, os cientistas conseguiram medir sua enorme resistência.
A combinação mais complicada
“Quando os materiais estruturais são projetados, eles são procurados para serem forte, mas também dúctil e resistente à fratura”, diz George, que explica que não é fácil conseguir o equilíbrio certo entre as duas propriedades. No caso da liga CrCoNi, eles parecem se encaixar bem: “Esse material é as duas coisas e, em vez de ficar quebradiço em baixas temperaturas, fica mais resistente”.
Suas características são explicadas em parte pela natureza do CrCoNi, que o enquadra entre as chamadas ligas de alta entropia (HEA), aquelas formadas por uma mistura balanceada dos elementos que o constituem. Suas possibilidades e a grande resistência e ductilidade que conferem aos materiais fizeram com que essas peculiares “receitas atômicas balanceadas” atraíssem o interesse dos cientistas por anos, embora não seja fácil recriar as condições necessárias para levá-los ao limite e verificar como eles funcionam. responda em condições extremas.
Isso é precisamente o que eles conseguiram com o CrCoNi.
“A resistência desse material perto da temperatura do hélio líquido (20 kelvins, -424 Fahrenheit) chega a 500 megapascais por metro quadrado”, explica Robert Richie antes de compará-lo com os níveis mais baixos encontrados, por exemplo, no silício, no alumínio de aviões de passageiros ou mesmo em alguns dos melhores aços. “500 é incrível”.
Uma liga de metal feita de cromo, cobalto e níquel resistiu a testes de estresse extremo em temperaturas abaixo de zero para ser considerada o material mais resistente do mundo. https://t.co/AKOCIsOOsz
— Berkeley Lab (@BerkeleyLab) 14 de dezembro de 2022
Descendo para temperaturas de nitrogênio líquido – em torno de 77 kelvins ou -321 F – os pesquisadores já haviam visto sua dureza “impressionante”, o que os levou a testá-lo em condições ainda mais extremas. Eles não tiveram uma vida fácil. A obtenção de 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 tornaram A espera valeu a pena”, comentam em Berkeley.
Além da teoria ou dos registros para a ciência dos materiais, a grande questão é: o CrCoNi tem aplicações práticas? Os pesquisadores defendem a utilidade do estudo para além dos laboratórios. Agora que o funcionamento interno da liga é melhor compreendido, este e outros HEAs estão um passo mais perto de sua adoção para usos especiais.
Talvez a fabricação da liga CrCoNi seja caro e não é fácil encontrar contextos em que suas propriedades fascinantes sejam úteis, mas isso não impede que o material ofereça possibilidades interessantes para determinados contextos, especialmente nos mais extremos.
George aponta para condições ambientais extremas que podem comprometer as ligas metálicas padrão, como as temperaturas gélidas encontradas no espaço profundo. “Encontrar materiais estruturais com boas propriedades de fratura em temperaturas muito baixas é um desafio, mas importante para campos como a exploração espacial”, diz o estudo.
Imagem superior: Robert Ritchie/Berkeley Lab
