Pesquisadores do Indian Institute of Science (IISc), na Índia, desenvolveram uma nova liga de alumínio fundido que combina alta resistência mecânica e elevada ductilidade. O material apresenta cerca de 50% mais resistência e 400% mais ductilidade do que ligas de alumínio eutéticas convencionais e mantém elevada resistência mecânica mesmo a temperaturas de até 250 °C.
Publicada na revista Nature Communications, a pesquisa pode abrir caminho para aplicações em componentes de veículos, aeronaves e sistemas de energia que precisam suportar simultaneamente esforços mecânicos e condições térmicas severas.
As ligas de alumínio fundido são amplamente utilizadas pela indústria devido ao baixo peso e ao custo relativamente reduzido de fabricação. Um dos principais problemas, porém, está na presença de fibras microscópicas frágeis no material, que funcionam como pontos de início para trincas e podem provocar falhas prematuras.
Para solucionar esse problema, os pesquisadores modificaram a estrutura da liga em escala atômica. Uma pequena quantidade de zircônio foi adicionada a uma liga de alumínio e gadolínio, seguida de um tratamento térmico controlado. O processo levou à formação de uma nanocamada ultrafina de super-rede ao redor das fibras frágeis.
Essa estrutura reforça a interface entre as fibras e a matriz de alumínio, dificultando o surgimento de trincas e permitindo uma transferência mais eficiente das tensões. O material também desenvolveu bilhões de nanopartículas com estrutura núcleo-casca distribuídas pela matriz, favorecendo a formação de redes extremamente finas de discordâncias durante a deformação.
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Com isso, a liga consegue suportar deformações plásticas maiores antes de sofrer ruptura. Técnicas avançadas de microscopia permitiram aos pesquisadores observar diretamente a organização atômica das novas nanoestruturas e compreender como elas modificam os mecanismos de deformação do material.
Além do desempenho em temperatura ambiente, a nova liga mantém elevada resistência à fluência em temperaturas elevadas. Segundo os pesquisadores, essas características podem permitir a substituição de materiais mais pesados em componentes automotivos e aeroespaciais. A redução de peso pode contribuir para aumentar a eficiência energética de veículos e aeronaves e, consequentemente, reduzir o consumo de combustível e as emissões de gases de efeito estufa.
Para Surendra Kumar Makineni, professor associado do IISc e autor correspondente do estudo, o trabalho demonstra uma nova estratégia para desenvolver ligas de alumínio leves e resistentes a altas temperaturas.
A pesquisa foi realizada em colaboração com pesquisadores do próprio IISc e do Max Planck Institute for Sustainable Materials, na Alemanha. O estudo recebeu financiamento de instituições e programas indianos de apoio à pesquisa e inovação.