Claudio Macedo
26/05/2016

Liga de alta entropia. Modelo da estrutura atômica de uma liga de ferro, manganês, níquel, cobalto e cromo. [1]
Liga de alta entropia. Modelo da estrutura atômica de uma liga de ferro, manganês, níquel, cobalto e cromo. [1]
Ligas são materiais com propriedades metálicas formados por dois ou mais elementos químicos, sendo que pelo menos um deles é um metal.

A civilização humana tem usado ligas há milhares de anos. Inicialmente usou-se o ferro meteórico, uma liga de ferro e níquel obtida de meteoritos metálicos (sideritos) [2]. Depois, há cerca de 5.500 anos, passou-se a produzir o bronze, uma liga de cobre e estanho.

As ligas evoluíram em sua composição mantendo uma receita básica desde o pioneiro bronze: um metal com a adição de um pouco de outros elementos químicos para melhorar suas propriedades. O aço, por exemplo, é feito de ferro com a adição de carbono [3].

Ao longo da história, os mais variados objetos metálicos têm sido produzidos com ligas, desde as pontas de flechas antigas até naves espaciais.

O metal puro é estruturado na natureza através do empilhamento de camadas de átomos idênticos. Normalmente, essas camadas podem deslizar umas sobre as outras com facilidade, o que faz o metal puro ficar muito macio para aplicações úteis. Ao se fazer a adição de outros elementos, átomos diferentes perturbam aleatoriamente as camadas, reduzindo a facilidade de escorregar, criando, assim, uma liga mais dura. A escolha correta de compostos pode permitir adaptar outras propriedades, tais como, a resistência à corrosão e ponto de fusão [3], além de propriedades elétricas e magnéticas.

Em 2004, começou uma nova história com as ligas. Surgiu o conceito de ligas de alta entropia [4]. Essas ligas são substâncias formadas com quantidades iguais ou quase iguais de quatro ou mais metais. Ainda em nível de laboratório, têm-se produzido ligas muito mais leves, mais duras, mais resistentes à corrosão, radiação e outros tipos de desgastes severos [3].

Recentemente, a produção dessas novas ligas recebeu uma importante ampliação conceitual, com a possibilidade de obter benefícios nas propriedades ao alternar de sistemas equiatômicos (mesmo número de átomos de cada elemento químico da liga) para sistemas não equiatômicos. Por exemplo, no modelo de liga da figura acima temos, em termos percentuais, uma estrutura equiatômica tipo Fe20Mn20Ni20Co20Cr20. No trabalho agora publicado [5], os pesquisadores exploraram sistemas com estruturas caracterizadas por Fe80-xMnxCo10Cr10, e obtiveram ligas ainda mais resistentes e dúcteis.

As possíveis aplicações das ligas de alta entropia são as mais amplas possíveis, incluindo revestimento de fornos de alta temperatura a materiais aeroespaciais ultraleves, isso sem considerar as possibilidades de desenvolvimento de novas tecnologias com a produção de ligas com inéditas propriedades elétricas e magnéticas.

Há uma efervescência no assunto. Afinal, existem mais de 80 elementos químicos metálicos e a combinação deles em quatro, cinco, ou mais, para formar ligas, permite a criação de um número extraordinariamente grande de possíveis novos materiais. Certamente vamos falar muito sobre essas novas ligas.

[1] Crédito da imagem: Shaoqing Wang (13 December 2013). “Atomic Structure Modeling of Multi-Principal-Element Alloys by the Principle of Maximum Entropy”. Entropy 15 (12): 5536–5548. DOI:10.3390/e15125536., CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32060405.

[2] Wikipédia. Siderito. URL: https://pt.wikipedia.org/wiki/Siderito. Acesso: 25 de maio (2016).

[3] XZ Lim. Mixed-up metals make for stronger, tougher, stretchier alloys. Nature 533, 306 (2016).

[4] JW Yeh et al. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: novel alloy design concepts and outcomes. Advanced Engineering Materials 6, 299 (2004).

[5] Z Li et al. Metastable high-entropy dual-phase alloys overcome the strength–ductility trade-off. Nature 534, 227 (2016).

Como citar este artigo: Claudio Macedo. A aventura das ligas de alta entropia. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2016/05/a-aventura-das-ligas-de-alta-entropia/. Publicado em 26 de maio (2016).

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