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Compósito metálico

O aço é muito útil e versátil, mas ele também é pesado. O alumínio pode substituí-lo em muitas ocasiões com vantagens, mas também tem seus problemas, entre os quais uma degradação de suas propriedades em temperaturas mais elevadas.

Agora, Chenwei Shao e colegas da Universidade de Toronto, no Canadá, conseguiram sintetizar uma liga metálica à base de alumínio que é simultaneamente muito forte e resistente a altas temperaturas, mantendo sua resistência intacta a até 500 ºC.

Na verdade, mais do que uma liga, é um material compósito, feito de várias ligas metálicas e precipitados em nanoescala, possuindo uma estrutura parecida com a do concreto armado, só que em escala microscópica.

"Os vergalhões de aço são amplamente utilizadas na indústria da construção civil para melhorar a resistência estrutural do concreto em edifícios e outras grandes estruturas," explica o professor Yu Zou, coordenador da equipe. "Novas técnicas, como a manufatura aditiva, também conhecida como impressão 3D em metal, nos permitiram reproduzir essa estrutura na forma de um compósito de matriz metálica. Essa abordagem nos proporciona novos materiais com propriedades nunca antes vistas."

Essas propriedades tornam o material compósito de matriz metálica extremamente útil em vários setores que exigem alto desempenho dos materiais, do automotivo ao aeroespacial.

É um compósito metálico, mas que imita em tudo a estrutura do concreto armado.
[Imagem: Chenwei Shao et al. - 10.1038/s41467-025-65234-9]

Metal que imita concreto armado

Na tentativa de superar as deficiências das ligas de alumínio, a equipe se propôs a sintetizar um compósito de vários metais que tivesse a mesma estrutura do concreto armado: Uma gaiola, ou malha, composta de vergalhões, cercada por uma matriz que fizesse o papel do cimento, areia e brita.

"Em nosso material, o 'vergalhão' é uma malha feita de hastes de liga de titânio," conta Shao. "Como usamos uma forma de manufatura aditiva, na qual disparamos lasers em pós metálicos para aquecê-los e transformá-los em metal sólido, podemos fazer essa malha em qualquer tamanho que desejarmos. As hastes podem ter um diâmetro de apenas 0,2 milímetro."

Para preencher os espaços entre as ferragens, a equipe usou uma técnica conhecida como microfundição para criar uma matriz de outros elementos, como alumínio, silício e magnésio. Essa matriz age como o cimento, que mantém tudo unido.

Para desempenhar os papéis da areia e da brita no concreto, dando uma resistência adicional ao material, são adicionadas partículas micrométricas de alumina (óxido de alumínio) e precipitados de silício em escala nanoscópica, tudo misturado na matriz de "cimento metálico".

Múltiplos testes atestaram a resistência do novo material.
[Imagem: Chenwei Shao et al. - 10.1038/s41467-025-65234-9]

Melhor que aço e melhor que alumínio

A equipe submeteu seu compósito a uma variedade de testes para determinar sua resistência.

"À temperatura ambiente, o maior limite de escoamento que obtivemos foi de cerca de 700 megapascals; uma matriz típica de alumínio seria mais próxima de 100 a 150 megapascals," contou Shao - o limite de escoamento é o ponto em que o estresse, ou tensão, faz com que um material comece a se deformar permanentemente.

E há outra diferença em relação ao alumínio: O novo material fica melhor conforme a temperatura sobe. "Onde ele realmente se destaca é em altas temperaturas. A 500 graus Celsius, ele apresenta uma resistência ao escoamento de 300 a 400 megapascals, em comparação com cerca de 5 megapascals para uma matriz de alumínio tradicional. Na verdade, este novo compósito metálico tem um desempenho quase tão bom quanto os aços de gama média, mas com apenas cerca de um terço do peso," concluiu Shao.

"Acreditamos que este é um passo empolgante rumo a veículos mais fortes, mais leves e mais eficientes," disse o professor Zou.