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Juntando ferro e magnésio

A tecnologia automotiva e de transportes em geral é largamente dependente do aço. Mas o aço é pesado, o que tem justificado a busca por alternativas para melhorar o consumo de combustível ou bateria, a segurança e a velocidade dos transportes públicos, ao mesmo tempo em que se diminui a pegada ambiental.

O magnésio tem estado na mira da indústria de transportes há décadas, mas ele nunca se deu bem com o ferro e, por decorrência, com os aços.

[Imagem: Tohoku University]

As ligas de magnésio, com sua baixa densidade e excelente relação resistência/peso, são consideradas a base metálica de uma próxima geração de projetos multimateriais e têm sido apontadas como um possível substituto para os aços convencionais - a indústria automobilística flerta com o magnésio há décadas tendo sido feitos inclusive protótipos de motores com blocos de magnésio..

Mas há um grande gargalo para que o magnésio entre de vez na indústria de transportes: O magnésio e o ferro são imiscíveis, e não formam uma fase de liga, o que dificulta qualquer tentativa de conexão direta entre as peças de magnésio e os aços estruturais.

Esse desafio agora começou a ser vencido por engenheiros japoneses, que conseguiram estabelecer um processo produtivo que resulta em uma forte ligação mecânica entre ferro e magnésio.

Ilustração esquemática que representa a desmetalização da liga de ferro e magnésio.

[Imagem: K. Kurabayashi et al. - 10.1016/j.scriptamat.2023.115404]

Desmetalização

A técnica, que obtém uma ligação muito mais forte do que uma soldagem, é tecnicamente conhecida como lixiviação seletiva - também chamada de desmetalização, separação ou corrosão seletiva. É um tipo de "corrosão" seletiva feita em uma solução sólida para a extração de um componente da liga a partir do material inicialmente homogêneo.

Para unir ferro e magnésio, primeiramente uma camada de ferro-níquel é colada no topo da peça de ferro. Posteriormente, um pedaço de magnésio é anexado e aquecido. Então, a reação de desmetalização do níquel se difunde seletivamente no magnésio, promovendo o desenvolvimento da estrutura bicontínua de ferro e magnésio. Devido ao efeito de ancoragem microcristalina, ferro e magnésio ficam fortemente ligados, mesmo que sejam imiscíveis.

"Nossa reação de desmetalização deriva da miscibilidade e imiscibilidade dos elementos constituintes da ligação e também ajudou a criar uma microestrutura tridimensional e interligada na interface dos dois materiais," disse o pesquisador Kota Kurabayashi, da Universidade de Tohoku, no Japão.

E a abordagem é genérica, podendo fornecer um método de ligação mecânica ideal entre materiais que não podem formar ligações fortes naturalmente - ou seja, ela poderá ter aplicação em outras ligas ou ligações do aço com materiais leves.

A equipe agora planeja aplicar a técnica para unir materiais dissimilares imiscíveis e produzir novos materiais leves que reduzam o consumo de combustível de automóveis, trens e aviões.

Bibliografia:

Artigo: Dissimilar Joining of Immiscible Fe-Mg using Solid Metal Dealloying

Autores: Kota Kurabayashi, Takeshi Wada, Hidemi Kato

Revista: Scripta Materialia

Vol.: 230, 115404

DOI: 10.1016/j.scriptamat.2023.115404