Descoberto Porque Ligas Metálicas Se Degradam

A fadiga em ligas metálicas é responsável por grandes prejuízos à indústria, causados por componentes que falham inesperadamente sob cargas que eles deveriam suportar com folga. Falhas desse tipo também são responsáveis por grande parte dos "recalls" feitos pela indústria automobilística para a substituição de componentes que podem apresentar defeitos.
Agora, pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, lançaram alguma luz sobre esse tipo de falha inesperada. Ao explicar por que ela acontece, torna-se possível descobrir formas de evitá-la.

Ligas metálicas policristalinas

As ligas metálicas são sólidos formados por pelo menos dois elementos metálicos diferentes. Esses elementos são misturados em estado líquido, fundidos. Quando eles resfriam e voltam a se solidificar, são criados minúsculos cristais em sua estrutura atômica, formando o que se chama de um material policristalino.
No interior de cada cristal, os átomos se organizam em um padrão - uma estrutura que se repete de forma periódica. Contudo, essas estruturas não são perfeitas, elas apresentam falhas, possuindo locais vagos onde, teoricamente, deveria haver um átomo.
Difusão
Em um processo chamado de difusão, os átomos dos dois elementos procuram tirar vantagem dessas lacunas, "saltando" pelo material para ocupar os espaços vagos e alterando a estrutura da liga metálica.
"É como uma dança das cadeiras. A difusão acontece em praticamente todos os materiais, e os materiais podem se degradar porque a difusão causa determinadas alterações na estrutura do material," explica do Dr. Katsuyo Thornton.

Rupturas nas ligas metálicas

O que Thornton e seus colegas demonstraram é que os átomos dos diferentes elementos "saltam" de forma muito diferente através do material devido à diferença da intensidade de suas ligações com os átomos vizinhos. Essa discrepância na taxa de movimentação dos átomos de cada elemento gera uma difusão maior ao longo das fronteiras dos cristais, levando a uma degradação acelerada do material.
"Em alguns casos, a difusão na fronteira dos grânulos é 100 vezes maior do que aquilo que comumente se espera," diz Thornton. "Esta é uma descoberta muito genérica. É por isto que ela é importante. Ela se aplica a uma grande variedade de materiais. Ela se aplica a materiais eletrônicos policristalinos, como as soldas."

Substituição das soldas com chumbo

As soldas tradicionais são feitas com ligas de chumbo, mas há um esforço internacional para a substituição desse metal pesado. Contudo, nenhum substituto tecnicamente à altura foi encontrado até agora. Um dos maiores problemas está nos chamados "bigodes de estanho," que crescem a partir dos pontos de solda e que já foram responsáveis por falhas em satélites artificiais, com enormes prejuízos.
Por isso os pesquisadores agora planejam aplicar sua teoria aos novos de materiais de soldagem, para tentar descobrir a razão do crescimento desses bigodes nas soldas sem chumbo e tentar evitá-los.

Novo Projeto De Motor Polui Menos e Produz Maior Aceleração

Pesquisadores chineses apresentaram o projeto de um novo tipo de motor de combustão interna - como os utilizados em automóveis e caminhões - que poderá abrir caminho para veículos híbridos ainda mais eficientes e menos poluidores.
O projeto, chamado de Alternador Linear de Pistão Livre (FPLA, na sigla em inglês), teve seu desempenho comprovado por meio de modelagens computadorizadas de alta precisão.

Motor para gerar eletricidade

Qingfeng Li e seus colegas destacam que o seu motor linear de pistão livre tem apenas uma parte móvel e é um motor projetado para gerar eletricidade. Nesse novo design, um pistão - a única parte móvel do motor - oscila ao longo de um cilindro, entre duas câmaras de combustão.
Ímãs permanentes no interior do pistão geram eletricidade ao passar pelas bobinas de um alternador montado sobre o cilindro.

Motor multicombustível

O motor pode ser alimentado por vários tipos de combustíveis, incluindo gás natural e hidrogênio, o que está ajudando a aumentar o interesse em sua utilização para gerar eletricidade e recarregar as baterias dos veículos híbridos.
Os resultados da simulação mostram que o motor gerador de eletricidade pode acelerar três vezes mais rápido do que os motores a combustão tradicionais e queima o combustível de forma a minimizar a geração de poluentes. "É a fonte de energia ambientalmente benigna para o futuro," diz o artigo.

Revestimento de titânio elimina contaminação na indústria de alimentos

A contaminação de produtos é uma das maiores preocupações da indústria de alimentos. Agora, pesquisadores ingleses descobriram que a utilização de titânio nas superfícies de trabalho, como mesas e áreas de corte, pode praticamente eliminar a contaminação por bactérias que se desenvolvem e se espalham no próprio ambiente industrial.

Abrasão no aço inoxidável

O material mais utilizado nos equipamentos da indústria de alimentação é o aço inoxidável. Contudo, a prática mostra que esse material não é imune à abrasão e ao desgaste induzidos pelo contato constante com ferramentas como facas, serras e materiais de limpeza.
A chave para a eliminação da contaminação é a manutenção da limpeza das áreas de trabalho. Mas a abrasão cria microfissuras nas mesas e áreas de trabalho de aço inoxidável que são prontamente colonizadas pelas bactérias.
A bactéria Listeria, por exemplo, fica retida em fissuras de apenas 0,5 micrômetro de espessura, mesmo depois da higienização padrão da indústria. Já os Staphylococcus fixam-se em ranhuras medindo 1 micrômetro de largura.

Mesas de titânio

O problema pode ser prontamente solucionado com a adoção de titânio nessas áreas de trabalho, na forma de um revestimento colocado sobre o aço das mesas. Além de ser mais resistente à abrasão, diminuindo drasticamente a criação das ranhuras por abrasão, as bactérias têm mais dificuldade de se fixar ao titânio.
"Nossas descobertas também indicam que o revestimento de titânio pode ter um papel crucial na redução da fixação da E. coli nas superfícies de contato com os alimentos; as células de E. coli fixam-se muito mais ao aço inoxidável do que ao titânio," explica a professora Adele Packer, da Universidade Metropolitana de Manchester, na Inglaterra.

Contaminação na indústria de alimentos

A pesquisadora afirma esperar que sua pesquisa ajude a indústria a fabricar equipamentos mais seguros e mais eficientes, evitando a contaminação dos alimentos.
Contaminantes que entrem no ambiente poderão facilmente se espalhar no interior da fábrica devido à utilização das mesmas áreas de trabalho para o manuseio de matérias-primas vindas de diversas fontes.

Metais biodegradáveis criarão nova geração de implantes médico

Três universidades norte americanas (Pittsburgh, Carolina do Norte e Cincinnati) estão unindo esforços para criar uma nova geração de dispositivos ortopédicos, craniofaciais e cardiovasculares que se adaptam à anatomia física do paciente e se dissolvem quando não são mais necessários.
O principal objetivo da pesquisa é reduzir a necessidade de cirurgias adicionais de acompanhamento e retirada dos dispositivos quando eles não são mais necessários, evitando o grande número de complicações que hoje acontecem nos procedimentos ortopédicos, evitando gastos com médicos e hospitais e reduzindo as necessidades de internações.

Otimizando o processo natural de regeneração

"O tratamento de tecidos doentes e traumatizados está evoluindo conforme as tecnologias médicas controlam cada vez mais os poderes regenerativos do corpo," explica o Dr. William Wagner, um dos participantes da pesquisa.
"Esta pesquisa irá ampliar esse enfoque combinando os atributos mecânicos dos metais com agentes biologicamente ativos que, juntos, irão favorecer ainda mais o processo natural de cicatrização," diz ele.

Metais biodegradáveis

As próteses, órteses e equipamentos médicos serão construídos a partir de ligas especiais de magnésio, às quais serão adicionados diversos tipos de agentes biológicos para promover a cicatrização e evitar a rejeição e as inflamações.
Os novos equipamentos biodegradáveis deverão beneficiar pacientes com condições tão diversas quanto os portadores de fissuras lábio-palatais, acidentados com fraturas ósseas e portadores de doenças cardíacas.
Por exemplo, as crianças com fissura lábio-palatal geralmente utilizam um dispositivo de metal rígido que deve sofrer manutenções periódicas e ser trocado conforme a criança cresce. O objetivo dos pesquisadores é limitar ao máximo a necessidade dessas manutenções, já que os metais biodegradáveis poderão se adaptar ao corpo naturalmente.

Ligas de magnésio

As ligas de magnésio e de alguns outros metais biodegradáveis praticamente dissolvem-se no organismo depois de terem cumprido sua função estrutural, praticamente sem nenhum efeito colateral. O processo de biodegradação poderá ser induzido com a adição de compostos químicos.
Reações eletroquímicas entre o organismo e o metal biodegradável fazem com que este se dissolva. O processo é uma espécie de oxidação, por meio da qual os íons do metal se espalham nos tecidos ao redor, reagindo posteriormente com a água para formar hidróxidos estáveis, óxidos ou mesmo para formar complexos protéicos.
A maioria das pesquisas até agora nesse campo vinha se concentrando em polímeros biodegradáveis, mas os cientistas acreditam que os metais biodegradáveis poderão ter grandes vantagens em casos nos quais a leveza e a resistência do material são elementos cruciais para o sucesso das cirurgias.

Painéis de alumínio ultra-resistentes suportam tiros e explosões

O alumínio é conhecido por sua leveza e por sua resistência à corrosão. Mas ninguém pensaria em fazer um escudo à prova de balas de alumínio, certo?
Errado. Engenheiros noruegueses descobriram como fazer painéis de alumínio que resistem não apenas a tiros, mas também a explosões capazes de destruir placas da mesma espessura feitas com os melhores aços disponíveis.

Painéis de alumínio ultra-resistentes

O objetivo dos engenheiros da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia é construir elementos de proteção contra impactos que possam ser utilizados na proteção de edifícios, bancos, penitenciárias e até residências. Para isso, eles têm que ser leves e fáceis de montar.
A estrutura é fabricada por extrusão, da mesma forma que os perfis de alumínio utilizados para a construção de portas e janelas. Os painéis possuem encaixes, permitindo que eles sejam montados na configuração desejada, e cavidades internas que podem ser preenchidas por aberturas em sua parte superior.

Alumínio à prova de balas

Depois que a divisória está montada, o interior dos painéis deve ser preenchido com um material resistente qualquer, como areia, brita ou pequenas pedras. Se as divisórias precisarem ser desmontadas, ou mudadas de lugar, elas podem ser rapidamente esvaziadas, voltando à leveza e flexibilidade naturais das placas de alumínio.
"Esses painéis de alumínio podem suportar projéteis e até explosivos," afirma o engenheiro Tore Børvik, que provou sua afirmação em um teste no qual um contâiner construído com os painéis de alumínio e preenchido com areia grossa suportou sem maiores danos a explosão de uma carga de 4 toneladas de dinamite.